泡沫混凝土配合比设计及性能研究

2018-01-26袁成成胡倩

中华建设 2018年1期

袁成成胡倩

近年来，在混凝土的发展过程中，出现了一种新型混凝土，即泡沫混凝土，其主要特征是多孔，它的生产工艺与其他混凝土相比，无论是从复杂程度还是从难度上而言，都较为简单，并且制作原料广泛，同时有较高的环保价值。本文首先重点对其配合比设计进行分析，然后对泡沫混凝土的性能展开探究。

现阶段，粉煤灰已经成为混凝土中的重要原料之一，在配制过程中，将其视作胶凝材料，在一定程度上，可以提高混凝土性能，并且能够起到环境保护的作用，更为重要的是，可以切实增加经济收益。

一、原材料选取和制备

1.水泥

其一、水泥的作用是胶结，同时，水泥也直接决定着混凝土强度，所以，使用的水泥要具有两种特点，一个是高强度，另一个是凝结速度快，凝结时间短；其二、因为外加剂对泡沫稳定有不利影响，所以，在水泥中不可添加影响泡沫稳定的材料；其三、要适当掺加熟料，其作用是提高水化的速度，同时，可以提升泡沫的稳定性。

2.煤灰粉

将煤灰粉用于泡沫混凝土制备中，其主要目的是增强水化，发挥活性作用，与此同时，因为煤灰粉自身性质，具有依附在颗粒表面的能力，从而具有滚珠轴承的作用，进而能够减少水作用。因为煤灰粉其自身微小，可以最大程度上与水泥颗粒接触，进入水泥颗粒之间的缝隙，借此提高泡沫混凝土的密实程度。除此以外，还具有稳定作用，能够抑制结构离析。

3.发泡剂

发泡剂的重要性不言而喻，对泡沫混凝土的稳定性，以及抗冻性都有着重要影响。因此，必须要选用适合的发泡剂。判定其是否适合，可以从以下三方面考量，一是发泡倍数，二是泌水性，三是坚韧性。泡沫混凝土中泡沫的性质，主要影响因素有两个，第一个是泡沫剂质量，第二个是用水量，所以，在制备泡沫剂溶液时，可以控制两者的比例，从而产生具有稳定性的、符合要求的泡沫。笔者认为，蛋白质类发泡剂最为理想，例如动物毛发。

4.稳泡剂

在完成泡沫的制备后，最为重要的便是保证泡沫稳定，避免对发泡质量产生不利影响，所以，需要添加稳泡剂，进一步保证泡沫的稳定性。实验证明，添加稳泡剂后，在一定程度上会降低发泡倍数，但同时也可以保证其稳定性。

5.细集料、石灰、水

制备泡沫混凝土，需要使用细集料，例如细砂，其目的是防止混凝土成品因为收缩导致的开裂，使用的细砂要满足相关要求。矿物掺合料的选择，最为常用的是生石灰，因为生石灰和硅料两者可以发生化学反应，产生大量的热量，能够加快混凝土的硬化，与此同时，还可以提高混凝土强度。所选用的生石灰也要符合相关要求。

6.泡沫混凝土制备

现阶段，泡沫混凝土制备的方法有两种，第一种是预制泡沫混合法，第二种是混合搅拌法，从名称上可以得知，这两种方法的差别是泡沫生成方式不同，两者相比较，第一种更加适合远距离的泵送，同时，第二种方法也不适合现场浇筑，鉴于此，在实验过程中，选用第一种预制泡沫混合法。

二、试验方法的确定及试验方案

本次试验采取的是干表观密度法，试验的首要步骤就是确定原材料的用量以及各种实验材料的用量。在《泡沫混凝土配合比设计》中，作者阐述了两种配合比计算方法，其计算关系式如下：

其中Ρ干为泡沫混凝土的设计干密度；Sa为质量系数，普通硅酸盐水泥取1.2，硫铝酸盐水泥取1.4；MC为泡沫混凝土水泥的用量（kg/m3）；Mfa为泡沫混凝土粉煤灰的用量（kg/m3）；Mw为泡沫混凝土基本用水量（kg/m3）；Φ为基本水料比。

在1M3泡沫混凝土中，水泥、粉煤灰和水组成的料浆总体积为V1，通过以下两个公式可以对泡沫的添加量进行计算。

其中Ρfa为粉煤灰的密度；Ρc为水泥密度；Ρw为水的密度；V为加入泡沫前，水泥、粉煤灰和水的浆体总体积（M3）；V2为泡沫添加量；K为富余系数，普遍情况下取在1.1-1.3之间。

发泡剂的用量Mp可以根据以下公式进行计算。

表1 单因素配比设计表

其中My为形成的泡沫液质量（kg）；Ρ泡为实测泡沫密度；Mp为泡沫混凝土的泡沫剂质量（kg/M3）；β为泡沫剂的发泡倍数。

配合比试验方案可以分为两个部分，分别是单因素配合比设计和多因素配合比设计，其中前者是测试单一原料对泡沫混凝土性能的影响，后者则是测试各种原料配比对泡沫混凝土性能的影响，从而找出影响泡沫混凝土性能的主要因素，获得最佳的泡沫混凝土配比。

在单因素配合比设计中，此次试验所使用的干物料质量总和为720g，水料比固定为0.45，水泥和粉煤灰总质量为干物料综合的四分之三。在研究石灰对泡沫混凝土性能的影响时，为了保障水泥和粉煤灰的质量总和不发生变化，可以将细砂作为调节因子。

表2 多因素配比设计表

三、泡沫混凝土配合比性能研究

1.粉煤灰与水泥两者对其性能所具有的影响

粉煤灰其自身并非是真正意义上的胶凝材料，同时，粉煤灰也没有胶凝的作用，更为重要的是，其活性较差，二次水化需要较长的时间，因此，在制备过程中添加粉煤灰，则会对泡沫混凝土强度产生影响，主要是早期强度，笔者所言的早期强度，不仅指单一的包括7d抗压强度，而且也包括28d抗压强度。

2.发泡剂对泡沫混凝土的性能影响

影响常规混凝土抗压强度的因素众多，同时，每一种因素之间，也不是简单的比例关系，所有的因素，是相互影响的，且影响较为复杂，难以简单地进行概括和总结，但是，对抗压强度的影响，也遵守木桶效应，换言之，对于常规混凝土而言，在影响其抗压强度的众多因素中，有个别因素是主要的，有着决定性作用。对于泡沫混凝土而言，发泡剂是不可或缺的，也是必须使用的，实验证明，如果增加发泡剂掺量，则抗压强度在持续的减低，与此同时，随着掺量的不断增加，其强度下降趋势会更加严重。

3.石灰对泡沫混凝土性能的影响

随着石灰掺量的不断增加，干密度和吸水率不会发生较大的变化，但是抗压强度会呈现出先增大后减小的趋势。生石灰在遇到水时会生成Ca（OH）2，Ca（OH）2：在放出促进混凝土硬化的水化热的同时还会在一定程度上激发的粉煤灰的活性。因此，在一定范围内增加生石灰的用量，会对泡沫混凝土强度的提升起到一定的促进作用。但是过量的使用则会导致浆料加快稠化，硬化速度也会降低，从而导致混凝土强度的减弱。