双氧水的发泡及其在制造轻混凝土中的应用

周 鲲,谭 彬,李玉平，虞秀勇

(1.国网湖南省电力公司经济技术研究院，湖南 长沙 410004；2.湖南经研电力设计有限公司，湖南 长沙 410114；3.湖南大学，湖南 长沙 410082)

0 前 言

功能性建筑材料现已得到了广泛应用。它们不仅要能满足强度、韧性、耐久性等传统建材的要求，还要求容重足够轻。因而轻混凝土和超轻混凝土备受青睐[1]。

轻质混凝土指干表观密度小于1 950 kg/m3的混凝土，超轻混凝土干表观密度小于900 kg/m3并且强度不小于3.5 MPa的轻骨料混凝土。轻混凝土对于结构恒载(即自重)占有较大比例并且对材料性能有较高要求的高层建筑、大跨度桥梁等工程来说，表现出了明显优越性[2-4]。

制备轻混凝土或超轻混凝土，可从两方面入手：①使用轻骨料或轻质填充料；②使用胶凝材料发泡或在胶凝材料中引入泡沫。用发泡剂在胶凝材料中发泡，达到降低混凝土重量的办法，是非常有创意的[5]。双氧水可在偏碱性的水泥浆中迅速分解出为氧气和水，可起到发泡剂的作用，而被尝试用于制造轻混凝土。双氧水发泡在实际操作中很难控制发泡极限，随着发泡剂量的不断增加，混凝土的强度会不断下降[6-8]。本文，总结了实验室中用双氧水为发泡剂，制备轻混凝土的一些规律。

1 实验材料

1.1 硅酸盐水泥

本实验所用的水泥为市售长沙坪塘产的P.C 32.5复合水泥。

1.2 页岩陶粒

实验采用的原材料取自湖南益阳某矿产资源，经简单破碎筛分后烧制成优质的页岩陶粒。

1.3 粉煤灰

本实验所选用的粉煤灰为火电厂的副产品，为一级粉煤灰。

2 超轻混凝土制备工艺

超轻混凝土制备实验流程如图1所示。

图1 轻骨料混凝土制备流程图

3 发泡剂的发泡效果

1)在无骨料情况下双氧水的发泡效果试验。此次制作的混凝土试块没有加入骨料，只有粉料，此次对照试验以改变双氧水的使用量来观察混凝土在不同的使用量下的发泡效果。无骨料的双氧水的发泡实验见表1，有骨料的双氧水的发泡实验见表2。

在没有加入骨料的试验中我们可以很直观地看出双氧水的发泡效果。

2)有骨料的情况下，试验双氧水的发泡效果。本次实验有两个目的，一是观察不限双氧水的使用量的发泡效果，二是找到双氧水的最佳加入量。

第一阶段的实验结论。

1)根据双氧水的发泡效果并且根据多次试验的不断尝试，双氧水作为发泡剂是可行的。

2)双氧水以加入水泥量6%左右的发泡效果最好，1%和3.7%的发泡效果不是很明显，但是发泡速度太快，且时间不好控制。

3)水与双氧水混合加入和双氧水单独加入对混凝土的发泡效果没有明显影响，必须在偏碱性条件下才能发生。

表1 无骨料的双氧水发泡实验

表3 有骨料的双氧水发泡实验 单位：g

4 发泡剂对试块性能的影响

在没有掺入双氧水时，混凝土具有较高的早期强度，3 d强度达到28 d强度的72%，7 d强度达到28 d强度的90%。混凝土由水泥浆体硬化后形成的水泥石、骨料、水泥石-骨料界面过渡区三个环节组成，混凝土的性质取决于它们各自的性质及其相互的关系和整体的均匀性。经过预湿处理的轻骨料内部储存的水分在水泥水化硬化过程中逐步释放出来，由内到外对周围的水泥石进行养护，即内养护作用，这样有利于水泥的水化硬化和改善界面结构提高了混凝土的早期强度,另一方面页岩陶粒轻骨料是一种表面结构比较粗糙的多孔材料，水泥水化产物能够部分渗入骨料表面的孔中，水泥硬化后两者能紧密地啮合在一起，提高了水泥石-轻骨料界面结构的强度。

随着双氧水掺量的增大，混凝土的3、7 d抗压强度增长速度在降低。这是因为随着双氧水掺量的增大，水泥浆体变得干稠会从预湿的骨料吸水，这样骨料对水泥石的这种内养护作用减弱了，在3、7 d这样的早龄期，水泥石的强度发展还不够。到了14、28 d这样较长的龄期时，随着水泥石强度的逐步提高，水泥石强度对混凝土强度的贡献在增大，这样在3、7 d只有较低抗压强度的混凝土的强度有了较大的提高。

随着双氧水用量的增加，28 d抗压强度降低，双氧水的用量大于16.6 kg/m3后，降低的幅度增大。现在来分析由双氧水分解产生的气体形成的新生气孔对混凝土28 d抗压强度的影响。经分析混凝土的抗压强度与新生气孔体积百分数的经验公式如式：

fcu=14.4-8.77×10-2P-1.10×10-2P2

超轻混凝土是由轻骨料、水泥水化产物、未水化水泥颗粒、结晶水、游离水等液体构成，以及气孔和裂隙中的气体所组成的非均质多相多孔材料。硬化后的混凝土中存在数量不同、大小不等的气孔。气孔按来源可分为成型时引入的气孔、水泥浆体中的毛细孔和胶凝孔、接触处的孔穴以及水泥浆体在硬化过程中干燥收缩和温度变化而引起的微裂纹等。而这些孔缺陷是混凝土总体宏观性能的根源。它们是混凝土显微结构的重要组成部分。

混凝土的抗压强度随干表观密度的减小而呈抛物线式加速下降。抗压强度比干表观密度下降得更快。超轻混凝土要求具有轻质及强度较高的性质，但轻质与强度高是一对矛盾的关系，因此，要根据实际情况找到平衡点。实验中，双氧水最大用量时，混凝土的干表观密度为912 kg/m3，抗压强度为3.9 MPa，大于标准的限值3.5 MPa。对于超轻混凝土的“轻”要求接近满足。

5 结 论

1)双氧水用量越多，气孔总量越大，混凝土干表观密度、强度不断减小。强度随干表观密度的降低快速下降。在一定范围内，抗压强度大于3.5 MPa，满足超轻混凝土强度要求。大量加入双氧水能使容重达912 kg/m3，接近超轻混凝土要求(900 kg/m3以下)。

2)双氧水用量越多，气孔体积总量增加，干表观密度和强度下降。干表观密度小于900 kg/m3后，强度下降加快。

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