纤维泡沫混凝土质量控制

（鄂尔多斯应用技术学院，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

0 引言

泡沫混凝土是以水泥基胶凝材料、掺合料等为主要凝胶材料，加入外加剂和水制成料浆，也可加入部分颗粒状轻质骨料制成料浆，经发泡剂发泡，在施工现场或工厂浇筑成型、养护而成的含有大量微小独立、均匀分布气泡的轻质混凝土材料[1]。泡沫混凝土相较于传统混凝土有显著减低的自重，是一种轻质环保、隔音隔热、减震消能、耐水阻燃、施工方便且具有良好经济效益的材料。目前，国内泡沫混凝土的应用正逐渐从传统的保温隔热材料或回填材料向多功能环保轻质建筑材料过渡，市场占有份额逐年增加。但{NOTE：飞}传统泡沫混凝土在强度、延性、耐久性等方面存在显著缺陷，大大限制了其在建筑领域的应用。使用纤维实现对水泥基复合材料性能的增强是近年来新材料领域内的一种新思路，研究证实，纤维对不同水泥基材料的抗拉强度、抗剪强度、抗折强度和抗裂、抗渗、抗冲击、抗疲劳、抗爆裂等性能均有较显著提高。纤维增强泡沫混凝土不仅继承了传统泡沫混凝土轻质、保温、隔热、减震等优点，更在强度、韧性方面显著优于传统泡沫混凝土，在建材领域具有广阔应用前景。适用于泡沫混凝土的增强纤维主要包括短切聚丙烯纤维、玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、耐碱玻璃纤维等[2-4]，而常用于普通混凝土增强的钢纤维、碳纤维往往由于易沉结、团聚或折断而不宜用于泡沫混凝土增强。目前纤维增强泡沫混凝土发展呈井喷态势，各类新型纤维层出不穷，关于纤维泡沫混凝土静、动态力学性能的研究报道与日俱增，已然成为行业研究热点。

然而从泡沫混凝土行业整体看，制备技术缺乏、标准不一、产品质量参差不齐一直是相关研究资料不成体系、不同机构的实验数据缺乏可比性、无法满足建筑市场对产品技术性能及供应量要求的重要原因。目前，已发布的关于泡沫混凝土生产及检测的国家标准、行业标准、协会标准仅有包括JG/T266-2011《泡沫混凝土》、JGJ/T 341-2014《泡沫混凝土应用技术规程》、JC/T 2199—2013《泡沫混凝土用泡沫剂》在内的20余项，其中对于新兴的纤维泡沫混凝土类产品的内容更是少之又少。纤维泡沫混凝土的制备不仅要求在普通泡沫混凝土的基础上充分考虑纤维多样性，更要对搅拌及养护制度、浆体流动性、泡沫稳定性以及制备过程中的密度监测等方面给予科学的重视。本文以纤维泡沫混凝土制备技术为主线，探讨并总结制备过程中质量控制关键环节，为纤维泡沫混凝土各项性能研究统一尺度，为高附加值泡沫混凝土生产、拓宽泡沫混凝土应用领域提供参考，为产业转型升级提供技术支持。

1 原料

纤维泡沫混凝土制备所用原材料主要包括水泥、粉煤灰、硅粉、减水剂、细砂、泡沫剂以及纤维，每一种原料的种类及含量都会对目标产品的性能产生影响。选用熟料比例最高的P-Ⅰ型硅酸盐水泥作为胶凝材料以最大可能降低混合材对成品性能的影响；添加粉煤灰部分取代水泥以减少干缩，改善和易性并节约造价。因粉煤灰细度会直接影响泡沫混凝土强度，粉煤灰越细，比表面积越大，水化反应越快，活性越高，抗干缩能力越强，故选用细度等级最高的Ⅰ级粉煤灰；硅粉与高效减水剂的配合使用意在提高泡沫混凝土料浆黏度，有益于泡沫在料浆中的均匀分散及稳定，并提高泡沫混凝土的和易性及强度；选用粒径不超过0.46mm级配均匀的细砂作骨料以在适当提高成品强度的同时减轻沉淀及泡沫灭失现象[5]。

目前市场上应用较多的物理泡沫剂主要有表面活性剂类及蛋白类。虽然蛋白类泡沫剂的发泡能力不及合成阴离子表面活性剂，但也有着比较满意的发泡倍数。而且蛋白类泡沫剂生产的泡沫特别稳定，完全消泡时间大多长于24h，是其他类型泡沫剂难以相比的。蛋白类泡沫剂中属动物蹄脚泡沫剂性能最佳，故选此作为纤维泡沫混凝土制备泡沫剂，产出湿泡沫如图1。

图1 湿泡沫

2 设备及工艺

纤维泡沫混凝土适宜采用物理发泡法制泡。物理发泡法也叫预发泡法或混泡法，是将泡沫剂经发泡机发泡后制成湿泡沫，然后将其加入搅拌好的水泥基料中并小心混合均匀。这种发泡方式可以通过调整泡沫掺量灵活控制成品密度，生产方式灵活，有利于场地现浇，因此应用最为广泛，但施工质量很大程度上取决于泡沫稳定性，生产过程中须时刻监测砂浆密度。

水泥基料须在混泡或发泡之前搅拌均匀。由于泡沫混凝土所用纤维一般容重较小，故更宜于将纤维先与干料混合均匀后再加入水或其他湿原料。考虑到纤维泡沫混凝土气孔结构多，极易散失水分影响水泥水化，故推荐将制成的砂浆用聚乙烯膜覆盖至少24h后脱模，如图2所示。脱模后再用聚乙烯薄膜包裹并置于40℃恒温、60%恒湿的养护室内进行养护，直至满足28d龄期后取出。

图2 试件覆膜养护

3 质量控制

3.1 纤维

纤维种类应选取短切耐碱纤维。短切聚丙烯纤维、玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、耐碱玻璃纤维常见于纤维泡沫混凝土制备。为避免纤维缠绕、沉结，影响发泡倍数与材料均一性，短切纤维长度不宜过大，连续纤维亦不可取。

3.2 稳泡力

泡沫质量是纤维泡沫混凝土质量控制的关键，一般泡沫混凝土性能离散性大往往是由泡沫稳泡能力不佳导致的。为获得最佳稳泡力，要严格参照发泡剂说明的最佳稀释倍数操作，当缺少有效数据时，应现场适配以获得泡沫剂的最佳稀释倍数。泡沫质量通常用沉降距以及泌水率两个参数来衡量，测量装置如图3所示。沉降距为物理发泡中测定泡沫在大气中静置1h时泡沫从起始位置沉降的距离；泌水率为拌合物泌水量对砂浆含水量之比。参数合格标准参照JGJ/T 341-2014《泡沫混凝土应用技术规程》。

图3 湿泡沫沉降距、泌水率测量装置

3.3 密度监测

同泡沫混凝土一样，纤维泡沫混凝土的配合比是按设计所需表观密度设计的。而纤维的加入不可避免会加重消泡，所以纤维泡沫混凝土制备过程中应设置四个密度监测关键节点：一是湿泡沫密度，二是发泡、混泡前拌合物容重，三是新拌砂浆容重，四是成品密度。其中第一、二节点密度须与配合比设计一致，第三、四节点实测密度之差应约等于水的容重。监测过程中若发现因加入过多纤维而出现浆体流动性过差、自流平性质不复存在的现象须重新设计配比，可以通过加入高效减水剂或减少纤维掺量解决此类问题。

将生产与控制环节结合，总结全制备流程如图4所示。

图4 纤维泡沫混凝土制备流程

4 结语

纤维泡沫混凝土的各项原料，尤其是发泡剂与纤维种类会对成品性能产生直接影响，所以不仅应当根据目标性能合理选用原料种类并控制用量、科学设计配比，更应严格选用短切纤维长度，保证稳泡力，全程把握密度检测关键节点以制备性能稳定、合格的纤维泡沫混凝土。展望未来，面对我国建筑工业化和绿色建筑的快速发展，泡沫混凝土行业应积极应对，优化生产制备方法，提高产品性能，拓展新需求，将产业结构由目前的以传统应用为主调整向高技术含量、高附加值应用靠拢，促进行业的转型升级。