高强泡沫混凝土耐久性研究

陈阳 石川

（1 广东省建筑科学研究院集团股份有限公司；2 广东省建设工程质量安全检测总站有限公司）

0 引言

泡沫混凝土因其具有轻质、保温隔热等优点，近年来已在越来越多的建设工程中开始大量使用[1-2]。然而，由于泡沫混凝土是一种多孔材料，其中水分易消耗，形成毛细孔弯液面造成的毛细孔负压，导致泡沫混凝土产生自收缩和干燥收缩，造成泡沫混凝土早期开裂。通常在浇筑后充分浇水养护来减小干燥收缩，从而减缓早期开裂风险（水灰比较大的泡沫混凝土的自收缩几乎可以忽略），但是对于水灰比较低的高强混凝土（水灰比≦0.35），由于其致密的孔隙结构，充分浇水养护并不能有效减小自收缩带来的开裂问题，并且其自收缩可占到28d 总收缩变形的50%以上，开裂风险很大。有相关文献表明[3]，可采用减缩剂可以降低泡沫混凝土的收缩，从而减小开裂风险。

目前，国内外也有大量研究证明[4-5]，水泥基材料中加入纤维可以提高抗裂性能。当水泥基材料处于塑性阶段时，极易产生微细裂缝，在硬化过程中则因失水干缩而导致微细裂缝的扩大并产生新的裂缝，水泥基材料中加入纤维可阻止原有裂缝的扩展并延缓新裂缝的产生，还可明显提高复合材料的抗拉强度、抗渗与抗冻等性能。

本试验以前期研究工作为基础，通过加入减缩剂和纤维，设计一系列泡沫混凝土，研究减缩剂和纤维对其耐久性的影响，获得高性能高强泡沫混凝土配合比。

1 原材料及配合比

1.1 原材料

⑴水泥

本研究所使用的水泥为珠江水泥厂生产的P.II 42.5 硅酸盐水泥。水泥的化学组成如表1 所示，其物理性能见表2。

表1 P·II42.5 硅酸盐水泥的化学组成 （%）

表2 P·II42.5 硅酸盐水泥的基本性能

⑵粉煤灰

本研究试验用粉煤灰为珠江电厂II 级粉煤灰，需水量比为99%，化学组成见表3。

表3 粉煤灰的化学组成(%)

⑶发泡剂

本试验主要用的河南华泰生产的发泡剂，性能技术参数如表4 所示。

表4 试验用发泡剂性能技术参数

⑷减水剂：由某建材公司生产的聚羧酸减水剂，固含量为18%。

⑸稳泡剂：选取十二烷基硫酸钠（天津市福晨化学试剂厂，化学纯，≥90.0%）和三乙醇胺作为稳泡剂（天津市富宇精细化工有限公司，分析纯，≥85.0%）。

⑹减缩剂：某建材公司生产，推荐掺量为胶凝材料的1.5～3%。

⑺纤维：聚丙烯纤维，其基本性能参数如表5 所示。

表5 试验用聚丙烯纤维的基本性能

1.2 配合比

通过前期试验，确定了砂胶比、水灰比、减水剂掺量等参数，具体配合比及试验结果如表6 所示。按照表6的配合比浇筑成型100mm×100mm×100mm 试块，拆模养护至龄期，测试泡沫混凝土的性能。

表6 泡沫混凝土的配合比

2 强度及耐久性能

参照GB/T11969《蒸压加气混凝土性能试验方法》、JC/T 1062《泡沫混凝土砌块》、《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082 测试泡沫混凝土的干缩性能、抗碳化、抗冻性等性能。

2.1 抗压强度

如图1 所示，未掺入纤维和减缩剂时，所配制泡沫混凝土的抗压强度为8.9MPa。当掺入纤维和减缩剂时，泡沫混凝土的抗压强度有所增加。纤维掺量为1%，减缩剂掺量为2%时，泡沫混凝土的抗压强度最大，为10.2MPa。

图1 泡沫混凝土的抗压强度

2.2 干缩性能

如图2 所示，掺入纤维和减缩剂的泡沫混凝土的干缩值明显下降，下降幅度为60%以上，当纤维掺量为1%、减缩剂掺量为2.5%时，泡沫混凝土的干缩值仅0.44mm/m，说明掺入纤维和减缩剂对防止泡沫混凝土干缩开裂有积极作用，能有效减少收缩，从而降低由于收缩产生的开裂。

图2 减缩剂对泡沫混凝土干燥收缩的影响

2.3 抗碳化性能

参照GB/T11969-2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》进行泡沫混凝土抗碳化性能试验。从图3 可以看出，当泡沫混凝土中掺入纤维和减缩剂时，其碳化系数明显提高，达到5%。当纤维掺量为1%、减缩剂掺量为2%时，泡沫混凝土的碳化系数达到0.89，说明掺入纤维和减缩剂能够明显提高泡沫混凝土的抗碳化性能。

图3 减缩剂对泡沫混凝土碳化系数的影响

2.4 抗冻性

参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082 进行泡沫混凝土的抗冻性试验，对泡沫混凝土进行冻融循环50 次后测量强度损失率和质量损失率，试验结果分别如图4、图5 所示。

图4 泡沫混凝土抗冻性能

图5 泡沫混凝土抗冻性能

从图4、图5 中可以看出，高强泡沫混凝土具有良好的抗冻性。未掺加纤维和减缩剂时，泡沫混凝土的强度损失率为12.8%、质量损失率为4.6%。掺入纤维和减缩剂后，泡沫混凝土的抗冻性明显提高。当纤维掺量为1%、减缩剂掺量为2.5%时，泡沫混凝土强度损失率为8.6%，质量损失率为2.2%，说明掺入纤维和减缩剂可提高泡沫混凝土的抗冻性。

3 结论

本试验研究了纤维和减缩剂对泡沫混凝土性能的影响。通过配合比设计了一系列泡沫混凝土，测试了其抗压强度、干缩性能、碳化系数和抗冻性。当纤维掺量为1%、减缩剂掺量为2%时，泡沫混凝土的抗压强度最大，为10.2MPa，减缩剂掺量增加到2.5%时，抗压强度稍有减小，为9.8MPa；当减缩剂掺量为2.5%时，干缩值仅0.44mm/m；当减缩剂掺量为2%时，碳化系数达到0.89；当减缩剂掺量为2.5%时，泡沫混凝土强度损失率为8.6%和质量损失率为2.2%。试验结果表明：适量掺入纤维和减缩剂可提高泡沫混凝土的抗压强度和耐久性能。