泡沫混凝土的冻融破坏试验研究

李连志，周宪伟，李德海

(黑龙江工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)

0 引 言

泡沫混凝土是具有闭孔孔结构的轻质多孔混凝土，亦称泡沫混凝土，属水泥基材料，是由发泡剂经稀释后产生的气泡群与水泥、水及可选添加材料按一定配比经混合搅拌、浇筑成型、养护而成的。泡沫混凝土具有轻质、高强、低渗透性、高耐久性等特点，多用于采空区填充、软基处理、道路加宽、基坑及管线回填等工程中。然而在季冻区，尤其是黑龙江省泡沫混凝土暂无工程应用实例，这主要是因为针对泡沫混凝土的冻融破坏机理研究的尚不明确。

本文配置的泡沫混凝土进行了浸水饱和冻融循环试验，并通过冻融循环前后的质量及强度变化等，提出了泡沫混凝土在季冻区的工程应用对策，为泡沫混凝土在季冻区的应用提供参考。

1 试验研究

1.1 试件制备

目前，泡沫混凝土主要应用于回填工程中，依据工程类型和回填部位的不同，泡沫混凝土的重度可在4～14 kN/m3，对应的强度范围在0.8～5 MPa，本试验采用表1所列的原材料，针对路基回填用泡沫混凝土分别配置了强度为0.8 MPa，无掺合料和掺加矿粉的两种试件，制备成100 mm×100 mm×100 mm的立方体试件，进行冻融循环试验，具体配合比见表2。

表1 原材料

表2 泡沫混凝土配合比

1.2 试验方案及仪器设备

为探究泡沫混凝土冻融循环破坏机理，试验关注浸水饱后，试件的质量和强度变化。具体如下。

(1)测定试件的初始质量及抗压强度；

(2)测定试件浸水72 h，饱和后的质量及抗压强度；

(3)本次试验冻融循环温度范围设定为-20～20 ℃，每次循环的时间设定为4 h；

(4)每5次冻融循环后，测定试件的质量；

(5)冻融至预定循环次数后，测定抗压强度；

(6)取压碎后试件表面残片，进行电子显微镜分析冻融前后的孔隙结构变化。

2 试验结果

按照预定试验方案，进行10次冻融循环后部分试件出现严重破损，完全丧失强度，且与是否掺加矿粉无关，剔除破损严重，完全丧失强度的试件，最终完成50次冻融循环，得出冻融循环与试件的质量和强度的变化关系，如图1，图2所示。

图1 饱水试件质量随冻融循环变化关系曲线

图2 饱水试件抗压强度随冻融循环变化关系曲线

图3 未掺加矿粉泡沫混凝土的抗压强度曲线

从图3中可以看出，泡沫混凝土经冻融循环后，质量变化并无规律可循，强度变化呈现出随着冻融循环次数的增加逐渐减小的趋势，冻融循环前属脆性破坏；50次冻融循环后表现出类似塑性破坏的特点。

3 结 论

泡沫混凝土经冻融循环后质量变化并无规律可循，而抗压强度是随着冻融循环次数的增加急剧降低的，结合质量与抗压强度的变化分析认为泡沫混凝土的冻融破坏主要是物理破坏， 破坏特征也从脆性破坏转变为塑性破坏。

同时，泡沫混凝土的制备和浇筑的均匀性与连续性对试件的整体强度影响较大，经历10次冻融循环，部分试件出现严重剥蚀破坏，完全丧失强度，极有可能是因为在试件成型时其内部既有较多的连通孔隙，从而导致在较少的冻融循环次数就出现了破坏的现象。

由此可见，泡沫混凝土在饱水冻融循环后较易破坏，抑制周围水对泡沫混凝土的渗透，可大大降低泡沫混凝土的抗冻融性。因此，在季冻区路基回填结构设计方面，可通过合理地设计排水沟或布置排水管把融水迅速排除，防止融水渗入是很有必要的；同时在填充体衔接面处应加铺设防渗土工膜或防水卷材等隔水材料防止地下水或融化水渗入泡沫混凝土，将对延长泡沫混凝土的使用寿命极为有利。