乳胶粉改性泡沫轻质土的性能研究

韩双宇

（沈阳工业大学 建筑与土木工程学院，辽宁 沈阳 110870）

目前，无论是在研究还是应用层面，我国对于泡沫轻质土的发展尚处于初期阶段，对该技术的发展主要着重于对其应用材料的相关性能以及工艺加工方面。陈忠平在研究过程中，将自己在日本学习的关于泡沫轻质土技术内容引入到国内的相关研究中，在研究过程中同样介绍了该种材料在使用过程中的物理力学性能特点。张小平在研究过程中，采用三轴压缩试验的方式，重点分析了泡沫轻质土的特点并针对强度方面的特性做了进一步的阐述。乔欢欢等研究人员在相关研究中阐述了硅粉对不同密度等级的泡沫轻质土性能的影响。朱红英在研究过程中应用了正交试验设计的方式，针对泡沫轻质土中关于配合的相关内容进行研究设计，并在特性方面得出了一系列的结果。单本星对不同密度泡沫轻质土的抗冻性进行了研究。文献[13]提到：作者通过进行两个不同的试验，分别是干湿循环试验以及冻融试验，对其相关环境参数进行了研究，包括水稳定性以及抗冻性。文献[14]提到：作者进行了动三轴实验，分别在多个层面的密度条件下，计算出轻质土所对应的潮湿参数，同时设置多个循环载指标，研究对应的动力参数。文献[15]指出，通过正交试验，针对泡沫轻质土的干缩特性、干湿循环特性以及抗冻性能等方面进行微观研究。

但是在实际工程应用中，由于泡沫轻质土具有多种不同的特性，例如其材料具有多孔的特征，并且其柔韧性、抗冲击能力以及强度参数比较差，并且在研究过程中也会受到一些外界因素的影响，特别是干湿循环的作用材料的力学性能等方面也会受到影响。本试验针对泡沫轻质土材料存在的问题进行改性研究，通过添加乳胶粉进行改性试验，研究泡沫轻质土力学和变形性能的变化规律，为该材料的理论发展和应用提供一定的借鉴。

1 实验概况

1.1 原材料

实验采用的膨胀珍珠岩取自辽宁昱霖保温材料有限公司，乳胶粉为山西三维集团生产，水泥原料采用A公司生产的P·O42.5 普通硅酸盐水泥，粉煤灰采用辽宁山水工源水泥有限公司生产的Ⅰ级粉煤灰，发泡剂采用北京亚设建材科技有限公司生产的YS-水泥发泡剂，本试验采用羟丙基甲基纤维素醚 HPMC作为稳泡剂的材料之一，其具有良好的材料性能，并且采用了聚羧酸型高效减水剂。

1.2 方案设计

在本研究中，实验过程要配比5次实验，采用正交实验的方式进行研究，首先按照最佳配合比进行配比，研究过程中采取控制变量的方式进行研究，研究的实验过程要在其他的条件不变的情况下进行，要求乳胶粉含量以及相关配比情况，其中要求胶凝材料含量要在0%、2.5%、5.0%、7.5%、10%，表示为B1、B2、B3、B4、B5.冲击试验中，进行试验的过程期间，需要严格把关泡沫轻质土的密度参数，防止其产生误差，通过对乳胶粉掺量的配比进行转变，并且对泡沫掺量的配比数据进行转变，其中乳胶粉含量占胶凝材料含量的配比情况如下0%、2.5%、5.0%、7.5%、10%，泡沫含量占胶凝材料含量的 0.25%、0.28%、0.30%、0.33%、0.35%，表示为 C1、C2、C3、 C4、C5，针对不同配比情况进行合理实验。

1.3 试验过程

根据相关规范的试验方法，本文抗压试验、干湿循环试验所用试件为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方体试件，自然干燥收缩试验所用试件尺寸为40 mm×40 mm×160 mm的立方体试件，试件根据配合比浇筑成型48 h后拆模，在室内标准养护至试验所需的龄期。

2 实验结果与分析

2.1 无侧限抗压强度

随着乳胶粉掺量的提升，泡沫轻质土的有两个参数会相接近，分别是抗压能力参数以及抗压强度参数，若乳胶粉掺量为10%，抗压强度在一定程度上提高了160%。由于泡沫轻质土会有一定的胶凝作用，其在一定程度上提升乳胶粉的介入数量，进而改变骨料以及水泥两者之间的结力参数，一定程度上提升轻质土的抗压强度。对于轻质土密度参数相同的研究中，其需要对改性后的内容进行分析。可以确定出的结果表明泡沫轻质土通过本次实验可以确定泡沫轻质土强度也会逐渐增加，增长的相对比较快。可以得出如下结论，乳胶粉可以有效改变泡沫轻质土强度，有一定的提高作用。当增加养护时间，整体的抗压强度也会逐渐上升。改性前后泡沫轻质土密度和抗压强度变化趋势可以按照一次多项式代替，拟合公式为：

在实验过程中，可以从不同掺量来确定乳胶粉泡沫轻质土试件的单轴压缩应力-应变曲呈现出四个阶段的变化情况：密实阶段的变化、弹性阶段变化情况、弹塑性阶段和破坏阶段的变化情况。

关于各阶段变化曲线情况，密实阶段应力曲线发生变化，呈现出增长的趋势。主体材料主要是依靠胞壁的弯曲程度不变化的；曲线近似直线为应力应变的线性关系。当试件内部产生裂隙变化的情况，要求卸载后可以进一步恢复弹性变形。出现弹塑性阶段应力峰值，随着载荷增加试件中的胞壁出现应力集中，应力大于胞壁的断裂强，此时材料会存在塑性破坏，其具有瞬间性的特点，此时会伴随着微裂纹的出现，若其出现不断延申的状况，则进入破坏阶段，同时随着宏裂纹以及微裂纹的扩散作用，其会出现局部破坏，进而导致局部材料的稳定性减弱，一定程度上降低材料的承载能力。

在实验中用普通混凝土材料与泡沫轻质土材料进行对比，可以了解到抗压强度后会马上产生破坏，但是也会有一定的承载能力，对某些试件进行研究后，可以发现试件的强度会产生变化表明泡沫轻质土材料的载荷情况出现明显的变化，设备的韧性也有一定的延展性特征。

2.2 自然干燥收缩

测量试验中涉及的 7d、14d、21d、28d、56d中产生的变形读数 Lt的相关要求，相关计算公式为：

式中：εat代表的是 t 天中砂浆试件的自然收缩数值；L0为也行收缩读数。Lt为第t天的关于试件的读数；L为试块的长度相关数值伟160 mm；Ld 为收缩长度之和。

对试样的干缩分析主要涉及3个阶段。初期：相关数值伟0 d~7 d，通过研究发现气泡浆体凝结后出现硬化的现象，会形成大量的微观毛细孔，水容易产生的润湿水泥基材料也会发生变化，引起气泡孔的水分饱和，蒸发难度增加，毛细孔蒸发出现失水越难的现象，导致干缩实验比较缓慢。中期：干缩中期维持在7 d~28 d，出现气泡孔先蒸发失水的现象，气泡孔尺寸大增加，没有产生毛细孔效应，失水难以产生收缩，毛细孔失水引起凹液面出现曲率变大的情况，试样容易产生收缩，干缩的收缩值增加。干缩变形属于作用机理特性，乳胶粉溶于水产会产生乳胶膜且其中含有水分。在本次实验中，乳胶粉掺量也按照一定的比例增加，最终形成的乳胶膜也比较完整，水分子在其中阻碍会增加，会对硬化泡沫轻质土产生影响，当出现水分较多的时候，干燥过程中乳胶膜中所失去的水分也增多，而硬化泡沫轻质土中的水分减少。

2.3 干湿循环

试验参照GB/T 11975-1997《加气混凝土干湿循环试验方法》，研究泡沫轻质土经受3次、6次、9次和12次循环后的抗压强度的变化。

干湿循环次数出现增加的现象，可以发现无侧限的整体强度也会产生变化。当不加入乳胶粉后，整体的强度缺失最快，当循环次数达到12次时，材料的损坏程度会达到25.3%，同时其试件参数也会具有一定程度的改变；若乳胶粉掺量改变了2.5%，此时通过循环12次，其损坏程度会变为15.5%，因此，试件的完整性良好；当掺量为 10%的时候，干湿循环强度损失率有所降低，可以达到6.14%，同样试件没有被破坏，可以说明乳胶粉掺量逐渐增加的情况，可以确定伟强度损失率也会逐渐减少。

当实验数据进行调整后，可以将R2调整为0.97，说回归反应的实验数据的拟合度可以达到96.9%，整体的线性回归方程也会出现拟合度逐渐增加的趋势，统计量的数值为0.73。

试件抗压强度随乳胶粉掺量、干湿循环次数曲面如图1所示。

图1 抗压强度随乳胶粉掺量和干湿循环次数的变化曲面

3 结论

文章对改性前后泡沫轻质土进行了无侧限抗压强度、自然干燥收缩和干湿循环试验，对比实验前后的相关性能特点，主要结论如下：

（1）实验后样本的干密度与抗压强度存在线性关系特点，出现线性递增趋势，抗压强度的幂函数出现递减的现象，其会导致应力参数发生一定程度的改变，实验结束后，在压缩并且载荷的状态下，泡沫轻质土会出现两种特性，分别是延性以及韧性。

（2）结合干缩实验，失水率掺和量的增加，会导致干缩逐渐增加，前期干缩数值增加，到收缩后期干缩数值在逐渐降低，与无乳胶粉的泡沫轻质土相比，其抗压强度随乳胶粉掺量的增大，损失率不断减少.改性前的泡沫轻质土第9次干湿循环后试件已破坏，当乳胶粉掺量为10%时，第12次干湿循环后试件未破坏.乳胶粉改性后的泡沫轻质土泡沫轻质土具有良好的水稳定性。