聚苯乙烯泡沫/膨胀珍珠岩/铁尾矿复合泡沫混凝土的制备及其性能研究

刘雷鹏 佘英飞 杨俊杰 杨震 张佳 吕生华

摘 要：聚苯乙烯泡沫（EPS）颗粒的引入可有效改善泡沫混凝土的各项性能，但EPS颗粒很难在混凝土内部均匀分散.针对此问题本文对EPS颗粒进行“裹浆造壳”预处理，系统研究了EPS改性工艺对复合泡沫混凝力学性能的影响.并在此基础上引入了膨胀珍珠岩，利用其与EPS的级配作用来进一步改善泡沫混凝土的保温性能.研究结果表明，在EPS颗粒的预处理材料中硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、铁尾矿按2.5∶2.5∶5的质量份比混合可以使复合泡沫混凝土的抗压强度与抗折强度相较于未经预处理的EPS空白对照组分别提升71.50%和53.33%，EPS颗粒与膨胀珍珠岩按照7∶3的体积份比混合，制备得到的复合泡沫混凝土保温性能最佳，所得复合泡沫混凝土的导热系数为0.119 W/m·K，表观密度为651 kg/m3，抗压强度与抗折强度在28天分别达到2.79 MPa和1.01 MPa.

关键词：工业固废；铁尾矿；泡沫混凝土；聚苯乙烯泡沫；保温隔热

中图分类号：TB33

文献标志码： A

文章编号：2096-398X（2023）04-0083-09

Abstract：In order to improve the thermal insulation performance of foamed concrete，polystyrene foam （EPS） particles were used to modify foamed concrete.Firstly，in order to solve the problem of uniform dispersion of EPS particles in concrete，the surface modification treatment was carried out，and the optimal composition of EPS modified materials was determined through experiments.Then，two kinds of lightweight aggregates，EPS particles and expanded perlite，were introduced into the preparation process of foamed concrete.The results show that the compressive strength and flexural strength of the composite foam concrete can be increased by 71.50% and 53.33% respectively compared with the untreated EPS blank group by mixing sulphoaluminate cement，Portland cement and iron tailings in the pretreatment material of EPS particles at a mass ratio of 2.5∶2.5∶5.When EPS particles and expanded perlite are mixed in a volume ratio of 7∶3，the prepared composite foam concrete has the best thermal insulation performance，and the thermal conductivity of the obtained composite foam concrete is 0.119 W/m·K，the apparent density was 651 kg/m3，and the compressive strength and flexural strength reached 2.79 MPa and 1.01 MPa in 28 days，respectively.

Key words：industrial solid waste; iron tailings; foamed concrete; polystyrene foam; thermal insulation

0 引言

泡沫混凝土具有密度小、超輕质和成本低等优势，已经快速发展为一种备受市场青睐的新型低碳绿色建筑材料，在全球各地被广泛使用［1-5］.传统的泡沫混凝土主要由水泥、粉煤灰及发泡剂制备而成，而随着研究的进展，研究人员发现将工业固废作为填料或胶凝材料适量的引入泡沫混凝土中，不仅可以降低成本还可以大规模消纳固体废弃物，在降低环境负担的同时也实现了建筑材料的节能减排，轻质混凝土的可持续和多功能发展对于建筑施工至关重要［6-11］.

铁尾矿是对铁矿石中的铁精矿进行分选筛取后余留下的废渣，我国每年新增铁尾矿上亿吨，是工业废弃物的主要来源之一.堆放的铁尾矿不仅占用大量土地资源，而且会对周围环境造成污染，大规模的消纳铁尾矿刻不容缓［12-15］.铁尾矿质地较坚硬且具有一定的火山灰活性，这使其可以作为细骨料加入泡沫混凝土中［16］.李玥［17］使用铁尾矿砂替代天然砂制备了泡沫混凝土，并系统探究了水泥用量、铁尾矿砂、天然砂的混合比例以及泡沫掺量对材料性能的影响.刘丹［18］研究了铁尾矿粉的掺量和细度对泡沫混凝土性能的影响.张立侠等［19］使用铁尾矿粉、粉煤灰和硅灰作为填料制备泡沫混凝土，探究原材料混合比例、水胶比等因素对泡沫混凝土性能的影响.Han等［20］研究了铁尾矿粉（ITP）对混凝土粉煤灰坍落度、抗压强度、干收缩率、抗氯化物渗透性、抗冻性和硫酸盐侵蚀的影响.ITP的加入增强了混凝土的凝聚力，并减少了坍塌的损失.虽然对铁尾矿基泡沫混凝土的研究已有一定的进展，但由于铁尾矿的密度较大，且其保温性能较差，限制了其实际应用.

EPS（聚苯乙烯泡沫）是一种内部气相占比较大的轻质保温颗粒，材料内部大量封闭微细空腔的存在使得它具有表观密度低、疏水率好、保温性能佳等优势.因此，在制备泡沫混凝土的过程中加入适量的EPS颗粒可以使材料具有轻质与保温隔热等优势［21］.Cheng等［22］通过加入EPS颗粒来增强混凝土的保温和隔热性能.Chen等［23］也将EPS颗粒作为轻骨料加入到泡沫混凝土中，探究了EPS的加入对材料可加工性、力学性能和导热性的影响.汤劲松等［24］探究了EPS泡沫保温材料作为屋面保温材料的可能.

虽然将EPS加入到泡沫混凝土中可改善泡沫混凝土的性能，但由于EPS为憎水性的有机材料，与混凝土等无机物的相容性差，且密度较小在搅拌成型过程中会出现上浮，导致成品力学性能较差［25，26］.要实现材料的轻质高强，必须从EPS颗粒与水泥之间的粘结问题上入手.EPS颗粒的表面改性是解决颗粒上浮和分散不均匀的关键［27］.康亚明等［28］以EPS颗粒与普通硅酸盐水泥为基础材料，在机械化学和粉体材料湿法改性作用下制备了一种轻质混凝土，该实验解决了EPS颗粒上浮等问题，并且在适宜的水灰比下具有良好的流动性.Yao等［29］以EPS为保温颗粒骨料，炉渣为骨料，水泥和石膏为基体，通过掺入碎棉秸秆纤维来解决无机和有机材料界面粘结强度低和EPS颗粒上浮的问题.方黄磊等［30］采用正交试验对高稠度的EPS塑性混凝土的配合比进行了优化设计，从而解决EPS颗粒上浮的问题.目前关于解决EPS在混凝土中的分散问题虽然已有一定的研究，但所涉及的方法较为复杂且普适性较差，对EPS颗粒的改性研究必然还需要更进一步.

针对EPS颗粒在混凝土内的分散问题，本文先对其进行类似普通混凝土的“净浆裹砂法”进行“裹浆造壳”表面改性.改性后EPS颗粒表面形成了一层混凝土的壳状结构，使其亲水性得到明显改善，同时还解决了因为EPS上浮造成的分散不均匀.包裹的EPS颗粒与水泥基之间的接触变得更加紧密；混凝土的抗压和抗折强度都有更为明显的提高.系统对EPS改性材料对EPS/铁尾矿基复合泡沫混凝土的各项性能的影响进行研究.并在此基础上，为了进一步改善复合泡沫混凝土的保温性能，将天然的玻璃质火山熔岩膨胀珍珠岩［31-33］引入到复合泡沫混凝土中，探究了EPS与膨胀珍珠岩两种轻骨料配合比对泡沫混凝土力学性能、保温性能、表观密度的影响.

1 实验部分

1.1 主要原料

普通硅酸盐水泥P.O 42.5与42.5级快硬硫铝酸盐水泥为陕西省声威水泥股份有限公司提供.铁尾矿粒径主要分布在70～110 μm，烧失量约为2.13%.EPS（表观密度为18 kg/m3，平均粒径为6 mm）由河间市超磊保温材料公司提供，其EPS颗粒的宏观形貌和内部结构如图1所示.

膨胀珍珠岩由山东玉顺绝缘材料厂生产，材料的表观密度为40 kg/m3，粒径为1.5 mm.本研究中使用的外加剂包括减水剂、发泡剂双氧水（H2O2）、稳泡剂羟丙基甲基纤维素（HPMC）、促凝剂偏铝酸钠均为化学纯，西亚试剂公司提供.

1.2 实验方法

1.2.1 EPS小球“裹浆造壳”

为改善EPS小球在混凝土中的分散性，需对EPS进行表面改性来构建一定的“核壳结构”，流程如图2所示，具体操作步骤如下：

（1）使用量筒量取一定量的EPS颗粒后均匀摊放在托盘中，将喷壶中的HPMC水溶液均匀喷洒在EPS颗粒表面；

（2）将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、鐵尾矿、减水剂按比例混合后加水制备得到裹浆材料；

（3）将制备得到的浆体与HPMC溶液润湿后的EPS颗粒混合，期间保持低速搅拌，使每一个EPS颗粒表面形成一层“水泥壳”；

（4）将已经表面处理后的EPS颗粒均匀的摊放在托盘中，静置3 h即可.

1.2.2 铁尾矿复合泡沫混凝土的制备

制备铁尾矿复合薄膜混凝土时，水泥、粉煤灰、铁尾矿的质量比5.25∶2.25∶2.5，水胶比为0.5.本试验涉及到的铁尾矿复合泡沫混凝土的制备流程如下：

（1）称取一定量的水泥、粉煤灰、铁尾矿与外加剂，并进行混合；

（2）将发泡剂和水分别加入干混完成的干料中，搅拌2～3 min；

（3）将预处理后EPS颗粒的与后续混合好的浆料混合，搅拌2 min；

（4）将搅拌完成的混凝土浆料倒入标准试件模具后并标号；

（5）12 h后脱模，标准养护，直至实验的要求龄期.

1.3 测试方法

1.3.1 表观密度

将养护至28天的试件放入电热鼓风干燥箱中进行多次烘干，每次烘干4 h，温度设置为（110±5） ℃，烘干后取出称重，直至两次烘干后的试件质量差小于1 g，记下此次试件质量记为恒重质量M0，计算试件体积V，通过公式（1）计算表观密度：

式（1）中：ρ0为试件表观密度（kg/m3），M0为试件恒重质量（kg），V为试件体积（m3）.

1.3.2 抗压强度

选取三块尺寸为40 mm×40 mm×40 mm的试件，分别标注3 d、7 d和28 d，在试样测试所要求的养护条件下养护至规定龄期.使用无水乙醇溶液对不同龄期的试件进行24 h浸泡处理，试件完成中止水化后放入烘箱中烘干至恒重，测量并计算出试件的实际受压面积，利用JES-300型抗折抗压试验机进行测试，测试时加荷速率为（2.4±0.2）KN/s.

1.3.3 抗折强度

ASTM（美国材料与试验学会：American Society of Testing Materials）是一个国际标准组织，致力于开发和发布针对各种材料，产品，系统和服务的自愿性共识技术标准.因此该试件抗折强度测试选用尺寸为40 mm×40 mm×160 mm的试件，测试参考《混凝土抗折强度方法ASTMC293M》进行.仪器选用万用型电伺服试验机进行测试，实验参数为：两量程300 KN，加载速率1 mm/min.

1.3.4 微观形貌表征

用日本 HITACHI 公司 S-4800 型扫描电子显微镜（SEM）观测泡沫混凝土内部水泥水化产物的微观形貌.制样方法：敲碎试件后选取较光滑平整的碎片粘到导电胶表面上，后用细导电胶分别固定碎片头尾，将样品按顺序粘在铝台上，15 s喷金后在扫描电镜上进行观察.

1.3.5 导热系数

使用瞬变平面热源导热仪（Hot Disk TPS 2500）测试试件的导热率，使用无水乙醇溶液对养护至28 d的试件进行24 h浸泡处理，试件完成中止水化后放入烘箱中烘干至恒重，打磨成两片40 mm×40 mm×10 mm的试块，选取两试块各自光滑的一面夹住感应探头，确定探头在两试块中心位置后在上方试块上放置砝码，保证探头与试块能完全接触.参数设置为40 mw、80 s，开始测试，三次平行测试后取平均值.

2 结果与讨论

2.1 EPS-混凝土界面SEM表征

“裹浆造壳法”对EPS进行改性处理可以改善有机轻质颗粒与无机胶凝材料间的相容性从而促进EPS颗粒在混凝土内部的均匀分散.图3为复合泡沫混凝土断面EPS-混凝土界面的微观形貌.从图3（a）可看出，未经预处理的EPS颗粒在加入泡沫混凝土后，EPS表面与混凝土之间的连接界面表现为含有缝隙的“弱连接”；而在图3（b）中，经过“裹浆造壳”处理的EPS颗粒与混凝土之间则表现出了良好的界面粘结力，界面过渡区无明显裂缝.因此，使用“裹浆造壳”工艺对EPS进行表面处理可以有效改善由于有机材料和无机材料间的性质差异而导致的界面“弱连接”.

2.2 裹浆材料处理工艺对复合泡沫混凝土性能的影响

2.2.1 裹浆材料中铁尾矿掺量对复合泡沫混凝土力学性能的影响

铁尾矿砂作为一种高硬度的工业固废可以有效提升材料的力学性能，因此将铁尾矿作为EPS颗粒的裹浆材料之一，有望通过提升EPS颗粒表面“水泥壳”的强度从而有效提升复合泡沫混凝土的力学性能.通过改变裹浆材料中铁尾矿的含量，探究EPS预处理所需最佳铁尾矿掺量.具体配比参数如表1所示.

如图4所示，试件28天的抗压强度与抗折强度随着铁尾矿的掺入均呈现先增大后减小的变化趋势，铁尾矿掺量逐渐增加至50 wt%的过程中，试件的抗折强度从0.49 MPa上升至1.02 MPa，試件的抗压强度从1.74 MPa增长至2.88 MPa.这说明铁尾矿作为细骨料可以有效提升混凝土硬化后的强度，同时当铁尾矿总量不变时，如果尽可能多的铁尾矿被添加在有机EPS颗粒与无机胶凝材料的界面连接处可以有效提升复合泡沫混凝土的整体机械强度.当铁尾矿掺量持续增加至60 wt%时，试件的抗折强度降低至0.66 MPa，抗压强度降低至2.14 MPa.这主要是因为在裹浆材料总质量不变的前提下，由于铁尾矿的密度远大于水泥的密度，铁尾矿含量的增加会导致裹浆材料的总体积降低，当铁尾矿的掺量达到60 wt%时，浆体不足以为每一个EPS颗粒提供完整的“水泥壳”，这是导致试件出现力学性能缺陷的主要原因.

图5为试件E1-E5断面经过Image-Pro Plus软件进行处理后EPS颗粒的分散情况.从图中可看出，当铁尾矿掺量为0 wt%、30 wt%、40 wt%时，EPS混凝土内部存在部分团聚的EPS颗粒，随着铁尾矿掺量的增加，EPS颗粒的团聚现象逐渐消失，这主要是因为硫铝酸盐酸盐水泥可以作为一种快速硬化的特种水泥.它作为EPS表面预处理所用的胶凝材料可以依靠它的快硬属性在材料表面形成一层“水泥壳”，但当硫铝酸盐水泥在裹浆材料中占比较高时，混凝土浆体的硬化时间会相应降低，从而导致部分团聚的EPS颗粒还未分离就被包裹在同一层“水泥壳”中，这种现象直接影响了试件力学性能，这也是当铁尾矿掺量小于40 wt%时试件28天的抗折强度均小于空白对照组的主要原因.在图5（e）中，EPS颗粒出现了一定程度的上浮现象，这也从侧面佐证了之前关于试件抗折强度与抗压强度下降原因的讨论.

2.2.2 裹浆材料中胶凝材料对复合泡沫混凝土力学性能的影响

经过部分的试验发现，使用硫铝酸盐水泥作为EPS表面预处理的胶凝材料存在EPS团聚而导致的材料力学性能缺陷，因此，本部分使用普通硅酸盐水泥替代50 wt%的硫铝酸盐水泥作为EPS表面改性的胶凝材料，通过提升EPS颗粒核壳结构的稳定性，从而有效提升复合泡沫混凝土的力学性能.具体试验参数如表2所示.

图6展示了将裹浆用胶凝材料替换为50 wt%硫铝酸盐水泥+50 wt%硅酸盐水泥后复合泡沫混凝土的力学性能受裹浆材料中铁尾矿掺量的影响情况.从图中可看出，试件28天的抗压强度与抗折强度随着铁尾矿的不断掺入均呈现先增大后减小的变化趋势，这与100 wt%硫铝酸盐水泥加入铁尾矿时的变化趋势相同.铁尾矿掺量从0 wt%提升至50 wt%的过程中，试件28天的抗折强度从0.90 MPa上升至1.38 MPa，抗压强度从2.07 MPa提升至3.55 MPa，这与先前的试验结果保持一致，铁尾矿作为细骨料可以有效提升泡沫混凝土的力学性能.而试件28天的抗折与抗压强度在铁尾矿掺量提升至60 wt%时均出现了下降现象，这主要是因为高铁尾矿掺量会导致较少的胶凝材料不足以使每个EPS颗粒形成稳定的核壳结构，这会降低EPS在混凝土浆体内的分散性从而导致试件力学性能的降低.

从图7可以发现，将裹浆用胶凝材料替换为50 wt%硫铝酸盐水泥+50 wt%硅酸盐水泥后，各组试件的力学性能得到了一定程度的提升，这主要是因为使用普通硅酸盐水泥替代部分硫铝酸盐水泥可以有效控制EPS表面水泥浆体的硬化时间，通过促进每一个EPS颗粒形成更稳定的核壳结构从而有效提升复合泡沫混凝土整体的力学性能.

2.2.3 裹浆材料对复合泡沫混凝土中EPS颗粒分散性的定量化分析

EPS颗粒在泡沫混凝土中分散的均匀性是决定复合泡沫混凝土各项性能的关键.在过往的研究中，通常将一块复合泡沫混凝土按相同体积等量切割为上、中、下三部分，对三个部分进行分别称重后通过质量的差异来判断EPS颗粒的分散性.结合文献，本实验使用Image-Pro Plus软件对各组试件的断面照片进行分析处理后探究EPS颗粒在泡沫混凝土内部的分散性，具体操作如下：

（1）拍摄该五个试件的断面照片并记作F1～F5，使用Image-Pro Plus软件进行去背底以及黑白二值化处理，将EPS颗粒标为白色，如图8所示；

（2）将处理后的断面图片等分为上、中、下三个部分，如图9所示；

（3）将等分后得三段图片分别导入Image-Pro Plus软件，使用软件标记每个EPS颗粒后使用计算功能分别计算得到上、中、下三部分的EPS颗粒总面积相对值、颗粒数以及颗粒差异倍率，通过以上参数来定量分析EPS颗粒在泡沫混凝土内部的均布性.

根据上述步骤分别对F1～F5五组试件的断面图片进行处理计算，各组试件断面上、中、下部分EPS颗粒各项参数见表3所示.从表3可看出，当铁尾矿掺量为50 wt%时，试件断面上、下部分EPS 颗粒总面积相对值最接近1，上、下部分颗粒数分别为20与19，相对中间切面的EPS颗粒数21非常接近，颗粒差异倍率近似相等，因此，裹浆材料中铁尾矿掺量为50 wt%时EPS在泡沫混凝土内部分散的最为均匀，这也是在此条件下试件的抗压强度与抗折强度最大的主要原因.同时，裹浆材料中铁尾矿掺量为60 wt%，试件断面三个部分的EPS颗粒数之间差异较大，上部分EPS 颗粒总面积相对值与1偏离最远，这表示有部分EPS颗粒出现了上浮现象，正是EPS颗粒分散的不均匀性导致了试件机械强度的降低.

结合上述研究结果，裹浆材料中的胶凝材料需选取等量的硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥混合，铁尾矿掺量基于裹浆材料总质量的50%.使用此配比预处理得到的EPS颗粒在泡沫混凝土中表现出最佳的分散性和力学性能.因此，选择此配比进行后续试验.

2.3 轻骨料配比对复合泡沫混凝土性能的影响

除了轻骨料的分散性，骨料的级配也是决定泡沫混凝土性能的一个关键因素，在解决了EPS颗粒在泡沫混凝土内部的分散问题的基础上，为了进一步改善复合泡沫混凝土的导热性能，将粒径小于EPS颗粒的膨胀珍珠岩作为轻骨料来替代部分EPS颗粒，利用EPS颗粒与膨胀珍珠岩间的粒径差异产生一定的级配.如图10所示，较小粒径的膨胀珍珠岩可以填充在大粒径EPS颗粒间的空隙内形成一定的级配从而降低材料的密度和导热系数.在前期的试验基础上，使用膨胀珍珠岩分别替代基于EPS颗粒体积的0%、20%、40%、60%和70%，其余试验条件不变，通过对各组试件的表观密度、抗压强度、抗折强度、导热系数进行综合分析，确定EPS颗粒与膨胀珍珠岩的最佳配比.

2.3.1 轻骨料配比对复合泡沫混凝土表观密度的影响

图11显示了随着膨胀珍珠岩对EPS体积替代率的提升试件表观密度的变化情况.从图中可看出，随着轻骨料中膨胀珍珠岩含量的提升，材料的表观密度呈先减小后增大的表化趋势，当膨胀珍珠岩的替代率从0%增长至40%时，材料的表观密度从729 kg/m3降低至651 kg/m3.这主要是因为膨胀珍珠岩掺入可以有效填充EPS颗粒间的空隙，而EPS颗粒与膨胀珍珠岩之间更小的空隙则由混凝土浆体填充，这种填充效应使EPS颗粒与膨胀珍珠岩颗粒间产生滚珠轴承效应，这对混凝土浆体具有一定的润滑作用，混凝土浆体具有良好的流动性有利于化学发泡过程中气泡在混凝土内部均匀稳定的生成，从而使材料的表观密度逐渐下降.

当轻骨料中膨胀珍珠岩的体积占比从40%提升至70%时，试件的表观密度从651 kg/m3增加至789 kg/m3，出现这一现象的原因可归结为混凝土浆体流动性的损失，首先，当膨胀珍珠岩的体积占比大于40%时，膨胀珍珠岩的总量远大于EPS颗粒之间需要填充的空间，轻骨料原本的级配效应逐渐减弱甚至消失，这使得混凝土浆体的流动性受到影响；其次，随着膨胀珍珠岩体积含量提升，EPS颗粒体积占比降低，轻骨料整体表面积增大，而裹浆材料的总体积不变，导致轻骨料表面核壳结构的生成受到影响从而影响混凝土浆体的流动性.混凝土浆体的流动性降低、粘聚性提升，这使得化学发泡过程受到抑制，混凝土内部的氣孔含量降低从而导致了材料表观密度的提升.

2.3.2 轻骨料配比对复合泡沫混凝土力学性能的影响

图12显示了随着膨胀珍珠岩对EPS体积替代率的提升试件力学性能的变化情况.从图中可看出，随着轻骨料中膨胀珍珠岩的体积占比提升，试件28天的抗压强度与抗折强度均呈现先减小后增大的变化趋势.试件28天抗折强度在膨胀珍珠岩体积占比为40%时降低至最小值1.01 MPa，试件28天抗压强度同样在膨胀珍珠岩体积占比为40%降低至最小值2.79 MPa.

试件强度的下降与材料密度的变化有关，随着膨胀珍珠岩与EPS颗粒逐渐形成级配，通过改善混凝土浆体的流动性提升化学发泡过程中泡沫混凝土内部的气相组分从而造成了材料强度的损失.当轻骨料中膨胀珍珠岩的体积占比从40%提升至70%时，试件28 d的抗压强度提升至7.65 MPa，抗折强度提升至3.04 MPa，这主要是因为随着轻骨料中膨胀珍珠岩体积含量的进一步提升，原本存在的轻骨料级配逐渐消失，这直接导致了混凝土浆体的流动性下降、粘聚性提升，浆体中化学发泡过程气泡生成的阻力增大，泡沫混凝土中气相占比逐渐下降，混凝土浆体部分趋于密实，因此试件的强度有所增加.

2.3.3 轻骨料配比对复合泡沫混凝土导热系数的影响

从图13可以看出，试件的导热系数随着膨胀珍珠岩在轻骨料中体积占比的增加呈现先减小后增大的趋势.膨胀珍珠岩体积占比为40%时材料的导热系数达到最低值0.119 W/m·K.混凝土内部气相占比是影响其导热系数最主要的原因，因此，材料的导热系数一般与其密度保持相近的变化趋势.

由于在泡沫混凝土内部加入了EPS颗粒，并且膨胀珍珠岩能够利用轻骨料轻质多孔的结构特点来有效降低混凝土的密度和导热系数从而使材料具有保温隔热的能力.

首先，膨胀珍珠岩与EPS颗粒形成的级配效应使混凝土浆体的流动性逐渐提高，这使得化学发泡过程中气泡产生的阻力降低，混凝土内部的气孔含量提升；其次，随着膨胀珍珠岩含量的提升，原本填充在EPS颗粒之间的混凝土浆体逐渐被膨胀珍珠岩替代，这也变相地提升了混凝土中的气相组成.这便是试件导热系数下降，保温性能提升的主要原因.而当膨胀珍珠岩体积占比上升至70%时，试件的导热系数持续上升至0.244 W/m·K，这主要是因为过多的膨胀珍珠岩会导致轻骨料原本的级配消失，直接影响到混凝土浆体的流动性使混凝土趋于密实，气孔的减少导致了试件导热系数的增长，与此同时，膨胀珍珠岩密度大于EPS颗粒也是导致泡沫混凝土保温性能下降的原因之一.

综上所述，选用两种轻骨料混合可以产生级配从而有效提升泡沫混凝土的性能，当轻骨料选用膨胀珍珠岩与EPS颗粒按体积比3∶7混合，制备得到的泡沫混凝土在强度方面虽存在一定的缺陷但拥有最低的表观密度和最佳的保温性能.综合考虑，本部分着重提升泡沫混凝土的保温性能，因此膨胀珍珠岩与EPS颗粒体积比为3∶7时/铁尾矿/轻骨料复合泡沫混凝土的性能最佳.

3 结论

（1）使用“裹浆造壳法”对聚苯乙烯泡沫（EPS）颗粒进行预处理可以有效提升有机颗粒与无机胶凝材料间的界面相容性，从而有效提升轻骨料在复合泡沫混凝土内的分散性.裹浆材料中硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、铁尾矿按2.5∶2.5∶5的质量份比混合，制备得到的复合泡沫混凝土具有最佳的力学性能，同时EPS颗粒的分散性最好.

（2）EPS颗粒与膨胀珍珠岩之间的粒径差异可以使轻集料产生级配效应从而通过改善复合泡沫混凝土的性能.当EPS颗粒与膨胀珍珠岩按照7∶3的体积比混合，制备得到的复合泡沫混凝土性能最佳，试件28天的抗压强度为2.79 MPa，抗折强度为1.01 MPa，表观密度为651 kg/m3，导热系数为0.119 W/m·K.

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【责任编辑：蒋亚儒】

基金项目：国家自然科学基金项目（21276152，21076152）；陕西省区域创新能力引导计划项目 （2021QFY04-04）；陕西省自然科学基础研究计划-陕煤联合基金资助项目（2019JLM-33）；陕西省教育厅专项科研计划项目（20JK0628）

作者簡介：刘雷鹏（1990—），男，陕西榆林人，副教授，博士，研究方向：功能高分子复合材料、介电弹性体材料