憎水性轻质泡沫混凝土性能及其在混凝土裂缝修复中的应用

罗翔云，岑树华，黄湘，沈茜丹

（1.广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029；2.广西壮族自治区港航发展中心，广西 南宁 530029）

1 前言

泡沫混凝土是一种水泥基多孔材料，它是通过将预先制备好的发泡液物理加入水泥浆料中而形成的。相比于普通混凝土，泡沫混凝土不需要添加粗集料，其内部均匀分布了大量气孔。这种材料具有多种优点，如卓越的疏水性、渗透性和可泵送性，兼具轻质、环保、隔音、抗震、现浇等多种优异特性，已成为建筑领域中研究的热点[1-2]。泡沫混凝土具有优良的渗透性、疏水性、粘稠性、可泵送和现浇等多种特性，泡沫混凝土利用优质的渗透功能，填充密实狭窄、难以接触到的裂缝，实现水下作业。作为轻质疏水性材料，采用泡沫混凝土修复可在不增加额外负荷的情况下使已被腐蚀甚至已被严重侵蚀的建筑物，恢复原来的稳定度和强度[3]。

因此，将泡沫混凝土应用于港口码头结构混凝土表面破损、裂缝及水下修复，不仅方便快捷、成本低廉，而且其安全性、环保及资源再利用等独特性，可以极大增强码头结构的使用性能，从而有效提高码头结构的耐久性并延长其使用寿命，对于保障码头的安全、高效运行具有极其重要的意义。

2 泡沫混凝土制备及性能

本研究采用新型动物蛋白类发泡剂，制备流动性好、强度高的轻质泡沫混凝土。控制混凝土密度为1500～1800 kg/m3。以总的胶凝材料量为1400kg/m3，水胶比0.20，矿粉和粉煤灰复合替代量为50% 计，矿粉和粉煤灰添加的比例为1:4，泡沫体积掺量为0.4m3/m3。

首先按照1：20 比例用水将发泡液原液稀释为试验用发泡液备用。将搅拌机清洗干净并保持润湿。按照一定配合比，称取水泥、粉煤灰等物料。按次序在JJ-5型水泥胶砂搅拌机中先后加入砂、粉煤灰、矿粉、硅粉和水泥，干混时间持续60s 使其充分混合；称取一定量的聚羧酸减水剂，并将其溶解于拌合水中，将溶解后的减水剂加入物料中进行拌和，拌和时间为2min～3min，确保混合均匀。用发泡装置制备泡沫，并用不同规格的容量筒量取设计的泡沫量加入搅拌机，过长的搅拌时间会对发泡剂的分解速度产生负面影响，破坏气泡与水泥浆体之间的界面结构，导致内部孔结构受损，从而降低了材料的强度并增加容重。本试验中选择搅拌时间为60s。制备的泡沫混凝土力学和耐久性如表1 所示：

表1 修复砂浆力学耐久性能

试件的流动度为286mm，达到自流平的要求。28d抗压强度和粘结强度达到40.5MPa 和2.3MPa，抗冲磨强度达到15.6h/kg/m2，并具有良好的抗冻、抗渗等耐久性能。将粉煤灰和矿粉以等质量的方式部分取代水泥，可以增加泡沫混凝土的流动性。矿粉的粒径小于水泥的粒径，因此可以填充在水泥颗粒之间或水泥颗粒与骨料之间，取代其中的自由水。这导致拌合物的表面水增加，从而促进了泡沫混凝土的流动性提高。此外，矿粉和粉煤灰中改善了泡沫混凝土内部的碱性环境，通过二次水化反应，将不利于长期强度的Ca(OH)2转化为有利于强度的C-S-H 凝胶，从而改善了混凝土的微观结构，并降低了水泥浆体的孔隙率。

3 泡沫混凝土裂缝灌注修复工艺

泡沫混凝土具有良好的渗透性，适合于混凝土表面缺陷、裂缝等修复。泡沫混凝土浇筑时具有高流动性，其极强的渗透性可以渗入一些极其细小的裂缝。具有浇筑完后可固化且不需机械碾压或振捣等优势，对于一些较深的密实狭窄、难以接触到的裂缝利用优质的渗入功能填充，特别适合于一些空洞及狭小裂缝修复充填，但在浇注时由于其良好的渗入流动性，渗入周边裂缝空洞造成表面凹陷，因此需要多次浇注直至表面平整。使用泡沫混凝土对表面混凝土破损修补处理的施工工艺流程为：清除裂缝→埋设灌浆嘴→封缝处理→准确称量及配置泡沫混凝土→灌浆→拆除灌浆嘴→混凝土表面修整。具体为：

（1）裂缝清理。需要清除槽内的松散层、油污、浮灰以及其它不牢附着物。确保裂缝两侧的杂物被彻底清除，然后使用丙酮作为洗涤剂进行冲洗，将裂缝两侧彻底清洁，以确保裂缝开口的干燥。

（2）钻孔安装注浆嘴。在进行灌浆时，应在灌浆口处涂抹厚度为1mm 的环氧胶泥，用以封闭灌浆口。随后将压浆口与裂缝中心对齐并固定在裂缝中心位置。由于裂缝的大小各异，因此灌浆口之间的间距也会有所不同。一般布置间距为300～1000mm，埋设灌浆嘴的位置应该布置在裂缝的端部、交叉处和贯穿裂缝的两个侧面上。可以通过钻孔斜向成孔的方法埋设灌浆口，使孔深交叉穿过裂缝，同时注意确保灌浆口密封胶垫被充分埋置，以保证密封效果。

（3）封闭裂缝。使用环氧胶泥进行封缝。精确称量和拌和封缝材料，一次或多次将其压入裂缝内，使其稍微高出槽面，并进行抹平和修整。进行压气检查灌浆嘴的连通和封闭效果。对于宽度不超过1mm 的裂缝，可以在裂缝两侧涂抹约1mm 厚的封闭胶，范围为裂缝两侧20mm 内；如果裂缝宽度超过1mm，需要在裂缝两侧粘贴玻璃纤维布来进行封闭。

（4）泡沫混凝土配制。按试验的配比准确称量配置泡沫混凝土灌浆液，采用先制泡再与混凝土拌和的方法进行泡沫混凝土的拌和，即经混凝土制备、泡沫制备、混凝土与泡沫混合及混凝土浇筑四个步骤。同时严格控制泡沫掺量。泡沫混凝土搅拌量要精确计算，即将混凝土的使用时间控制在1 小时内，避免剩余混凝土造成材料浪费。

（5）灌浆。将泡沫混凝土浆液注入灌浆用气囊中。将压力灌浆器牢固连接到已粘结好的灌浆口上，逐一进行灌注。按照从下往上的顺序对竖向缝进行压力灌浆，对水平缝进行从一端到另一端的顺序灌浆，灌浆压力始终保持在0.2～0.8MPa 范围内。等到浆液完全固化后，把灌浆嘴拆除，浆体表面修平整。在灌浆过程中，如果发现有冒浆或漏浆的情况，应采取表面封堵、嵌缝、浓浆、低压、限量、限流、间歇灌浆等方法迅速处理。裂缝灌浆的检测方法包括：①通过相邻钻孔中出露的灌注混凝土来检测；②观察灌注压力是否出现逆向压力。

（6）封口。用钢砂纸打磨封口封闭胶，在裂缝处涂抹环氧基液浆。

4 结论

（1）利用硅酸盐水泥和粉煤灰、矿渣及硅灰等混合材，采用预制气泡后混合的方法制备憎水性轻质泡沫混凝土。以总的胶凝材料量为1400kg/m3，矿粉和粉煤灰复合替代量为50%计，其中水胶比为0.20，矿粉和粉煤灰添加比例为1:4，泡沫体积掺量为0.4m3/m3，制成的泡沫混凝土28d 抗压强度和粘结强度可达40.1MPa和2.3MPa，并具有优良的流动性、渗透性和粘结性能，适合于混凝土表面缺陷、裂缝等修复。

（2）修复材料的可操作性以及施工工艺是保证其修复质量及效果的重要影响因素。使用泡沫混凝土对混凝土裂缝修补处理的施工工艺流程为：清除裂缝→埋设灌浆嘴→封缝处理→准确称量及配置泡沫混凝土→灌浆→拆除灌浆嘴→混凝土表面修整。将泡沫混凝土应用于港口码头结构混凝土表面裂缝、剥落等破损问题进行修复，可以达到简化施工工艺、确保工程质量及降低工程成本的作用。