輕質高強泡沫混凝土的研究

劉迎兵

（成都山峰混凝土工程有限公司，四川　成都 610041）

輕質高強泡沫混凝土的研究

劉迎兵

（成都山峰混凝土工程有限公司，四川成都 610041）

通過單因素試驗研究了水灰比、水泥種類及硅灰、偏高嶺土、粉煤灰、石英粉摻量對泡沫混凝土基體砂漿強度的影響規律，得到其基體強度各組分的最優摻量，在此基礎上摻入水基泡沫制備了滿足 C30 強度要求的輕質泡沫混凝土，給出了泡沫摻量對容重及強度的影響規律。結果表明，水灰比為 0.18 時，峨勝 P·O 42.5R 水泥在該膠凝體系中有較好強度表現，此時硅灰、粉煤灰、石英粉用量相當于膠凝材料總量的：10%、10%、60%，基體強度可超過 100MPa，所制備的 30MPa 泡沫混凝土密度可降低至 1510kg/m3。

輕質；泡沫混凝土；配合比；強度

泡沫混凝土是向水泥砂漿里引入大量物理方法制得的均勻細小的水基泡沫而凝結硬化形成的輕質多孔材料。這種材料在建筑物的自保溫圍護結構、屋面絕熱等非承重結構中有廣泛應用和研究[1-4]。而承重結構用輕質混凝土多采用陶粒輕骨料制備且已有大量的研究和應用[5-7]，但對于承重結構用的輕質高強泡沫混凝土則少有研究。

為此，本文擬通過單因素試驗探討各影響因素對泡沫混凝土基體砂漿強度及泡沫混凝土強度的影響規律，為泡沫混凝土制備結構用輕質混凝土提供支持。

1　試驗原料與方法

1.1原料

水泥：A 峨勝 P·O42.5R，B 亞東 P·O42.5R；

硅灰：SiO2≥90%；

粉煤灰：Ⅰ 級粉煤灰；

偏高嶺土產地：四川；

石英粉：60 目；

減水劑：路加；

發泡劑：華泰；

水：潔凈的自來水；

增強劑：有機、無機復合增強劑。

1.2試驗方法

1.2.1成型及養護方法

各基體砂漿配合比的試塊混凝土均按水泥膠砂相關國標成型，泡沫混凝土則先按標準制備成砂漿后混入機械發泡制備的泡沫，充分攪拌至均勻后澆注成 (100×100×100)mm 的混凝土強度測試常用尺寸試件。各試塊成型好后均按國標標養一天脫模，再用 20℃ 水養至 28d 后按標準要求測試強度。

1.2.2基本配合比

主要采用單因素試驗方法，主要思想是在基本配合比的基礎上單獨改變某一個因素進行研究。基本配合比見表 1。后文除特別說明外各摻量均為相對于水泥用量的百分數。

表1　試驗基本配合比　　g

2　試驗結果與討論

2.1泡沫混凝土基體砂漿強度的影響因素研究

具有一定流動度的高強度基體砂漿是制備輕質高強泡沫混凝土的必要前提條件。為此，首先研究了基體砂漿強度受各影響因素的作用規律，并結合泡沫混凝土對工作性的具體要求，優選了各因素摻量。

2.1.1水泥種類及水灰比對泡沫混凝土基體砂漿強度的影響

試驗采用了 A、B 兩種水泥及五個水灰比分別制備成型，試驗結果見圖 1。

圖1　水泥種類及水灰比對基體砂漿強度的影響

圖 1 中曲線表明：兩種水泥強度均隨著水灰比的增加而降低，這與眾所周知的材料致密度與強度關系密切相關；而B 水泥在各個水灰比下的強度均比 A 水泥低，這說明在低水灰比下，A 水泥較 B 水泥有較好的強度表現，但水灰比增加時，兩種水泥的強度有接近的趨勢。

因試驗擬用水灰比均低于 0.2，應采用 A 水泥。考慮泡沫混凝土制備對流動性的要求，應使 w/c=0.18。

2.1.2礦物摻合料對泡沫混凝土基體砂漿強度的影響

需要說明的是，硅灰與偏高嶺土均為高活性材料且價格較高，因此向基本配合比中加入偏高嶺土時未摻硅灰，試驗結果見圖 2。

圖2　礦物摻合料對泡沫混凝土基體砂漿強度的影響

圖 2 數據說明，三種礦物摻合料的摻量均存在極大值，試驗所用硅灰的活性遠高于偏高嶺土，但與偏高嶺土有相似的變化規律，均在≤10% 摻量范圍時強度增加較快，且都在12% 時取得極大值。而粉煤灰則在摻 10% 時取得極值，且在后期降低較快。

試驗中觀察發現，摻硅灰制備基體砂漿時，流動性有明顯提升，在 10% 時有最好的流動性表現，這與硅灰的微珠和填充效應有關。而超過 10% 時，硅灰過大的比表面積使基體砂漿流動性逐漸變差，粘稠度增加，使試件斷面肉眼可見的氣孔較多，降低了強度，粉煤灰在工作性上也有類似表現。

結合泡沫混凝土對強度與工作性的雙重要求，流動性和強度均較好的摻量為：10% 硅灰、10% 粉煤灰。

2.1.3石英粉含量對泡沫混凝土基體砂漿強度的影響

細集料不會形成界面過渡區，對漿體強度具有很好的復合材料效應，可大大提高基體強度。而泡沫混凝土中不宜加入過粗骨料，故試驗采用了 40～70 目的石英粉。圖 3所示試驗結果中，石英粉的含量在相對于膠凝材料用量的20%～80% 范圍時，強度在波動中略有增加；超過 80% 時，強度很快降低，之后則相對平緩。

原因在于，石英粉比表面積相對普通細集料高，摻量超過 80% 時，流動性嚴重不足，漿體無法很好地密實成型，強度嚴重下降。而含量為 80% 時，已有一定流動性，60% 流動性則較好，且能降低整體成本。因此基體砂漿的石英粉含量確定為膠凝材料用量的 60%，此時砂漿強度超過 120MPa。

圖3　石英粉含量對泡沫混凝土基體砂漿強度的影響

2.2泡沫摻量變化導致的密度變化對泡沫混凝土強度的影響

在上一節中根據流動性和強度要求確立了基體砂漿各組分的最優值，即水灰比 0.18，硅灰粉煤灰各占膠凝材料的10%，石英粉占 60% 的基體砂漿配合比下，實驗研究了泡沫摻量對泡沫混凝土密度和強度的影響。從圖 4 中可以看出，泡沫量的多少決定了容重的大小：泡沫多，密度輕；泡沫少，密度大，隨著容重的降低，泡沫摻入量的增量有減少的趨勢。容重與強度的關系則剛好相反，強度隨著容重的增加而增加，且隨著密度的降低，強度的降低量有增大的趨勢。泡沫和密度的規律與泡沫加入過程中流動性逐漸變好有關，流動性變大之后泡沫更容易融入到漿體中去，破滅損失的更少，因此后期需要更少的泡沫就能降低較大的密度。

圖4　泡沫摻量及容重變化對泡沫混凝土強度的影響

強度同密度的規律則與兩方面有關：a）更多泡沫的引入形成了更高的孔隙率，根據經典的孔隙率—強度關系，已有這樣的趨勢；b）更多泡沫的引入向漿體帶入了過多的水分，1350kg/m3時已高達 35g/L 泡沫，相當于使集體砂漿水灰比增加了 0.026，這會使基體砂漿強度有較大幅度下降，從而造成泡沫混凝土強度降低。

其中，滿足 C30 輕質混凝土的強度要求的泡沫混凝土（38MPa），容重低至 1510kg/m3。

3　結論

（1）水灰比為 0.18 時，峨勝 P·O42.5R 具有較好的強度和流動度；

（2）偏高嶺土活性遠低于硅灰活性，硅灰、粉煤灰及石英粉摻量為膠凝材料的 10%、10%、60% 時，流動度和強度均較好；

（3）泡沫量與密度正相關，且隨密度的降低，泡沫摻入量的增量減少；強度與密度反相關，且隨密度的降低，強度的降低量增大；

（4）滿足 C30 強度等級要求的輕質泡沫混凝土容重可低達 1510kg/m3。

[1] 周順鄂．高性能泡沫混凝土的研究[D]．綿陽：西南科技大學[A]，2009．

[2] 沈新元．粉煤灰泡沫混凝土墻體填充料的設計[J]．粉煤灰綜合利用，2006(04): 18-19．

[3] 喬歡歡，盧忠遠，嚴云．用普通水泥制備泡沫混凝土基體材料的研究[J]．武漢理工大學學報，2008, 05: 35-46．

[4] 牛云輝，盧忠遠，嚴云，等．泡沫混凝土整體現澆墻體工程應用研究[J]．新型建筑材料，2011,03: 25-29．

[5] 卓文澤，葉林法．橋梁加固舊橋面改造中高強輕質混凝土施工工藝探討[J]．商品混凝土，2009, 08: 79-81．

[6] 龔洛書．高強陶粒和高性能輕集料發展[C]．第六屆全國輕骨料及輕骨料混凝土學術討論會[A]，2000,02: 7-11．

[7] 張仁杰，張陽光．高強輕質混凝土的應用探討[J]．科學之友：下，2010,24: 47．

［通訊地址］成都市成華區龍潭寺建設社區 6 組 （610041）

劉迎兵（1976—），男，工程師，本科，主要從事混凝土技術管理。