裝配式輕質混凝土墻板制備材料優化及性能測定

摘要：針對傳統裝配式陶粒輕質混凝土在使用過程中易出現開裂的問題，提出一種新型裝配式輕質墻板的制備。試驗對輕質混凝土的配比進行優化，以優化后的輕質混凝土為原料制作輕質墻板，對輕質墻板的性能和實際應用效果進行分析。試驗結果表明，選擇發泡劑類型為十二烷基磺酸鹽類發泡劑，發泡劑摻量為10%，聚丙烯纖維摻量為0.2%制備的輕質混凝土28 d抗壓強度為12.5 MPa，軟化系數為0.94，90 d干燥收縮值為0.377 mm/m，坍落拓展度為508 mm，滿足輕質墻板制作要求。以該混凝土為原料制作的輕質墻板各項性能均滿足JC/T 2214—2014《鋼筋陶粒混凝土裝配式輕質墻板》標準的要求。

關鍵詞：裝配式建筑；輕質混凝土；輕質墻板；干燥收縮

中圖分類號：TQ177.6+7文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2025）01-0102-04

Optimization of preparation materials and performancemeasurement prefabricated lightweight concrete wall panels

LI Zhiwei

（Beijing Construction Engineering Decoration Group Co.，Ltd.，Beijing 100049，China）

Abstract：In order to solve the problem that traditional prefabricated ceramsite lightweight concrete is prone to cracking during use，a new type of prefabricated lightweight wall panel was prepared.The ratio of lightweight con?crete was optimized，the lightweight wallboard was made from the optimized lightweight concrete，and the perfor?mance and practical application effect of the lightweight wallboard were analyzed.The experimental results showed that when the type of foaming agent was dodecyl sulfonate foaming agent，the foaming agent content was 10%，and the polypropylene fiber content was 0.2%，the compressive strength of the prepared lightweight concrete was 12.5 MPa at 28 days，a softening coefficient was 0.94，a dry shrinkage value was 0.377 mm/m and the slump ex?pansion degree was 508 mm at 90 days，meeting the requirements for the production of lightweight wall panels.The lightweight wall panels made from this concrete meet the requirements of JC/T 2214—2014“Reinforced Ceramsite Concrete Prefabricated Lightweight Wall Panels”standard in all aspects of performance.

Key words：prefabricated buildings；lightweight concrete；lightweight wall panels；drying shrinkage

傳統裝配式輕質墻板干燥收縮值較高，在養護過程中易出現開裂的問題，使其應用受到很大的限制。對此，部分學者也進行了很多研究，如通過用一定量的建筑回收破碎料代替粉煤灰、煤渣制備新型輕質墻板[1]。制備了一種防水抗滲泡沫混凝土，并將其用于裝配式輕質墻板的制作[2]。通過玻璃纖維對輕質墻體用核桃殼輕骨料混凝土的性能進行優化[3]。以含渣土的EPS輕質混凝土為芯材制備復合夾芯墻板，并對墻板的性能進行研究[4]。基于此，試驗以文獻[5]的方法為參考，制備了一種新型裝配式輕質墻板，并對其性能進行研究。

1試驗部分

1.1材料與設備

主要材料：水泥（P·O 42.5，諾文地坪材料）；粉煤灰（I級，盛運礦產品）；天然砂（I級，銘眾礦產品）；陶粒（I級，靈順新型建材）；陶砂（I級，津生新材料）；減水劑（AR，潤興源科技）；膨脹劑（AR，超意興化工）；發泡劑（AR，銘鋒生物科技）。

主要設備：YAW-A型壓力試驗機（易騰檢測儀器）；20型發泡機（華格隆機械）；JS1000型混凝土攪拌機（鯤之躍建筑工程設備）。

1.2試驗方法

1.2.1輕質混凝土的制備

參照JGJ/T 12—2019《輕骨料混凝土應用技術標準》[6]對混凝土配比進行設計，確定混凝土水膠比為0.26，具體配比見表1。

（1）提前將干燥的陶粒和陶砂放入水中浸泡3d進行預濕處理。瀝出陶粒和陶砂后，用濕潤的毛巾將骨料表面的水漬擦干；

（2）將膠凝材料和聚丙烯纖維放入混凝土攪拌機內預拌30 s。然后放入經過預濕處理后的陶粒和陶砂，繼續攪拌使其混合均勻，攪拌時間為60 s；

（3）提前將水與減水劑混合，然后倒入攪拌機內進行攪拌混合，攪拌時間為120 s，得到陶粒混凝土；

（4）通過發泡機將發泡劑水溶液制備成均勻穩定的泡沫，然后拌入混凝內，得到陶粒泡沫混凝土；

（5）將陶粒泡沫混凝土倒入模具中，人工振搗使其在模具內完全填充，然后將表面抹平，室溫養護1 d后，標準養護至指定齡期。

1.2.2輕質墻板的制備

（1）將制備輕質混凝土倒入經過模具穿芯和鋪設布料的鋼筋網架中，振搗成型。在壓槽的作用下進行預養護，養護時間為1d；

（2）對經過預養護的墻板進行常溫蒸汽養護處理。常溫蒸汽養護過程為：在1h內升溫至50℃，保溫養護5.5 h。養護結束后，將溫度降低至25℃后，繼續養護0.5 h，完成常溫蒸汽養護過程；

（3）對養護后裝配式輕質墻板進行抽芯和脫模處理，然后進行增壓養護。增壓養護過程為：在15min內將養護壓力提升至0.1 MPa，然后在30 min內將壓力提升至0.25 MPa；在45 min內將壓力提升至0.35 MPa，最后在1h內將壓力提升至0.5 MPa，完成升壓過程。在該壓力條件下，恒壓養護2h，開始降壓過程。首先在15min內將壓力降低至0.4 MPa，然后在30min內將壓力降低至0.3 MPa；在45min內將壓力降至0.2 MPa，在60 min內將壓力降至0.15 MPa；在75 min將壓力降至0.1 MPa；最后在90 min內將壓力降至0 MPa，靜置30min后完成增壓養護過程。

1.3性能測試

1.3.1抗壓強度測試

參照GB/T 23451—2009《建筑用輕質隔墻條板》標準[7-8]，采用壓力試驗機對輕質混凝土和輕質墻板的抗壓強度和軟化系數進行測試。

1.3.2干燥收縮測試

參照GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性試驗方法標準》[9-10]對輕質混凝土和輕質墻板對干燥收縮值進行測試。

2結果與討論

2.1發泡劑類型優化

2.1.1力學性能

發泡劑類型的力學性能變化結果如圖1所示。

由圖1可知，植物蛋白類發泡劑制備的輕質混凝土力學性能最差。這是因為植物蛋白類的發泡劑制作的泡沫穩定性較差，在混泡過程中，泡沫快速破滅，混凝土體系內氣-液-固三相向液-固兩相轉變的趨勢增大，使體系內水膠比有一定增加，影響混凝土的力學性能[11-12]。由于本試驗制備的混凝土是作為墻板材料使用，對力學性能要求較高，因此后續試驗中不考慮植物蛋白類發泡劑。

2.1.2干燥收縮性能

通過干燥收縮值進一步對發泡劑類型進行優化，干燥收縮值變化如圖2所示。

由圖2可知，十二烷基磺酸鹽類發泡劑制作的輕質混凝土干燥收縮值明顯低于合成類發泡劑制作的輕質混凝土。這是因為輕質混凝土干燥收縮值主要與混凝土內部泡沫形成的氣孔孔徑分布有關，合成類發泡劑制作的泡沫孔徑不均勻，連接孔和大孔相對較多，給混凝土內部水分的遷移提供了有利條件，內部水分失衡，引起干燥收縮[13-14]。而十二烷基磺酸鹽類發泡劑形成的泡沫較為穩定均勻，在混凝土內部形成的孔隙率較小，對混凝土內部的濕度平衡影響較小，因此其干燥收縮值較小。在作為墻板材料使用的過程中，干燥收縮值較高會導致墻體出現裂縫等病害，因此，選擇發泡劑類型為十二烷基磺酸鹽類發泡劑。

2.2泡沫摻量優化

2.2.1力學性能

泡沫摻量對力學性能變化的影響如圖3所示。

由圖3可知，泡沫摻量與輕質混凝土的力學性能呈反比關系。這是因為泡沫摻量直接影響混凝土容重，其值越大，容重越低，進而影響了混凝土內部孔結構，降低了混凝土的強度[15]。

2.2.2干燥收縮性能

干燥收縮值變化如圖4所示。

由圖4可知，在養護后期，泡沫摻量為10%的輕質混凝土干燥收縮值明顯低于泡沫摻量為20%和30%的輕質混凝土。這是因為隨泡沫摻量的增加，混凝土內部開口孔隙和閉口微孔也隨之增加，為混凝土內部水分的遷移提供了有利條件，混凝土抵抗收縮變形的能力降低[16]。因此，選擇適合的泡沫摻量為10%。

2.3纖維摻量優化

2.3.1力學性能

纖維摻量對力學性能變化的影響如圖5所示。

由圖5可知，纖維摻量對力學性能存在最佳值。出現這個變化的主要原因在于，纖維進入混凝土內部后，可有效提升混凝土內部的保水性和粘聚性，使得混凝土抗壓強度有一定提升[17]。但纖維摻量過高會導致纖維在混凝土內部相互團聚，形成薄弱部分，使得混凝土強度下降[18]。

2.3.2干燥收縮性能

不同纖維摻量條件下輕質混凝土干燥收縮值變化如圖6所示。

由圖6可知，纖維對降低輕質混凝土的干燥收縮值有積極影響。這是因為纖維在混凝土內部橋接、穿插，對混凝土基體的粘接力有提升作用，可有效阻止硬化漿體的水分蒸發，使混凝土的干燥收縮值降低[19]。

2.4性能測定

輕質混凝土的性能測試結果如表2所示。

由表2可知，試驗制備的輕質混凝土各項性能均滿足JC/T 2214—2014《鋼筋陶粒混凝土輕質墻板》標準要求[20]，可以作為墻板材料使用。

2.5輕質墻板性能測試

以JC/T 2214—2014為指標，對制備的裝配式輕質墻板性能進行檢測，檢測結果如表3所示。

由表3可知，試驗制備的裝配式輕質墻板各項指標均滿足JC/T 2214—2014要求，可以作為墻板使用。

3結語

（1）十二烷基磺酸鹽類發泡劑制備的輕質混凝土在力學性能和干燥收縮性能方面均表現良好；

（2）過量的泡沫會導致體系內混凝土內部水分的遷移，造成混凝土內部孔隙率增加，使得混凝土抗壓強度下降，干燥收縮值上升；

（3）適量的聚丙烯纖維在混凝土內部起架橋連接作用，提升了混凝土內部物料的粘聚性，提升混凝土性能；

（4）制備的輕質混凝土基礎性能滿足JC/T 2214—2014要求，可以作為制作墻板的材料使用；

（5）經過常溫蒸汽和增壓養護制作的墻板各項性能均滿足JC/T 2214—2014要求，達到了裝配式墻板使用條件；

（6）將該墻板用于酒店的建設，效果良好，表現出良好的實際應用性能。

【參考文獻】

[1]劉敬敏，秦康，申士龍，等.新型混凝土輕質隔墻板的制備及力學性能研究[J].新型建筑材料，2020，47（10）：108-112.

[2]葉武平，曹力強，梁瑞華，等.防水抗滲泡沫混凝土的制備及在墻板中的應用[J].混凝土，2021（4）：122-124.

[3]黃正峰，歐忠文，羅偉，等.玻璃纖維增強核桃殼輕骨料混凝土的性能研究[J].合成纖維，2022，51（5）：65-69.

[4]肖家冬，萬惠文，張高科，等.含渣土的EPS輕質混凝土用于復合夾芯墻板芯材的研究[J].硅酸鹽通報，2022，41（6）：2053-2062.

[5]曹顯志.陶粒輕質混凝土墻體材料性能研究與應用[D].南京：東南大學，2022.

[6]馬少春，吳優文，鮑鵬，等.中間保溫裝配式復合墻板實驗與簡化計算理論研究[J].河南大學學報（自然科學版），2022，52（4）：486-493.

[7]唐亮，程燾，張勇波，等.預制裝配式混凝土墩柱連接研究進展[J].工業建筑，2023，53（S1）：160-166.

[8]劉鐘，吳海亮，張戊晨，等.內嵌龍骨LSP板裝配式墻體受力性能試驗研究[J].建筑結構，2023，53（14）：13-18.

[9]方魯兵，范家茂，汪雪微.裝配式建筑混凝土結構系統設計的研究[J].蕪湖職業技術學院學報，2022，24（3）：48-52.

[10]劉江榮，顏育仁.王敏，等.膨脹劑配比改性的纖維混凝土粘接抗裂及力學性能研究[J].粘接，2023，50（9）：77-80.

[11]杜浩洋，隋宇，皮永豪，等.改性聚苯乙烯輕骨料混凝土的性能研究及應用[J].混凝土世界，2022（7）：36-39.

[12]劉賓燦，許軍峰，杜磊，等.裝配式建筑整體式復合保溫墻板安裝技術[J].安裝，2022（5）：46-49.

[13]胡習兵，張正武，黃縱威，等.輕鋼龍骨泡沫混凝土輕質墻板抗彎性能研究[J].建筑鋼結構進展，2022，24（9）：67-75.

[14]馬芹永，趙慧敏，袁璞，等.不同含水率蒸壓輕質混凝土拉壓性能試驗研究[J].安徽理工大學學報（自然科學版），2022，42（1）：50-55.

[15]陳曉婕.環氧膠泥在鋼結構與混凝土粘接中的應用[J].粘接，2022，49（7）：36-40.

[16]李悅，高崇銘，李曉潤，等.輕質混凝土復合墻板填充鋼框架抗震性能試驗研究[J].建筑結構學報，2021，42（S2）：41-48.

[17]邱紅勝，袁杰.泡沫輕質混凝土在不均勻地基中的應用研究[J].武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2022，46（4）：687-690.

[18]范永晶，楊博，汪嫄全，等.裝配式預制混凝土輕質構件生產技術研究[J].新型工業化，2021，11（5）：109-111.

[19]王艷紅，姚永鶴，徐峻，等.聚丙烯纖維對陶粒加氣混凝土基本物理力學性能的影響研究[J].金華職業技術學院學報，2021，21（3）：24-29.

[20]王俊顏，劉菲凡，郭君淵.超高性能輕質混凝土的循環拉伸力學性能[J].哈爾濱工業大學學報，2021，53（4）：170-176.

（責任編輯：蘇幔，平海）