泡沫混凝土配合比設計及性能研究

袁成成 胡倩

近年來，在混凝土的發展過程中，出現了一種新型混凝土，即泡沫混凝土，其主要特征是多孔，它的生產工藝與其他混凝土相比，無論是從復雜程度還是從難度上而言，都較為簡單，并且制作原料廣泛，同時有較高的環保價值。本文首先重點對其配合比設計進行分析，然后對泡沫混凝土的性能展開探究。

現階段，粉煤灰已經成為混凝土中的重要原料之一，在配制過程中，將其視作膠凝材料，在一定程度上，可以提高混凝土性能，并且能夠起到環境保護的作用，更為重要的是，可以切實增加經濟收益。

一、原材料選取和制備

1.水泥

其一、水泥的作用是膠結，同時，水泥也直接決定著混凝土強度，所以，使用的水泥要具有兩種特點，一個是高強度，另一個是凝結速度快，凝結時間短；其二、因為外加劑對泡沫穩定有不利影響，所以，在水泥中不可添加影響泡沫穩定的材料；其三、要適當摻加熟料，其作用是提高水化的速度，同時，可以提升泡沫的穩定性。

2.煤灰粉

將煤灰粉用于泡沫混凝土制備中，其主要目的是增強水化，發揮活性作用，與此同時，因為煤灰粉自身性質，具有依附在顆粒表面的能力，從而具有滾珠軸承的作用，進而能夠減少水作用。因為煤灰粉其自身微小，可以最大程度上與水泥顆粒接觸，進入水泥顆粒之間的縫隙，借此提高泡沫混凝土的密實程度。除此以外，還具有穩定作用，能夠抑制結構離析。

3.發泡劑

發泡劑的重要性不言而喻，對泡沫混凝土的穩定性，以及抗凍性都有著重要影響。因此，必須要選用適合的發泡劑。判定其是否適合，可以從以下三方面考量，一是發泡倍數，二是泌水性，三是堅韌性。泡沫混凝土中泡沫的性質，主要影響因素有兩個，第一個是泡沫劑質量，第二個是用水量，所以，在制備泡沫劑溶液時，可以控制兩者的比例，從而產生具有穩定性的、符合要求的泡沫。筆者認為，蛋白質類發泡劑最為理想，例如動物毛發。

4.穩泡劑

在完成泡沫的制備后，最為重要的便是保證泡沫穩定，避免對發泡質量產生不利影響，所以，需要添加穩泡劑，進一步保證泡沫的穩定性。實驗證明，添加穩泡劑后，在一定程度上會降低發泡倍數，但同時也可以保證其穩定性。

5.細集料、石灰、水

制備泡沫混凝土，需要使用細集料，例如細砂，其目的是防止混凝土成品因為收縮導致的開裂，使用的細砂要滿足相關要求。礦物摻合料的選擇，最為常用的是生石灰，因為生石灰和硅料兩者可以發生化學反應，產生大量的熱量，能夠加快混凝土的硬化，與此同時，還可以提高混凝土強度。所選用的生石灰也要符合相關要求。

6.泡沫混凝土制備

現階段，泡沫混凝土制備的方法有兩種，第一種是預制泡沫混合法，第二種是混合攪拌法，從名稱上可以得知，這兩種方法的差別是泡沫生成方式不同，兩者相比較，第一種更加適合遠距離的泵送，同時，第二種方法也不適合現場澆筑，鑒于此，在實驗過程中，選用第一種預制泡沫混合法。

二、試驗方法的確定及試驗方案

本次試驗采取的是干表觀密度法，試驗的首要步驟就是確定原材料的用量以及各種實驗材料的用量。在《泡沫混凝土配合比設計》中，作者闡述了兩種配合比計算方法，其計算關系式如下：

其中Ρ干為泡沫混凝土的設計干密度；Sa為質量系數，普通硅酸鹽水泥取1.2，硫鋁酸鹽水泥取1.4；MC為泡沫混凝土水泥的用量（kg/m3）；Mfa為泡沫混凝土粉煤灰的用量（kg/m3）；Mw為泡沫混凝土基本用水量（kg/m3）；Φ為基本水料比。

在1M3泡沫混凝土中，水泥、粉煤灰和水組成的料漿總體積為V1，通過以下兩個公式可以對泡沫的添加量進行計算。

其中Ρfa為粉煤灰的密度；Ρc為水泥密度；Ρw為水的密度；V為加入泡沫前，水泥、粉煤灰和水的漿體總體積（M3）；V2為泡沫添加量；K為富余系數，普遍情況下取在1.1-1.3之間。

發泡劑的用量Mp可以根據以下公式進行計算。

表1 單因素配比設計表

其中My為形成的泡沫液質量（kg）；Ρ泡為實測泡沫密度；Mp為泡沫混凝土的泡沫劑質量（kg/M3）；β為泡沫劑的發泡倍數。

配合比試驗方案可以分為兩個部分，分別是單因素配合比設計和多因素配合比設計，其中前者是測試單一原料對泡沫混凝土性能的影響，后者則是測試各種原料配比對泡沫混凝土性能的影響，從而找出影響泡沫混凝土性能的主要因素，獲得最佳的泡沫混凝土配比。

在單因素配合比設計中，此次試驗所使用的干物料質量總和為720g，水料比固定為0.45，水泥和粉煤灰總質量為干物料綜合的四分之三。在研究石灰對泡沫混凝土性能的影響時，為了保障水泥和粉煤灰的質量總和不發生變化，可以將細砂作為調節因子。

表2 多因素配比設計表

三、泡沫混凝土配合比性能研究

1.粉煤灰與水泥兩者對其性能所具有的影響

粉煤灰其自身并非是真正意義上的膠凝材料，同時，粉煤灰也沒有膠凝的作用，更為重要的是，其活性較差，二次水化需要較長的時間，因此，在制備過程中添加粉煤灰，則會對泡沫混凝土強度產生影響，主要是早期強度，筆者所言的早期強度，不僅指單一的包括7d抗壓強度，而且也包括28d抗壓強度。

2.發泡劑對泡沫混凝土的性能影響

影響常規混凝土抗壓強度的因素眾多，同時，每一種因素之間，也不是簡單的比例關系，所有的因素，是相互影響的，且影響較為復雜，難以簡單地進行概括和總結，但是，對抗壓強度的影響，也遵守木桶效應，換言之，對于常規混凝土而言，在影響其抗壓強度的眾多因素中，有個別因素是主要的，有著決定性作用。對于泡沫混凝土而言，發泡劑是不可或缺的，也是必須使用的，實驗證明，如果增加發泡劑摻量，則抗壓強度在持續的減低，與此同時，隨著摻量的不斷增加，其強度下降趨勢會更加嚴重。

3.石灰對泡沫混凝土性能的影響

隨著石灰摻量的不斷增加，干密度和吸水率不會發生較大的變化，但是抗壓強度會呈現出先增大后減小的趨勢。生石灰在遇到水時會生成Ca（OH）2，Ca（OH）2：在放出促進混凝土硬化的水化熱的同時還會在一定程度上激發的粉煤灰的活性。因此，在一定范圍內增加生石灰的用量，會對泡沫混凝土強度的提升起到一定的促進作用。但是過量的使用則會導致漿料加快稠化，硬化速度也會降低，從而導致混凝土強度的減弱。

四、結語

在實際的制備過程中，要依據泡沫混凝土的用途，嚴格控制各影響因素，從而提高和保障泡沫混凝土的質量和性能，促使其能夠符合設計要求，能夠達到建筑中對泡沫混凝土的要求，從而可以得到廣泛和深入的應用，為提高建筑質量做出貢獻，也能夠提高混凝土企業的產品質量，增加經濟效益，提升企業競爭力。