粉煤灰摻量對硅粉泡沫混凝土早期強度的影響

（海南省公路管理局三亞公路局，海南 三亞 572000）

一、引言

泡沫混凝土作為新型建筑環保材料，具有廢物再利用、能源消耗小、價格低廉、取材方便、生產成本低等優點，屬于輕質混凝土。其主要由兩相多孔組成，分別是固體相水泥基體與氣體相空氣空洞。氣體相空洞很小，其半徑均不足0.5mm。礦物質（硅粉與粉煤灰）外摻量變化會影響混凝土的力學性能及化學性能，最直觀的表現是：泡沫混凝土的粘結強度與穩定性發生變化。粘結強度的形成，主要受接觸界面上的化學粘劑、摩擦與機械聯鎖控制的抗剪切應力之和的影響。

按照空洞直徑尺寸分類，可以將多孔材料劃分為3類：微孔材料（直徑小于2nm）、介孔材料（直徑介于2nm與50nm之間）、大孔材料（直徑大于50nm），因此泡沫混泥土為大孔材料。

硅粉別名硅灰，其約有90%的成分為二氧化硅。在混凝土中外摻硅粉后，可以有效提升混凝土的性能，并降低水泥用量。外摻硅粉可以有效提升混凝土的抗壓強度、抗剪強度，同時可以改善其抗腐蝕、防滲漏功能、提高混凝土早期強度。

本文為了解決上述問題，研究如何提升粉煤灰泡沫混凝土早期強度，展開試驗設計。依據泡沫混凝土的干燥配合比設計多組混凝土試樣，對其試驗并記錄試驗結果，分析數據，探究其變化規律。其中在實驗設計中混合比例理論基礎見公式（1）：

pg=SMs（1）

其中pg是設定的泡沫混凝土的干密度值，依據試驗設定，kg/m3；S為常數，此處取定1；Ms是所用水泥質量，kg。

設計各種配合比及水灰比例并形成具有可比性的試驗組，依次制作若干泡沫混凝土試樣，經過標準養護一定期齡后，在同樣環境下對各試驗樣本金屬抗壓強度試驗。將各試驗結果記錄整理，以圖表形式展現，分析硅粉與粉煤灰外摻比例對泡沫混凝土早期強度的影響機理及規律變化，為日后工程實踐提供理論依據。

二、試驗設計

（一）試驗材料及性能概況

試驗所用材料有：A廠生產的谷地牌35復合硅酸鹽水泥、B火電公司研磨等級為一級的粉煤灰、C廠生產的比表面積為1.75×105cm2/g的硅粉、取自某市D自來水公司處理的標準自來水（水溫恒定為50℃）、E建筑科學研究院研制的粉狀荼系高效減水劑（Na2SO4所占比例僅4.5%）、F廠生產的濃度是28%的過氧化氫鈉溶液、G廠生產的母料。

（二）混合比設定

本試驗設定四組，每組進行兩次。每組混合比例保持不變且相同，僅粉煤灰外摻量發生改變，其具體樣本數據如表3所示。泡沫混凝土試樣其水灰比設定0.45并保持不變。其制作過程如下：將膠凝材料、緩凝劑與泡沫依次倒入混合器后，對其完成2min的干燥混合。按照預先設計的水量及水溫倒入水道混合器，各混合料混合2min，使其均勻。將泡沫穩定劑倒入混合物中，混合1min后，使泡沫與混合物混合均勻。取出混合物放入邊長為15cm的聚氯乙烯立方體內，為保證試驗構件表面光滑平整，在其模具表面覆蓋薄膜避免水分蒸發造成表面出現裂縫。各構件放置到標準養護室中養護，分別養護4d與7d。利用相應儀器對期齡4d與7d的試驗構件實測其力學性能。

表1 試驗樣本設定混合比

（三）樣本強度檢測

在樣本強度檢測方面，考慮到是立方體構件，對其采用無側限單軸壓縮試驗檢測。共設有4組試驗構件，每組試驗包含6個試驗樣本，4d與7d齡期分別有3個試驗樣本，另外一組作為空白對照（1組），方便對比。對3個試樣構件檢測3次，取3次檢測數據的平均值作為試驗數據。在取平均值時，若3次檢測結果十分接近，最大值與最小值相差不足16%，可取其平均值；若最大值或者最小值與中間值相差超過16%，將超過的16%的數值去掉，僅取剩余兩個數值的平均值。若最大值與最小值均與中間值相差超過16%，則這3個數據均作廢。只有試驗結果未出現作廢現象，才能表明試驗樣本質量是恒定可信的。

三、試驗數據剖析

（一）結果匯總

先對空白對照組（表1中1組）進行試驗，其粉煤灰摻量為0，之后按照表1中順序分別進行2組、3組、4組試驗。詳細記錄各組試驗檢測數據，將4組試驗樣本的無側限單軸壓縮試驗的檢測數據匯總整理如表2所示，并繪制折線如圖1所示。

（二）數據分析

粉煤灰泡沫混凝土的早期抗壓強度與粉煤灰外摻量呈現波動規律，并且每個期齡變化規律基本一致。4d期齡的空白對照1組混凝土抗壓強度0.81MPa，與之對比的粉煤灰外摻比例0.1的2組抗壓強度僅為0.8MPa，基本無任何變化，表明此階段混凝土的早期強度基本不受粉煤灰摻入的影響。對比1組與3組的混凝土檢測數據，3組抗壓強度達到0.86MPa，遠遠高于1組的0.81MPa，增幅高達6.2%，可以分析在該外摻比例條件下，混凝土早期抗壓強度增長顯著。對比1組與4組的混凝土檢測數據，4組抗壓強度為0.70MPa，小于1組的0.81MPa，其降幅達到13.6%，可以看出這個階段混凝土早期強度隨著粉煤灰摻量增加而降低。對于7d齡期的混凝土強度僅在粉煤灰外摻比例0～0.1區間內隨著粉煤灰增加而增長略有區別外，其余階段均與4d齡期混凝土的抗壓強度變化規律保持同步。

表2 試驗結果抗壓強度值匯總

圖1 抗壓強度試驗測定值折線圖

縱向對比4d與7d齡期的抗壓強度，不難看出試驗樣本7d齡期的抗壓強度均大于同一比例粉煤灰摻量的4d齡期的抗壓強度。在粉煤灰摻量比例達到0.15時，兩個齡期的混凝土抗壓強度達到最大值，之后早期強度與粉煤灰摻量成負相關。

綜上分析，可以得到當外摻粉煤灰比例為0.15時，泡沫混凝土早期強度達到最大值。