雙氧水的發(fā)泡及其在制造輕混凝土中的應(yīng)用

周 鯤,譚 彬,李玉平，虞秀勇

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，湖南 長沙 410004；2.湖南經(jīng)研電力設(shè)計有限公司，湖南 長沙 410114；3.湖南大學(xué)，湖南 長沙 410082)

0 前 言

功能性建筑材料現(xiàn)已得到了廣泛應(yīng)用。它們不僅要能滿足強(qiáng)度、韌性、耐久性等傳統(tǒng)建材的要求，還要求容重足夠輕。因而輕混凝土和超輕混凝土備受青睞[1]。

輕質(zhì)混凝土指干表觀密度小于1 950 kg/m3的混凝土，超輕混凝土干表觀密度小于900 kg/m3并且強(qiáng)度不小于3.5 MPa的輕骨料混凝土。輕混凝土對于結(jié)構(gòu)恒載(即自重)占有較大比例并且對材料性能有較高要求的高層建筑、大跨度橋梁等工程來說，表現(xiàn)出了明顯優(yōu)越性[2-4]。

制備輕混凝土或超輕混凝土，可從兩方面入手：①使用輕骨料或輕質(zhì)填充料；②使用膠凝材料發(fā)泡或在膠凝材料中引入泡沫。用發(fā)泡劑在膠凝材料中發(fā)泡，達(dá)到降低混凝土重量的辦法，是非常有創(chuàng)意的[5]。雙氧水可在偏堿性的水泥漿中迅速分解出為氧氣和水，可起到發(fā)泡劑的作用，而被嘗試用于制造輕混凝土。雙氧水發(fā)泡在實(shí)際操作中很難控制發(fā)泡極限，隨著發(fā)泡劑量的不斷增加，混凝土的強(qiáng)度會不斷下降[6-8]。本文，總結(jié)了實(shí)驗(yàn)室中用雙氧水為發(fā)泡劑，制備輕混凝土的一些規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1 硅酸鹽水泥

本實(shí)驗(yàn)所用的水泥為市售長沙坪塘產(chǎn)的P.C 32.5復(fù)合水泥。

1.2 頁巖陶粒

實(shí)驗(yàn)采用的原材料取自湖南益陽某礦產(chǎn)資源，經(jīng)簡單破碎篩分后燒制成優(yōu)質(zhì)的頁巖陶粒。

1.3 粉煤灰

本實(shí)驗(yàn)所選用的粉煤灰為火電廠的副產(chǎn)品，為一級粉煤灰。

2 超輕混凝土制備工藝

超輕混凝土制備實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1 輕骨料混凝土制備流程圖

3 發(fā)泡劑的發(fā)泡效果

1)在無骨料情況下雙氧水的發(fā)泡效果試驗(yàn)。此次制作的混凝土試塊沒有加入骨料，只有粉料，此次對照試驗(yàn)以改變雙氧水的使用量來觀察混凝土在不同的使用量下的發(fā)泡效果。無骨料的雙氧水的發(fā)泡實(shí)驗(yàn)見表1，有骨料的雙氧水的發(fā)泡實(shí)驗(yàn)見表2。

在沒有加入骨料的試驗(yàn)中我們可以很直觀地看出雙氧水的發(fā)泡效果。

2)有骨料的情況下，試驗(yàn)雙氧水的發(fā)泡效果。本次實(shí)驗(yàn)有兩個目的，一是觀察不限雙氧水的使用量的發(fā)泡效果，二是找到雙氧水的最佳加入量。

第一階段的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

1)根據(jù)雙氧水的發(fā)泡效果并且根據(jù)多次試驗(yàn)的不斷嘗試，雙氧水作為發(fā)泡劑是可行的。

2)雙氧水以加入水泥量6%左右的發(fā)泡效果最好，1%和3.7%的發(fā)泡效果不是很明顯，但是發(fā)泡速度太快，且時間不好控制。

3)水與雙氧水混合加入和雙氧水單獨(dú)加入對混凝土的發(fā)泡效果沒有明顯影響，必須在偏堿性條件下才能發(fā)生。

表1 無骨料的雙氧水發(fā)泡實(shí)驗(yàn)

表3 有骨料的雙氧水發(fā)泡實(shí)驗(yàn) 單位：g

4 發(fā)泡劑對試塊性能的影響

在沒有摻入雙氧水時，混凝土具有較高的早期強(qiáng)度，3 d強(qiáng)度達(dá)到28 d強(qiáng)度的72%，7 d強(qiáng)度達(dá)到28 d強(qiáng)度的90%。混凝土由水泥漿體硬化后形成的水泥石、骨料、水泥石-骨料界面過渡區(qū)三個環(huán)節(jié)組成，混凝土的性質(zhì)取決于它們各自的性質(zhì)及其相互的關(guān)系和整體的均勻性。經(jīng)過預(yù)濕處理的輕骨料內(nèi)部儲存的水分在水泥水化硬化過程中逐步釋放出來，由內(nèi)到外對周圍的水泥石進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，即內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用，這樣有利于水泥的水化硬化和改善界面結(jié)構(gòu)提高了混凝土的早期強(qiáng)度,另一方面頁巖陶粒輕骨料是一種表面結(jié)構(gòu)比較粗糙的多孔材料，水泥水化產(chǎn)物能夠部分滲入骨料表面的孔中，水泥硬化后兩者能緊密地嚙合在一起，提高了水泥石-輕骨料界面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

隨著雙氧水摻量的增大，混凝土的3、7 d抗壓強(qiáng)度增長速度在降低。這是因?yàn)殡S著雙氧水摻量的增大，水泥漿體變得干稠會從預(yù)濕的骨料吸水，這樣骨料對水泥石的這種內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用減弱了，在3、7 d這樣的早齡期，水泥石的強(qiáng)度發(fā)展還不夠。到了14、28 d這樣較長的齡期時，隨著水泥石強(qiáng)度的逐步提高，水泥石強(qiáng)度對混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)在增大，這樣在3、7 d只有較低抗壓強(qiáng)度的混凝土的強(qiáng)度有了較大的提高。

隨著雙氧水用量的增加，28 d抗壓強(qiáng)度降低，雙氧水的用量大于16.6 kg/m3后，降低的幅度增大。現(xiàn)在來分析由雙氧水分解產(chǎn)生的氣體形成的新生氣孔對混凝土28 d抗壓強(qiáng)度的影響。經(jīng)分析混凝土的抗壓強(qiáng)度與新生氣孔體積百分?jǐn)?shù)的經(jīng)驗(yàn)公式如式：

fcu=14.4-8.77×10-2P-1.10×10-2P2

超輕混凝土是由輕骨料、水泥水化產(chǎn)物、未水化水泥顆粒、結(jié)晶水、游離水等液體構(gòu)成，以及氣孔和裂隙中的氣體所組成的非均質(zhì)多相多孔材料。硬化后的混凝土中存在數(shù)量不同、大小不等的氣孔。氣孔按來源可分為成型時引入的氣孔、水泥漿體中的毛細(xì)孔和膠凝孔、接觸處的孔穴以及水泥漿體在硬化過程中干燥收縮和溫度變化而引起的微裂紋等。而這些孔缺陷是混凝土總體宏觀性能的根源。它們是混凝土顯微結(jié)構(gòu)的重要組成部分。

混凝土的抗壓強(qiáng)度隨干表觀密度的減小而呈拋物線式加速下降。抗壓強(qiáng)度比干表觀密度下降得更快。超輕混凝土要求具有輕質(zhì)及強(qiáng)度較高的性質(zhì)，但輕質(zhì)與強(qiáng)度高是一對矛盾的關(guān)系，因此，要根據(jù)實(shí)際情況找到平衡點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中，雙氧水最大用量時，混凝土的干表觀密度為912 kg/m3，抗壓強(qiáng)度為3.9 MPa，大于標(biāo)準(zhǔn)的限值3.5 MPa。對于超輕混凝土的“輕”要求接近滿足。

5 結(jié) 論

1)雙氧水用量越多，氣孔總量越大，混凝土干表觀密度、強(qiáng)度不斷減小。強(qiáng)度隨干表觀密度的降低快速下降。在一定范圍內(nèi)，抗壓強(qiáng)度大于3.5 MPa，滿足超輕混凝土強(qiáng)度要求。大量加入雙氧水能使容重達(dá)912 kg/m3，接近超輕混凝土要求(900 kg/m3以下)。

2)雙氧水用量越多，氣孔體積總量增加，干表觀密度和強(qiáng)度下降。干表觀密度小于900 kg/m3后，強(qiáng)度下降加快。

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