纖維泡沫混凝土質(zhì)量控制

（鄂爾多斯應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

0 引言

泡沫混凝土是以水泥基膠凝材料、摻合料等為主要凝膠材料，加入外加劑和水制成料漿，也可加入部分顆粒狀輕質(zhì)骨料制成料漿，經(jīng)發(fā)泡劑發(fā)泡，在施工現(xiàn)場(chǎng)或工廠澆筑成型、養(yǎng)護(hù)而成的含有大量微小獨(dú)立、均勻分布?xì)馀莸妮p質(zhì)混凝土材料[1]。泡沫混凝土相較于傳統(tǒng)混凝土有顯著減低的自重，是一種輕質(zhì)環(huán)保、隔音隔熱、減震消能、耐水阻燃、施工方便且具有良好經(jīng)濟(jì)效益的材料。目前，國(guó)內(nèi)泡沫混凝土的應(yīng)用正逐漸從傳統(tǒng)的保溫隔熱材料或回填材料向多功能環(huán)保輕質(zhì)建筑材料過渡，市場(chǎng)占有份額逐年增加。但{NOTE：飛}傳統(tǒng)泡沫混凝土在強(qiáng)度、延性、耐久性等方面存在顯著缺陷，大大限制了其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用。使用纖維實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥基復(fù)合材料性能的增強(qiáng)是近年來新材料領(lǐng)域內(nèi)的一種新思路，研究證實(shí)，纖維對(duì)不同水泥基材料的抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和抗裂、抗?jié)B、抗沖擊、抗疲勞、抗爆裂等性能均有較顯著提高。纖維增強(qiáng)泡沫混凝土不僅繼承了傳統(tǒng)泡沫混凝土輕質(zhì)、保溫、隔熱、減震等優(yōu)點(diǎn)，更在強(qiáng)度、韌性方面顯著優(yōu)于傳統(tǒng)泡沫混凝土，在建材領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。適用于泡沫混凝土的增強(qiáng)纖維主要包括短切聚丙烯纖維、玄武巖纖維、聚乙烯醇纖維、聚丙烯纖維、耐堿玻璃纖維等[2-4]，而常用于普通混凝土增強(qiáng)的鋼纖維、碳纖維往往由于易沉結(jié)、團(tuán)聚或折斷而不宜用于泡沫混凝土增強(qiáng)。目前纖維增強(qiáng)泡沫混凝土發(fā)展呈井噴態(tài)勢(shì)，各類新型纖維層出不窮，關(guān)于纖維泡沫混凝土靜、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的研究報(bào)道與日俱增，已然成為行業(yè)研究熱點(diǎn)。

然而從泡沫混凝土行業(yè)整體看，制備技術(shù)缺乏、標(biāo)準(zhǔn)不一、產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊一直是相關(guān)研究資料不成體系、不同機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)缺乏可比性、無法滿足建筑市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品技術(shù)性能及供應(yīng)量要求的重要原因。目前，已發(fā)布的關(guān)于泡沫混凝土生產(chǎn)及檢測(cè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)僅有包括JG/T266-2011《泡沫混凝土》、JGJ/T 341-2014《泡沫混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》、JC/T 2199—2013《泡沫混凝土用泡沫劑》在內(nèi)的20余項(xiàng)，其中對(duì)于新興的纖維泡沫混凝土類產(chǎn)品的內(nèi)容更是少之又少。纖維泡沫混凝土的制備不僅要求在普通泡沫混凝土的基礎(chǔ)上充分考慮纖維多樣性，更要對(duì)攪拌及養(yǎng)護(hù)制度、漿體流動(dòng)性、泡沫穩(wěn)定性以及制備過程中的密度監(jiān)測(cè)等方面給予科學(xué)的重視。本文以纖維泡沫混凝土制備技術(shù)為主線，探討并總結(jié)制備過程中質(zhì)量控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為纖維泡沫混凝土各項(xiàng)性能研究統(tǒng)一尺度，為高附加值泡沫混凝土生產(chǎn)、拓寬泡沫混凝土應(yīng)用領(lǐng)域提供參考，為產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供技術(shù)支持。

1 原料

纖維泡沫混凝土制備所用原材料主要包括水泥、粉煤灰、硅粉、減水劑、細(xì)砂、泡沫劑以及纖維，每一種原料的種類及含量都會(huì)對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品的性能產(chǎn)生影響。選用熟料比例最高的P-Ⅰ型硅酸鹽水泥作為膠凝材料以最大可能降低混合材對(duì)成品性能的影響；添加粉煤灰部分取代水泥以減少干縮，改善和易性并節(jié)約造價(jià)。因粉煤灰細(xì)度會(huì)直接影響泡沫混凝土強(qiáng)度，粉煤灰越細(xì)，比表面積越大，水化反應(yīng)越快，活性越高，抗干縮能力越強(qiáng)，故選用細(xì)度等級(jí)最高的Ⅰ級(jí)粉煤灰；硅粉與高效減水劑的配合使用意在提高泡沫混凝土料漿黏度，有益于泡沫在料漿中的均勻分散及穩(wěn)定，并提高泡沫混凝土的和易性及強(qiáng)度；選用粒徑不超過0.46mm級(jí)配均勻的細(xì)砂作骨料以在適當(dāng)提高成品強(qiáng)度的同時(shí)減輕沉淀及泡沫滅失現(xiàn)象[5]。

目前市場(chǎng)上應(yīng)用較多的物理泡沫劑主要有表面活性劑類及蛋白類。雖然蛋白類泡沫劑的發(fā)泡能力不及合成陰離子表面活性劑，但也有著比較滿意的發(fā)泡倍數(shù)。而且蛋白類泡沫劑生產(chǎn)的泡沫特別穩(wěn)定，完全消泡時(shí)間大多長(zhǎng)于24h，是其他類型泡沫劑難以相比的。蛋白類泡沫劑中屬動(dòng)物蹄腳泡沫劑性能最佳，故選此作為纖維泡沫混凝土制備泡沫劑，產(chǎn)出濕泡沫如圖1。

圖1 濕泡沫

2 設(shè)備及工藝

纖維泡沫混凝土適宜采用物理發(fā)泡法制泡。物理發(fā)泡法也叫預(yù)發(fā)泡法或混泡法，是將泡沫劑經(jīng)發(fā)泡機(jī)發(fā)泡后制成濕泡沫，然后將其加入攪拌好的水泥基料中并小心混合均勻。這種發(fā)泡方式可以通過調(diào)整泡沫摻量靈活控制成品密度，生產(chǎn)方式靈活，有利于場(chǎng)地現(xiàn)澆，因此應(yīng)用最為廣泛，但施工質(zhì)量很大程度上取決于泡沫穩(wěn)定性，生產(chǎn)過程中須時(shí)刻監(jiān)測(cè)砂漿密度。

水泥基料須在混泡或發(fā)泡之前攪拌均勻。由于泡沫混凝土所用纖維一般容重較小，故更宜于將纖維先與干料混合均勻后再加入水或其他濕原料。考慮到纖維泡沫混凝土氣孔結(jié)構(gòu)多，極易散失水分影響水泥水化，故推薦將制成的砂漿用聚乙烯膜覆蓋至少24h后脫模，如圖2所示。脫模后再用聚乙烯薄膜包裹并置于40℃恒溫、60%恒濕的養(yǎng)護(hù)室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，直至滿足28d齡期后取出。

圖2 試件覆膜養(yǎng)護(hù)

3 質(zhì)量控制

3.1 纖維

纖維種類應(yīng)選取短切耐堿纖維。短切聚丙烯纖維、玄武巖纖維、聚乙烯醇纖維、聚丙烯纖維、耐堿玻璃纖維常見于纖維泡沫混凝土制備。為避免纖維纏繞、沉結(jié)，影響發(fā)泡倍數(shù)與材料均一性，短切纖維長(zhǎng)度不宜過大，連續(xù)纖維亦不可取。

3.2 穩(wěn)泡力

泡沫質(zhì)量是纖維泡沫混凝土質(zhì)量控制的關(guān)鍵，一般泡沫混凝土性能離散性大往往是由泡沫穩(wěn)泡能力不佳導(dǎo)致的。為獲得最佳穩(wěn)泡力，要嚴(yán)格參照發(fā)泡劑說明的最佳稀釋倍數(shù)操作，當(dāng)缺少有效數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)適配以獲得泡沫劑的最佳稀釋倍數(shù)。泡沫質(zhì)量通常用沉降距以及泌水率兩個(gè)參數(shù)來衡量，測(cè)量裝置如圖3所示。沉降距為物理發(fā)泡中測(cè)定泡沫在大氣中靜置1h時(shí)泡沫從起始位置沉降的距離；泌水率為拌合物泌水量對(duì)砂漿含水量之比。參數(shù)合格標(biāo)準(zhǔn)參照J(rèn)GJ/T 341-2014《泡沫混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》。

圖3 濕泡沫沉降距、泌水率測(cè)量裝置

3.3 密度監(jiān)測(cè)

同泡沫混凝土一樣，纖維泡沫混凝土的配合比是按設(shè)計(jì)所需表觀密度設(shè)計(jì)的。而纖維的加入不可避免會(huì)加重消泡，所以纖維泡沫混凝土制備過程中應(yīng)設(shè)置四個(gè)密度監(jiān)測(cè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)：一是濕泡沫密度，二是發(fā)泡、混泡前拌合物容重，三是新拌砂漿容重，四是成品密度。其中第一、二節(jié)點(diǎn)密度須與配合比設(shè)計(jì)一致，第三、四節(jié)點(diǎn)實(shí)測(cè)密度之差應(yīng)約等于水的容重。監(jiān)測(cè)過程中若發(fā)現(xiàn)因加入過多纖維而出現(xiàn)漿體流動(dòng)性過差、自流平性質(zhì)不復(fù)存在的現(xiàn)象須重新設(shè)計(jì)配比，可以通過加入高效減水劑或減少纖維摻量解決此類問題。

將生產(chǎn)與控制環(huán)節(jié)結(jié)合，總結(jié)全制備流程如圖4所示。

圖4 纖維泡沫混凝土制備流程

4 結(jié)語

纖維泡沫混凝土的各項(xiàng)原料，尤其是發(fā)泡劑與纖維種類會(huì)對(duì)成品性能產(chǎn)生直接影響，所以不僅應(yīng)當(dāng)根據(jù)目標(biāo)性能合理選用原料種類并控制用量、科學(xué)設(shè)計(jì)配比，更應(yīng)嚴(yán)格選用短切纖維長(zhǎng)度，保證穩(wěn)泡力，全程把握密度檢測(cè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)以制備性能穩(wěn)定、合格的纖維泡沫混凝土。展望未來，面對(duì)我國(guó)建筑工業(yè)化和綠色建筑的快速發(fā)展，泡沫混凝土行業(yè)應(yīng)積極應(yīng)對(duì)，優(yōu)化生產(chǎn)制備方法，提高產(chǎn)品性能，拓展新需求，將產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由目前的以傳統(tǒng)應(yīng)用為主調(diào)整向高技術(shù)含量、高附加值應(yīng)用靠攏，促進(jìn)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。