復摻粉煤灰礦渣對巖溶空洞泡沫混凝土性能影響研究

林在健

（福建永宏建設工程有限公司）

0 前言

泡沫混凝土是一種具有多功能性的環保建筑材料，它是由水泥、摻合料和發泡劑等混合攪拌后澆筑而成，具有輕質、密度可調、整體性好、保溫和隔聲性能好、工藝簡單、施工快捷、可泵性好等特點，在建筑工程中得到廣泛應用[1]。

近年來逐漸在巖溶地區興建工程，巖溶地基因其穩定性較差，給工程建設和施工帶來了重大安全隱患，巖溶空洞中的地基問題成為工程建設中必須解決的問題。傳統的巖溶空洞采用水泥注漿處理技術，但其具有充填不到位、造價高、施工環境污染大等缺點[2]。泡沫混凝土具有強度和密度可調節性、良好的施工性能的特性，適合用于巖溶空洞的填充，可避免常規水泥漿液充填不到位的缺陷，同時可以減少水泥用量。為研制性能較好且經濟適宜的適用于巖溶空洞充填性能的泡沫混凝土，本研究以濕容重等級為W12 的泡沫混凝土為研究對象，探討粉煤灰和礦粉雙摻對泡沫混凝土抗壓強度及流動度性能的影響和不同水膠比對雙摻體系泡沫混凝土抗壓強度及流動度的性能影響。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

⑴試驗采用P·O425 級水泥。

⑵II 級粉煤灰，其他性能見表1。

表1 粉煤灰的性能

⑶S95 級礦粉，其性能見表2。

⑷高效減水劑，其減水率為21%。

⑸MS-1 型復合發泡劑，推薦稀釋倍數為40 倍，其性能見表3。

表3 發泡劑的性能

⑹河砂：采用普通河砂，其細度模數2.3，含泥量1.0%，I 區集配。

1.2 試樣制備

將水泥、粉煤灰、礦粉、水、外加劑及砂通過攪拌制成水泥漿，用專用發泡機將發泡劑溶液制備成泡沫，將制備好的泡沫注入水泥漿中攪拌均勻后注入相應的模具中。試件成型后置于溫度為（20±2）℃、相對濕度為（60±10）%的環境中養護，48h 后拆模，繼續養護至規定齡期進行相關試驗。

1.3 測試方法

泡沫混凝土的抗壓強度測試方法參照JG/T 266-2011《泡沫混凝土》進行，流動度測試方法參照CJJ/T 177-2012《氣泡混合輕質土填筑工程技術規程》進行。

1.4 配合比設計

以濕容重等級為W12 的泡沫混凝土為研究對象，參照CJJ/T 177-2012《氣泡混合輕質土填筑工程技術規程》，試驗配合比如表4 所示。

表4 試驗配合比

2 試驗結果與分析

2.1 粉煤灰和礦粉對泡沫混凝土流動度的影響

從圖1 可以看出，在單摻礦粉的時候，泡沫混凝土流動度最差，隨著粉煤灰摻量增加，泡沫混凝土的流動度有所提升。這是因為粉煤灰中含有大量粒形完整的玻璃微珠，對泡沫混凝土內部產生滾珠軸承作用[3]，減小顆粒間的摩擦力，起到良好的潤滑作用，降低漿體的黏度和極限剪切應力，從而改變拌和物的流變性質。而礦粉因為其自身活性較高，當礦粉在一定細度條件下，自身可以發生水化反應，水化反應會消耗泡沫混凝土中的水分，所以相比同樣摻量的粉煤灰，會有流動度較差的表現。但如果流動度太大，導致砂在漿體內部受到的粘聚力不夠，易產生沉底現象。

圖1 粉煤灰和礦粉對泡沫混凝土流動度的影響

圖2 流動度太大導致砂沉底

2.2 粉煤灰和礦粉對泡沫混凝土抗壓強度的影響

從圖3 可以看出，隨著兩種摻合料摻入比例不同，對泡沫混凝土的7d 和28d 的抗壓強度影響都比較大。單摻礦粉時泡沫混凝土的7d 和28d 的抗壓強度都比單摻粉煤灰的抗壓強度高，但是二者的28d 的抗壓強度差距幅度在縮小。分析其原因，是因為礦粉具有火山灰活性和微集料填充效應，并且礦粉和水泥的水化產物會填充到泡沫混凝土漿體的孔隙中，使泡沫混凝土變得致密，從而抗壓強度增高；而粉煤灰的活性較低，在等量取代水泥后，自身只有很小一部分能發生二次水化反應，但是隨著齡期的增加，粉煤灰的火山灰效應和微集料效應逐漸體現出來[4]，因此后期的泡沫混凝土抗壓強度會有較大的增長。

圖3 粉煤灰和礦粉對泡沫混凝土抗壓強度的影響

隨著粉煤灰的加入，當粉煤灰和礦粉復摻時，抗壓強度增加，效果更佳。當二者摻量為1:1 時為最佳比例；隨著粉煤灰在復摻體系中的占比增大，泡沫混凝土的抗壓強度減小。分析其原因，是因為當粉煤灰和礦粉復摻時，二者起到了相互補充的效果。粉煤灰的加入能改善泡沫混凝土的微觀結構，讓泡沫混凝土的內部變得更加致密，泡沫混凝土內部氣孔界面過渡區得到強化，從而增加試塊的抗壓強度；但隨著粉煤灰量增加，水泥水化產物不足，不能充分與粉煤灰進行活性反應，泡沫液膜在重力和壓力的雙重擠壓下，發生變形，泡沫混凝土內部氣泡破損率提高，連通孔的數量增加[5]，容易形成大孔徑的氣泡，故而表現出抗壓強度降低。

2.3 不同水灰比對雙摻體系泡沫混凝土流動度的影響

為研究不同水灰比對雙摻體系泡沫混凝土流動度和抗壓強度的影響，以重量比1:1 摻入粉煤灰和礦粉作為研究體系，試驗配方如表4 所示，實驗結果如圖4 所示。

圖4 不同水膠比對雙摻體系泡沫混凝土流動度的影響

從圖4 可以看出，水灰比在0.4～0.55 之間時，隨著水灰比的增大，泡沫混凝土的流動度增加，流動性能改善，這是因為水灰比增大，用水量增加，水在泡沫混凝土漿體中起到潤滑作用，泡沫混凝土漿體相對極限剪切應力及相對黏度降低[6]，流動度呈現出不斷增大的趨勢。但是水灰比過大時，泡沫混凝土會出現泌水現象，如圖5 所示。

圖5 泌水現象

2.4 不同水灰比對雙摻體系泡沫混凝土抗壓強度的影響

不同水灰比下，泡沫混凝土的抗壓強度試驗結果如圖6 所示。從圖6 看出，水灰比對7d 和28d 抗壓強度的影響，水灰比在0.4～0.55 之間時，隨著水灰比的增加，泡沫混凝土抗壓強度呈現先增大后減小的趨勢。從0.4增加到0.46，泡沫混凝土漿體流動度增大，在漿體中形成泡沫的阻力變小，促使泡沫能在漿體中均勻分布，且水灰比的增加能使膠凝材料水化充分，從而增加氣孔孔壁的密實度，氣孔的均勻性直接影響到泡沫混凝土的抗壓強度，所以泡沫混凝土的抗壓強度隨水灰比增加而增大；當水灰比大于0.46 時，泡沫混凝土抗壓強度降低，這是因為水灰比增大，開始出現泌水現象，不參與水化反應的游離水在泡沫混凝土內部形成蒸發遷移通道，導致泡沫混凝土內部孔壁結構形成較多細小的連通孔隙，成為泡沫混凝土的薄弱環節[7]，從而降低抗壓強度。

圖6 不同水膠比對雙摻體系泡沫混凝土抗壓強度的影響

3 結論

⑴隨著粉煤灰在復摻體系中的占比增加，泡沫混凝土的流動度增加，單摻粉煤灰的流動性比單摻礦粉的流動性較好。

⑵隨著粉煤灰在復摻體系中的占比增加，泡沫混凝土的抗壓強度呈現先增加后減小的變化。當二者摻量為1:1 時為最佳比例，此時抗壓強度達到最大；隨著粉煤灰在復摻體系中的占比繼續增大，泡沫混凝土的抗壓強度減小。

⑶水灰比對礦粉和粉煤灰雙摻體系的流動度影響較大，隨著水灰比的增加，流動性變好。

⑷水灰比在0.4～0.46 范圍內，泡沫混凝土抗壓強度隨著水灰比的增加而增大；當水灰比大于0.46 后，抗壓強度反而呈現減小的趨勢。

⑸本試驗中，為制備性能較好且經濟適宜的適用于巖溶空洞充填的泡沫混凝土，水膠比宜為0.46，粉煤灰和礦粉在取代水泥時，二者的比例宜為1:1。