粉煤灰、硅灰對泡沫混凝土力學性能的影響

李 甜

（南通市建筑科學研究院有限公司,江蘇 南通 226000）

0 引言

水泥泡沫混凝土是一種多孔性墻體保溫材料，內(nèi)部含有大量氣孔，具有輕質(zhì)、保溫、隔熱、隔音等優(yōu)越性能[1]。當前廣泛使用的水泥泡沫混凝土，存在脆性大、強度低、吸水率高、抗凍及抗裂性能差等諸多缺陷[2]。新型墻體保溫材料的發(fā)展方向是研制和發(fā)展一體化建筑保溫材料，不但要求材料具有較小的干密度和良好的保溫性能，同時還要求具有較高的抗壓、抗拉性能，使得材料具有必要的承重和抗裂防震能力，還要求保溫材料具有良好的與環(huán)境相適應的耐水、耐凍等性能。實踐表明，摻入無機摻合料是改善水泥泡沫混凝土成型、力學以及相關物理性能的重要途徑，開展無機摻合料改性水泥泡沫混凝土的研究具有重要的理論和實際應用意義。因此，本文將從抗壓強度、混凝土結構兩個方面就粉煤灰、硅灰這兩種無機摻合料對泡沫混凝土力學性能的影響進行分析，以期對泡沫混凝土力學性能的改性實踐起到參考作用。

1 試驗材料和試驗方法

1.1 原材料

（1）水泥：泡沫混凝土的抗壓強度主要取決于水泥性能，不同性能的水泥制備的泡沫混凝土具備不同的穩(wěn)定性。在綜合考慮強度性能、材料成本的基礎上，選擇海螺P·O42.5水泥。

（2）發(fā)泡劑：選用的發(fā)泡劑包括合成類、動物蛋白、自制復合蛋白3種發(fā)泡劑，其中合成類發(fā)泡劑包括AOS、SDS、LAS。

（3）粉煤灰：選用的粉煤灰來源于某電廠，具體成分見表1。

表1 粉煤灰的化學成分

（4）硅灰：性能指標見表2。

表2 硅灰的性能指標

1.2 力學試驗方法

制備邊長為10cm的正方體試塊，并測量試塊的抗壓強度，試驗抗壓強度取值為3個試塊抗壓強度的均值。值得注意的是，如果某試塊的抗壓強度值與均值的差值的絕對值＞均值，則應該剔除該試塊，取剩余試塊抗壓強度測量值的均值作為試驗抗壓強度。

制備長為16cm、寬與高均為4cm的長方體試塊，并測量試塊的抗折強度，試驗的抗折強度取值方法同抗壓強度取值方法。

2 試驗結果

2.1 粉煤灰對泡沫混凝土力學性能的影響

粉煤灰這一無機摻合料憑借“粉煤灰效應”，經(jīng)常作為混凝土的改性材料[3-5]，其對混凝土力學性能的影響主要有以下幾方面：

（1）粉煤灰的形態(tài)是玻璃微珠，將其加入混凝土后可以起到潤滑混凝土的作用，一方面避免水泥在水化初期形成凝絮影響漿體的流變性，另一方面減少水的加入量，增強混凝土的強度，即粉煤灰的“形態(tài)效應”；

（2）SiO2與Al2O3是粉煤灰中的活性成分，可以和水泥中的Ca（OH）2產(chǎn)生水化反應，生成水化硅酸鈣與水化鋁酸鈣，特別是水化硅酸鈣，可以起到增強泡沫混凝土黏結力與強度的作用，進而提高泡沫混凝土的穩(wěn)定性、耐久性，即粉煤灰的“活化效應”；

（3）泡沫混凝土是一種多孔水泥混凝土材料，粉煤灰顆粒可以起到泡沫混凝土泡沫細孔、孔隙的微填料作用，提高水泥機體的密實性與強度，即粉煤灰的“微集料效應”。

在粉煤灰摻入試驗中，用粉煤灰對水泥進行等量替換，對配合比進行試驗設計，試驗結果具體見表3。

表3 粉煤灰對泡沫混凝土抗壓強度的影響

從表3可以看出，不管是3d還是28d，泡沫混凝土的抗壓強度與粉煤灰摻入比例呈負相關。

泡沫混凝土3d抗壓強度隨著粉煤灰摻入比例的加大而下降，是因為3d還處于水化前期，粉煤灰只能起到一定的“微集料效應”，不能充分發(fā)揮硬化反應作用，形成強度高的硬化石結構。而泡沫混凝土的抗壓強度主要取決于水化產(chǎn)物，粉煤灰摻入量的增加就意味著水泥用量的減少，那么通過粉煤灰“活化效應”生成的水化硅酸鈣與水化鋁酸鈣就相應減少了，從而導致泡沫混凝土抗壓強度的降低。

泡沫混凝土28d抗壓強度隨著粉煤灰摻入比例的加大而下降，是因為在粉煤灰“稠化效應”的影響下，會導致泡沫混凝土的泡沫分布不均，進而導致泡沫混凝土結構的不均，即使水化硅酸鈣與水化鋁酸鈣可以起到增加強度的作用，“微集料效應”可以起到增強基體密實性的作用，但不均的結構也會導致強度的下降，這一點從圖1可以看出。另外，粉煤灰與水泥的水化反應相對水泥的水化反應較為滯后，28d時，經(jīng)過自然養(yǎng)護，水泥已經(jīng)水化充分，而粉煤灰的活化反應才開始明顯顯現(xiàn)。

圖1 粉煤灰對泡沫混凝土結構的影響

總之，在自然養(yǎng)護條件下，摻入粉煤灰并不能實現(xiàn)泡沫混凝土抗壓強度的提升。

2.2 硅灰對泡沫混凝土力學性能的影響

硅灰加入到水泥中，可以發(fā)生“火山灰反應”與“微填料效應”，提高泡沫混凝土基體的密實性，進而提高其抗壓強度，并在水化初期快速和混凝土發(fā)生水化反應，提高其早期的抗壓強度。

在硅灰摻入試驗中，用硅灰對水泥進行等量替換，對配合比進行試驗設計，試驗結果具體見表4。

表4 硅灰對泡沫混凝土抗壓強度的影響

從表4可以看出，不管是3d還是28d，泡沫混凝土的抗壓強度與硅灰摻入比例呈負相關。

首先，泡沫混凝土的強度主要取決于水泥，同理于粉煤灰的摻入試驗，隨著硅灰摻入比例的增加，水泥的用量就會減少，這會導致泡沫表面的水泥漿厚度下降，不利于強度的提升；其次，同粉煤灰一樣，硅灰摻入比例過大，也會產(chǎn)生較強的“粘稠效應”，導致泡沫分布不均，甚至形成水泥團塊，導致基體結構的不均，影響基體的抗壓強度，如圖2所示。

另外，在摻入比例＜5%時，泡沫混凝土的抗壓強度下降并不多，這是因為水泥用量減少導致的抗壓強度下降，被硅灰水化初期的快速水化反應帶來的抗壓強度增強“調(diào)和”了，所以表現(xiàn)出抗壓強度下降緩慢的現(xiàn)象。

總之，在自然養(yǎng)護條件下，摻入硅灰也不能實現(xiàn)泡沫混凝土抗壓強度的提升。

3 結束語

粉煤灰和硅灰等摻合料常被用于水泥泡沫混凝土改性，本文做了相關研究，發(fā)現(xiàn)粉煤灰、硅灰摻加到泡沫混凝土中，會導致泡沫混凝土結構不均、水化產(chǎn)物減少，不利于泡沫混凝土抗壓強度的提升。由此可見，粉煤灰、硅灰不宜作為泡沫混凝土力學性能改性的無機摻合料。