綠色低碳泡沫混凝土制備及其性能研究

黃玉萍 白俊江 蘇龍輝 翁仁貴 陳平陽

摘 要：泡沫混凝土在應用過程中出現易開裂、強度低等問題，通常采用摻入纖維用于改善其性能。本文研究了建筑垃圾再生細骨料取代天然砂時泡沫混凝土的抗壓強度的變化，并用聚丙烯纖維對其進行改性。結果表明，當再生細骨料完全取代天然砂、纖維體積摻量為0.30%時，泡沫混凝土抗壓強度為6.5MPa，流動度為183mm，吸水率為13.3%，抗折強度為1.62MPa。

關鍵詞：建筑垃圾細骨料；泡沫混凝土；力學性能

1 前言

泡沫混凝土具有輕質、保溫隔熱隔音性能好、耐火性能好、整體性和耐久性好、低彈減震好、環保性能好、生產加工以及施工方便等優點。但當前泡沫混凝土生產用的主要骨料為天然砂，近年來隨著建筑建設的不斷發展，天然砂不僅價格節節攀升，更面臨著資源枯竭的危險。在這種背景下，能找到其他廉價常見的物質，或能循環利用廢物垃圾替代天然砂成了熱門話題。針對此類情況，國內不少學者專家都展開研究泡沫混凝土的性能。

賈艷濤等[1]將EPC顆粒和聚丙烯纖維分別摻入泡沫混凝土中，分別發現EPC顆粒的摻入可以有效地降低泡沫混凝土的容重，但也降低了其抗壓強度，且聚丙烯纖維的摻入量在一定范圍內對泡沫混凝土的抗壓強度有提高作用。趙星等[2]研究結果表明，泡沫混凝土抗壓強度隨玄武巖纖維體積摻量的提高而增強。慕洪濤[3]對泡沫混凝土展開研究發現聚丙烯纖維能顯著提高泡沫水泥基吸聲材料的抗壓強度，其中當纖維摻量為1.0kg/m3時增強效果最為明顯[4]。

2實驗材料與方法

2.1實驗材料

水泥：實驗中所用的為普通硅酸鹽水泥（P·O42.5級水泥），其物理力學性能與XRF分析結果見表1、2。

天然砂：5～25mm連續級配的花崗巖碎石，符合GB/T14685—2011《建筑用卵石、碎石》要求。

建筑垃圾細骨料為福建省福州市閩侯縣某工地其性能見表3。

發泡劑：試驗所用發泡劑為以動物蛋白質為主、復配天然植物起泡劑的復合發泡劑，其密度為1.09g／mL，兌水比例為1：20。

聚丙烯纖維：純度99%，長度6mm。

減水劑：聚羧酸高效減水劑。

水：自來水。

2.2實驗方法

2.2.1制備泡沫混凝土

本次實驗制備泡沫混凝土的方法為預制泡沫混合法，具體流程如下：

（1）將水泥、自來水和天然砂分別倒入型號為JJ-5水泥膠砂攪拌機的攪拌鍋中，并啟用140r/min的低速攪拌將其混合攪拌1min，得到漿料。

（2）將發泡劑溶液放入YS-F-FP-A型的用水泥發泡機中，得到預制泡沫。

（3）量取所需的預制泡沫，將其放入水泥凈漿中進行285r/min的高速混合攪拌，得到泡沫混凝土漿體。

（4）將所得泡沫混凝土漿體澆注于100mm×100mm×100mm的模具中，在室溫下養護24h并進行脫模，得到泡沫混凝土試塊。

（5）將試塊放入養護箱中養護28d便可對其進行性能測試，箱中相對濕度為95%、溫度為（20±2）℃。

2.2.2建筑骨料取代天然砂性能測試

依照上述泡沫混凝土制備方式制備混凝土，并用建筑細骨料取代天然砂，分別取代天然砂的0%、25%、50%、75%、100%，以質量計。對制備出的泡沫混凝土進行抗壓測試，并繪制出建筑細骨料不同取代程度的抗壓強度線型圖，探究抗壓強度與建筑細骨料取代量的關系。

2.2.3聚丙烯纖維改性測試

將纖維均勻混合摻入泡沫混凝土后主要起到以下作用：

（1）提高泡沫混凝土的抗變形能力。

（2）抑制新裂縫的出現、阻止已經出現裂縫的繼續擴展。

（3）提高其自身的抗拉強度。在眾多學者研究下，關于纖維的品種已有大量的試驗，對于加入泡沫混凝土中的阻裂纖維主要涵蓋以下幾種：聚丙烯纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、碳纖維和聚乙烯醇纖維等，其中聚丙烯纖維是比較成熟的一種。

2.2.4 性能測試方法

（1）抗壓強度

抗壓強度試驗所需儀器為微機控制電子萬能試驗機，試驗過程應符合以下規 定：

1）抗壓強度的測定需用抗壓夾具，抗壓試驗所需試件為抗折試驗后留下的 6個斷塊，斷面尺寸為40mm×40mm；為保證試驗的準確性，試驗前應清除試體受壓面與上下加壓板的砂粒或雜物；試驗時，將試體的側面作為受壓面放入夾具中，并使夾具對準壓力機壓板中心進行試驗。

2）控制壓力機加荷速度為0.5mm/min，開動試驗機，破壞后記錄Pc（N）。

3）抗壓強度按下式計算（精確至0.01MPa）。

fc=? ? ? （1）

式中：A為受壓面積，即40mm×40mm。

（2）流動度

參照《泡沫混凝土應用技術規程》（JGJ/T 341-2014）評價堿礦渣泡沫混凝土的流動度。將新拌漿體倒入內徑、高度均為80mm的空心圓筒，用平口刀輕敲圓筒外側，后刮平端口，再將其緩慢垂直上提，靜置60s后，用游標卡尺測得最大水平直徑，重復三次試驗，其算術平均值為泡沫混凝土的流動度。

（3）吸水率

參照《泡沫混凝土》（JG/T 266-2011）進行。先將3個試件在（60±5）℃烘 箱中烘干至恒重m0，再將冷卻至室溫的試件，放入恒溫水槽內，再加水至試件高度的1/3，浸泡1天，再加水至試件高度的2/3，再持續1天后，加水高于試件30mm 以上，再浸泡1天后取出。將試件表面的水分用濕抹布抹去，稱取試件質量mg， 精確至1g，吸水率W按式（2）計算，單位為%，精確至0.1。

（2）

3結果與討論

3.1建筑細骨料取代量與抗壓強度的關系

為探索建筑垃圾細骨料摻量對泡沫混凝土強度的影響，實驗將建筑再生細骨料對天然砂的取代量分作5組（0%、25%、50%、75%、100%），取代量與強度的關系如圖1所示。

建筑垃圾再生細骨料取代量與抗壓強度變化見圖1，隨著再生細骨料取代率的增加，其在標準養護條件下的抗壓強度逐漸降低，且呈良好的線性關系。泡沫混凝土沒有添加建筑細骨料時抗壓強度為6.24MPa，但隨著取代量的逐漸增大，泡沫混凝土的抗壓強度逐漸降低，當建筑垃圾再生細骨料完全取代天然砂石后，泡沫混凝土的抗壓強度僅有3.25MPa。

3.2纖維體積摻量對抗壓強度的影響

普通泡沫混凝土的破壞形態，破壞時會有較大的響聲，且試件直接發生裂開，使得表面碎片分散。而纖維泡沫混凝土則不會，散落在周圍的碎片較少，裂紋細小。因此，實驗繼續探索在建筑垃圾細骨料摻量恒定條件下，纖維摻量對泡沫混凝土強度的影響。泡沫混凝土的抗壓強度隨著纖維體積摻量的增加而顯著增大，當體積摻量達到0.3%，抗壓強度約為4.4MPa，而當體積摻量達到0.75%時，抗壓強度達到5.5MPa。

3.3纖維摻量對泡沫混凝土流動度的影響

流動度影響著實際施工的便利性與其澆筑成型的質量好壞。若其流動度過大，在澆筑成型時易出現離析現象；若其流動度過低，泡沫在漿體中易團聚，不易分散。各組試件的流動度都達到自流平的要求，約在170-200ｍｍ。建筑再生細骨料取代天然砂一定程度上提高了泡沫混凝土的流動度，但隨著纖維體積摻量的增加，流動度逐漸減少，呈良好線性關系。當纖維體積摻量為0.30%時，流動度為183mm，當纖維體積摻量為0.45%時，流動度為179mm，具有較好的流動性，這使泡沫混凝土在施工時可以避免機械振動搗實的步驟，且能修復填充孔洞及狹小裂縫空間。在實際應用中更加簡便，對填充密實的效果有很大的提升。

4 結論

建筑固廢的利用不僅響應國家的環保號召，更是實現了全組分資源化循環再利用，節約資源成本。本次實驗就對建筑再生細骨料的工程應用進行探究，得出的結論如下：

（1）隨著建筑再生細骨料對天然砂的取代率的增大，泡沫混凝土抗壓性能明顯降低，無法滿足要求，必須進行改性才能應用。

（2）再生細骨料本身存在的性能缺陷，綜合考量后選擇聚丙烯纖維對泡沫混凝土進行改性，并用折線圖的方式體現前后變化。

（3）根據泡沫混凝土的抗壓強度、流動度、吸水率和抗折強度四個方面綜合考慮，當再生細骨料完全取代天然砂后，聚丙烯纖維體積摻量達到0.30%時，為泡沫混凝土的最佳配比。

參考文獻

[1]賈艷濤，楊永敢.泡沫混凝土性能試驗研究[J].硅酸鹽通報，201

6，35（9）：2804-2809.

[2]趙星，霍冀川，高亞，等.玄武巖纖維增強泡沫混凝土性能的研究[J].混凝土與水泥制品，2012（12）：54-57.

[3]慕洪濤.泡沫水泥基吸波材料的性能研究[D].沈陽理工大學，2016.

[4]魏天偉，譚偉，陳明，等.纖維對泡沫混凝土比強度的影響[J].混凝土與水泥制品，2005（5）：49-51.

[5]袁偉，丁來彬，秦岷，等.水泥基泡沫混凝土裂縫控制技術研究[J].粉煤灰，2014（3）：33-37.