憎水性輕質泡沫混凝土性能及其在混凝土裂縫修復中的應用

羅翔云，岑樹華，黃湘，沈茜丹

（1.廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530029；2.廣西壯族自治區港航發展中心，廣西 南寧 530029）

1 前言

泡沫混凝土是一種水泥基多孔材料，它是通過將預先制備好的發泡液物理加入水泥漿料中而形成的。相比于普通混凝土，泡沫混凝土不需要添加粗集料，其內部均勻分布了大量氣孔。這種材料具有多種優點，如卓越的疏水性、滲透性和可泵送性，兼具輕質、環保、隔音、抗震、現澆等多種優異特性，已成為建筑領域中研究的熱點[1-2]。泡沫混凝土具有優良的滲透性、疏水性、粘稠性、可泵送和現澆等多種特性，泡沫混凝土利用優質的滲透功能，填充密實狹窄、難以接觸到的裂縫，實現水下作業。作為輕質疏水性材料，采用泡沫混凝土修復可在不增加額外負荷的情況下使已被腐蝕甚至已被嚴重侵蝕的建筑物，恢復原來的穩定度和強度[3]。

因此，將泡沫混凝土應用于港口碼頭結構混凝土表面破損、裂縫及水下修復，不僅方便快捷、成本低廉，而且其安全性、環保及資源再利用等獨特性，可以極大增強碼頭結構的使用性能，從而有效提高碼頭結構的耐久性并延長其使用壽命，對于保障碼頭的安全、高效運行具有極其重要的意義。

2 泡沫混凝土制備及性能

本研究采用新型動物蛋白類發泡劑，制備流動性好、強度高的輕質泡沫混凝土。控制混凝土密度為1500～1800 kg/m3。以總的膠凝材料量為1400kg/m3，水膠比0.20，礦粉和粉煤灰復合替代量為50% 計，礦粉和粉煤灰添加的比例為1:4，泡沫體積摻量為0.4m3/m3。

首先按照1：20 比例用水將發泡液原液稀釋為試驗用發泡液備用。將攪拌機清洗干凈并保持潤濕。按照一定配合比，稱取水泥、粉煤灰等物料。按次序在JJ-5型水泥膠砂攪拌機中先后加入砂、粉煤灰、礦粉、硅粉和水泥，干混時間持續60s 使其充分混合；稱取一定量的聚羧酸減水劑，并將其溶解于拌合水中，將溶解后的減水劑加入物料中進行拌和，拌和時間為2min～3min，確保混合均勻。用發泡裝置制備泡沫，并用不同規格的容量筒量取設計的泡沫量加入攪拌機，過長的攪拌時間會對發泡劑的分解速度產生負面影響，破壞氣泡與水泥漿體之間的界面結構，導致內部孔結構受損，從而降低了材料的強度并增加容重。本試驗中選擇攪拌時間為60s。制備的泡沫混凝土力學和耐久性如表1 所示：

表1 修復砂漿力學耐久性能

試件的流動度為286mm，達到自流平的要求。28d抗壓強度和粘結強度達到40.5MPa 和2.3MPa，抗沖磨強度達到15.6h/kg/m2，并具有良好的抗凍、抗滲等耐久性能。將粉煤灰和礦粉以等質量的方式部分取代水泥，可以增加泡沫混凝土的流動性。礦粉的粒徑小于水泥的粒徑，因此可以填充在水泥顆粒之間或水泥顆粒與骨料之間，取代其中的自由水。這導致拌合物的表面水增加，從而促進了泡沫混凝土的流動性提高。此外，礦粉和粉煤灰中改善了泡沫混凝土內部的堿性環境，通過二次水化反應，將不利于長期強度的Ca(OH)2轉化為有利于強度的C-S-H 凝膠，從而改善了混凝土的微觀結構，并降低了水泥漿體的孔隙率。

3 泡沫混凝土裂縫灌注修復工藝

泡沫混凝土具有良好的滲透性，適合于混凝土表面缺陷、裂縫等修復。泡沫混凝土澆筑時具有高流動性，其極強的滲透性可以滲入一些極其細小的裂縫。具有澆筑完后可固化且不需機械碾壓或振搗等優勢，對于一些較深的密實狹窄、難以接觸到的裂縫利用優質的滲入功能填充，特別適合于一些空洞及狹小裂縫修復充填，但在澆注時由于其良好的滲入流動性，滲入周邊裂縫空洞造成表面凹陷，因此需要多次澆注直至表面平整。使用泡沫混凝土對表面混凝土破損修補處理的施工工藝流程為：清除裂縫→埋設灌漿嘴→封縫處理→準確稱量及配置泡沫混凝土→灌漿→拆除灌漿嘴→混凝土表面修整。具體為：

（1）裂縫清理。需要清除槽內的松散層、油污、浮灰以及其它不牢附著物。確保裂縫兩側的雜物被徹底清除，然后使用丙酮作為洗滌劑進行沖洗，將裂縫兩側徹底清潔，以確保裂縫開口的干燥。

（2）鉆孔安裝注漿嘴。在進行灌漿時，應在灌漿口處涂抹厚度為1mm 的環氧膠泥，用以封閉灌漿口。隨后將壓漿口與裂縫中心對齊并固定在裂縫中心位置。由于裂縫的大小各異，因此灌漿口之間的間距也會有所不同。一般布置間距為300～1000mm，埋設灌漿嘴的位置應該布置在裂縫的端部、交叉處和貫穿裂縫的兩個側面上。可以通過鉆孔斜向成孔的方法埋設灌漿口，使孔深交叉穿過裂縫，同時注意確保灌漿口密封膠墊被充分埋置，以保證密封效果。

（3）封閉裂縫。使用環氧膠泥進行封縫。精確稱量和拌和封縫材料，一次或多次將其壓入裂縫內，使其稍微高出槽面，并進行抹平和修整。進行壓氣檢查灌漿嘴的連通和封閉效果。對于寬度不超過1mm 的裂縫，可以在裂縫兩側涂抹約1mm 厚的封閉膠，范圍為裂縫兩側20mm 內；如果裂縫寬度超過1mm，需要在裂縫兩側粘貼玻璃纖維布來進行封閉。

（4）泡沫混凝土配制。按試驗的配比準確稱量配置泡沫混凝土灌漿液，采用先制泡再與混凝土拌和的方法進行泡沫混凝土的拌和，即經混凝土制備、泡沫制備、混凝土與泡沫混合及混凝土澆筑四個步驟。同時嚴格控制泡沫摻量。泡沫混凝土攪拌量要精確計算，即將混凝土的使用時間控制在1 小時內，避免剩余混凝土造成材料浪費。

（5）灌漿。將泡沫混凝土漿液注入灌漿用氣囊中。將壓力灌漿器牢固連接到已粘結好的灌漿口上，逐一進行灌注。按照從下往上的順序對豎向縫進行壓力灌漿，對水平縫進行從一端到另一端的順序灌漿，灌漿壓力始終保持在0.2～0.8MPa 范圍內。等到漿液完全固化后，把灌漿嘴拆除，漿體表面修平整。在灌漿過程中，如果發現有冒漿或漏漿的情況，應采取表面封堵、嵌縫、濃漿、低壓、限量、限流、間歇灌漿等方法迅速處理。裂縫灌漿的檢測方法包括：①通過相鄰鉆孔中出露的灌注混凝土來檢測；②觀察灌注壓力是否出現逆向壓力。

（6）封口。用鋼砂紙打磨封口封閉膠，在裂縫處涂抹環氧基液漿。

4 結論

（1）利用硅酸鹽水泥和粉煤灰、礦渣及硅灰等混合材，采用預制氣泡后混合的方法制備憎水性輕質泡沫混凝土。以總的膠凝材料量為1400kg/m3，礦粉和粉煤灰復合替代量為50%計，其中水膠比為0.20，礦粉和粉煤灰添加比例為1:4，泡沫體積摻量為0.4m3/m3，制成的泡沫混凝土28d 抗壓強度和粘結強度可達40.1MPa和2.3MPa，并具有優良的流動性、滲透性和粘結性能，適合于混凝土表面缺陷、裂縫等修復。

（2）修復材料的可操作性以及施工工藝是保證其修復質量及效果的重要影響因素。使用泡沫混凝土對混凝土裂縫修補處理的施工工藝流程為：清除裂縫→埋設灌漿嘴→封縫處理→準確稱量及配置泡沫混凝土→灌漿→拆除灌漿嘴→混凝土表面修整。將泡沫混凝土應用于港口碼頭結構混凝土表面裂縫、剝落等破損問題進行修復，可以達到簡化施工工藝、確保工程質量及降低工程成本的作用。