泡沫混凝土抗壓強度相關影響因素的研究＊

艾洪祥，朱炎寧，沈忠雪，李曉文

（中建西部建設股份有限公司，新疆 830006）

泡沫混凝土抗壓強度相關影響因素的研究＊

艾洪祥，朱炎寧，沈忠雪，李曉文

（中建西部建設股份有限公司，新疆 830006）

泡沫混凝土由于其特殊的生產流程，多孔的內部結構，抗壓強度一般都比較低，限制了其在建筑材料領域內的應用范圍。本文主要研究了礦物摻合料種類、礦物摻合料摻量、漿泡體積比對泡沫混凝土抗壓強度的影響程度，為優化泡沫混凝土配合比，提高泡沫混凝土抗壓強度提供理論支持，以期達到在更多領域范圍內應用泡沫混凝土的目的。

泡沫混凝土；抗壓強度；礦物摻合料；漿泡體積比

0 引言

泡沫混凝土是利用機械方式將發泡劑制作成泡沫，再將泡沫混入到硅質材料（砂、粉煤灰）、鈣質材料（水泥、石灰）等以及各種外加劑和水組成的混合料中，攪拌均勻澆筑成各種所需的規格，經養護而成的含有大量封閉氣孔的輕質混凝土。[1]泡沫混凝土作為新型建筑保溫材料，具有輕質、保溫、防火、環保等性能。

泡沫混凝土主要用做泡沫混凝土砌塊、屋面保溫找坡、補償地基回填、墻板夾芯等，隨著國內外對于泡沫混凝土的研究重視程度的提高，泡沫混凝土在建筑領域的應用范圍也越來越廣泛。現今正在發展研究的新型泡沫混凝土與傳統的加氣混凝土相比發生了根本性的改變，生產工藝更加簡單，施工方式也接近于普通混凝土的現場機械泵送澆筑，不僅免去了工廠單獨生產、高溫蒸養的制造環節，而且在施工部位直接一次性澆筑成型，方便快捷。

泡沫混凝土由于其表觀密度小、孔隙率大等特點，其抗壓強度，尤其是早期強度較低，并且影響因素較多，限制了泡沫混凝土的應用。本文通過單一變量法來研究各種因素對泡沫混凝土抗壓強度的影響效果，主要有礦物摻合料種類、減水劑種類、礦物摻合料摻量、漿泡體積比、干密度等。

1 試驗原材料與試驗方法

1.1 試驗原材料

試驗原材料包括順康達 P·C32.5R 水泥（初凝時間223min，終凝時間 265min，標準稠度用水量 30.8%，28d 抗折強度 8.4MPa，28d 抗壓強度 42.5MPa）、煤矸石粉（細度35%，需水量比 102%，28d 活性指數 77%）、粉煤灰（細度31.0%，需水量比 94%，28d 活性指數 79%）、粒化高爐礦渣（比表面積 440m2/kg，需水量比 97%，28d 活性指數103%）、聚羧酸減水劑（江蘇博特新材料有限公司）、萘系減水劑（四川吉龍化學建材有限公司）、河南華泰 HTQ-1 型復合發泡劑，復合發泡劑各項基本性能檢測如表 1 示。

1.2 試驗流程

試驗流程如圖 1 所示。

表 1 復合發泡劑基本性能

圖 1 泡沫混凝土試驗流程圖

本文所涉及試驗均采用先發泡后攪拌的方式。首先使用搖泡機（轉速 600～700 轉/min）將設定比例的發泡劑水溶液制成泡沫。攪拌時間以泡沫達到均勻細小并且穩定為準，再按設定比例計量水泥、摻合料和水，使用單臥軸混凝土攪拌機將其攪拌成均勻漿體。攪拌時間控制在 120s，然后在漿體中加入一定體積的泡沫，繼續攪拌至均勻為止。預計時間在180s 左右。成型好的試件在室內放置，用塑料布覆蓋 2～5d后脫模，在標準養護條件下養護至試驗齡期。

1.3 試驗方法及結果分析

1.3.1 不同種類減水劑對泡沫混凝土抗壓強度的影響

在保持膠凝材料用量與漿泡體積比不變的前提下，分別采用聚羧酸減水劑與萘系減水劑進行對比，通過調整減水劑摻量與用水量，保持水泥凈漿流動度一致。試驗所得 28d 抗壓強度如圖 2 所示。

圖 2 不同種類減水劑對泡沫混凝土抗壓強度的影響

由圖 2 可以看出，摻入減水劑后，泡沫混凝土抗壓強度得到了明顯的提升。雖然摻入聚羧酸減水劑后抗壓強度最高，但是在成型過程中發現了大量的肉眼可見的氣泡，這說明聚羧酸減水劑對泡沫混凝土氣泡的穩定性有不利影響，導致小氣泡合成大氣泡不斷上浮，其抗壓強度高是因為聚羧酸減水劑導致部分氣泡破裂造成泡沫混凝土干密度增大。[2]而摻入萘系減水劑的泡沫混凝土成型過程中氣泡均勻，破型后的斷裂面顯示氣泡呈圓形且比較均勻，同時考慮到不同種類減水劑的價格因素，本文以下試驗均選擇萘系減水劑。

1.3.2 不同種類礦物摻合料對泡沫混凝土抗壓強度的影響

在保證其他條件不變的前提下，礦物摻合料替代 20% 水泥，只改變礦物摻合料種類，28d 抗壓強度如圖 3 所示。

圖 3 不同種類礦物摻合料對泡沫混凝土抗壓強度的影響

通過圖 3 我們可以看到礦物摻合料種類不同，對于泡沫混凝土抗壓強度也有著明顯的影響，其中煤矸石粉替代效果與粉煤灰替代效果相差不大，但抗壓強度較粉煤灰替代水泥時稍低，這主要是由于：① 粉煤灰的微集料效應；② 粉煤灰中 SiO2和 Al2O3含量比煤矸石的含量高，在泡沫混凝土中，水泥因水化不斷放出強堿 Ca(OH)2，與粉煤灰中的 SiO2和 Al2O3產生化學反應，生成具有膠凝性能的水化硅酸鈣、低硫型和高硫型水化硫鋁酸鈣，促進泡沫混凝土強度增長。[3]煤矸石與粉煤灰的顆粒大小也決定著水化反應的快慢、水化完全的程度和凝結時間。越細、比表面積越大，吸濕性也越大，與 Ca(OH)2反應也越快。[4]粒化高爐礦渣替代效果要強于粉煤灰、煤矸石粉的替代效果，這主要是由于粒化高爐礦渣28d 活性指數相對較高，但由于粒化高爐礦渣成本較高，因此在泡沫混凝土中很少使用。

1.3.3 不同摻合料替代率對泡沫混凝土抗壓強度的影響

在保證其他條件不變的前提下，礦物摻合料種類為粉煤灰，只改變粉煤灰摻量，28d 抗壓強度如圖 4 所示。

圖 4 不同礦物摻合料替代率對泡沫混凝土抗壓強度的影響

通過圖 4，我們可以得出適當添加粉煤灰可有效提高泡沫混凝土抗壓強度，如上所述，是由于粉煤灰中的 SiO2和Al2O3與水泥水化釋放出的強堿 Ca(OH)2產生化學反應，生成具有膠凝性能的水化硅酸鈣、水化硫鋁酸鈣，促進泡沫混凝土強度增長。但是由于粉煤灰早期沒有火山灰效應，并且會降低水泥水化熱，因此隨著粉煤灰摻量的提高，泡沫混凝土抗壓強度也會降低。本次試驗中粉煤灰的最佳摻量為 30%。

1.3.4 不同漿泡體積比對泡沫混凝土抗壓強度的影響

在保證其他條件不變的前提下，只改變摻入同體積、同組分水泥漿中的泡沫體積，28d 抗壓強度如圖 5 所示。

圖 5 不同漿泡體積比對泡沫混凝土抗壓強度的影響

通過圖 5，我們可以看到隨著摻入泡沫體積的增加，泡沫混凝土抗壓強度逐漸降低。這主要是由于隨著摻入泡沫體積的增大，泡沫混凝土干密度隨之減小，泡沫混凝土孔隙率增大，從而影響了泡沫混凝土的抗壓強度。

1.3.5 不同干密度對泡沫混凝土抗壓強度的影響

在保證其他條件不變的前提下，設計絕干密度ρ為400kg/m3、500kg/m3、600kg/m3、700kg/m3，28d 抗壓強度如圖 6 所示。

圖 6 不同干密度對泡沫混凝土抗壓強度的影響

通過圖 6 可以看出，在保證其他所有條件不變的前提下，泡沫混凝土抗壓強度與絕干密度之間具有近乎線性的相關性。因此我們可以通過調整泡沫混凝土濕密度，進而獲得所需泡沫混凝土絕干密度，從而達到控制泡沫混凝土抗壓強度的目的。

2 結論

（1）摻加減水劑可以明顯提高泡沫混凝土強度，并且相對于聚羧酸減水劑，萘系減水劑具有更好的氣泡穩定性，引入的氣泡均勻、形狀規則。

（2）替代率相同的情況下，礦物摻合料種類不同對泡沫混凝土的抗壓強度有著不同的貢獻效果，表現為煤矸石粉＜粉煤灰＜粒化高爐礦渣。由于粒化高爐礦渣成本較高，因此粉煤灰是一種合適的礦物摻合料。

（3）礦物摻合料種類相同的情況下，對于提高泡沫混凝土抗壓強度存在著一個最佳摻量。本次試驗中粉煤灰的最佳摻量為 30%。

（4）漿泡體積比對泡沫混凝土的抗壓強度有著顯著的影響，主要是因為不同漿泡體積比下成型的泡沫混凝土干密度不同，從而影響了泡沫混凝土的抗壓強度。

（5) 泡沫混凝土的干密度與抗壓強度有著非常明顯的線性關系，通過調整泡沫混凝土濕密度，是可以達到調整干密度，提高泡沫混凝土強度的目的。鈉的離子絡合交換組分）、一種混凝土用阻泥劑[6]（成分包括烯基胺醚、丙烯酸酯、烯基磺酸鹽、EA、乙烯基酯）來減少粘土對減水劑的吸附，但這些研究尚處于摸索和起步階段，仍需要大量的試驗研究來證實、優化。

5 結論

（1）混凝土外摻 0～4% 粘土對混凝土坍落度影響較小，摻量大于 4% 時，混凝土坍落度降低明顯；

（2）混凝土中外摻粘土對混凝土抗壓強度影響較小；

（3）混凝土外摻 2% 粘土與未摻粘土混凝土早期收縮量基本相同，粘土摻量較大（8%）時，混凝土收縮明顯。

[1] 張承志．商品混凝土[M]．北京：化學化工出版社，2010: 110-115．

[2] 馬保國，嚴敏，譚洪波，等．含泥量對減水劑性能的影響規律[J]．濟南大學學報 (自然科學版)，2012, 26(4): 331-336．

[3] 田建平．高強高性能機制砂混凝土的配制及性能研究[D]．武漢：武漢理工大學，2006．

[4] 劉國棟，關志梅，魏春濤，等．砂子含泥量對摻用聚羧酸高效減水劑混凝土性能的影響及有效對策[J]．商品混凝土，2008 (3): 15-18．

[5] 賈吉堂，張明．摻聚羧酸系減水劑混凝土用含泥量抑制劑及其制備方法和使用方法；中國，201210219541.4 [P], 2012-10-10．

[6] 臧軍，馬琳，蔡林虎．混凝土用阻泥劑及其制備方法；中國，201110128635 [P], 2011-12-14．

［通訊地址］江蘇省揚州市寶應縣望直港鎮汽配工業集中區揚州恒盛混凝土有限公司（225800）

參考文獻

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[4] 曹露春，張志軍．自燃煤矸石泡沫混凝土的性能研究[J]．徐州工程學院學報（自然科學版）[J]，2010(3): 35-40．

［作者簡介］艾洪祥（1988,10—）男，中建西部建設股份有限公司西建科研檢測公司，助理工程師，主要從事混凝土新材料、新項目科研開發工作。

［通訊地址］新疆烏魯木齊市雅山中路 418 號科研檢測公司（830006）

姚杰（1987—），男，江蘇寶應人，助理工程師，現主要從事混凝土生產工作。

*本課題為新疆維吾爾自治區烏魯木齊市經濟技術開發區（頭屯河區）自主創新資金項目。