粉煤灰對發(fā)泡混凝土抗壓強度的影響

陳蒙蒙，趙小雨

(1.河南理工大學(xué)土木工程學(xué)院，河南 焦作 454003；2.河南省南陽市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗站，河南 南陽 473000)

粉煤灰對發(fā)泡混凝土抗壓強度的影響

陳蒙蒙1，趙小雨2

(1.河南理工大學(xué)土木工程學(xué)院，河南 焦作 454003；2.河南省南陽市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗站，河南 南陽 473000)

為了開發(fā)利用粉煤灰，生產(chǎn)出節(jié)能環(huán)保的新型建筑材料產(chǎn)品，減少粉煤灰的環(huán)境污染，本實驗為探索性實驗，采用以復(fù)合硅酸鹽水泥、砂為主要原材料，配以發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、增稠劑及減水劑等外加劑，制備出發(fā)泡混凝土，采用正交及對比實驗方法研究了原料配合比對發(fā)泡混凝土28 d抗壓強度的影響，結(jié)果表明：相同粉煤灰的摻加量隨著發(fā)泡混凝土砌塊孔徑的增大其抗壓強度降低的越快，故若想多摻加粉煤灰制備發(fā)泡混凝土砌塊，其孔徑必須限制在一定的范圍。

節(jié)能環(huán)保；對比實驗；抗壓強度；孔徑

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的提高，城鄉(xiāng)建筑迅速增加，建筑耗能的問題日益突出，資料顯示[1]：建筑行業(yè)能耗占到了全社會總能耗的40%～50%，因而建筑節(jié)能問題已越來越被政府和社會各界重視。節(jié)能減排，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟是中國經(jīng)濟發(fā)展的大勢所趨，是提高和發(fā)展可再生能源必要的途徑。粉煤灰是電廠和各種燃燒鍋爐排放的一種固體廢棄物，是工業(yè)廢渣中產(chǎn)量最大的一種，不僅污染環(huán)境，還占用大量土地，造成的環(huán)境問題相當(dāng)嚴(yán)重。利用粉煤灰生產(chǎn)出節(jié)能環(huán)保的新型建筑材料產(chǎn)品是國家大力扶持的產(chǎn)業(yè)。發(fā)泡混凝土是一種新型建筑節(jié)能材料，隨著建筑物向高層、大跨度方向發(fā)展，建筑材料的自重越來越引起人們的重視，新型輕質(zhì)、節(jié)能的建筑材料的開發(fā)，已經(jīng)成為近幾年來的熱點之一。因此研究以水泥、砂為主要原材料，摻加不同含量的粉煤灰，并配以發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、增稠劑和減水劑等外加劑，配制出粉煤灰發(fā)泡混凝土具有較好的經(jīng)濟和社會效益。

1 實驗研究

1.1 原材料

水泥，河南省焦作市千業(yè)水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的復(fù)合硅酸鹽水泥，級別P·C32.5,基本性能指標(biāo)見表1；粉煤灰，河南理工大學(xué)后勤公司供暖鍋爐房里的粉煤灰，為Ⅲ級粉煤灰，基本性能指標(biāo)見表2；發(fā)泡劑，自配的一定濃度的雙氧水發(fā)泡劑；砂，普通河砂，用0.9 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩過篩；減水劑，市售聚羧酸減水劑；穩(wěn)泡劑,市售普通穩(wěn)泡劑；增稠劑，市售普通增稠劑。

1.2 實驗方法

本實驗是探索性實驗，實驗總體分成二個部分，第一部分為不加粉煤灰的實驗，第二部分為逐漸摻加粉煤灰替代砂的實驗，然后進行對比分析。

首先配置一定濃度的發(fā)泡劑溶液，采用對比實驗，不加粉煤灰的發(fā)泡混凝土的實驗，變量只有發(fā)泡劑一項，水泥、砂、穩(wěn)泡劑、增稠劑、減水劑和水的含量不變，分別做三組實驗。然后用粉煤灰替代砂，因為粉煤灰的加入，改變了料漿的稠度，為保持水灰比不變，所以要改變減水劑的用量。減水劑的變化不會對試塊抗壓強度產(chǎn)生影響，所以采用正交對比實驗，設(shè)計出三因素(發(fā)泡劑、砂、粉煤灰)三水平的正交實驗L9(33)，其它量不變，做逐步加入粉煤灰后的發(fā)泡混凝土實驗，以上試件分別入模，并且在硬化后加水養(yǎng)護28 d，養(yǎng)護室溫度約為10 ℃，分別測出每組實驗試塊的抗壓強度，根據(jù)實驗現(xiàn)象及實驗數(shù)據(jù)進行分析。

表1 水泥的性能指標(biāo)

表2 粉煤灰的性能指標(biāo)

1.3 試塊的制作與養(yǎng)護

試塊制作采用現(xiàn)澆，不需要蒸養(yǎng)養(yǎng)護。把水泥、砂、穩(wěn)泡劑、增稠劑、減水劑與水混合后，用轉(zhuǎn)速約為20 r/s的攪拌器攪拌均勻，水溫約為40 ℃，使其具有較好的稠度，然后加入發(fā)泡劑攪拌約5 s，迅速將料漿倒入模具內(nèi)。摻加粉煤灰的試塊制作和上述一樣，只是在料漿中加入了粉煤灰。等試塊完全硬化后加水養(yǎng)護，加入的水浸過試塊2 mm。28 d后，用切割機將每個模具內(nèi)的試塊切成三塊100 mm*100 mm*100 mm的試塊，放到壓力機上去試壓。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 實驗現(xiàn)象

2.1.1 不摻加粉煤灰的實驗

隨著發(fā)泡劑質(zhì)量的增加，反應(yīng)逐漸加快，發(fā)泡倍數(shù)增加。當(dāng)發(fā)泡劑質(zhì)量為80 g時，反應(yīng)很慢，料漿增長高度很小，約2 cm,硬化后，鋸開試塊一部分，內(nèi)部氣孔很密；當(dāng)發(fā)泡劑為100 g時，反應(yīng)較80 g發(fā)泡劑的實驗快，料漿增長高度約5 cm，硬化后切開試塊的一部分，內(nèi)部氣孔較密且均勻，但是還很小，達不到視覺上可行的效果；當(dāng)發(fā)泡劑質(zhì)量為120 g時，反應(yīng)較快，料漿增長高度約為8 cm，硬化后，切開試塊的一部分，起泡均勻，且氣孔大小合適，視覺效果較好。圖1是發(fā)泡劑三種摻量的試塊入模后的照片。

圖1 發(fā)泡劑三種摻量的試塊

2.1.2 摻加粉煤灰的實驗

粉煤灰的加入使實驗反應(yīng)有較大變化。首先摻加粉煤灰替代砂后，料漿稠度增大，為了不增大水灰比，只能增加減水劑的量，使料漿具有較好的稠度。隨著粉煤灰替代砂逐漸增多，反應(yīng)速度劇增，并且伴隨著有大量的氣泡產(chǎn)生，同時發(fā)泡劑的含量越大，反應(yīng)也越迅速，反應(yīng)結(jié)束后，試塊表面有裂紋，或者是有較大的坑洼，并且20 min后有塌模現(xiàn)象。圖2是發(fā)泡劑為80 g時的照片。

圖2 摻加80 g發(fā)泡劑的試塊

2.2 實驗結(jié)果及分析

2.2.1 發(fā)泡劑對發(fā)泡混凝土抗壓強度的影響

實驗結(jié)果如表3所示，隨著發(fā)泡劑用量的增加，試塊28 d的抗壓強度逐漸降低。原因是：隨著發(fā)泡劑用量的增加，發(fā)泡倍數(shù)在增加，孔徑變大。混凝土孔結(jié)構(gòu)[2]是混凝土微觀結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它直接影響著混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、強度等宏觀特性。孔結(jié)構(gòu)的孔徑大小及孔的分布是影響水泥砂漿強度的主要因素。

表3 不加粉煤灰對比實驗結(jié)果

2.2.2 粉煤灰摻量對發(fā)泡混凝土的影響

摻加粉煤灰的實驗結(jié)果如表4所示。

當(dāng)發(fā)泡劑的用量為80 g時，用500 g粉煤灰替代砂，所得抗壓強度為2.49 MPa,比不加粉煤灰的抗壓強度降低17.5%；用1 000 g粉煤灰去替代砂時，抗壓強度為2.06 MPa,比不加粉煤灰的抗壓強度降低31.7%；用1 500 g粉煤灰替代砂時，抗壓強度為1.75 MPa，比不加粉煤灰的抗壓強度降低42%。

當(dāng)發(fā)泡劑的用量為100 g時，用500 g粉煤灰替代砂，所得抗壓強度為1.99 MPa,比不加粉煤灰的抗壓強度降低19.4%；用1 000 g粉煤灰替代砂時，抗壓強度為2.06 MPa,比不加粉煤灰的抗壓強度降低39.7%；用1 500 g粉煤灰替代砂時，抗壓強度為1.75 MPa，比不加粉煤灰的抗壓強度降低52.6%。

當(dāng)發(fā)泡劑的用量為120 g時，用500 g粉煤灰替代砂，所得抗壓強度為1.53 MPa,比不加粉煤灰的抗壓強度降低30.1%；用1 000 g粉煤灰替代砂時，抗壓強度為2.06 MPa,比不加粉煤灰的抗壓強度降低50.7%；用1 500 g粉煤灰替代砂時，抗壓強度為1.75 MPa，比不加粉煤灰的抗壓強度降低58.0%。

隨著粉煤灰取代砂量的增加，發(fā)泡混凝土的抗壓強度成降低趨勢，同時隨著發(fā)泡劑用量的增加，發(fā)泡混凝土的抗壓強度也呈降低的趨勢，并沒有因為粉煤灰的摻加而提高抗壓強度，所以粉煤灰對發(fā)泡混凝土的抗壓強度會產(chǎn)生不利影響。同時可以看出，隨著發(fā)泡劑用量的增加，用相同量的粉煤灰替代砂，抗壓強度的減少程度呈增大的趨勢。這是由于[3]發(fā)泡混凝土的抗壓強度不僅取決于硬化水泥漿體的強度，很大程度上還取決于氣孔的體積，當(dāng)氣體的體積增大時，硬化水泥漿體的強度差異對發(fā)泡混凝土強度的影響減小。由于粉煤灰的密度低于砂的密度，當(dāng)用粉煤灰等質(zhì)量取代砂時，實際上增加了發(fā)泡混凝土拌合物固體與氣泡體積比，增加了最終發(fā)泡混凝土的氣孔體積，使發(fā)泡混凝土的抗壓強度降低。

表4 加粉煤灰正交對比實驗結(jié)果

3 結(jié)論

(1)用粉煤灰取代砂降低發(fā)泡混凝土的抗壓強度，但其影響程度隨著混凝土的氣孔孔徑的增大而增大，也就是說發(fā)泡劑的含量越高，孔徑越大，摻加粉煤灰后的抗壓強度降低的越多。

(2)由實驗數(shù)據(jù)可以看出，復(fù)合硅酸鹽水泥制成的發(fā)泡混凝土的抗壓強度過低，與加氣混凝土砌塊相比較，遠遠達不到最低抗壓強度3.5 MPa的規(guī)定，所以如果用發(fā)泡混凝土試塊砌筑輕質(zhì)填充墻砌體，需提高水泥的強度等級。

[1]夏清,葉昌,張海峰,等.粉煤灰泡沫混凝土輕質(zhì)墻體研究[J].混凝土,2010(9):127-129.

[2]金珊珊,張金喜,陳春珍,等.水泥砂漿孔結(jié)構(gòu)分形特征的研究[J].建筑材料學(xué)報,2011,14(1):92-94.

[3]方永浩,王銳,龐二波,等.水泥-粉煤灰泡沫混凝土抗壓強度與氣孔結(jié)構(gòu)的關(guān)系[J].硅酸鹽學(xué)報,2010,38(4):624-627.

Influence of fly ash on compressive strength of foam concrete

CHEN Meng-meng1， ZHAO Xiao-yu2

(1.SchoolofCivilEngineering,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454003，China；2.NanyangEngineeringQualitySupervisionandInspectionStationofMunicipalConstruction,Nanyang473000,China)

For development and utilization of fly ash in order to produce new building materials products of energy-saving, environmental protection, reduce environmental pollution of fly ash, this experiment is an exploratory experiments by using composite Portland cement and sand as the main raw materials, together with the blowing agent, foam stabilizer, thickener and superplasticizer admixtures to prepare foam concrete. And the effect of raw material mix for 28 d compressive strength of foam concrete and contrast is discussed by using orthogonal experimental method. The results show that the compressive strength reduced sooner with the same amount of ash when foam concrete block aperture increases. The pore size must be limited to a certain range if more fly ash is added in preparing foamed concrete blocks.

energy saving; comparative experiments; compressive strength; aperture

2013-09-16

陳蒙蒙(1987-)，男，河南洛陽人，河南理工大學(xué)土木工程學(xué)院碩士研究生。

1674-7046(2014)01-0001-04

TU522.3

A