固硫灰基防水性混凝土的制備研究*

吳璟菲

（1. 山西平朔煤矸石發電有限責任公司，山西 朔州 036800；2. 朔州市巨光建材開發有限公司，山西 朔州 036800）

固硫灰基防水性混凝土的制備研究*

吳璟菲1,2

（1. 山西平朔煤矸石發電有限責任公司，山西 朔州 036800；2. 朔州市巨光建材開發有限公司，山西 朔州 036800）

本文以超細固硫灰、水泥為主要原料制備泡沫混凝土，研究在料漿中摻加石蠟乳液、有機硅烷和硬脂酸鈣等防水劑對其成型高度、3d 和 28d 強度以及防水性的影響。結果表明，各防水劑均會在不同程度上降低泡沫混凝土成型高度和強度，但對其防水性能的影響不同。其中，摻加1% 的硬脂酸鈣防水劑的固硫灰基泡沫混凝土，其試樣實際成型高度相對最高，3d 和 28d 強度優于摻加防水劑的其他試樣，且防水性最優。

固硫灰；防水性泡沫混凝土；吸水率

泡沫混凝土以其質輕、導熱系數小、吸音隔熱、使用壽命長、無毒害等優點得以在建筑、園林、管道保溫、回填等方面廣泛應用[1]?，F澆泡沫混凝土在我國最初主要集中應用于建筑屋面、地面節能保溫工程，而隨著其他領域對該材料優良特性認知度的逐漸提升，其應用范圍迅速擴大，在我國市政道路、礦山回填等工程中的應用量逐年上升。但在這些應用中泡沫混凝土常處于開放環境中，因其自身吸水率高造成的抗凍性差、強度衰減快等現象仍然存在。解決吸水性的問題是泡沫混凝土跨越性能壁壘，實現可持續發展的必由之路。若此問題能夠得以解決，泡沫混凝土可應用的范圍便可以擴展到水利治理、海綿城市建設、道路填充等方向，應用前景更加廣闊。

影響泡沫混凝土吸水率的因素主要有泡沫混凝土的密度、孔結構和滲透機理等，常用的降低泡沫混凝土吸水率的方法主要有：在泡沫混凝土料漿中摻加防水劑；在泡沫混凝土表面涂覆一層防水材料；以及在料漿中摻加減水劑以降低水灰比，進而提高防水性[2]。

泡沫混凝土制備過程中通常摻入粉煤灰、礦渣等工業廢棄物以節約成本。循環流化床鍋爐爐內燃煤與脫硫劑燃燒固硫產生的固硫灰與普通煤粉爐粉煤灰性質差別較大[3]。隨著循環流化床發電技術的快速發展，固硫灰的產生量不斷增多，亟待資源化利用。陳雪梅[4]研究了不同容重等級固硫灰泡沫混凝土的抗壓強度的影響因素及耐久性，制備了以固硫灰為主要原料（占比高達70%）的泡沫混凝土。

因此，為提高固硫灰的資源化利用水平，提升泡沫混凝土的防水性，以拓寬其應用范圍，本試驗以超細固硫灰、水泥為主要原料制備泡沫混凝土，研究在料漿中摻加不同種類防水劑對其防水性的影響。

1 試驗部分

1.1 原料

本試驗采用固硫灰、普通硅酸鹽水泥、發泡劑、水和防水劑制備泡沫混凝土。

固硫灰來源于朔州某電廠循環流化床鍋爐燃煤矸石發電產生的固體廢棄物，其中粒徑為 38.22μm，粒度分布情況如圖1所示。主要化學成分為：SiO237.9%，Al2O335.8%，Fe2O34.6%，CaO10.3%，MgO1.9%，SO32.2%，燒失量3.1%。

圖1 固硫灰粒度分布圖

普通硅酸鹽水泥為朔州市某建材公司生產的P·O42.5水泥，其性能指標如表1 所示；發泡劑為市售動物型發泡劑，發泡倍數 30 倍，1h 泌水量 50mL，1h沉降距為 65mm。

試驗用水為朔州當地自來水。

本試驗采用三種防水劑以外摻形式加入到泡沫混凝土料漿中，防水劑分別為：壽光鑫特麗化工有限公司生產的石蠟乳液、濟南多維橋化工有限責任公司硅烷防水劑和淄博市淄川五龍化工材料廠的硬脂酸鈣，各防水劑編號及性能如表2 所示。

表1 P·O 42.5水泥性能指標

表2 防水劑性能

1.2 試驗方法

本試驗按表3 所示的泡沫混凝土配合比制備料漿，澆注成 100mm×100mm×100mm 的試塊，養護至齡期。按照 JC/T 266—2011《泡沫混凝土》相應規定測試試塊的容重、抗壓強度和吸水率。

表3 試驗配比 w t%

2 結果與討論

分別對各試樣的厚度偏差、抗壓強度、吸水率等性能進行測定，其結果如表4 所示。

2.1 防水劑對泡沫混凝土性能的影響

不同試樣的厚度偏差測試結果如圖2所示。

試樣的厚度偏差率表示試樣實際厚度與理論厚度的偏差情況，偏差率值越小，表明偏差情況越大。從表4 和圖2發現，隨著防水劑加入量的增加，試樣實際厚度較理論厚度偏差越大。

但總體而言，摻加防水劑1（石蠟乳液）和防水劑2（有機硅烷）的試樣實際厚度較理論厚度偏差更大，這是由于摻加的防水劑因為其有機的材料特性，故會影響泡沫穩定性，降低泡沫混凝土成型高度，產生塌落現象；摻加防水劑3（硬脂酸鈣）的試樣實際厚度較理論厚度偏差較小，效果相對最好。因此，硬脂酸鈣防水劑對泡沫混凝土的成型高度影響相對較小。

表4 試樣性能測試結果

圖2 試樣厚度偏差率測定結果

2.2 防水劑對泡沫混凝土抗壓強度的影響

不同試樣的抗壓強度如圖3所示。

圖3 試樣強度

從表4 和圖3可以看出，加入防水劑后，泡沫混凝土的早期抗壓強度和后期強度均比試樣 S1 低，且隨著摻加量的增大而不斷降低。這是因為有機防水劑具有保水性及吸水性，對混凝土水化過程有不良影響，因此強度均有所降低。

相比較而言，摻加防水劑3（硬脂酸鈣）的試樣早期強度和下降不大，但隨著摻加量的增大，其后期強度下降幅度較大，其摻加量在1% 時，試樣的早期強度和后期強度相對較高。

2.3 防水劑對泡沫混凝土吸水率的影響

不同試樣的吸水率如圖4所示。

圖4 試樣吸水率

從表4 和圖4可以看出，泡沫混凝土中摻加防水劑時，除摻加1% 的防水劑2（有機硅烷）以外，均在一定程度上降低了泡沫混凝土的吸水率。

摻加防水劑1（石蠟乳液）可提高泡沫混凝土的防水性，其原因在于石蠟乳液可附著于水泥砂漿內部的空隙表面并對孔隙進行填充，從而改變內部孔洞結構和孔隙表面的接觸角，起到防水作用[1]，隨著摻加量的增大，試樣吸水率先降低后升高；當摻加量為1% 時，吸水率可降低至 37.4%。

摻加防水劑2（有機硅烷）時，其參與泡沫混凝土的水化反應，在混凝土表面產生憎水層，但對泡沫混凝土結構中密閉氣孔的形成無較大作用，因此防水效果相對較差，其應更適合外涂方式。本試驗發現，當其摻加量為1% 時，試樣的吸水率反而較空白樣稍高。

摻加防水劑3（硬脂酸鈣）時，由于硬脂酸鈣中含有羧酸基，可以在水泥顆粒表面形成薄膜憎水層[1]，故可以顯著改善泡沫混凝土的防水性。本試驗發現，當硬脂酸鈣的摻加量為1% 時，試樣的吸水率最低，僅為8.5%。

綜上所述，本試驗制備的防水性泡沫混凝土的最適宜防水劑為硬脂酸鈣防水劑，且其加入量以1% 為宜。

3 結論

（1）固硫灰基泡沫混凝土中摻加防水劑時，會在一定程度上降低試樣的實際成型高度，造成塌落現象，且隨摻加量的增加，塌落現象越明顯；硬脂酸鈣防水劑對泡沫混凝土的成型高度影響相對較小。

（2）固硫灰基泡沫混凝土中摻加防水劑后均會對泡沫混凝土強度產生不利影響，由于防水劑本身不參與膠凝材料的水化反應，或由于吸收膠凝體系中的水分，導致強度降低程度有所差異，且摻加1% 的硬脂酸鈣時，對試樣的強度影響相對較小。

（3）有機硅烷更適合于外涂以提高泡沫混凝土的防水性；石蠟乳液對泡沫混凝土的防水性能的改善起到積極作用；硬脂酸鈣對泡沫混凝土的防水性能改善更為顯著，且當硬脂酸鈣的摻加量達1% 時，試樣防水性能最優。

（4）本試驗發現，摻加1% 的硬脂酸鈣防水劑制備的固硫灰基泡沫混凝土，試樣實際成型高度相對最高，3d 和 28d 強度優于摻加防水劑的其他試樣，防水性最優。

[1]丁曼．防水性泡沫混凝土研究[D]．湖南：湖南大學碩士學位論文，2011．

[2]褚會超，呂憲俊，張燕，等．降低泡沫混凝土吸水率的研究現狀及展望[J]．硅酸鹽通報，2016,35(9): 2852-2859．

[3]武建芳，張國良，趙耀芳，等．朔州固硫灰特性研究及應用現狀[J]．粉煤灰，2015(4): 23-26．

[4]陳雪梅．固硫灰泡沫混凝土的制備及性能研究[D]．綿陽：西南科技大學，碩士學位論文，2011．

MC2014-04“高摻量高強度粉煤灰水泥的制備”（2014年度山西省煤基重點科技攻關項目）

吳璟菲（1987—），男，山西朔州人，本科，工程師，長期從事電廠固廢利用研究及應用工作。

［通訊地址］山西省朔州市平魯區安太堡礦工業區內（036800）