高強泡沫混凝土耐久性研究

陳陽 石川

（1 廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司；2 廣東省建設工程質量安全檢測總站有限公司）

0 引言

泡沫混凝土因其具有輕質、保溫隔熱等優點，近年來已在越來越多的建設工程中開始大量使用[1-2]。然而，由于泡沫混凝土是一種多孔材料，其中水分易消耗，形成毛細孔彎液面造成的毛細孔負壓，導致泡沫混凝土產生自收縮和干燥收縮，造成泡沫混凝土早期開裂。通常在澆筑后充分澆水養護來減小干燥收縮，從而減緩早期開裂風險（水灰比較大的泡沫混凝土的自收縮幾乎可以忽略），但是對于水灰比較低的高強混凝土（水灰比≦0.35），由于其致密的孔隙結構，充分澆水養護并不能有效減小自收縮帶來的開裂問題，并且其自收縮可占到28d 總收縮變形的50%以上，開裂風險很大。有相關文獻表明[3]，可采用減縮劑可以降低泡沫混凝土的收縮，從而減小開裂風險。

目前，國內外也有大量研究證明[4-5]，水泥基材料中加入纖維可以提高抗裂性能。當水泥基材料處于塑性階段時，極易產生微細裂縫，在硬化過程中則因失水干縮而導致微細裂縫的擴大并產生新的裂縫，水泥基材料中加入纖維可阻止原有裂縫的擴展并延緩新裂縫的產生，還可明顯提高復合材料的抗拉強度、抗滲與抗凍等性能。

本試驗以前期研究工作為基礎，通過加入減縮劑和纖維，設計一系列泡沫混凝土，研究減縮劑和纖維對其耐久性的影響，獲得高性能高強泡沫混凝土配合比。

1 原材料及配合比

1.1 原材料

⑴水泥

本研究所使用的水泥為珠江水泥廠生產的P.II 42.5 硅酸鹽水泥。水泥的化學組成如表1 所示，其物理性能見表2。

表1 P·II42.5 硅酸鹽水泥的化學組成 （%）

表2 P·II42.5 硅酸鹽水泥的基本性能

⑵粉煤灰

本研究試驗用粉煤灰為珠江電廠II 級粉煤灰，需水量比為99%，化學組成見表3。

表3 粉煤灰的化學組成(%)

⑶發泡劑

本試驗主要用的河南華泰生產的發泡劑，性能技術參數如表4 所示。

表4 試驗用發泡劑性能技術參數

⑷減水劑：由某建材公司生產的聚羧酸減水劑，固含量為18%。

⑸穩泡劑：選取十二烷基硫酸鈉（天津市福晨化學試劑廠，化學純，≥90.0%）和三乙醇胺作為穩泡劑（天津市富宇精細化工有限公司，分析純，≥85.0%）。

⑹減縮劑：某建材公司生產，推薦摻量為膠凝材料的1.5～3%。

⑺纖維：聚丙烯纖維，其基本性能參數如表5 所示。

表5 試驗用聚丙烯纖維的基本性能

1.2 配合比

通過前期試驗，確定了砂膠比、水灰比、減水劑摻量等參數，具體配合比及試驗結果如表6 所示。按照表6的配合比澆筑成型100mm×100mm×100mm 試塊，拆模養護至齡期，測試泡沫混凝土的性能。

表6 泡沫混凝土的配合比

2 強度及耐久性能

參照GB/T11969《蒸壓加氣混凝土性能試驗方法》、JC/T 1062《泡沫混凝土砌塊》、《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》GB/T50082 測試泡沫混凝土的干縮性能、抗碳化、抗凍性等性能。

2.1 抗壓強度

如圖1 所示，未摻入纖維和減縮劑時，所配制泡沫混凝土的抗壓強度為8.9MPa。當摻入纖維和減縮劑時，泡沫混凝土的抗壓強度有所增加。纖維摻量為1%，減縮劑摻量為2%時，泡沫混凝土的抗壓強度最大，為10.2MPa。

圖1 泡沫混凝土的抗壓強度

2.2 干縮性能

如圖2 所示，摻入纖維和減縮劑的泡沫混凝土的干縮值明顯下降，下降幅度為60%以上，當纖維摻量為1%、減縮劑摻量為2.5%時，泡沫混凝土的干縮值僅0.44mm/m，說明摻入纖維和減縮劑對防止泡沫混凝土干縮開裂有積極作用，能有效減少收縮，從而降低由于收縮產生的開裂。

圖2 減縮劑對泡沫混凝土干燥收縮的影響

2.3 抗碳化性能

參照GB/T11969-2008《蒸壓加氣混凝土性能試驗方法》進行泡沫混凝土抗碳化性能試驗。從圖3 可以看出，當泡沫混凝土中摻入纖維和減縮劑時，其碳化系數明顯提高，達到5%。當纖維摻量為1%、減縮劑摻量為2%時，泡沫混凝土的碳化系數達到0.89，說明摻入纖維和減縮劑能夠明顯提高泡沫混凝土的抗碳化性能。

圖3 減縮劑對泡沫混凝土碳化系數的影響

2.4 抗凍性

參照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》GB/T50082 進行泡沫混凝土的抗凍性試驗，對泡沫混凝土進行凍融循環50 次后測量強度損失率和質量損失率，試驗結果分別如圖4、圖5 所示。

圖4 泡沫混凝土抗凍性能

圖5 泡沫混凝土抗凍性能

從圖4、圖5 中可以看出，高強泡沫混凝土具有良好的抗凍性。未摻加纖維和減縮劑時，泡沫混凝土的強度損失率為12.8%、質量損失率為4.6%。摻入纖維和減縮劑后，泡沫混凝土的抗凍性明顯提高。當纖維摻量為1%、減縮劑摻量為2.5%時，泡沫混凝土強度損失率為8.6%，質量損失率為2.2%，說明摻入纖維和減縮劑可提高泡沫混凝土的抗凍性。

3 結論

本試驗研究了纖維和減縮劑對泡沫混凝土性能的影響。通過配合比設計了一系列泡沫混凝土，測試了其抗壓強度、干縮性能、碳化系數和抗凍性。當纖維摻量為1%、減縮劑摻量為2%時，泡沫混凝土的抗壓強度最大，為10.2MPa，減縮劑摻量增加到2.5%時，抗壓強度稍有減小，為9.8MPa；當減縮劑摻量為2.5%時，干縮值僅0.44mm/m；當減縮劑摻量為2%時，碳化系數達到0.89；當減縮劑摻量為2.5%時，泡沫混凝土強度損失率為8.6%和質量損失率為2.2%。試驗結果表明：適量摻入纖維和減縮劑可提高泡沫混凝土的抗壓強度和耐久性能。