水料比對(duì)泡沫混凝土性能影響的試驗(yàn)研究

毛曉紅，張 婷，張 丹，佟婧芬

（1.河北工程大學(xué)水電學(xué)院，河北邯鄲056021；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院中水公司，北京100048；3.河北工程大學(xué)信電學(xué)院，河北邯鄲056021；4.河北省唐秦水文水資源勘測(cè)局，河北唐山063000）

在配制良好的泡沫混凝土中由于存在大量微小且分布均勻的閉合孔隙，因此具有保溫隔熱、防火、隔音、耐候性和體積輕、造價(jià)低等特點(diǎn)。它常用作工業(yè)與民用、水利工程等行業(yè)的建筑物保溫和基礎(chǔ)充填材料。

水料比是影響泡沫混凝土性能的關(guān)鍵因素之一。水料比不僅是為了滿足化學(xué)反應(yīng)的需要，更重要的是為了澆筑成型。在泡沫混凝土制備過(guò)程中，若水料比過(guò)小，料漿過(guò)稠，一方面影響料漿的均勻性，物料容易結(jié)團(tuán)而不易混合均勻，導(dǎo)致和易性不好。另一方面，料漿過(guò)稠會(huì)使內(nèi)部阻力變大，泡沫容易被擠壓破裂，致使?jié){體內(nèi)泡沫含量大量損失。再者，料漿過(guò)稠使成型困難，試塊邊棱不整齊、不密實(shí)，并且在實(shí)際工作中不易操作。若水料比過(guò)大，漿體稠度過(guò)小，漿體凝結(jié)硬化滯后，澆模后容易出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象，影響澆注穩(wěn)定性和成型率。

本文主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證不同水料比與泡沫混凝土物理力學(xué)性能的相關(guān)性，為泡沫混凝土的組成設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料及過(guò)程

1.1 原材料

（1）水泥42.5#快硬硅酸鹽水泥。細(xì)度：80μm方孔篩篩余量不大于10%。其他性能見(jiàn)表1～表2。

表1 水泥技術(shù)性能指標(biāo)

表2 水泥化學(xué)成分、礦物組成

（2）可再分散性乳膠粉。主要物理性能：①固含量：（99±1）%；②pH值：6.0～8.0；③堆密度：（490±50）g/L；④外觀：白色粉末。

（3）木質(zhì)纖維。主要規(guī)格有：①纖維長(zhǎng)度:0.5～3mm；②堆密度：20g/cm3。

（4）聚丙烯纖維，又稱PP纖維。主要物理指標(biāo)：①纖維長(zhǎng)度：6.0～12.0mm；②彈性模量:3400～3500MPa；③燃點(diǎn)：590 ℃。

（5）纖維素醚。主要性能指標(biāo)：①比重：1100～1300kg/m2；②pH值：5.0～7.0；③外觀：白色或淺灰色粉末。

（6）發(fā)泡劑。試驗(yàn)采用湖北武漢某公司生產(chǎn)的動(dòng)物蛋白和植物蛋白復(fù)合型液體發(fā)泡劑。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試件制作與成型工藝

（1）先將水泥、乳膠粉、木質(zhì)纖維及纖維素按配合比定量地放入強(qiáng)制攪拌機(jī)的鋼鍋中，并對(duì)干粉拌1min，然后加水（預(yù)留泡沫制備用水）再攪拌2min。

（2）將聚丙烯纖維用手分散成膨松狀單絲，均勻地放入以上膠凝材料中攪拌2～3min，以便于纖維能更好地融入到砂漿中，避免成團(tuán)。

（3）將發(fā)泡劑和預(yù)留水混合并用攪拌機(jī)制備泡沫，然后將制備好的泡沫漿液混合在一起攪拌，如果使用發(fā)泡機(jī)則發(fā)泡效果會(huì)更好。

（4）將攪拌好的泡沫漿液澆注到70.7mm×70.7mm×70.7mm鋼模中，每組澆3個(gè)試塊，編號(hào)為①。

（5）其余試塊在材料摻加量不變的情況下，逐步改變水的添加量，即加大水料比，依照上述步驟依次完成編號(hào)為：②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨試塊的澆注。

（6）脫模后把各試塊放在溫度為（20±3）℃，相對(duì)濕度為90%以上的混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)。

（7）為了縮短試驗(yàn)時(shí)間，試塊養(yǎng)護(hù)至7d取出并對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。

1.2.2 測(cè)試方法及項(xiàng)目

（1）測(cè)試試塊的干密度，將稱完自然容重的試塊放入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)烘干。干燥箱初始溫度設(shè)定為50 ℃，每隔2h升高10 ℃最終達(dá)到105 ℃，到達(dá)恒定溫度105 ℃繼續(xù)烘干24h以上，然后取出試件，在自然條件下冷卻至室溫，用電子秤分別稱出各試塊的干容重并計(jì)算出各試塊的干密度。

（2）測(cè)試各試塊的成型率，用游標(biāo)卡尺測(cè)量烘干后試塊的長(zhǎng)、寬、高，并計(jì)算各試塊的橫向及縱向線收縮率和成型率。

（3）在混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試各試塊的抗壓強(qiáng)度并記錄。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果

測(cè)試制成泡沫混凝土各試塊的物理性能指標(biāo)，見(jiàn)表3。

表3 各試塊的試驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果

試驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)⑥～⑨號(hào)試塊由于水料比過(guò)大發(fā)生漿液離析，縱向收縮率太大，試塊上下分層，因此不可用于生產(chǎn)實(shí)際中。

2.2 不同水料比對(duì)各試塊干容重的影響

通過(guò)調(diào)整泡沫混凝土的水料比，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)調(diào)控濕密度和干密度，達(dá)到在一定程度上控制抗壓強(qiáng)度大小的目的。泡沫混凝土的密度比一般常用混凝土的密度小，是一種輕質(zhì)建筑材料，在建筑工程中采用泡沫混凝土作為保溫材料使用具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著水料比的逐漸增大，泡沫混凝土的干密度逐漸減小，且干密度的降低會(huì)導(dǎo)致泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度的降低。

2.3 不同水灰比對(duì)各試塊成型率的影響

從表3中可以看出，不同的水料比對(duì)泡沫混凝土的橫向收縮率有一定的影響但影響不大，基本趨于穩(wěn)定；不同的水料比對(duì)泡沫混凝土的縱向收縮率有明顯的影響。

泡沫混凝土試塊的成型率隨著水料比的不斷增加而逐漸降低，水料比對(duì)泡沫混凝土的成型效果影響顯著。

2.4 不同水料比對(duì)各試塊抗壓強(qiáng)度的影響

普通混凝土配制過(guò)程中水泥是主要膠凝材料，水灰比是控制混凝土質(zhì)量的重要參數(shù)之一，而本次試驗(yàn)中不僅僅只摻加水泥一種膠凝材料，還有可再分散性乳膠粉、纖維素、木質(zhì)纖維、聚丙烯纖維等等，因此采用水料比作為配制泡沫混凝土的控制參數(shù)更加科學(xué)合理，試驗(yàn)結(jié)果也證明水料比成為試塊強(qiáng)度的一個(gè)決定因素?？梢哉J(rèn)為，在水泥標(biāo)號(hào)和用量相同的情況下，水料比越小，泡沫混凝土中的氣泡越少密度就越高；但如果水料比過(guò)小，氣泡就難以形成。

泡沫混凝土各試塊的抗壓強(qiáng)度與水料比的關(guān)系曲線如圖1：

由圖1可以看出，隨著水料比的逐漸增大，各試塊的抗壓強(qiáng)度隨之降低。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）水料比對(duì)發(fā)泡混凝土的性能有重要影響。發(fā)泡混凝土的干容重、成型率及抗壓強(qiáng)度均隨水料比的增加而逐漸降低。

（2）試塊干密度與抗壓強(qiáng)度之間成正比關(guān)系，干密度越大，其抗壓強(qiáng)度越高。

（3）實(shí)際工程中采用的水料比值，應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求的干密度、抗壓、抗剪、抗折及保溫方面的要求適當(dāng)做出選擇。因?yàn)楫?dāng)前市場(chǎng)上發(fā)泡劑、水泥產(chǎn)品生產(chǎn)廠家較多，性能差異較大，建議施工時(shí)應(yīng)根據(jù)選用材料的特性通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定摻加量和水料比。

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