泡沫混凝土存在缺陷及改善措施研究

劉 寧

(江蘇師范大學(xué)，江蘇 徐州 221000)

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泡沫混凝土存在缺陷及改善措施研究

劉 寧

(江蘇師范大學(xué)，江蘇 徐州 221000)

介紹了泡沫混凝土的特性，針對(duì)泡沫混凝土存在的缺陷問題，從加入纖維材料、降低水泥用量、控制孔隙結(jié)構(gòu)三方面，提出了相應(yīng)的改善措施，從而提高泡沫混凝土的強(qiáng)度，減少裂縫的產(chǎn)生。

泡沫混凝土，聚合物纖維，水泥，強(qiáng)度

泡沫混凝土，是利用機(jī)械方法將水泥和泡沫混合在一起，加以攪拌養(yǎng)護(hù)得到的輕質(zhì)多孔材料[1]，近年來，以節(jié)能、環(huán)保且不燃的優(yōu)良性能逐漸被市場認(rèn)可，應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸拓寬。但是任何一種材料都是瑕瑜互見，所以在利用其長處的同時(shí)，也需要改善其短處，做到取長補(bǔ)短。

1 泡沫混凝土存在的缺陷

1)泡沫混凝土的主要材料是水泥，因此干縮較大，易產(chǎn)生裂縫。

2)強(qiáng)度低。泡沫混凝土強(qiáng)度低主要是孔隙率和孔隙特征的原因，一般情況下，孔隙率較大時(shí)會(huì)引起強(qiáng)度降低。在相同孔隙率的情況下，封閉細(xì)小均勻的圓孔，強(qiáng)度較高。主要是因?yàn)榭紫堵蔬^大或孔隙不均勻時(shí)易引起應(yīng)力集中，使得強(qiáng)度降低。

3)孔隙結(jié)構(gòu)不易控制。由于水泥早期的凝結(jié)硬化較慢，與泡沫的穩(wěn)定時(shí)間不匹配，導(dǎo)致泡沫穿并，進(jìn)而引起應(yīng)力集中，強(qiáng)度降低[2]。

2 泡沫混凝土缺陷的改善措施

2.1 纖維增強(qiáng)泡沫混凝土抗裂性

由于泡沫混凝土的韌性較差，抗折強(qiáng)度較低，使用時(shí)受到了很大的局限性，在制作過程中加入纖維作為增韌材料，阻止基材中裂縫的擴(kuò)展并延緩新裂縫的產(chǎn)生，提高抗拉強(qiáng)度和抗變形能力。近幾年應(yīng)用比較多的主要是植物纖維、聚合物纖維、碳纖維和納米纖維等。

1)植物纖維。目前使用最多的植物纖維是農(nóng)作物秸稈。我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量較高，隨意丟棄、焚燒現(xiàn)象較為嚴(yán)重，因此，秸稈的有效利用也成為國家和社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。吳曉艷等[3]將普通的稻桿纖維加入泡沫混凝土中，可以提高泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度，纖維長度為1 mm，加入量為3%時(shí)，效果最佳。

由于秸稈的夾層中含有木素、半纖維素和低聚糖，在堿性環(huán)境下會(huì)對(duì)水泥造成緩凝作用，進(jìn)而造成泡沫穿并，影響孔隙結(jié)構(gòu)，降低強(qiáng)度和耐久性。為此，王立久等利用明膠乳液對(duì)秸稈進(jìn)行處理，提高耐堿侵蝕性，縮短凝結(jié)時(shí)間。

2)聚合物纖維。目前，使用較多的聚合物纖維是聚丙烯纖維和聚乙烯醇纖維。

聚丙烯纖維是較為常見的一種塑料，價(jià)格低廉，拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和彈性模量均較高，但是用于混凝土中時(shí)易結(jié)團(tuán)，因此在使用時(shí)應(yīng)注意纖維的直徑和長度，M.R.Jone[5]在研究中發(fā)現(xiàn)，摻入0.25%長度為1.9 mm～2 mm的聚丙烯纖維，可以顯著提高泡沫混凝土的強(qiáng)度和可塑性。

聚乙烯醇纖維是以聚乙烯醇為原料制得的合成纖維，機(jī)械強(qiáng)度高，耐酸堿腐蝕性強(qiáng)，并且具有良好的分散性，與水泥的粘結(jié)強(qiáng)度較高，將其摻入泡沫混凝土中可以大大提高泡沫混凝土的韌性。但是由于聚乙烯醇纖維的吸水性強(qiáng)，會(huì)影響泡沫混凝土的工作性，因此，鄧均等[6]將聚乙烯醇和粉煤灰一起用于泡沫混凝土中，一方面利用聚乙烯醇纖維的增韌作用，另一方面利用粉煤灰的滾珠效應(yīng)，這樣既提高了強(qiáng)度，又不影響工作性。

3)碳纖維。碳纖維是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)過碳化、石墨化處理后得到的一種微晶石墨材料。彈性模量是玻璃纖維的3倍，并且密度低，耐疲勞和耐腐蝕性好，可以大大增強(qiáng)泡沫混凝土的強(qiáng)度和韌性[8]。

4)納米纖維。上述幾種纖維都是毫米級(jí)纖維，而混凝土中細(xì)裂縫居多，尤其是初裂縫，因此邱軍付等[10]將納米纖維和聚丙烯纖維相結(jié)合，增韌范圍擴(kuò)大，研究中發(fā)現(xiàn)，增韌效果比單用聚丙烯纖維要好很多，當(dāng)納米摻入量為0.5%時(shí)，對(duì)拌合物的流動(dòng)性、早期水化都有很好的改善效果。

2.2 摻和料降低水泥用量，緩解干縮作用

水泥作為泡沫混凝土的主要原料，對(duì)泡沫混凝土的性質(zhì)影響很大。由于水泥在水化過程中會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱，內(nèi)外產(chǎn)生溫差，溫度應(yīng)力的存在引起混凝土產(chǎn)生微裂縫。并且泡沫混凝土的孔隙率較高，在后期養(yǎng)護(hù)過程中，蒸發(fā)失水，也容易產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重影響耐久性和保溫性，為此，不少研究者選擇不同的具有火山灰活性的摻和料代替水泥，減少裂縫的產(chǎn)生，常用的摻和料有粉煤灰、煤矸石和礦渣等。

粉煤灰作為工業(yè)廢料，嚴(yán)重影響環(huán)境，將其摻入泡沫混凝土的制備中，既可以廢物利用，也可以緩解裂縫的產(chǎn)生，原因主要有兩個(gè)方面：

1)減少水泥的用量，降低水化熱，減少裂縫；

2)利用滾珠效應(yīng)，提高流動(dòng)性，減少用水量，降低蒸發(fā)作用。

煤矸石是在采煤過程中排出的一種廢棄物，占用大量土地，污染空氣、水體，但含有硅、鋁、鈣元素，具有火山灰活性，在堿性環(huán)境下，可以生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣凝膠，既可以降低水泥用量，也可以形成強(qiáng)度。

礦渣是在煉鐵時(shí)浮于鐵水的熔渣，含有CaO，SiO2，Al2O3，具有較高活性，可以代替部分水泥。并且礦渣具有自硬性，在一定細(xì)度條件下，能發(fā)生水化硬化反應(yīng)，產(chǎn)生強(qiáng)度。

以上三種摻和料是較常用的三種，但是要根據(jù)具體情況選擇，扈士凱[11]在研究中發(fā)現(xiàn)，三種摻和料中礦渣的活性最好，粉煤灰次之，而泡沫混凝土是一種輕質(zhì)材料，需要降低密度，三種摻和料中粉煤灰的密度最小，可以降低泡沫混凝土的密度。因此，情況的側(cè)重點(diǎn)不同，選擇也不同。

2.3 控制孔隙結(jié)構(gòu)

泡沫混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)力學(xué)性、耐久性以及保溫性能影響非常大。一般情況下，封閉細(xì)小的圓孔對(duì)于泡沫混凝土的性能是非常有利的，但是在實(shí)際施工過程中，孔隙結(jié)構(gòu)很難控制，如果出現(xiàn)較多的連通孔，則容易造成應(yīng)力集中，強(qiáng)度降低，并且連通孔的增多會(huì)增大吸水率，進(jìn)而影響耐久性和保溫性能。為緩解上述情況，近幾年應(yīng)用比較多的是以下兩個(gè)措施：

1)在制備過程中加入粘稠度較高的聚合物。由于氣泡在水泥凝結(jié)之前容易上升，在上升的過程中逐漸變大而導(dǎo)致破碎，孔隙結(jié)構(gòu)遭到破壞。聚合物的加入可以增大漿體的粘稠度，增大氣泡上升的阻力，起到固定氣泡的作用，保證良好的孔隙結(jié)構(gòu)。

2)在制備過程中加入某些化學(xué)成分，促進(jìn)混凝土的凝固。王路明等[2]在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，加入2%的氯化鈣可以將混凝土的初凝和終凝時(shí)間縮短11 h，7 d抗壓強(qiáng)度提高50%。

3 結(jié)語

1)泡沫混凝土是一種具有廣闊發(fā)展前景的保溫輕質(zhì)材料，但是抗裂性差、強(qiáng)度低、孔隙結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等因素嚴(yán)重影響其發(fā)展。

2)經(jīng)過近幾年的大量研究，提出了不少改善措施，主要有：利用纖維增韌，提高抗裂性；摻和料代替部分水泥；在原料中加入粘稠度較高的聚合物或者加入促凝劑控制孔隙結(jié)構(gòu)。

3)在使用過程中，要根據(jù)不同的用途和側(cè)重點(diǎn)，選擇不同的改善措施。

[1] 劉 軍，崔云鵬，楊元全,等.粉煤灰泡沫混凝土力學(xué)性能的研究[J].材料導(dǎo)報(bào),2014,28(8):139-142.

[2] 王路明，王滌非.促進(jìn)水泥泡沫混凝土凝結(jié)硬化的試驗(yàn)與研究[J].功能材料,2015，46(S1):84-87.

[3] 吳曉艷，劉紅飛，張 程.稻桿纖維對(duì)改善泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的研究[J].混凝土與水泥制品,2014(9):56-58.

[4] 程順義.纖維泡沫混凝土的研究現(xiàn)狀[J].混凝土與水泥制品,2013(6):47-49.

[5] M.Jones, A.McCarthy. Preliminary views on the protential of foamed concrete as a structural material[J].Magazine of concrete research,2005,57(1):21-32.

[6] 鄧 均，霍冀川，宋言紅,等.聚乙烯醇纖維泡沫混凝土的性能試驗(yàn)[J].混凝土與水泥制品,2012(2):41-44.

[7] 詹炳根，郭建雷，林興勝.玻璃纖維增強(qiáng)泡沫混凝土性能試驗(yàn)研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,2(32):226-229.

[8] S.B.Park,E.S.Yoon, B.I.Lee.Effects of processing and materials variations on mechanical properties of lightweight cement compos.Tes[J].Cement and concrete research,1999,29(2):193-200.

[9] 楊瑞環(huán)，霍冀川，趙 星.玄武巖纖維摻量對(duì)泡沫混凝土性能的影響[J].西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，29(2)：29-32.

[10] 邱軍付，孫桂芳，王永魁，等.納米纖維增韌泡沫混凝土的機(jī)理研究[J].新型建筑材料，2015，42(12)：37-39.

[11] 扈士凱，李應(yīng)權(quán)，段 策，等.礦物摻和料對(duì)泡沫混凝土基本性能的影響[J].新型墻材，2009(11)：27-29.

Research on defects and improvement measures of foam concrete

Liu Ning

(JiangsuNormalUniversity,Xuzhou221000,China)

This paper introduced the characteristics of foam concrete, according to the defects of foam concrete, from the addition of fiber materials, reducing amount of cement, control of pore structure three aspects, put forward corresponding improvement measures, so as to improve the strength of foam concrete, reduced the cracks.

foam concrete, polymer fiber, cement, strength

1009-6825(2016)22-0118-03

2016-05-25

劉 寧(1987- )，女，助理工程師

TU528.58

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