泡沫混凝土收縮性能影響因素的試驗研究

張皓，鄭秀梅，景鐸（黑龍江職業(yè)學(xué)院建筑工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱　150080）

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泡沫混凝土收縮性能影響因素的試驗研究

張皓，鄭秀梅，景鐸
（黑龍江職業(yè)學(xué)院建筑工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150080）

摘要：收縮性能在一定程度上影響泡沫混凝土的應(yīng)用，針對這個問題，試驗研究了聚丙烯纖維、減水劑、發(fā)泡劑及膨脹珍珠巖對泡沫混凝土收縮性能及抗壓強度的影響。結(jié)果表明，聚丙烯纖維、減水劑及膨脹珍珠巖可以有效改善泡沫混凝土的收縮性能，隨著發(fā)泡劑摻量的增加，泡沫混凝土的收縮率也相應(yīng)增大，且提高幅度較大，使泡沫混凝土的抗壓強度降低。

關(guān)鍵詞：泡沫混凝土；收縮性能；抗壓強度；聚丙烯纖維；膨脹珍珠巖

隨著可持續(xù)發(fā)展理念在建筑節(jié)能方面的實踐，具有優(yōu)質(zhì)保溫隔熱性能的泡沫混凝土被越來越廣泛地應(yīng)用于建筑工程中，其在保溫屋面、縫隙填充、墻體砌塊等方面都有卓越的表現(xiàn)［1］。但相比于其它混凝土，泡沫混凝土的收縮率大［2］，嚴重的阻礙了它的更好應(yīng)用。對此，本文研究了影響泡沫混凝土收縮性能的若干因素，希望對泡沫混凝土的發(fā)展起到一定作用。

1 試驗

1.1 原材料

由普通水泥配制的泡沫混凝土凝結(jié)時間與穩(wěn)泡時間不匹配，容易造成漿體塌陷。在普通水泥中摻入適量的鋁酸鹽水泥，可以縮短泡沫混凝土的凝結(jié)時間。本研究采用黑龍江賓州虎鼎水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5水泥（C）和50級鋁酸鹽水泥（CA），表觀密度均為3100 kg/m3。

ZY-101植物蛋白類高效水泥發(fā)泡劑（FP），發(fā)泡倍數(shù)20倍以上，沉降距≤10 mm，泌水量≤80 ml，密度1.1 g/cm3，水溶性良好，泡沫致密性好。

聚羧酸鹽系高效減水劑（SP），減水率25%。

聚丙烯纖維（PP），密度0.91g/cm3，抗拉強度350～700 MPa，極限伸長率15%～25%，彈性模量3～10 GPa。

膨脹珍珠巖（PE），常溫導(dǎo)熱系數(shù)為0.0245～0.0480 W/（m· K），低溫導(dǎo)熱系數(shù)為0.028～0.038 W/（m·K）。

水，自來水。

1.2 試驗方案

1.2.1 試件制作

根據(jù)試驗配合比，將發(fā)泡劑按1∶30的比例稀釋成水溶液，然后采用高速剪切乳化機進行機械預(yù)制發(fā)泡，乳化機的轉(zhuǎn)速控制在7000 r/min左右，攪拌5～10 min，至泡沫細小綿密的穩(wěn)定狀態(tài)即可。同時根據(jù)配合比計算，先將鋁酸鹽水泥加入到普通硅酸鹽水泥中制成料漿，再將料漿、減水劑及拌和用水一起放入水泥凈漿攪拌機內(nèi)攪拌。最后將發(fā)好的泡沫及其它摻和料加入到攪拌的漿體里進行攪拌，制成40 mm×40 mm×280 mm的長方體泡沫混凝土試件，在（20±2）℃的自然環(huán)境，覆膜養(yǎng)護1 d拆膜，至第3 d時測量其長度，之后每3 d測量1次長度，計算相應(yīng)的收縮率；制成150 mm×150 mm×150 mm的立方體試塊，養(yǎng)護至3、7、28 d進行抗壓強度試驗。

1.2.2 試驗配合比

本實驗采用內(nèi)摻10%CA的復(fù)合膠凝材料，發(fā)泡劑采用1∶30的稀釋比例，成型水膠比為0.50。具體配合比見表1。

表1 泡沫混凝土試驗配合比　%

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 聚丙烯纖維對泡沫混凝土收縮性能和抗壓強度的影響（見圖1、圖2）

圖1 聚丙烯纖維對泡沫混凝土收縮性能的影響

從圖1可以看出，在其它組分不變的情況下，無論泡沫混凝土中是否摻加PP，其收縮率都隨著齡期而呈增大趨勢。在相同齡期時，無PP摻量的泡沫混凝土收縮率最大，0.4%PP摻量次之，0.8%PP摻量的收縮最小。在15 d齡期前，無PP摻量與0.4%PP摻量的泡沫混凝土收縮率增加明顯，之后呈現(xiàn)緩慢趨勢。而對于0.8%PP摻量的泡沫混凝土，除前6 d收縮增長較快以外，其它齡期均緩慢平穩(wěn)收縮，收縮率最小，僅為無PP摻量的泡沫混凝土收縮量的2/3?？梢?，聚丙烯纖維在改善泡沫混凝土的收縮性能方面有一定的作用，且隨著摻量的增加，這種作用也越明顯。

圖2 聚丙烯纖維對泡沫混凝土抗壓強度的影響

從圖2可明顯看出，摻入聚丙烯纖維后，各個齡期的泡沫混凝土抗壓強度都有所增長，且在本文的摻量范圍內(nèi)，抗壓強度隨著摻量的增大而明顯增加，特別是28 d抗壓強度增加尤為明顯。由此可見，聚丙烯纖維對泡沫混凝土的抗壓強度有極好的增強作用。

這是因為，聚丙烯纖維在泡沫混凝土中無序地附著在泡沫表面與水泥漿體中［3］，并與水泥漿體固結(jié)成一體，有效地抵制了泡沫混凝土的收縮，在一定程度內(nèi)，摻量越多，這種抵制作用越明顯，泡沫混凝土收縮越少；同時聚丙烯纖維在泡沫混凝土中也起到了骨架作用，抗壓強度也隨之提高。

2.2 減水劑對泡沫混凝土收縮性能和抗壓強度的影響（見圖3、圖4）

圖3 減水劑對泡沫混凝土收縮性能的影響

圖4 減水劑對泡沫混凝土抗壓強度的影響

S-3與S-6均為未摻膨脹珍珠巖的泡沫混凝土，其中S-3中SP摻量為1.0%、W/B為0.50；S-6中無SP、W/B為0.75，其它組分不變。從圖3可以看出，減水劑不能完全阻礙泡沫混凝土的收縮，但在相同齡期內(nèi)，摻加減水劑可以有效地降低泡沫混凝土的收縮率。隨著W/B的增大，泡沫混凝土中的水分增多，在干燥硬化過程中有更多的水分蒸發(fā)，形成了較多的毛細孔［4］，這些毛細孔呈連通型，使結(jié)構(gòu)疏松，抵抗收縮能力變小，增大泡沫混凝土的收縮率。而減水劑可以減少25%的拌和用水，進而減少混凝土內(nèi)的連通毛細孔，有效改善泡沫混凝土的收縮性能［5］。也正由于這些原因，使得摻入減水劑的泡沫混凝土抗壓強度出現(xiàn)圖4所示的走勢，合理摻量的減水劑使抗壓強度在各試驗齡期內(nèi)明顯提高，特別是3 d抗壓強度提高300%，7 d及28 d時提高約100%。

2.3 發(fā)泡劑摻量對泡沫混凝土收縮性能和抗壓強度的影響（見圖5、圖6）

圖5 發(fā)泡劑摻量對泡沫混凝土收縮性能的影響

圖6 發(fā)泡劑摻量對泡沫混凝土抗壓強度的影響

從圖5、圖6可以看出，無論哪種摻量，泡沫混凝土都會隨著齡期進一步收縮；抗壓強度較小。就相同齡期而言，發(fā)泡劑摻量越大，泡沫混凝土的收縮率越大、抗壓強度越小。本試驗中試樣S-5較S-3中發(fā)泡劑摻量僅提高0.2個百分點，收縮率增大40%，抗壓強度下降約20%。主要因為，發(fā)泡劑越多，引入混凝土中的泡沫越多，硬化過程中形成的孔也越多［6］，收縮就越明顯，抗壓強度也越低。為了保證泡沫混凝土的低密多孔結(jié)構(gòu)并具有適宜的強度，建議發(fā)泡劑摻量為0.8%。

2.4 膨脹珍珠巖對泡沫混凝土收縮性能和抗壓強度的影響（見圖7、圖8）

圖7 膨脹珍珠巖對泡沫混凝土收縮性能的影響

圖8 膨脹珍珠巖對泡沫混凝土抗壓強度的影響

從圖7可以看出，即使在泡沫混凝土中摻入膨脹珍珠巖，隨著齡期的延長，泡沫混凝土的收縮率也在增加。但在同一齡期，摻PE的泡沫混凝土的收縮率較未摻PE的泡沫混凝土的收縮率小近0.1個百分點，說明PE的摻入在一定程度上能抵制泡沫混凝土的收縮?？赡苁怯捎赑E本身具有微膨脹性能［7］，可以與部分收縮相抵消，故體現(xiàn)出收縮率降低的現(xiàn)象。

從圖8可以看出，摻入PE的泡沫混凝土的抗壓強度，除3 d外，其它各齡期均略小于未摻入PE的。主要由于膨脹珍珠巖比表面積較大，本身結(jié)構(gòu)疏松，抗壓強度也低于水泥漿體的強度，同時由于其表面孔隙較多，易將泡沫表面的水分吸走而使泡沫破壞，在PE顆粒周圍形成水膜，也使泡沫混凝土的強度降低。

3 結(jié)論

（1）本研究中無論摻加哪幾種外加組分，泡沫混凝土在凝結(jié)硬化過程中都會有不同程度的收縮，同時抗壓強度也隨之變化。

（2）聚丙烯纖維可以有效改善泡沫混凝土的收縮率，同時提高抗壓強度，且隨著摻量的增加，改善收縮的效果及強度提高率越明顯。

（3）減水劑可以減少混凝土拌和用水，減少由于蒸發(fā)而引起的毛細孔，減小泡沫混凝土的收縮，并提高泡沫混凝土的抗壓強度。

（4）隨著發(fā)泡劑摻量的增加，泡沫混凝土的收縮率也相應(yīng)有較大幅度增大，并使泡沫混凝土的抗壓強度降低，對于不同摻量的發(fā)泡劑對抗壓強度的影響還應(yīng)該繼續(xù)細入研究。

（5）膨脹珍珠巖本身具有微膨脹性質(zhì)，在泡沫混凝土中摻入膨脹珍珠巖可以抵消其部分收縮，對于泡沫混凝土的收縮有一定的改善作用，但同時也使抗壓強度有所降低。應(yīng)該在實際應(yīng)用時考慮主要性能再決定其摻量。

參考文獻：

［1］王麗玫，皮鳳梅.泡沫混凝土及其在現(xiàn)澆墻體中應(yīng)用展望［J］.新型建筑材料，2011（10）：77-78.

［2］蔣俊，盧忠遠，牛云輝，等.外加組分對泡沫混凝土收縮性能的影響研究［J］.混凝土，2013（8）：47-50.

［3］陳兵，劉睫.纖維增加泡沫混凝土性能試驗研究［J］.建筑材料學(xué)報，2010（6）：287-290，340.

［4］朱明，王方剛.泡沫混凝土孔結(jié)構(gòu)與導(dǎo)熱性能的關(guān)系［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報，2013（3）：21-25.

［5］范麗龍，楊揚.泡沫混凝土凝結(jié)時間的試驗研究［J］.新型建筑材料，2012（7）：46-48.

［6］魏文慧.泡沫混凝土的分析與應(yīng)用［J］.混凝土，2013（2）：136-138，142.

［7］陶樺銘.泡沫混凝土在房屋建筑施工中的性能研究［J］.混凝土，2013（6）：19-21.

Experimental study on the influence factors of shrinkage of foamed concrete

ZHANG Hao，ZHENG Xiumei，JING Duo
（School of Architecture Engineering，Heilongjiang Polytechnic，Harbin 150080，China）

Abstract：To some extent，shrinkage performance limits the application of the foam concrete，to address this problem，polypropylene fiber，water reducing agent，foaming agent and expanded perlite had been studied in order to get effect of shrinkage and compressive strength of foamed concrete. The results showed：polypropylene fiber，superplasticizer and expanded perlite can improve effectively the shrinkage of foamed concrete，with the increase of foaming agent content，the shrinkage of foamed concrete increases，and the increase level is high to reduce the compressive strength of the foamed concrete.

Key words：the foam concrete，shrinkage performance，compressive strength，polypropylene fibre，expanded perlite

中圖分類號：TU528

文獻標識碼：A

文章編號：1001-702X（2016）03-0081-04

基金項目：黑龍江省教育廳科技項目（12541807）

收稿日期：2015-10-22；

修訂日期：2016-01-04

作者簡介：張皓，男，1967年生，廣東豐順人，副教授，研究方向為高性能與智能混凝土。