高海拔地區(qū)現(xiàn)澆泡沫混凝土正交試驗研究

蔣寧山，劉連新，徐婷婷，吳成友，張吾渝，劉亞（青海大學(xué) 土木工程學(xué)院，青海 西寧　810016）

高海拔地區(qū)現(xiàn)澆泡沫混凝土正交試驗研究

蔣寧山，劉連新，徐婷婷，吳成友，張吾渝，劉亞
（青海大學(xué) 土木工程學(xué)院，青海 西寧810016）

由于高海拔地區(qū)現(xiàn)澆泡沫混凝土在施工時受到高海拔、低氣壓等因素的影響，物理發(fā)泡過程中氣泡破滅快、塌縮等現(xiàn)象嚴(yán)重，因此引入穩(wěn)泡劑、瞬凝劑、減水劑加以改善，為了配制出強(qiáng)度較高、干密度較低的性能優(yōu)良的泡沫混凝土，采用正交試驗、掃描電鏡觀察內(nèi)部氣孔方法，確定了穩(wěn)泡劑、瞬凝劑、減水劑的最佳摻量，探討了外加劑對現(xiàn)澆泡沫混凝土性能的影響，為青藏高原地區(qū)大面積推廣現(xiàn)澆泡沫混凝土積累經(jīng)驗。

泡沫混凝土；正交試驗；穩(wěn)泡劑；瞬凝劑；減水劑

在青藏高原高海拔低氣壓的環(huán)境下，現(xiàn)澆泡沫混凝土施工時容易出現(xiàn)氣泡破滅快、孔隙率低、塌縮等現(xiàn)象。為了改善這一現(xiàn)象，引入穩(wěn)泡劑、瞬凝劑、減水劑，對泡沫混凝土的強(qiáng)度、氣泡韌性、干密度加以改善［1］，但在摻加時應(yīng)嚴(yán)格控制摻量。通過單因素試驗，確定了泡沫混凝土中泡沫劑摻量為0.67%～0.73%，穩(wěn)泡劑的摻量為0.015%～0.025%，減水劑的摻量為0.15%～0.25%，瞬凝劑的摻量為2.0%～3.0%。當(dāng)外加劑同時摻入時，采用正交試驗確定泡沫混凝土的最佳配比，分析外加劑對泡沫混凝土強(qiáng)度等物理參數(shù)的影響［2-3］。

1　試驗

1.1主要原材料

穩(wěn)泡劑：三乙醇胺，無色黏稠液體；泡沫劑：植物蛋白類泡沫劑，無色黏稠液體；減水劑：聚羧酸減水劑，淺棕色黏稠液體；瞬凝劑：硫酸鈉，白色晶體

1.2配合比設(shè)計

采用P.O42.5水泥，水料比為0.40，采用稀釋倍數(shù)為1∶40的植物類泡沫劑，確定泡沫劑摻量范圍為水泥質(zhì)量的0.67%～0.73%，以此為基礎(chǔ)通過單一因素試驗，確定穩(wěn)泡劑的摻量為水泥質(zhì)量的0.015%～0.025%，減水劑的摻量為水泥質(zhì)量的0.15%～0.25%，瞬凝劑的摻量為水泥質(zhì)量的2.0%～3.0%。當(dāng)穩(wěn)泡劑、瞬凝劑、減水劑同時摻入時通過正交試驗確定最優(yōu)配合比［4］。選用L9（34）正交表（見表1），試驗配合比和性能測試結(jié)果見表2。

表1　正交試驗因素水平

表2　試驗配合比及結(jié)果

1.3正交試驗結(jié)果分析

對表2泡沫混凝土正交試驗結(jié)果的極差分析見表3。

表3　3 d、7 d抗壓強(qiáng)度和干密度的極差分析

從表3可以看出：

（1）對泡沫混凝土3 d抗壓強(qiáng)度影響的大小順序是：D＞C＞B＞A，即瞬凝劑摻量是抗壓強(qiáng)度的主要影響因素，其次是減水劑摻量，然后是泡沫劑摻量，三者的影響相近，最后是穩(wěn)泡劑摻量。因要求3d強(qiáng)度較高，優(yōu)化水平組合確定為A2B1C2D1。

（2）對泡沫混凝土7 d抗壓強(qiáng)度影響的大小順序是：D＞C＞B＞A，即瞬凝劑摻量是抗壓強(qiáng)度的主要影響因素，其次是減水劑摻量，然后是泡沫劑摻量，最后是穩(wěn)泡劑摻量。因要求7 d強(qiáng)度較高，優(yōu)化水平組合確定為A2B1C2D1。

（3）對泡沫混凝土干密度影響的大小順序是：D＞B＞A＞C，即瞬凝劑摻量是干密度的主要影響因素，其次是泡沫劑摻量，然后是穩(wěn)泡劑摻量，最后是減水劑摻量。因要求干密度不宜太高，優(yōu)化水平組合確定為A3B1C3D2。

1.4優(yōu)化試驗

在滿足設(shè)計目標(biāo)及考慮成本的要求下，綜合平衡確定最優(yōu)試驗組合為A2B1C2D1，即最優(yōu)配合比是：穩(wěn)泡劑0.02%、泡沫劑0.67%、減水劑0.2%、瞬凝劑2.0%。

2　外加劑對泡沫混凝土內(nèi)部氣孔的影響

由于青藏高原高海拔、低氣壓的影響造成泡沫混凝土現(xiàn)場澆筑時成泡率易變、塌模嚴(yán)重，造成泡沫混凝土質(zhì)量不穩(wěn)定，為了提高泡沫混凝土質(zhì)量，摻加外加劑后，在掃描電鏡下觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

（1）當(dāng)水料比為0.40、稀釋倍數(shù)為1∶40，泡沫劑摻量為0.67%，未摻加穩(wěn)泡劑、瞬凝劑、減水劑時，泡沫混凝土中孔洞尺寸大小不一，泡沫混凝土壁厚較薄，較易破裂，容易形成連通孔，對保溫性能的影響較大，內(nèi)部氣孔平均直徑為1.14 mm，氣孔分布如圖1所示。測得孔隙率為72%，3 d抗壓強(qiáng)度為0.75MPa，7d抗壓強(qiáng)度為1.38 MPa，干密度為462 kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.173 W/（m·K）。

圖1　未摻入穩(wěn)泡劑、瞬凝劑、減水劑時泡沫混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

（2）同時摻入穩(wěn)泡劑、瞬凝劑、減水劑時，穩(wěn)泡劑使氣泡壁的堅韌性提高，泡沫壁的強(qiáng)度增大，泡沫不易破裂；減水劑使得水泥水化產(chǎn)物中C-S-H凝膠增多，增加水泥分散性，漿料流動性增加，可縮短攪拌時間，減少破泡的概率，氣孔壁的致密性提高，厚度增大；瞬凝劑使水泥的水化速度加快，泡沫混凝土的凝結(jié)時間有很大程度的縮短，有效避免了泡沫的大量破滅［5］。穩(wěn)泡劑、瞬凝劑、減水劑的參加對泡沫混凝土性能改善明顯。

電鏡觀察內(nèi)部氣孔表現(xiàn)較均勻，且直徑較小，平均值為0.75mm，氣孔分布如圖2所示。測得孔隙率是85%，3 d抗壓強(qiáng)度為1.52MPa，7d抗壓強(qiáng)度為2.69MPa，干密度為443 kg/m3，吸水率為22%，導(dǎo)熱系數(shù)為0.10W/（m·K）。

圖2　摻入穩(wěn)泡劑、瞬凝劑、減水劑后泡沫混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3　結(jié)論

（1）穩(wěn)泡劑、泡沫劑、減水劑、瞬凝劑同時摻入時，瞬凝劑對強(qiáng)度、干密度影響較大。

（2）通過正交試驗得到最優(yōu)配比，穩(wěn)泡劑摻量為0.02%、泡沫劑摻量為0.67%、減水劑摻量為0.2%、瞬凝劑摻量為2.0%，泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度、干容重、吸水率、導(dǎo)熱系數(shù)指標(biāo)改善，泡沫混凝土性能提升。

（3）在高海拔、低氣壓的青藏高原環(huán)境下，進(jìn)行物理發(fā)泡配置泡沫混凝土?xí)r，引入穩(wěn)泡劑、瞬凝劑、減水劑能夠使現(xiàn)澆泡沫混凝土內(nèi)部氣孔分布均勻且直徑較小，氣泡壁韌性增強(qiáng)，塌模現(xiàn)象得到改善。

［1］劉小艷，王新瑞，劉磊，等.泡沫混凝土的研究進(jìn)展及應(yīng)用［J］.混凝土，2012（6）：34-36.

［2］郝會娟，低強(qiáng)度自密實(shí)混凝土配合比優(yōu)化［D］.保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

［3］李永肖，趙風(fēng)清，張志國，等.承重型泡沫混凝土的研制［J］.粉煤灰綜合利用，2009（5）：52-54.

［4］徐婷婷.高寒地區(qū)現(xiàn)澆泡沫混凝土技術(shù)性能的應(yīng)用研究［D］.西寧：青海大學(xué)，2014：41-46.

［5］楊進(jìn)超，歐忠文，鐘方平，等.速凝劑對水泥注漿材料性能的影響［J］.低溫建筑技術(shù)，2014（3）：18-19.

Orthogonal experimental study of high altitude cast-in-place foam concrete

J
IANG Ningshan，LIU Lianxin，XU Tingting，WU Chengyou，ZHANG Wuyu，LIU Ya
（School of Civil Engineering of Qinghai University，Xining 810016，China）

Due to high altitude，low-pressure and other factors in high-altitude area，phenomenon in foaming process of castin-place foamed concrete such as quick bubble burst and slurry collapse tend to appear.Adding additive such as foam stabilizing agent，flash-setting agent and water reducing agent in foamed concrete can usually improve its performance.In order to prepare formed concrete with high strength，low dry apparent density and other good performances in high-altitude area，orthogonal experiment，scanning electron microscope analysis have been used to determined the best ratios of foam stabilizing agent，flashsetting agent and water reducing agent，in this paper.In addition，influences of additives on cast-in-place foamed concrete have been studied.Results in this paper can provide valuable experiences for large-scale cast-in-place foamed concrete promotion in Qinghai-Tibet Plateau.

foamed concrete，orthogonal test，foam stabilizer，flash-setting agent，water reducing agent

TU528.2

A

1001-702X（2016）03-0029-03

青海省科技廳基金資助項目（2015-ZJ-722；2015-ZJ-937Q；2015-ZJ-720）

2015-10-30；

2016-03-20

蔣寧山，男，1978年生，青?；ブ?，副教授。地址：西寧市寧大路251號，E-mail：qhjns@163.com。