泡沫混凝土配合比設(shè)計(jì)及性能研究

袁成成 胡倩

近年來(lái)，在混凝土的發(fā)展過(guò)程中，出現(xiàn)了一種新型混凝土，即泡沫混凝土，其主要特征是多孔，它的生產(chǎn)工藝與其他混凝土相比，無(wú)論是從復(fù)雜程度還是從難度上而言，都較為簡(jiǎn)單，并且制作原料廣泛，同時(shí)有較高的環(huán)保價(jià)值。本文首先重點(diǎn)對(duì)其配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，然后對(duì)泡沫混凝土的性能展開(kāi)探究。

現(xiàn)階段，粉煤灰已經(jīng)成為混凝土中的重要原料之一，在配制過(guò)程中，將其視作膠凝材料，在一定程度上，可以提高混凝土性能，并且能夠起到環(huán)境保護(hù)的作用，更為重要的是，可以切實(shí)增加經(jīng)濟(jì)收益。

一、原材料選取和制備

1.水泥

其一、水泥的作用是膠結(jié)，同時(shí)，水泥也直接決定著混凝土強(qiáng)度，所以，使用的水泥要具有兩種特點(diǎn)，一個(gè)是高強(qiáng)度，另一個(gè)是凝結(jié)速度快，凝結(jié)時(shí)間短；其二、因?yàn)橥饧觿?duì)泡沫穩(wěn)定有不利影響，所以，在水泥中不可添加影響泡沫穩(wěn)定的材料；其三、要適當(dāng)摻加熟料，其作用是提高水化的速度，同時(shí)，可以提升泡沫的穩(wěn)定性。

2.煤灰粉

將煤灰粉用于泡沫混凝土制備中，其主要目的是增強(qiáng)水化，發(fā)揮活性作用，與此同時(shí)，因?yàn)槊夯曳圩陨硇再|(zhì)，具有依附在顆粒表面的能力，從而具有滾珠軸承的作用，進(jìn)而能夠減少水作用。因?yàn)槊夯曳燮渥陨砦⑿?，可以最大程度上與水泥顆粒接觸，進(jìn)入水泥顆粒之間的縫隙，借此提高泡沫混凝土的密實(shí)程度。除此以外，還具有穩(wěn)定作用，能夠抑制結(jié)構(gòu)離析。

3.發(fā)泡劑

發(fā)泡劑的重要性不言而喻，對(duì)泡沫混凝土的穩(wěn)定性，以及抗凍性都有著重要影響。因此，必須要選用適合的發(fā)泡劑。判定其是否適合，可以從以下三方面考量，一是發(fā)泡倍數(shù)，二是泌水性，三是堅(jiān)韌性。泡沫混凝土中泡沫的性質(zhì)，主要影響因素有兩個(gè)，第一個(gè)是泡沫劑質(zhì)量，第二個(gè)是用水量，所以，在制備泡沫劑溶液時(shí)，可以控制兩者的比例，從而產(chǎn)生具有穩(wěn)定性的、符合要求的泡沫。筆者認(rèn)為，蛋白質(zhì)類發(fā)泡劑最為理想，例如動(dòng)物毛發(fā)。

4.穩(wěn)泡劑

在完成泡沫的制備后，最為重要的便是保證泡沫穩(wěn)定，避免對(duì)發(fā)泡質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，所以，需要添加穩(wěn)泡劑，進(jìn)一步保證泡沫的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)證明，添加穩(wěn)泡劑后，在一定程度上會(huì)降低發(fā)泡倍數(shù)，但同時(shí)也可以保證其穩(wěn)定性。

5.細(xì)集料、石灰、水

制備泡沫混凝土，需要使用細(xì)集料，例如細(xì)砂，其目的是防止混凝土成品因?yàn)槭湛s導(dǎo)致的開(kāi)裂，使用的細(xì)砂要滿足相關(guān)要求。礦物摻合料的選擇，最為常用的是生石灰，因?yàn)樯液凸枇蟽烧呖梢园l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱量，能夠加快混凝土的硬化，與此同時(shí)，還可以提高混凝土強(qiáng)度。所選用的生石灰也要符合相關(guān)要求。

6.泡沫混凝土制備

現(xiàn)階段，泡沫混凝土制備的方法有兩種，第一種是預(yù)制泡沫混合法，第二種是混合攪拌法，從名稱上可以得知，這兩種方法的差別是泡沫生成方式不同，兩者相比較，第一種更加適合遠(yuǎn)距離的泵送，同時(shí)，第二種方法也不適合現(xiàn)場(chǎng)澆筑，鑒于此，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，選用第一種預(yù)制泡沫混合法。

二、試驗(yàn)方法的確定及試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)采取的是干表觀密度法，試驗(yàn)的首要步驟就是確定原材料的用量以及各種實(shí)驗(yàn)材料的用量。在《泡沫混凝土配合比設(shè)計(jì)》中，作者闡述了兩種配合比計(jì)算方法，其計(jì)算關(guān)系式如下：

其中Ρ干為泡沫混凝土的設(shè)計(jì)干密度；Sa為質(zhì)量系數(shù)，普通硅酸鹽水泥取1.2，硫鋁酸鹽水泥取1.4；MC為泡沫混凝土水泥的用量（kg/m3）；Mfa為泡沫混凝土粉煤灰的用量（kg/m3）；Mw為泡沫混凝土基本用水量（kg/m3）；Φ為基本水料比。

在1M3泡沫混凝土中，水泥、粉煤灰和水組成的料漿總體積為V1，通過(guò)以下兩個(gè)公式可以對(duì)泡沫的添加量進(jìn)行計(jì)算。

其中Ρfa為粉煤灰的密度；Ρc為水泥密度；Ρw為水的密度；V為加入泡沫前，水泥、粉煤灰和水的漿體總體積（M3）；V2為泡沫添加量；K為富余系數(shù)，普遍情況下取在1.1-1.3之間。

發(fā)泡劑的用量Mp可以根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算。

表1 單因素配比設(shè)計(jì)表

其中My為形成的泡沫液質(zhì)量（kg）；Ρ泡為實(shí)測(cè)泡沫密度；Mp為泡沫混凝土的泡沫劑質(zhì)量（kg/M3）；β為泡沫劑的發(fā)泡倍數(shù)。

配合比試驗(yàn)方案可以分為兩個(gè)部分，分別是單因素配合比設(shè)計(jì)和多因素配合比設(shè)計(jì)，其中前者是測(cè)試單一原料對(duì)泡沫混凝土性能的影響，后者則是測(cè)試各種原料配比對(duì)泡沫混凝土性能的影響，從而找出影響泡沫混凝土性能的主要因素，獲得最佳的泡沫混凝土配比。

在單因素配合比設(shè)計(jì)中，此次試驗(yàn)所使用的干物料質(zhì)量總和為720g，水料比固定為0.45，水泥和粉煤灰總質(zhì)量為干物料綜合的四分之三。在研究石灰對(duì)泡沫混凝土性能的影響時(shí)，為了保障水泥和粉煤灰的質(zhì)量總和不發(fā)生變化，可以將細(xì)砂作為調(diào)節(jié)因子。

表2 多因素配比設(shè)計(jì)表

三、泡沫混凝土配合比性能研究

1.粉煤灰與水泥兩者對(duì)其性能所具有的影響

粉煤灰其自身并非是真正意義上的膠凝材料，同時(shí)，粉煤灰也沒(méi)有膠凝的作用，更為重要的是，其活性較差，二次水化需要較長(zhǎng)的時(shí)間，因此，在制備過(guò)程中添加粉煤灰，則會(huì)對(duì)泡沫混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生影響，主要是早期強(qiáng)度，筆者所言的早期強(qiáng)度，不僅指單一的包括7d抗壓強(qiáng)度，而且也包括28d抗壓強(qiáng)度。

2.發(fā)泡劑對(duì)泡沫混凝土的性能影響

影響常規(guī)混凝土抗壓強(qiáng)度的因素眾多，同時(shí)，每一種因素之間，也不是簡(jiǎn)單的比例關(guān)系，所有的因素，是相互影響的，且影響較為復(fù)雜，難以簡(jiǎn)單地進(jìn)行概括和總結(jié)，但是，對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響，也遵守木桶效應(yīng)，換言之，對(duì)于常規(guī)混凝土而言，在影響其抗壓強(qiáng)度的眾多因素中，有個(gè)別因素是主要的，有著決定性作用。對(duì)于泡沫混凝土而言，發(fā)泡劑是不可或缺的，也是必須使用的，實(shí)驗(yàn)證明，如果增加發(fā)泡劑摻量，則抗壓強(qiáng)度在持續(xù)的減低，與此同時(shí)，隨著摻量的不斷增加，其強(qiáng)度下降趨勢(shì)會(huì)更加嚴(yán)重。

3.石灰對(duì)泡沫混凝土性能的影響

隨著石灰摻量的不斷增加，干密度和吸水率不會(huì)發(fā)生較大的變化，但是抗壓強(qiáng)度會(huì)呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。生石灰在遇到水時(shí)會(huì)生成Ca（OH）2，Ca（OH）2：在放出促進(jìn)混凝土硬化的水化熱的同時(shí)還會(huì)在一定程度上激發(fā)的粉煤灰的活性。因此，在一定范圍內(nèi)增加生石灰的用量，會(huì)對(duì)泡沫混凝土強(qiáng)度的提升起到一定的促進(jìn)作用。但是過(guò)量的使用則會(huì)導(dǎo)致漿料加快稠化，硬化速度也會(huì)降低，從而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的減弱。

四、結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際的制備過(guò)程中，要依據(jù)泡沫混凝土的用途，嚴(yán)格控制各影響因素，從而提高和保障泡沫混凝土的質(zhì)量和性能，促使其能夠符合設(shè)計(jì)要求，能夠達(dá)到建筑中對(duì)泡沫混凝土的要求，從而可以得到廣泛和深入的應(yīng)用，為提高建筑質(zhì)量做出貢獻(xiàn)，也能夠提高混凝土企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，增加經(jīng)濟(jì)效益，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。