探究房屋建筑施工中泡沫混凝土的性能

陳實(shí)

（重慶雙源建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司　重慶市江北區(qū)　400000）

引言

我國(guó)自1950年起就開始從前蘇聯(lián)引進(jìn)泡沫混凝土材料的相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)。特別是進(jìn)入21世紀(jì)以后，我國(guó)泡沫混凝土行業(yè)的發(fā)展進(jìn)入了快速增長(zhǎng)期，其年產(chǎn)量從2000年的幾十萬(wàn)立方增長(zhǎng)至2009年的600萬(wàn)m3；2015年，我國(guó)泡沫混凝土材料的總產(chǎn)量依然維持了20%以上的年增長(zhǎng)率達(dá)到了3500萬(wàn)m3，采用泡沫混凝土材料澆筑的建筑面積已超過(guò)1億m3。因此，可以看出，推廣泡沫混凝土材料，認(rèn)真貫徹我國(guó)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，是目前各個(gè)行業(yè)勢(shì)在必行之事。

1　泡沫混凝土的制備

泡沫混凝土材料的制備原理是將氣孔均勻的分散于水泥砂漿中，然后通過(guò)膠凝作用使胞孔凝結(jié)固定而成。其基本生產(chǎn)過(guò)程如下：①選擇合適的發(fā)泡劑制備出直徑為0.1～1.0mm的泡沫；②將泡沫引入到水泥砂漿中，通過(guò)高速攪拌機(jī)攪拌使兩者充分混合，并將制得的漿料注入相應(yīng)的模具之中；通過(guò)空氣壓縮機(jī)成型；③當(dāng)泡沫混凝土材料達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，脫模養(yǎng)護(hù)即可，如圖1所示。

圖1　

2　實(shí)驗(yàn)原材料及性能分析

2.1　水泥

水泥作為常見的膠凝材料被廣泛應(yīng)用于泡沫混凝土的制備過(guò)程中，但由于異于一般混凝土，在膠凝材料的選擇上與普通混凝土是不一樣的，主要是由于在制備的過(guò)程中需要引入大量泡沫，而泡沫存在于料漿中會(huì)形成氣孔，所以一般來(lái)說(shuō)，為了優(yōu)化性能，所選水泥除了要滿足國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)外，還需要具備其他方面性能。

（1）選用凝結(jié)時(shí)間較快的水泥

由于試塊在制作過(guò)程中易塌模，所以要求所選用的水泥要凝結(jié)速度快，初凝、終凝速度要短。一般來(lái)說(shuō)這些要求對(duì)快硬水泥相對(duì)容易，對(duì)于普通硅酸鹽水泥相對(duì)較難，應(yīng)采取一定的改性。如果泡沫混凝土的初凝時(shí)間大于1h，則料漿中的氣泡有可能在水泥凝結(jié)硬化的過(guò)程發(fā)生破碎，若終凝時(shí)間大于4h，則消泡后會(huì)造成泌水塌模。最好將2次凝結(jié)時(shí)間控制在2h內(nèi)，如果初凝時(shí)間不大于15min時(shí)應(yīng)配合緩凝劑使用，當(dāng)初凝時(shí)間不小于60min時(shí)，若有促凝劑的配合，能使其初凝時(shí)間達(dá)到40min，也可以使用。

（2）選用強(qiáng)度較高的水泥

因?yàn)榕菽炷辆哂休^高的孔隙率，因此在相同密度等級(jí)下，會(huì)比普通混凝土的抗壓強(qiáng)度低很多，所以采用較高強(qiáng)度的水泥是提高泡沫混凝土強(qiáng)度最為有效的方法，這樣才能突出輕質(zhì)高強(qiáng)的優(yōu)越性能。另外選用細(xì)度較好，貯存時(shí)間較短的水泥，并且在試驗(yàn)前過(guò)篩，可保證水泥細(xì)度要求。

（3）熟料在水泥中的比例不能過(guò)低

因?yàn)樗鄰?qiáng)度主要依靠熟料，但熟料水化很快，而混合材料水化較慢。所以，熟料比例越低，水泥早期強(qiáng)度就越差，這會(huì)影響到泡沫的穩(wěn)定性。只要將水泥中的熟料比例降低，才能有效縮短其凝結(jié)時(shí)間，主要是初凝時(shí)間。一般情況下在進(jìn)行水泥原料選擇時(shí)，熟料占的比例要超高水泥總質(zhì)量的1/2以上。

（4）有害雜質(zhì)不能破壞泡沫

有些水泥廠在粉磨水泥的過(guò)程中，為了易于制備，會(huì)加入增強(qiáng)劑或助磨劑。含有強(qiáng)電解質(zhì)或其他危害泡沫穩(wěn)定的物質(zhì)的外加劑，會(huì)破壞泡沫使泡沫失去穩(wěn)定性。因此在使用水泥前，必須要進(jìn)行泡沫穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，以防止破壞泡沫穩(wěn)定性的雜質(zhì)出現(xiàn)。泡沫混凝土中使用水泥的基本性能如表1所示。

表1　水泥的基本性能

2.2　硅灰

冶煉硅鐵合金或者工業(yè)硅的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生灰白色的微小粉末，即為硅灰，大多數(shù)粒徑為1μm以下，因其內(nèi)部大部分為非晶質(zhì)二氧化硅，因此具有火山灰活性，判斷其活性大小主要依據(jù)內(nèi)部二氧化硅含量與形態(tài)，也就是含量越豐富細(xì)度越細(xì)的活性越大，摻入混凝土后，可有效提高其性能。

提高界面黏結(jié)性。在泡沫混凝土中摻入適量硅灰，能有效降低其成型后易于泌水的缺陷，降低界面水的沉積，提高泡沫混凝土界面黏結(jié)強(qiáng)度。

提高力學(xué)強(qiáng)度。硅灰的火山灰活性作用可使混凝土的料漿與集料間緊密結(jié)合，另外硅灰的微填料作用于界面之間，可以改善泡沫混凝土的孔隙形貌，以此提高其力學(xué)性能。

2.3　粉煤灰

在火力發(fā)電廠發(fā)電時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生一些附屬物，其中就有粉煤灰，其顏色多呈灰黑色，并且有火山灰活性。在普通混凝土制備過(guò)程中，為了降低成本，會(huì)等量或部分替代水泥，泡沫混凝土中摻入適量粉煤灰可以在以上基礎(chǔ)上大大降低水化熱。在拌合過(guò)程中，泡沫混凝土料漿的施工性能得到顯著改善，凝結(jié)硬化后結(jié)構(gòu)也會(huì)變得致密。

粉煤灰活性高低的判斷可從表2中看出，其中以活性為重要性能，在粉煤灰的選取中，實(shí)驗(yàn)原料應(yīng)該符合相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

表2　粉煤灰的性能指標(biāo)要求

2.4　聚丙烯纖維

為了增強(qiáng)泡沫混凝土的韌性，減少其因?yàn)楦稍锸湛s引起的開裂，在試驗(yàn)中將聚丙烯適量摻入到料漿中，攪拌使分散均勻，使其在混凝土料漿內(nèi)部形成縱橫交錯(cuò)的網(wǎng)，作用就像鋼筋混凝土中的鋼筋一樣。泡沫混凝土成型難，主要是由于料漿分散不均勻，造成分層，加入聚丙烯纖維可以吸附料漿，以此可起到增稠的效果，能有效地控制泡沫混凝土的分層和離析。表3為聚丙烯纖維的物理力學(xué)性能。

表3　聚丙烯纖維的物理力學(xué)性能

2.5　EPS顆粒

由于EPS在生產(chǎn)過(guò)程中內(nèi)部含有閉合的氣泡，所以其密度非常低，即使在水中浸泡，也不會(huì)有水浸漬，所以導(dǎo)熱性能異常優(yōu)越。將EPS拌和在泡沫混凝土料漿中，由于其吸水率極低，始終保持內(nèi)部中空，在水中浸泡液具有良好的隔熱和保溫性能。

本實(shí)驗(yàn)所用的是廢棄聚苯乙烯泡沫塑料，在破碎機(jī)作用下，搗成小于5mm的粒徑，呈不規(guī)則球體，其表觀密度小于35.0kg/m3。料漿中加入顆粒后和易性得到改善，與發(fā)泡的EPS顆粒對(duì)比，黏聚性與保水性都得到提高，在拌制的過(guò)程中利用了工業(yè)廢料，而且級(jí)配合力高，在混凝土凝結(jié)硬化過(guò)程中使結(jié)構(gòu)更加致密。

2.6　發(fā)泡劑

本實(shí)驗(yàn)采用的發(fā)泡劑為HTQ-1型發(fā)泡劑，是在市場(chǎng)采購(gòu)的植物油萃取發(fā)泡劑，其中含有一定的動(dòng)物蛋白，是由某建材公司生產(chǎn)的復(fù)合型發(fā)泡劑，具體成分與檢測(cè)項(xiàng)目如表4所示。

表4　HTQ-1復(fù)合型發(fā)泡劑性狀指標(biāo)

3　結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)高強(qiáng)泡沫混凝土摻入的礦物摻和料進(jìn)行研究，結(jié)果表明：其強(qiáng)度隨著容重的增加而顯著增加，當(dāng)單獨(dú)摻入硅灰可提高其早期強(qiáng)度，但是其后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較緩，摻入磨細(xì)粉煤灰對(duì)其后期強(qiáng)度增長(zhǎng)影響較明顯。

（2）通過(guò)對(duì)高強(qiáng)泡沫混凝土制備原材料進(jìn)行探討可知，最佳配合比為水泥：硅灰=1：0.08，水料比為0.54，發(fā)泡劑摻量為5.0～5.4%。

（3）通過(guò)對(duì)外加劑的摻量和種類進(jìn)行探討可知：當(dāng)硅灰摻量為8%時(shí)，采用0.7%的萘系高效減水劑可有效提高泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度，并對(duì)抗?jié)B性及干燥收縮有一定程度的改善。當(dāng)早強(qiáng)劑選用三乙醇胺與Na2SO4復(fù)合時(shí)，其早期強(qiáng)度增長(zhǎng)較為明顯，具體摻量分別為0.05%和2%。

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