粉煤灰摻量對硅粉泡沫混凝土早期強度的影響

（海南省公路管理局三亞公路局，海南 三亞 572000）

一、引言

泡沫混凝土作為新型建筑環(huán)保材料，具有廢物再利用、能源消耗小、價格低廉、取材方便、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，屬于輕質(zhì)混凝土。其主要由兩相多孔組成，分別是固體相水泥基體與氣體相空氣空洞。氣體相空洞很小，其半徑均不足0.5mm。礦物質(zhì)（硅粉與粉煤灰）外摻量變化會影響混凝土的力學性能及化學性能，最直觀的表現(xiàn)是：泡沫混凝土的粘結(jié)強度與穩(wěn)定性發(fā)生變化。粘結(jié)強度的形成，主要受接觸界面上的化學粘劑、摩擦與機械聯(lián)鎖控制的抗剪切應力之和的影響。

按照空洞直徑尺寸分類，可以將多孔材料劃分為3類：微孔材料（直徑小于2nm）、介孔材料（直徑介于2nm與50nm之間）、大孔材料（直徑大于50nm），因此泡沫混泥土為大孔材料。

硅粉別名硅灰，其約有90%的成分為二氧化硅。在混凝土中外摻硅粉后，可以有效提升混凝土的性能，并降低水泥用量。外摻硅粉可以有效提升混凝土的抗壓強度、抗剪強度，同時可以改善其抗腐蝕、防滲漏功能、提高混凝土早期強度。

本文為了解決上述問題，研究如何提升粉煤灰泡沫混凝土早期強度，展開試驗設計。依據(jù)泡沫混凝土的干燥配合比設計多組混凝土試樣，對其試驗并記錄試驗結(jié)果，分析數(shù)據(jù)，探究其變化規(guī)律。其中在實驗設計中混合比例理論基礎見公式（1）：

pg=SMs（1）

其中pg是設定的泡沫混凝土的干密度值，依據(jù)試驗設定，kg/m3；S為常數(shù)，此處取定1；Ms是所用水泥質(zhì)量，kg。

設計各種配合比及水灰比例并形成具有可比性的試驗組，依次制作若干泡沫混凝土試樣，經(jīng)過標準養(yǎng)護一定期齡后，在同樣環(huán)境下對各試驗樣本金屬抗壓強度試驗。將各試驗結(jié)果記錄整理，以圖表形式展現(xiàn)，分析硅粉與粉煤灰外摻比例對泡沫混凝土早期強度的影響機理及規(guī)律變化，為日后工程實踐提供理論依據(jù)。

二、試驗設計

（一）試驗材料及性能概況

試驗所用材料有：A廠生產(chǎn)的谷地牌35復合硅酸鹽水泥、B火電公司研磨等級為一級的粉煤灰、C廠生產(chǎn)的比表面積為1.75×105cm2/g的硅粉、取自某市D自來水公司處理的標準自來水（水溫恒定為50℃）、E建筑科學研究院研制的粉狀荼系高效減水劑（Na2SO4所占比例僅4.5%）、F廠生產(chǎn)的濃度是28%的過氧化氫鈉溶液、G廠生產(chǎn)的母料。

（二）混合比設定

本試驗設定四組，每組進行兩次。每組混合比例保持不變且相同，僅粉煤灰外摻量發(fā)生改變，其具體樣本數(shù)據(jù)如表3所示。泡沫混凝土試樣其水灰比設定0.45并保持不變。其制作過程如下：將膠凝材料、緩凝劑與泡沫依次倒入混合器后，對其完成2min的干燥混合。按照預先設計的水量及水溫倒入水道混合器，各混合料混合2min，使其均勻。將泡沫穩(wěn)定劑倒入混合物中，混合1min后，使泡沫與混合物混合均勻。取出混合物放入邊長為15cm的聚氯乙烯立方體內(nèi)，為保證試驗構(gòu)件表面光滑平整，在其模具表面覆蓋薄膜避免水分蒸發(fā)造成表面出現(xiàn)裂縫。各構(gòu)件放置到標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護，分別養(yǎng)護4d與7d。利用相應儀器對期齡4d與7d的試驗構(gòu)件實測其力學性能。

表1 試驗樣本設定混合比

（三）樣本強度檢測

在樣本強度檢測方面，考慮到是立方體構(gòu)件，對其采用無側(cè)限單軸壓縮試驗檢測。共設有4組試驗構(gòu)件，每組試驗包含6個試驗樣本，4d與7d齡期分別有3個試驗樣本，另外一組作為空白對照（1組），方便對比。對3個試樣構(gòu)件檢測3次，取3次檢測數(shù)據(jù)的平均值作為試驗數(shù)據(jù)。在取平均值時，若3次檢測結(jié)果十分接近，最大值與最小值相差不足16%，可取其平均值；若最大值或者最小值與中間值相差超過16%，將超過的16%的數(shù)值去掉，僅取剩余兩個數(shù)值的平均值。若最大值與最小值均與中間值相差超過16%，則這3個數(shù)據(jù)均作廢。只有試驗結(jié)果未出現(xiàn)作廢現(xiàn)象，才能表明試驗樣本質(zhì)量是恒定可信的。

三、試驗數(shù)據(jù)剖析

（一）結(jié)果匯總

先對空白對照組（表1中1組）進行試驗，其粉煤灰摻量為0，之后按照表1中順序分別進行2組、3組、4組試驗。詳細記錄各組試驗檢測數(shù)據(jù)，將4組試驗樣本的無側(cè)限單軸壓縮試驗的檢測數(shù)據(jù)匯總整理如表2所示，并繪制折線如圖1所示。

（二）數(shù)據(jù)分析

粉煤灰泡沫混凝土的早期抗壓強度與粉煤灰外摻量呈現(xiàn)波動規(guī)律，并且每個期齡變化規(guī)律基本一致。4d期齡的空白對照1組混凝土抗壓強度0.81MPa，與之對比的粉煤灰外摻比例0.1的2組抗壓強度僅為0.8MPa，基本無任何變化，表明此階段混凝土的早期強度基本不受粉煤灰摻入的影響。對比1組與3組的混凝土檢測數(shù)據(jù)，3組抗壓強度達到0.86MPa，遠遠高于1組的0.81MPa，增幅高達6.2%，可以分析在該外摻比例條件下，混凝土早期抗壓強度增長顯著。對比1組與4組的混凝土檢測數(shù)據(jù)，4組抗壓強度為0.70MPa，小于1組的0.81MPa，其降幅達到13.6%，可以看出這個階段混凝土早期強度隨著粉煤灰摻量增加而降低。對于7d齡期的混凝土強度僅在粉煤灰外摻比例0～0.1區(qū)間內(nèi)隨著粉煤灰增加而增長略有區(qū)別外，其余階段均與4d齡期混凝土的抗壓強度變化規(guī)律保持同步。

表2 試驗結(jié)果抗壓強度值匯總

圖1 抗壓強度試驗測定值折線圖

縱向?qū)Ρ?d與7d齡期的抗壓強度，不難看出試驗樣本7d齡期的抗壓強度均大于同一比例粉煤灰摻量的4d齡期的抗壓強度。在粉煤灰摻量比例達到0.15時，兩個齡期的混凝土抗壓強度達到最大值，之后早期強度與粉煤灰摻量成負相關。

綜上分析，可以得到當外摻粉煤灰比例為0.15時，泡沫混凝土早期強度達到最大值。