泡沫混凝土的問題研究與探索

張彥鵬，加志勇，滕朝暉

（1. 山西大地華基建材科技有限公司，山西 臨汾 041500；2. 山西省建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030013）

泡沫混凝土是一種能滿足節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的新型建筑材料，具有節(jié)能、隔熱、隔聲、質(zhì)輕、保溫、環(huán)保、利廢、施工方式靈活多樣、應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)異性能；生產(chǎn)時(shí)大量利用工業(yè)廢渣，可有效緩解經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源之間的矛盾，對(duì)我國(guó)深化供給側(cè)改革、綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展有著重要意義。目前，泡沫混凝土得到了越來越多的關(guān)注、重視和應(yīng)用，成熟應(yīng)用方式有：現(xiàn)場(chǎng)澆筑和預(yù)制成各種制品。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)我國(guó)泡沫混凝土企業(yè)總數(shù)超過 1000 家，其中以現(xiàn)澆為主的企業(yè)約占60% 以上，澆筑產(chǎn)品有地暖絕熱層、屋面保溫隔熱層、地面墊層、各類回填、特種功能產(chǎn)品等。

但是，在實(shí)踐中泡沫混凝土的生產(chǎn)和施工過程中存在一些問題，比如：現(xiàn)澆泡沫混凝土屋面、地暖回填工程存在著空鼓、開裂、疏松、起灰、強(qiáng)度低、密度波動(dòng)大等問題；現(xiàn)澆泡沫混凝土墻體出現(xiàn)塌模、開裂、分層離析、上部泡沫、下部水泥漿等現(xiàn)象。

如何把這種向水泥（砂）中摻入預(yù)制的水膜性泡沫而引入大量氣泡，經(jīng)混合攪拌、澆筑成型、養(yǎng)護(hù)硬化而得到的一種多孔輕質(zhì)混凝土（干密度通常在 1100～1500kg/m3之間）暴露出的諸多問題研究清楚、有效改進(jìn)，探索新的應(yīng)用領(lǐng)域是促進(jìn)泡沫混凝土應(yīng)用快速發(fā)展的必由之路。

本文就泡沫混凝土的施工狀態(tài)和硬化后的力學(xué)性能進(jìn)行了初步試驗(yàn)，以常用的水泥—粉煤灰—泡沫—水為原料體系，對(duì)其相關(guān)性能進(jìn)行了深入分析。以期對(duì)泡沫混凝土的應(yīng)用有所啟發(fā)。

1 原材料和試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥：泡沫混凝土的性能特點(diǎn)需要摻入大量泡沫劑，在其降低干密度、提升隔熱隔聲性能的同時(shí)延緩了水泥正常的水化進(jìn)程。為了調(diào)整硬化時(shí)間，可以使用凝結(jié)時(shí)間較快的硫鋁酸鹽水泥、高鋁水泥、早強(qiáng)型硅酸鹽水泥、石膏等材料。如果基于耐久性考慮，一般選用普通硅酸鹽水泥。本試驗(yàn)采用中聯(lián) P·O425R 水泥，密度 3.1g/cm3，比表面積 365kg/m3，28d 抗壓強(qiáng)度49.2MPa。

摻合料：一般生產(chǎn)泡沫混凝土使用的摻合料應(yīng)具有如下特性：一是細(xì)度要求細(xì)，這樣對(duì)泡沫的包裹性好、同時(shí)不影響表觀；二是摻合料吸水性不宜過大，因?yàn)檫@將對(duì)泡沫的保水性是個(gè)考驗(yàn)，吸收泡沫中水分，造成破泡，出現(xiàn)塌模問題。本試驗(yàn)采用大唐電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)度 21.2%，需水量 101%，燒失量 3.45%；S95 礦渣，比表面積 410m2/kg，流動(dòng)度比 99%。

集料：一般不會(huì)使用石子粗集料，可根據(jù)實(shí)際情況加入河砂。本試驗(yàn)采用 Mx=2.2 的中砂，表觀密度2720kg/m3，含粉量 8%。特殊用途會(huì)使用陶粒、微珠。

外加劑：是生產(chǎn)高性能泡沫混凝土的必要組分，需要優(yōu)選外加劑品種和經(jīng)過大量試驗(yàn)確定最佳摻量。泡沫劑決定泡沫混凝土性能的關(guān)鍵組分，它影響著泡沫混凝土的孔徑大小、均一性、泡孔的封閉性、硬化體抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)；減水劑降低水膠比，提高施工性，可以極大提高基材強(qiáng)度，本試驗(yàn)采用脂肪族類減水劑，固含量26%，密度 1.13g/cm3；AY02 引氣劑，用來輔助細(xì)微氣泡的補(bǔ)充，有利于干密度的控制；U4 萬穩(wěn)泡劑，用來支撐其泡沫不易破泡，提高漿體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

水：自來水。

1.2 試驗(yàn)方法

抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)參照 JG/T 266—2011《泡沫混凝土》，干密度試驗(yàn)參照 GB/T 11970—1997《加氣混凝土體積密度、含水率和吸水率試驗(yàn)方法》及 JG/T 266—2011《泡沫混凝土》?；炷恋脑囼?yàn)用配合比見表 1。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 新拌泡沫混凝土的工作性能

參考預(yù)拌砂漿的穩(wěn)定性判斷方法，對(duì)于預(yù)拌泡沫混凝土的穩(wěn)定性通過濕容重變化來表征，如在泡沫混凝土加水拌合后隨時(shí)間變化容重變化量小，可以認(rèn)為體系中

氣泡穩(wěn)定性好，有利于材料的使用；由于泵送泡沫混凝土的流動(dòng)性有要求，借用稠度經(jīng)時(shí)變化率表示，用以判斷在泵送過程中有無泌水情況、泵送連續(xù)性優(yōu)劣等問題。混凝土的工作性能見表 2。

表 1 試驗(yàn)配合比 kg/m3

表 2 工作性能檢測(cè)結(jié)果

從表 2 可以得出：泡沫混凝土加水拌合后濕容重在靜置 1h 以后，容重有變小的趨勢(shì)；在 1～2h 之間容重沒有發(fā)生變化?？梢哉J(rèn)為在這段時(shí)間范圍內(nèi)，發(fā)泡劑所發(fā)泡沫穩(wěn)定，滿足了其泵送機(jī)械施工要求，稠度變化認(rèn)為只有部分未浸潤(rùn)，經(jīng)過 1～2h 得到了充分的浸潤(rùn)，使得對(duì)其流動(dòng)性有所改善。

本文中泡沫混凝土的凝結(jié)時(shí)間在 10h 左右，與外加劑的影響相關(guān)。

2.2 硬化泡沫混凝土力學(xué)性能

泡沫混凝土硬化體是集承重和保溫墻材一體化的工程材料，要求具有防熱、隔音、防潮性能，同時(shí)對(duì)于抗壓強(qiáng)度要求指標(biāo)是一項(xiàng)關(guān)系到使用性能的重要指標(biāo)?；炷恋目箟簭?qiáng)度檢測(cè)結(jié)果見表 3。

表 3 泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度

從表 3 可以得出：對(duì)于加入礦粉的泡沫混凝土而言，由于其水化活性使得泡沫混凝土容重、強(qiáng)度下降不太明顯，但對(duì)于粉煤灰材料而言，由于其活性需要激發(fā)，強(qiáng)度和容重下降較為明顯。

基于以上基礎(chǔ)研究，對(duì)于泡沫混凝土在水化過程和使用過程中體積變形現(xiàn)象，就如何減少問題出現(xiàn)，提出可以按以下思路進(jìn)行深入研究：（1）選用經(jīng)濟(jì)性能型快速硬化低放熱水泥作為膠凝材料提高其早期強(qiáng)度；（2）添加適量細(xì)集料來提高抗壓強(qiáng)度；（3）通過一定手段加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)和及時(shí)散熱，減少人為非正常外來機(jī)械沖擊；（4）選用適宜和適量的塑性膨脹組份，以彌補(bǔ)體積收縮；（5）改進(jìn)模具減少空間約束，增加自由變形成分，降低收縮開裂幾率。

3 現(xiàn)階段泡沫混凝土應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

針對(duì)其在層面找平應(yīng)用情況，相對(duì)于傳統(tǒng)層面保溫材料（陶?；炷?、爐渣鋪墊層），具有輕質(zhì)、保溫、隔熱、耐久等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)有著與基層結(jié)合力強(qiáng)、整體性能好的特點(diǎn)；在施工方面，將保溫層、找坡層、找平層分為三合為一，優(yōu)化了工程做法，提升了施工效率，解決了傳統(tǒng)找坡、找平工序無法解決的問題。

應(yīng)用于保溫防熱時(shí)，其作為單一墻體材料就可以滿足節(jié)能設(shè)計(jì)要求，具有可靠性高、綜合造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。比如：硬化后的泡沫混凝土牢固鑲嵌基層，由于其閉孔率達(dá)到 70%～80%，可以有效隔絕熱量的出入，從而達(dá)到節(jié)能、保溫、隔音、隔熱的效果，使得建筑物對(duì)于人類居住的舒適度大大提高。從建筑學(xué)方面來說，在保證建筑墻體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，簡(jiǎn)化了建筑工序，提高了墻體自身的保溫性能和隔音性能，整體澆筑與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形成一體化，避免了空鼓問題。