復(fù)摻粉煤灰礦渣對(duì)巖溶空洞泡沫混凝土性能影響研究

林在健

（福建永宏建設(shè)工程有限公司）

0 前言

泡沫混凝土是一種具有多功能性的環(huán)保建筑材料，它是由水泥、摻合料和發(fā)泡劑等混合攪拌后澆筑而成，具有輕質(zhì)、密度可調(diào)、整體性好、保溫和隔聲性能好、工藝簡(jiǎn)單、施工快捷、可泵性好等特點(diǎn)，在建筑工程中得到廣泛應(yīng)用[1]。

近年來(lái)逐漸在巖溶地區(qū)興建工程，巖溶地基因其穩(wěn)定性較差，給工程建設(shè)和施工帶來(lái)了重大安全隱患，巖溶空洞中的地基問題成為工程建設(shè)中必須解決的問題。傳統(tǒng)的巖溶空洞采用水泥注漿處理技術(shù)，但其具有充填不到位、造價(jià)高、施工環(huán)境污染大等缺點(diǎn)[2]。泡沫混凝土具有強(qiáng)度和密度可調(diào)節(jié)性、良好的施工性能的特性，適合用于巖溶空洞的填充，可避免常規(guī)水泥漿液充填不到位的缺陷，同時(shí)可以減少水泥用量。為研制性能較好且經(jīng)濟(jì)適宜的適用于巖溶空洞充填性能的泡沫混凝土，本研究以濕容重等級(jí)為W12 的泡沫混凝土為研究對(duì)象，探討粉煤灰和礦粉雙摻對(duì)泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度及流動(dòng)度性能的影響和不同水膠比對(duì)雙摻體系泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度及流動(dòng)度的性能影響。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

⑴試驗(yàn)采用P·O425 級(jí)水泥。

⑵II 級(jí)粉煤灰，其他性能見表1。

表1 粉煤灰的性能

⑶S95 級(jí)礦粉，其性能見表2。

⑷高效減水劑，其減水率為21%。

⑸MS-1 型復(fù)合發(fā)泡劑，推薦稀釋倍數(shù)為40 倍，其性能見表3。

表3 發(fā)泡劑的性能

⑹河砂：采用普通河砂，其細(xì)度模數(shù)2.3，含泥量1.0%，I 區(qū)集配。

1.2 試樣制備

將水泥、粉煤灰、礦粉、水、外加劑及砂通過攪拌制成水泥漿，用專用發(fā)泡機(jī)將發(fā)泡劑溶液制備成泡沫，將制備好的泡沫注入水泥漿中攪拌均勻后注入相應(yīng)的模具中。試件成型后置于溫度為（20±2）℃、相對(duì)濕度為（60±10）%的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)，48h 后拆模，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

1.3 測(cè)試方法

泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度測(cè)試方法參照J(rèn)G/T 266-2011《泡沫混凝土》進(jìn)行，流動(dòng)度測(cè)試方法參照CJJ/T 177-2012《氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行。

1.4 配合比設(shè)計(jì)

以濕容重等級(jí)為W12 的泡沫混凝土為研究對(duì)象，參照CJJ/T 177-2012《氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程》，試驗(yàn)配合比如表4 所示。

表4 試驗(yàn)配合比

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 粉煤灰和礦粉對(duì)泡沫混凝土流動(dòng)度的影響

從圖1 可以看出，在單摻礦粉的時(shí)候，泡沫混凝土流動(dòng)度最差，隨著粉煤灰摻量增加，泡沫混凝土的流動(dòng)度有所提升。這是因?yàn)榉勖夯抑泻写罅苛Ｐ瓮暾牟Ａ⒅?，?duì)泡沫混凝土內(nèi)部產(chǎn)生滾珠軸承作用[3]，減小顆粒間的摩擦力，起到良好的潤(rùn)滑作用，降低漿體的黏度和極限剪切應(yīng)力，從而改變拌和物的流變性質(zhì)。而礦粉因?yàn)槠渥陨砘钚暂^高，當(dāng)?shù)V粉在一定細(xì)度條件下，自身可以發(fā)生水化反應(yīng)，水化反應(yīng)會(huì)消耗泡沫混凝土中的水分，所以相比同樣摻量的粉煤灰，會(huì)有流動(dòng)度較差的表現(xiàn)。但如果流動(dòng)度太大，導(dǎo)致砂在漿體內(nèi)部受到的粘聚力不夠，易產(chǎn)生沉底現(xiàn)象。

圖1 粉煤灰和礦粉對(duì)泡沫混凝土流動(dòng)度的影響

圖2 流動(dòng)度太大導(dǎo)致砂沉底

2.2 粉煤灰和礦粉對(duì)泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

從圖3 可以看出，隨著兩種摻合料摻入比例不同，對(duì)泡沫混凝土的7d 和28d 的抗壓強(qiáng)度影響都比較大。單摻礦粉時(shí)泡沫混凝土的7d 和28d 的抗壓強(qiáng)度都比單摻粉煤灰的抗壓強(qiáng)度高，但是二者的28d 的抗壓強(qiáng)度差距幅度在縮小。分析其原因，是因?yàn)榈V粉具有火山灰活性和微集料填充效應(yīng)，并且礦粉和水泥的水化產(chǎn)物會(huì)填充到泡沫混凝土漿體的孔隙中，使泡沫混凝土變得致密，從而抗壓強(qiáng)度增高；而粉煤灰的活性較低，在等量取代水泥后，自身只有很小一部分能發(fā)生二次水化反應(yīng)，但是隨著齡期的增加，粉煤灰的火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)逐漸體現(xiàn)出來(lái)[4]，因此后期的泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度會(huì)有較大的增長(zhǎng)。

圖3 粉煤灰和礦粉對(duì)泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

隨著粉煤灰的加入，當(dāng)粉煤灰和礦粉復(fù)摻時(shí)，抗壓強(qiáng)度增加，效果更佳。當(dāng)二者摻量為1:1 時(shí)為最佳比例；隨著粉煤灰在復(fù)摻體系中的占比增大，泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度減小。分析其原因，是因?yàn)楫?dāng)粉煤灰和礦粉復(fù)摻時(shí)，二者起到了相互補(bǔ)充的效果。粉煤灰的加入能改善泡沫混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，讓泡沫混凝土的內(nèi)部變得更加致密，泡沫混凝土內(nèi)部氣孔界面過渡區(qū)得到強(qiáng)化，從而增加試塊的抗壓強(qiáng)度；但隨著粉煤灰量增加，水泥水化產(chǎn)物不足，不能充分與粉煤灰進(jìn)行活性反應(yīng)，泡沫液膜在重力和壓力的雙重?cái)D壓下，發(fā)生變形，泡沫混凝土內(nèi)部氣泡破損率提高，連通孔的數(shù)量增加[5]，容易形成大孔徑的氣泡，故而表現(xiàn)出抗壓強(qiáng)度降低。

2.3 不同水灰比對(duì)雙摻體系泡沫混凝土流動(dòng)度的影響

為研究不同水灰比對(duì)雙摻體系泡沫混凝土流動(dòng)度和抗壓強(qiáng)度的影響，以重量比1:1 摻入粉煤灰和礦粉作為研究體系，試驗(yàn)配方如表4 所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4 所示。

圖4 不同水膠比對(duì)雙摻體系泡沫混凝土流動(dòng)度的影響

從圖4 可以看出，水灰比在0.4～0.55 之間時(shí)，隨著水灰比的增大，泡沫混凝土的流動(dòng)度增加，流動(dòng)性能改善，這是因?yàn)樗冶仍龃?，用水量增加，水在泡沫混凝土漿體中起到潤(rùn)滑作用，泡沫混凝土漿體相對(duì)極限剪切應(yīng)力及相對(duì)黏度降低[6]，流動(dòng)度呈現(xiàn)出不斷增大的趨勢(shì)。但是水灰比過大時(shí)，泡沫混凝土?xí)霈F(xiàn)泌水現(xiàn)象，如圖5 所示。

圖5 泌水現(xiàn)象

2.4 不同水灰比對(duì)雙摻體系泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

不同水灰比下，泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖6 所示。從圖6 看出，水灰比對(duì)7d 和28d 抗壓強(qiáng)度的影響，水灰比在0.4～0.55 之間時(shí)，隨著水灰比的增加，泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。從0.4增加到0.46，泡沫混凝土漿體流動(dòng)度增大，在漿體中形成泡沫的阻力變小，促使泡沫能在漿體中均勻分布，且水灰比的增加能使膠凝材料水化充分，從而增加氣孔孔壁的密實(shí)度，氣孔的均勻性直接影響到泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度，所以泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度隨水灰比增加而增大；當(dāng)水灰比大于0.46 時(shí)，泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度降低，這是因?yàn)樗冶仍龃?，開始出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，不參與水化反應(yīng)的游離水在泡沫混凝土內(nèi)部形成蒸發(fā)遷移通道，導(dǎo)致泡沫混凝土內(nèi)部孔壁結(jié)構(gòu)形成較多細(xì)小的連通孔隙，成為泡沫混凝土的薄弱環(huán)節(jié)[7]，從而降低抗壓強(qiáng)度。

圖6 不同水膠比對(duì)雙摻體系泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

3 結(jié)論

⑴隨著粉煤灰在復(fù)摻體系中的占比增加，泡沫混凝土的流動(dòng)度增加，單摻粉煤灰的流動(dòng)性比單摻礦粉的流動(dòng)性較好。

⑵隨著粉煤灰在復(fù)摻體系中的占比增加，泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后減小的變化。當(dāng)二者摻量為1:1 時(shí)為最佳比例，此時(shí)抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大；隨著粉煤灰在復(fù)摻體系中的占比繼續(xù)增大，泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度減小。

⑶水灰比對(duì)礦粉和粉煤灰雙摻體系的流動(dòng)度影響較大，隨著水灰比的增加，流動(dòng)性變好。

⑷水灰比在0.4～0.46 范圍內(nèi)，泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度隨著水灰比的增加而增大；當(dāng)水灰比大于0.46 后，抗壓強(qiáng)度反而呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。

⑸本試驗(yàn)中，為制備性能較好且經(jīng)濟(jì)適宜的適用于巖溶空洞充填的泡沫混凝土，水膠比宜為0.46，粉煤灰和礦粉在取代水泥時(shí)，二者的比例宜為1:1。