北方地區(qū)河道堤岸泡沫混凝土的研究進展綜述

黃振華　周虹羽　楊國慶

摘要：泡沫混凝土其抗?jié)B性、耐久性十分不適應(yīng)于北方河道堤岸條件。通過分析泡沫混凝土的自身結(jié)構(gòu)特點，一定量粉煤灰、礦渣等作為摻合料可提高泡沫混凝土的抗?jié)B性、耐久性。在此基礎(chǔ)上，指出北方地區(qū)河道堤岸泡沫混凝土的研究現(xiàn)狀的不足以及對未來研究方向與思路。

關(guān)鍵詞：泡沫混凝土;抗?jié)B性;耐久性;摻合料

1研究背景

北方河道堤岸所需要的混凝土由于北方天氣干燥，冬季嚴寒的原因，對于混凝土的抗?jié)B性，耐久性等性質(zhì)有非常高的要求。近幾年來，國家實行節(jié)能減耗政策，在此基礎(chǔ)上，節(jié)能建筑材料的發(fā)展顯得尤其重要。泡沫混凝土作為一種綠色混凝土，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。但幾十年來，它的主要應(yīng)用市場始終是建筑保溫。雖然泡沫混凝土在水利土木工程等工程領(lǐng)域的應(yīng)用量還不大，但已顯現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。想要讓泡沫混凝土真正走向水利工程建設(shè)，在保證一定的成本條件下需要在抗?jié)B性，耐久性方面做出更多突破。為此，圍繞混凝土的抗?jié)B性，耐久性介紹摻合料對這些性質(zhì)的研究成果和現(xiàn)狀以及未來發(fā)展的解決方案。

2抗?jié)B性

2.1孔隙率與孔結(jié)構(gòu)

目前，由于傳統(tǒng)泡沫混凝土自身的強度低、孔隙率高等缺點導(dǎo)致了傳統(tǒng)泡沫混凝土的抗?jié)B性十分不適用于北方河道堤岸的環(huán)境。影響混凝土抗?jié)B性的原因主要是開孔結(jié)構(gòu)的泡沫、水揮發(fā)后留下的以及材料本身的毛細孔結(jié)構(gòu)[1]。因此，為了提高抗?jié)B性，我們可以盡量提高泡沫的閉孔率。有研究表明，硅灰能夠填充水泥顆粒間的孔隙，摻入適量的硅灰可顯著提高抗?jié)B性能[2]。根據(jù)馮輝紅等人的研究，在一定范圍適當調(diào)高混凝土中粉煤灰摻率可提高凍融作用下混凝土的抗?jié)B性能[3]。原因是粉煤灰和礦渣的摻入降低了混凝土的孔隙率，粉煤灰和礦渣等常作為混凝土中的摻合料，用來改善混凝土的各種性質(zhì)。研究不同條件下，不同種類不同混合比的摻合料對泡沫混凝土孔隙率和孔結(jié)構(gòu)的影響，是提高泡沫混凝土抗?jié)B性發(fā)展過程中不可或缺的一環(huán)，更是大的研究方向。

2.2摻合料

一方面，一種物質(zhì)對于混凝土的影響是有限的，而且，泡沫混凝土和普通混凝土還是有很大的差別的。所以，很有必要研究復(fù)合摻料對于泡沫混凝土的影響以及嘗試使用一些其他種類的摻合料來改善泡沫混凝土的抗?jié)B性。另一方面，就山東省的最新公告，近期受各種因素影響，礦渣尾粉、粉煤灰價格上調(diào)，隨著能耗雙控、環(huán)保管控政策的實施，原材料價格仍存在繼續(xù)上漲的可能。這些現(xiàn)狀都迫使我們不能僅僅只局限于我們常用的粉煤灰等摻合料。

目前，仍然有許多工業(yè)廢渣和其他材料缺少在泡沫混凝土這一方面的研究。例如，根據(jù)煤氣化渣對摻入混凝土的可行性，可以研究煤氣化渣單摻和復(fù)摻對泡沫混凝土性能的影響。類似的，我們也可以嘗試使用花崗巖石粉等來改善泡沫混凝土的抗?jié)B性。細度為0?～?150?μm的花崗巖石粉，摻量為10%?和20%?時，混凝土抗?jié)B性能明顯提高[4]。這些摻合料都是值得去深入探究他們的作用機理，從而能更好的去改良泡沫混凝土的性能。

3耐久性

3.1抗凍性

在北方河道地區(qū)，泡沫混凝土的使用環(huán)境會有大量的水分，水分滲入泡沫混凝土內(nèi)部，溫度變化會使得泡沫混凝土歷經(jīng)凍融循環(huán)作用，使其產(chǎn)生凍脹破壞，所以泡沫混凝土的抗?jié)B性和吸水率對泡沫混凝土的抗凍性有著十分重要的影響。泡沫混凝土的孔隙率越小，吸水率越小，泡沫混凝土的抗凍性能越優(yōu)秀。所以摻料的選擇能夠減少泡沫混凝土的孔隙率和吸水率的材料。

根據(jù)吳國林的研究[5]，在適宜的水料比和摻量下，石灰石粉有助于降低泡沫混凝土的吸水率。與石灰石粉類似，稻殼灰和硅灰的摻入起到填充效應(yīng)使結(jié)構(gòu)更加致密導(dǎo)致低吸水率[6]。還有研究表明，在泡沫混凝土中摻入火山灰活性物質(zhì)礦粉可以改善其抗凍性[7]顯然，對于不同摻合料對泡沫混凝土性能的影響在不同條件下是不同的。而采用什么樣的摻合料以什么樣的混合比，是提高泡沫混凝土抗凍性能的重要研究課題。

3.2力學(xué)性質(zhì)

泡沫混凝土的力學(xué)性質(zhì)受多方面影響，包括密實度，摻合料，水灰比等方面。

有研究表明，鐵尾礦粉在泡沫混凝土內(nèi)部起到骨架作用。骨架作用顯著提高泡沫混凝土的力學(xué)性能。隨鐵尾礦粉泡沫混凝土摻量的增加，可以很好的提高力學(xué)性能[8]。除了常規(guī)的摻合料以外，各類纖維可以顯著提高泡沫混凝土的力學(xué)性能。根據(jù)趙星等的研究，泡沫混凝土的抗壓強度隨著玄武纖維摻量的增加而增加[9]。各種纖維摻合料都可以大大的提高泡沫混凝土的強度，彌補泡沫混凝土強度低的特點，硅灰等摻合料與纖維的共同作用也許可以更全面的改善泡沫混凝土的力學(xué)性質(zhì)，這一方向的研究卻十分稀少，需要去進行實驗探究。

4問題與探討

對于北方地區(qū)河道堤岸泡沫混凝土未來的研究，針對于摻料的角度，更多的應(yīng)該從復(fù)合摻料，不同種類的摻料入手，諸如摻料與纖維的共同摻入對泡沫混凝土性能的研究，擁有不同優(yōu)點的摻合料的共同復(fù)合摻入等等。只有這樣，適用于北方地區(qū)河道堤岸的泡沫混凝土才能有更好的突破和發(fā)展。

參考文獻

[1] 李良.泡沫混凝土防水和防滲研究[J].墻材革新與建筑節(jié)能，2010，（12）：23-25+3-4.

[2] 何小芳;盧軍太;李小楠;卿培良;曹新鑫.硅灰對混凝土性能影響的研究進展[J].硅酸鹽通報，2013，32（03）：423-428.

[3] 馮輝紅;黃起;屈少華.粉煤灰輕質(zhì)泡沫混凝土的應(yīng)用研究[J].應(yīng)用化工，2016，45（03）：520-524..

[4] 趙井輝;劉福勝;韋梅;程明.花崗巖石粉細度及摻量對混凝土微觀孔隙的影響[J].水利水運工程學(xué)報，2016，（02）：39-45.

[5] 吳國林.石灰石粉對泡沫混凝土的性能影響研究[C].重慶大學(xué)，2016.

[6] 蔣浩.摻加稻殼灰的混凝土性能研究[C].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2019.

[7] 張文杰.火山灰材料對泡沫混凝土孔結(jié)構(gòu)及抗凍性影響研究[C].湖南大學(xué)，2019.

[8] 景帥帥.鐵尾礦粉泡沫混凝土特性研究[C].長安大學(xué)，2014.

[9] 趙星;霍冀川;高亞;鄧均;劉煦.玄武巖纖維增強泡沫混凝土性能的研究[D].2014.

作者簡介：黃振華（2001-），男，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利土木工程學(xué)院，在讀本科生