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泡沫混凝土強(qiáng)度的影響因素及質(zhì)量控制

關(guān)鍵詞:泡沫混凝土，強(qiáng)度，外加劑，配合比

0 引言

泡沫混凝土是指通過(guò)發(fā)泡劑的發(fā)泡系統(tǒng)將發(fā)泡劑(通過(guò)化學(xué)或物理的方式根據(jù)應(yīng)用需要將空氣或氮?dú)?、二氧化碳、氧氣等氣體引入混凝土漿體中)利用機(jī)械方式充分發(fā)泡，并將泡沫與水泥漿均勻混合，然后經(jīng)過(guò)泵送系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)澆施工或模具成型，通過(guò)合理的自然養(yǎng)護(hù)成型而成為一種內(nèi)部含有大量細(xì)小、封閉、分布均勻的氣孔的多孔性材料，具有輕質(zhì)高強(qiáng)、隔熱保溫、防火隔音、抗水減震等特性的建筑材料。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外都非常重視泡沫混凝土的研究與開(kāi)發(fā)，使其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣。但由于泡沫混凝土及其應(yīng)用技術(shù)的研究成果國(guó)內(nèi)外大多以專利形式體現(xiàn)出來(lái)，國(guó)內(nèi)在泡沫混凝土生產(chǎn)上，既缺乏成套的設(shè)備也沒(méi)有完整的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)積累，施工又缺乏理論指導(dǎo)，因此，泡沫混凝土的優(yōu)越性能并沒(méi)有完全體現(xiàn)，經(jīng)常出現(xiàn)諸如強(qiáng)度偏低、混凝土開(kāi)裂或吸水等問(wèn)題。近期，筆者重點(diǎn)研究了影響泡沫混凝土強(qiáng)度的一些因素，發(fā)現(xiàn)了一些提高泡沫混凝土強(qiáng)度的規(guī)律，這對(duì)在施工中充分利用建筑節(jié)能、環(huán)保的新型建筑材料有著十分重要的意義。

1 泡沫混凝土的制備原理

泡沫混凝土通常是用機(jī)械或壓縮空氣的方法將泡沫劑的水溶液制備成泡沫，再將泡沫加入到含硅質(zhì)材料、鈣質(zhì)材料、水及各種外加劑等組成的料漿中，經(jīng)混合攪拌、澆筑成型、養(yǎng)護(hù)而成的一種內(nèi)部含有大量封閉氣孔的混凝土。

2 影響泡沫混凝土強(qiáng)度的因素

與普通混凝土一樣，泡沫混凝土的強(qiáng)度并不是一個(gè)固定的數(shù)值，不同的膠凝材料種類、水泥用量、混凝土配合比、水灰比、泡沫用量(不同的體積質(zhì)量)、發(fā)泡劑、養(yǎng)護(hù)制度及其他外加劑的采用與否等都影響泡沫混凝土的強(qiáng)度。本文僅對(duì)水灰比、配合比及外加劑的選擇做重點(diǎn)討論。

2.1水灰比的影響

在普通混凝土的制備中，混凝土的強(qiáng)度隨成型水灰比的減小而增大，但在泡沫混凝土試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的情況卻不盡相同。

1)在漿體的流動(dòng)性主要依靠外加劑的用量來(lái)控制時(shí)(即漿體已經(jīng)具備良好的流動(dòng)性)，隨著水灰比的減小，強(qiáng)度增大；反之，減小。分析原因:隨著水灰比的減小，混凝土中的游離水量減少，泡沫混凝土的吸水率降低，有效增加了混凝土強(qiáng)度;但當(dāng)水灰比繼續(xù)降低時(shí)，由于水泥水化的需水量不足會(huì)吸收泡沫中的水分，使得泡沫破裂，從而引起封閉氣泡數(shù)量減少和混凝土均勻性下降，造成強(qiáng)度降低。

2)在漿體的流動(dòng)性主要依靠水的用量來(lái)控制時(shí)，隨著水灰比的增大，強(qiáng)度增大；反之，減小。

分析原因：較高的成型水灰比，保證了漿料的良好流動(dòng)性，能確保將泡沫均勻引入到水泥漿料中并均勻分布，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度的增長(zhǎng)。相反，水灰比的降低，漿體材料流動(dòng)性不足，將引起氣泡分布不均，從而降低混凝土的強(qiáng)度。

綜合以上情況，泡沫混凝土的水灰比對(duì)強(qiáng)度的影響是多方面的，應(yīng)結(jié)合具體情況具體分析，調(diào)整水灰比的大小，使泡沫混凝土內(nèi)部材料結(jié)構(gòu)均勻而多封閉獨(dú)立氣泡是提高泡沫混凝土強(qiáng)度的重要途徑。

2.2 配合比的影響

泡沫混凝土制備時(shí)可以單獨(dú)采用水泥，也可能同時(shí)采用除水泥以外的混合材(如硅灰、礦渣、粉煤灰等)，還可能同時(shí)采用細(xì)集料(砂子)。第一種情況:單獨(dú)采用水泥時(shí)相對(duì)簡(jiǎn)單，所用水泥的強(qiáng)度等級(jí)越高、用量越多，制備的泡沫混凝土強(qiáng)度也就越大。所以，當(dāng)希望制備較高強(qiáng)度的泡沫混凝土?xí)r，需要選擇高強(qiáng)度等級(jí)的水泥。第二種情況:混合材料的引入會(huì)導(dǎo)致泡沫混凝土早期強(qiáng)度的顯著降低，而對(duì)后期強(qiáng)度影響不大。如果填入適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度激發(fā)劑，則可有效減緩前期強(qiáng)度降低。實(shí)際施工中往往以同時(shí)摻用混合材料和砂子的情況最為多見(jiàn)，因此，泡沫混凝土的配合比存在一個(gè)適宜的范圍，需要根據(jù)試驗(yàn)確定。

2.3 外加劑用量的影響

泡沫混凝土使用的外加劑主要包括水泥強(qiáng)度激發(fā)劑、減水劑和發(fā)泡劑。

2.3.1發(fā)泡劑

從泡沫混凝土的制備原理分析，利用發(fā)泡劑引入大量氣孔賦予其普通混凝土所沒(méi)有的輕質(zhì)、隔音、保溫、高流動(dòng)性等功能是泡沫混凝土制備的基礎(chǔ);但從結(jié)構(gòu)和力學(xué)的角度看，同時(shí)也引起結(jié)構(gòu)致密性大大降低，從而降低了泡沫混凝土的強(qiáng)度。那么，如何將發(fā)泡劑的用量控制在既能實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)、隔音、保溫和高流動(dòng)性等功能，同時(shí)混凝土強(qiáng)度又不低于預(yù)期目標(biāo)是混凝土生產(chǎn)科研的一個(gè)新課題。

能產(chǎn)生泡沫的物質(zhì)很多，但并非所有能產(chǎn)生泡沫的物質(zhì)都可以用作發(fā)泡劑。只有發(fā)泡倍數(shù)足夠大，在泡沫和漿料混合時(shí)薄膜不致破壞，具有足夠的穩(wěn)定性，對(duì)膠凝材料的凝結(jié)和硬化不起有害影響的發(fā)泡劑，才適合用來(lái)生產(chǎn)泡沫混凝土。

發(fā)泡劑對(duì)泡沫混凝土強(qiáng)度的影響主要體現(xiàn)在泡沫的尺寸、均勻性(尺寸均勻性和分布均勻性)、泡沫的穩(wěn)定性、發(fā)泡能力等。要求發(fā)泡劑的發(fā)泡能力強(qiáng)、密度低、單位攜水量小，泡沫牢固、細(xì)小、均勻分布，對(duì)混凝土的副作用小。

2.3.2水泥強(qiáng)度激發(fā)劑

水泥強(qiáng)度激發(fā)劑主要在水泥混合材的場(chǎng)合采用，可以減輕泡沫混凝土早期強(qiáng)度降低的程度。但是，使用激發(fā)劑往往會(huì)降低泡沫混凝土的最終強(qiáng)度。

2.3.3減水劑

混凝土減水劑使泡沫混凝土即使在較低水灰比下仍然能夠順利完成漿料與泡沫的混合，制備出泡沫分布均勻的泡沫混凝土。所以，摻加適量的高效減水劑是制備高強(qiáng)泡沫混凝土的重要手段之一。但是，因?yàn)闇p水劑的價(jià)格比較貴而且有些減水劑與發(fā)泡劑在某些性能方面有相反的作用，所以減水劑的種類和添加量必須由試驗(yàn)確定。

摻加不同減水劑對(duì)泡沫混凝土早期強(qiáng)度的影響(見(jiàn)表1)。

從表1中可以看出，摻加減水劑后泡沫混凝土的早期強(qiáng)度顯著增加：摻入高濃萘系減水劑對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)更大。其原因在于，通過(guò)摻高濃萘系減水劑，使得水泥水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)更加致密，CSH膠凝較多，而且與Ca(OH)2晶體穿插搭接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

3 提高泡沫混凝土強(qiáng)度的途徑

綜上所述，配合比、水灰比和外加劑的添加是影響泡沫混凝土強(qiáng)度的主要因素。選擇適宜的配合比，使用高效減水劑并控制適宜的低水灰比，采用優(yōu)質(zhì)高效的發(fā)泡劑，能有效的提高泡沫混凝土的強(qiáng)度。

本文來(lái)源于《中國(guó)混凝土與水泥制品網(wǎng)》。作者：河南省省直機(jī)關(guān)建筑設(shè)計(jì)所 陳惠霞