泡沫混凝土收缩性能影响因素的试验研究

张皓，郑秀梅，景铎（黑龙江职业学院建筑工程学院，黑龙江哈尔滨　150080）



泡沫混凝土收缩性能影响因素的试验研究

张皓，郑秀梅，景铎
（黑龙江职业学院建筑工程学院，黑龙江哈尔滨150080）

摘要：收缩性能在一定程度上影响泡沫混凝土的应用，针对这个问题，试验研究了聚丙烯纤维、减水剂、发泡剂及膨胀珍珠岩对泡沫混凝土收缩性能及抗压强度的影响。结果表明，聚丙烯纤维、减水剂及膨胀珍珠岩可以有效改善泡沫混凝土的收缩性能，随着发泡剂掺量的增加，泡沫混凝土的收缩率也相应增大，且提高幅度较大，使泡沫混凝土的抗压强度降低。

关键词：泡沫混凝土；收缩性能；抗压强度；聚丙烯纤维；膨胀珍珠岩

随着可持续发展理念在建筑节能方面的实践，具有优质保温隔热性能的泡沫混凝土被越来越广泛地应用于建筑工程中，其在保温屋面、缝隙填充、墙体砌块等方面都有卓越的表现［1］。但相比于其它混凝土，泡沫混凝土的收缩率大［2］，严重的阻碍了它的更好应用。对此，本文研究了影响泡沫混凝土收缩性能的若干因素，希望对泡沫混凝土的发展起到一定作用。

1 试验

1.1 原材料

由普通水泥配制的泡沫混凝土凝结时间与稳泡时间不匹配，容易造成浆体塌陷。在普通水泥中掺入适量的铝酸盐水泥，可以缩短泡沫混凝土的凝结时间。本研究采用黑龙江宾州虎鼎水泥有限公司生产的P·O42.5水泥（C）和50级铝酸盐水泥（CA），表观密度均为3100 kg/m3。

ZY-101植物蛋白类高效水泥发泡剂（FP），发泡倍数20倍以上，沉降距≤10 mm，泌水量≤80 ml，密度1.1 g/cm3，水溶性良好，泡沫致密性好。

聚羧酸盐系高效减水剂（SP），减水率25%。

聚丙烯纤维（PP），密度0.91g/cm3，抗拉强度350～700 MPa，极限伸长率15%～25%，弹性模量3～10 GPa。

膨胀珍珠岩（PE），常温导热系数为0.0245～0.0480 W/（m· K），低温导热系数为0.028～0.038 W/（m·K）。

水，自来水。

1.2 试验方案

1.2.1 试件制作

根据试验配合比，将发泡剂按1∶30的比例稀释成水溶液，然后采用高速剪切乳化机进行机械预制发泡，乳化机的转速控制在7000 r/min左右，搅拌5～10 min，至泡沫细小绵密的稳定状态即可。同时根据配合比计算，先将铝酸盐水泥加入到普通硅酸盐水泥中制成料浆，再将料浆、减水剂及拌和用水一起放入水泥净浆搅拌机内搅拌。最后将发好的泡沫及其它掺和料加入到搅拌的浆体里进行搅拌，制成40 mm×40 mm×280 mm的长方体泡沫混凝土试件，在（20±2）℃的自然环境，覆膜养护1 d拆膜，至第3 d时测量其长度，之后每3 d测量1次长度，计算相应的收缩率；制成150 mm×150 mm×150 mm的立方体试块，养护至3、7、28 d进行抗压强度试验。

1.2.2 试验配合比

本实验采用内掺10%CA的复合胶凝材料，发泡剂采用1∶30的稀释比例，成型水胶比为0.50。具体配合比见表1。

表1 泡沫混凝土试验配合比　%

2 试验结果与分析

2.1 聚丙烯纤维对泡沫混凝土收缩性能和抗压强度的影响（见图1、图2）

图1 聚丙烯纤维对泡沫混凝土收缩性能的影响

从图1可以看出，在其它组分不变的情况下，无论泡沫混凝土中是否掺加PP，其收缩率都随着龄期而呈增大趋势。在相同龄期时，无PP掺量的泡沫混凝土收缩率最大，0.4%PP掺量次之，0.8%PP掺量的收缩最小。在15 d龄期前，无PP掺量与0.4%PP掺量的泡沫混凝土收缩率增加明显，之后呈现缓慢趋势。而对于0.8%PP掺量的泡沫混凝土，除前6 d收缩增长较快以外，其它龄期均缓慢平稳收缩，收缩率最小，仅为无PP掺量的泡沫混凝土收缩量的2/3。可见，聚丙烯纤维在改善泡沫混凝土的收缩性能方面有一定的作用，且随着掺量的增加，这种作用也越明显。

图2 聚丙烯纤维对泡沫混凝土抗压强度的影响

从图2可明显看出，掺入聚丙烯纤维后，各个龄期的泡沫混凝土抗压强度都有所增长，且在本文的掺量范围内，抗压强度随着掺量的增大而明显增加，特别是28 d抗压强度增加尤为明显。由此可见，聚丙烯纤维对泡沫混凝土的抗压强度有极好的增强作用。

这是因为，聚丙烯纤维在泡沫混凝土中无序地附着在泡沫表面与水泥浆体中［3］，并与水泥浆体固结成一体，有效地抵制了泡沫混凝土的收缩，在一定程度内，掺量越多，这种抵制作用越明显，泡沫混凝土收缩越少；同时聚丙烯纤维在泡沫混凝土中也起到了骨架作用，抗压强度也随之提高。

2.2 减水剂对泡沫混凝土收缩性能和抗压强度的影响（见图3、图4）

图3 减水剂对泡沫混凝土收缩性能的影响

图4 减水剂对泡沫混凝土抗压强度的影响

S-3与S-6均为未掺膨胀珍珠岩的泡沫混凝土，其中S-3中SP掺量为1.0%、W/B为0.50；S-6中无SP、W/B为0.75，其它组分不变。从图3可以看出，减水剂不能完全阻碍泡沫混凝土的收缩，但在相同龄期内，掺加减水剂可以有效地降低泡沫混凝土的收缩率。随着W/B的增大，泡沫混凝土中的水分增多，在干燥硬化过程中有更多的水分蒸发，形成了较多的毛细孔［4］，这些毛细孔呈连通型，使结构疏松，抵抗收缩能力变小，增大泡沫混凝土的收缩率。而减水剂可以减少25%的拌和用水，进而减少混凝土内的连通毛细孔，有效改善泡沫混凝土的收缩性能［5］。也正由于这些原因，使得掺入减水剂的泡沫混凝土抗压强度出现图4所示的走势，合理掺量的减水剂使抗压强度在各试验龄期内明显提高，特别是3 d抗压强度提高300%，7 d及28 d时提高约100%。

2.3 发泡剂掺量对泡沫混凝土收缩性能和抗压强度的影响（见图5、图6）

图5 发泡剂掺量对泡沫混凝土收缩性能的影响

图6 发泡剂掺量对泡沫混凝土抗压强度的影响

从图5、图6可以看出，无论哪种掺量，泡沫混凝土都会随着龄期进一步收缩；抗压强度较小。就相同龄期而言，发泡剂掺量越大，泡沫混凝土的收缩率越大、抗压强度越小。本试验中试样S-5较S-3中发泡剂掺量仅提高0.2个百分点，收缩率增大40%，抗压强度下降约20%。主要因为，发泡剂越多，引入混凝土中的泡沫越多，硬化过程中形成的孔也越多［6］，收缩就越明显，抗压强度也越低。为了保证泡沫混凝土的低密多孔结构并具有适宜的强度，建议发泡剂掺量为0.8%。

2.4 膨胀珍珠岩对泡沫混凝土收缩性能和抗压强度的影响（见图7、图8）

图7 膨胀珍珠岩对泡沫混凝土收缩性能的影响

图8 膨胀珍珠岩对泡沫混凝土抗压强度的影响

从图7可以看出，即使在泡沫混凝土中掺入膨胀珍珠岩，随着龄期的延长，泡沫混凝土的收缩率也在增加。但在同一龄期，掺PE的泡沫混凝土的收缩率较未掺PE的泡沫混凝土的收缩率小近0.1个百分点，说明PE的掺入在一定程度上能抵制泡沫混凝土的收缩。可能是由于PE本身具有微膨胀性能［7］，可以与部分收缩相抵消，故体现出收缩率降低的现象。

从图8可以看出，掺入PE的泡沫混凝土的抗压强度，除3 d外，其它各龄期均略小于未掺入PE的。主要由于膨胀珍珠岩比表面积较大，本身结构疏松，抗压强度也低于水泥浆体的强度，同时由于其表面孔隙较多，易将泡沫表面的水分吸走而使泡沫破坏，在PE颗粒周围形成水膜，也使泡沫混凝土的强度降低。

3 结论

（1）本研究中无论掺加哪几种外加组分，泡沫混凝土在凝结硬化过程中都会有不同程度的收缩，同时抗压强度也随之变化。

（2）聚丙烯纤维可以有效改善泡沫混凝土的收缩率，同时提高抗压强度，且随着掺量的增加，改善收缩的效果及强度提高率越明显。

（3）减水剂可以减少混凝土拌和用水，减少由于蒸发而引起的毛细孔，减小泡沫混凝土的收缩，并提高泡沫混凝土的抗压强度。

（4）随着发泡剂掺量的增加，泡沫混凝土的收缩率也相应有较大幅度增大，并使泡沫混凝土的抗压强度降低，对于不同掺量的发泡剂对抗压强度的影响还应该继续细入研究。

（5）膨胀珍珠岩本身具有微膨胀性质，在泡沫混凝土中掺入膨胀珍珠岩可以抵消其部分收缩，对于泡沫混凝土的收缩有一定的改善作用，但同时也使抗压强度有所降低。应该在实际应用时考虑主要性能再决定其掺量。

参考文献：

［1］王丽玫，皮凤梅.泡沫混凝土及其在现浇墙体中应用展望［J］.新型建筑材料，2011（10）：77-78.

［2］蒋俊，卢忠远，牛云辉，等.外加组分对泡沫混凝土收缩性能的影响研究［J］.混凝土，2013（8）：47-50.

［3］陈兵，刘睫.纤维增加泡沫混凝土性能试验研究［J］.建筑材料学报，2010（6）：287-290，340.

［4］朱明，王方刚.泡沫混凝土孔结构与导热性能的关系［J］.武汉理工大学学报，2013（3）：21-25.

［5］范丽龙，杨扬.泡沫混凝土凝结时间的试验研究［J］.新型建筑材料，2012（7）：46-48.

［6］魏文慧.泡沫混凝土的分析与应用［J］.混凝土，2013（2）：136-138，142.

［7］陶桦铭.泡沫混凝土在房屋建筑施工中的性能研究［J］.混凝土，2013（6）：19-21.

Experimental study on the influence factors of shrinkage of foamed concrete

ZHANG Hao，ZHENG Xiumei，JING Duo
（School of Architecture Engineering，Heilongjiang Polytechnic，Harbin 150080，China）

Abstract：To some extent，shrinkage performance limits the application of the foam concrete，to address this problem，polypropylene fiber，water reducing agent，foaming agent and expanded perlite had been studied in order to get effect of shrinkage and compressive strength of foamed concrete. The results showed：polypropylene fiber，superplasticizer and expanded perlite can improve effectively the shrinkage of foamed concrete，with the increase of foaming agent content，the shrinkage of foamed concrete increases，and the increase level is high to reduce the compressive strength of the foamed concrete.

Key words：the foam concrete，shrinkage performance，compressive strength，polypropylene fibre，expanded perlite

中图分类号：TU528

文献标识码：A

文章编号：1001-702X（2016）03-0081-04

基金项目：黑龙江省教育厅科技项目（12541807）

收稿日期：2015-10-22；

修订日期：2016-01-04

作者简介：张皓，男，1967年生，广东丰顺人，副教授，研究方向为高性能与智能混凝土。