北方地区河道堤岸泡沫混凝土的研究进展综述

黄振华　周虹羽　杨国庆

摘要：泡沫混凝土其抗渗性、耐久性十分不适应于北方河道堤岸条件。通过分析泡沫混凝土的自身结构特点，一定量粉煤灰、矿渣等作为掺合料可提高泡沫混凝土的抗渗性、耐久性。在此基础上，指出北方地区河道堤岸泡沫混凝土的研究现状的不足以及对未来研究方向与思路。

关键词：泡沫混凝土;抗渗性;耐久性;掺合料

1研究背景

北方河道堤岸所需要的混凝土由于北方天气干燥，冬季严寒的原因，对于混凝土的抗渗性，耐久性等性质有非常高的要求。近几年来，国家实行节能减耗政策，在此基础上，节能建筑材料的发展显得尤其重要。泡沫混凝土作为一种绿色混凝土，已经广泛的应用于各个领域。但几十年来，它的主要应用市场始终是建筑保温。虽然泡沫混凝土在水利土木工程等工程领域的应用量还不大，但已显现出良好的发展前景。想要让泡沫混凝土真正走向水利工程建设，在保证一定的成本条件下需要在抗渗性，耐久性方面做出更多突破。为此，围绕混凝土的抗渗性，耐久性介绍掺合料对这些性质的研究成果和现状以及未来发展的解决方案。

2抗渗性

2.1孔隙率与孔结构

目前，由于传统泡沫混凝土自身的强度低、孔隙率高等缺点导致了传统泡沫混凝土的抗渗性十分不适用于北方河道堤岸的环境。影响混凝土抗渗性的原因主要是开孔结构的泡沫、水挥发后留下的以及材料本身的毛细孔结构[1]。因此，为了提高抗渗性，我们可以尽量提高泡沫的闭孔率。有研究表明，硅灰能够填充水泥颗粒间的孔隙，掺入适量的硅灰可显著提高抗渗性能[2]。根据冯辉红等人的研究，在一定范围适当调高混凝土中粉煤灰掺率可提高冻融作用下混凝土的抗渗性能[3]。原因是粉煤灰和矿渣的掺入降低了混凝土的孔隙率，粉煤灰和矿渣等常作为混凝土中的掺合料，用来改善混凝土的各种性质。研究不同条件下，不同种类不同混合比的掺合料对泡沫混凝土孔隙率和孔结构的影响，是提高泡沫混凝土抗渗性发展过程中不可或缺的一环，更是大的研究方向。

2.2掺合料

一方面，一种物质对于混凝土的影响是有限的，而且，泡沫混凝土和普通混凝土还是有很大的差别的。所以，很有必要研究复合掺料对于泡沫混凝土的影响以及尝试使用一些其他种类的掺合料来改善泡沫混凝土的抗渗性。另一方面，就山东省的最新公告，近期受各种因素影响，矿渣尾粉、粉煤灰价格上调，随着能耗双控、环保管控政策的实施，原材料价格仍存在继续上涨的可能。这些现状都迫使我们不能仅仅只局限于我们常用的粉煤灰等掺合料。

目前，仍然有许多工业废渣和其他材料缺少在泡沫混凝土这一方面的研究。例如，根据煤气化渣对掺入混凝土的可行性，可以研究煤气化渣单掺和复掺对泡沫混凝土性能的影响。类似的，我们也可以尝试使用花岗岩石粉等来改善泡沫混凝土的抗渗性。细度为0 ～ 150 μm的花岗岩石粉，掺量为10% 和20% 时，混凝土抗渗性能明显提高[4]。这些掺合料都是值得去深入探究他们的作用机理，从而能更好的去改良泡沫混凝土的性能。

3耐久性

3.1抗冻性

在北方河道地区，泡沫混凝土的使用环境会有大量的水分，水分渗入泡沫混凝土内部，温度变化会使得泡沫混凝土历经冻融循环作用，使其产生冻胀破坏，所以泡沫混凝土的抗渗性和吸水率对泡沫混凝土的抗冻性有着十分重要的影响。泡沫混凝土的孔隙率越小，吸水率越小，泡沫混凝土的抗冻性能越优秀。所以掺料的选择能够减少泡沫混凝土的孔隙率和吸水率的材料。

根据吴国林的研究[5]，在适宜的水料比和掺量下，石灰石粉有助于降低泡沫混凝土的吸水率。与石灰石粉类似，稻壳灰和硅灰的掺入起到填充效应使结构更加致密导致低吸水率[6]。还有研究表明，在泡沫混凝土中掺入火山灰活性物质矿粉可以改善其抗冻性[7]显然，对于不同掺合料对泡沫混凝土性能的影响在不同条件下是不同的。而采用什么样的掺合料以什么样的混合比，是提高泡沫混凝土抗冻性能的重要研究课题。

3.2力学性质

泡沫混凝土的力学性质受多方面影响，包括密实度，掺合料，水灰比等方面。

有研究表明，铁尾矿粉在泡沫混凝土内部起到骨架作用。骨架作用显著提高泡沫混凝土的力学性能。随铁尾矿粉泡沫混凝土掺量的增加，可以很好的提高力学性能[8]。除了常规的掺合料以外，各类纤维可以显著提高泡沫混凝土的力学性能。根据赵星等的研究，泡沫混凝土的抗压強度随着玄武纤维掺量的增加而增加[9]。各种纤维掺合料都可以大大的提高泡沫混凝土的强度，弥补泡沫混凝土强度低的特点，硅灰等掺合料与纤维的共同作用也许可以更全面的改善泡沫混凝土的力学性质，这一方向的研究却十分稀少，需要去进行实验探究。

4问题与探讨

对于北方地区河道堤岸泡沫混凝土未来的研究，针对于掺料的角度，更多的应该从复合掺料，不同种类的掺料入手，诸如掺料与纤维的共同掺入对泡沫混凝土性能的研究，拥有不同优点的掺合料的共同复合掺入等等。只有这样，适用于北方地区河道堤岸的泡沫混凝土才能有更好的突破和发展。

参考文献

[1] 李良.泡沫混凝土防水和防渗研究[J].墙材革新与建筑节能，2010，（12）：23-25+3-4.

[2] 何小芳;卢军太;李小楠;卿培良;曹新鑫.硅灰对混凝土性能影响的研究进展[J].硅酸盐通报，2013，32（03）：423-428.

[3] 冯辉红;黄起;屈少华.粉煤灰轻质泡沫混凝土的应用研究[J].应用化工，2016，45（03）：520-524..

[4] 赵井辉;刘福胜;韦梅;程明.花岗岩石粉细度及掺量对混凝土微观孔隙的影响[J].水利水运工程学报，2016，（02）：39-45.

[5] 吴国林.石灰石粉对泡沫混凝土的性能影响研究[C].重庆大学，2016.

[6] 蒋浩.掺加稻壳灰的混凝土性能研究[C].哈尔滨工业大学，2019.

[7] 张文杰.火山灰材料对泡沫混凝土孔结构及抗冻性影响研究[C].湖南大学，2019.

[8] 景帅帅.铁尾矿粉泡沫混凝土特性研究[C].长安大学，2014.

[9] 赵星;霍冀川;高亚;邓均;刘煦.玄武岩纤维增强泡沫混凝土性能的研究[D].2014.

作者简介：黄振华（2001-），男，山东农业大学水利土木工程学院，在读本科生