现浇泡沫混凝土的配比实验

摘要：本文采用水泥、粉煤灰、发泡剂等材料，通过配合比设计实验制备现浇泡沫混凝土；

概述

泡沫混凝土是水泥基轻质多孔混凝土的一种，通常是由硅质材料、钙质材料、水及泡沫剂或发泡剂等通过物理或化学方式发泡，浇筑、养护、固化成型的一种多孔材料。因其自身的结构特点，泡沫混凝土具有轻质、保温隔热、隔音、防火等诸多优点，应用广泛^[1]。根据生产工艺和用途一般分为两种，一种是采用化学发泡：将化学发泡剂、水与水泥基材料一起混合搅拌均匀成浆体，在静停过程中通过化学反应产生气泡，料浆逐渐膨胀至一定体积，常压潮湿养护、固化成型，一般用于制作泡沫混凝土制品；另一种是采用物理方式发泡：将泡沫剂水溶液通过物理方式（或机械方式）预先制备出泡沫，同时将水泥基材料加水搅拌成浆体，泡沫与浆体再搅拌成泡沫浆料，浇筑、养护、固化成型，一般用于泡沫混凝土现浇应用^[2~3]。目前，泡沫混凝土现浇约占其使用总量的三成左右。

随着我国城市建筑节能65%标准的全面实施，对建筑围护结构部分的节能技术措施也有了更高的要求，除了需要考虑传统的墙体保温系统、门窗系统、幕墙遮阳系统等外，楼层地面保温系统也被纳入其中。目前，就武汉市而言，绝大部分商品房建筑已经设计了楼层地面保温，受层高及利用空间限制，一般设计厚度为3~5cm。楼层地面保温层比较常见的施工方式有两种，一是现浇泡沫混凝土，二是陶粒骨料轻质混凝土，二者之间性能对比如表1所示。

表1 泡沫混凝土与陶粒混凝土性能对比

1 现浇泡沫混凝土的配制

1.1原材料

水泥：武汉阳逻水泥厂生产的娲石水泥，P.O 42.5，其物理性能见表2；

表2 水泥的物理性能指标

矿物掺合料：采用武汉青山电厂粉煤灰，具体性能指标见表3；

表3 粉煤灰的性能指标

减水剂：武汉苏博聚羧酸高性能减水剂，固含量：13.0%，减水率27.50%。

发泡剂：发泡剂是决定泡沫混凝土质量关键之一，目前可用于现浇泡沫混凝土的物理发泡剂主要有四种，分别是松香类、合成类表面活性剂、蛋白类和复合型四种。前两种发泡剂因其自身缺点，已逐步被淘汰使用；蛋白类发泡剂因其发泡倍数大及泡沫稳定性好，被国外发达国家广泛使用；复合类发泡剂为第四代发泡剂，是发泡剂未来研究发展方向，目前技术上尚待探索，产品较少，北京亚设YS-901复合型发泡就是其中的佼佼者。

1.2配制实验

泡沫混凝土配合比设计应满足抗压强度、密度、和易性及保温性能指标的要求，需着重考虑几个方面的问题： 1）水胶比：会对泡沫混凝土强度以及其流动性有较大影响。2）泡沫的掺量：泡沫的掺量与泡沫的稳定性有较大关系，直接影响到泡沫混凝土的密度和强度。3）减水剂等添加剂的掺量。本实验设计的干密度为700kg/m³，粉煤灰掺量为30%。首先，通过以下公式计算确定用水量及各胶凝材料用量：

ρ_d=S_a（m_c+m_m）

m_w=B（m_c+m_m）

式子中ρ_d为泡沫混凝土设计干密度；S_a为质量系数，这里取1.2；m_c、m_m、m_w分别为1m³泡沫混凝土水泥用量、粉煤灰用量及用水量；B为水胶比值。

然后，计算所掺入的泡沫体积：

V₁=m_c/ρ_c+m_m /ρ_m+m_w /ρ_w

V₂=K(1-V₁)

式中，V₁为料浆总体积(m³)；ρ_c为水泥密度，取3100 kg/m³；ρ_m为粉煤灰密度，取2200 kg/m³；ρ_w为水的密度，取1000 kg/m³；V₂为泡沫体积(m³)；K为富余系数，这里取1.2.

最后，通过掺入的泡沫体积，计算发泡剂的用量：

m_f=m_y/(β+1)

m_y=V₂ρ_f

式中m_f为1m³泡沫剂混凝土泡沫剂用量(kg)；m_y为形成泡沫液质量(kg)；β为泡沫剂稀释倍数，这里取30；ρ_f为按此稀释倍数发泡的泡沫密度，实测为36 kg/m³。

根据《泡沫混凝土应用技术规程》（JGJ/T31-2014），当泡沫混凝土中掺入减水剂时，水胶比应通过实验来确定。根据经验，本实验初步设定水胶比分别为0.3、0.4、0.5，外加剂掺量统一为0.8%，按照上述计算方法，得到如下配合比：

表4 不同水胶比的泡沫混凝土配合比设计

将上述三个配合比配制后，按照《泡沫混凝土应用技术规程》标准方法测试了其流动性指标；成型40*40*160mm试样用于测试其导热系数（采用日本京都电子QTM-500型热线法导热系数测定仪测定）；成型100*100*100mm试样测试其干密度及抗压强度值。实验结果如表5所示：

表5 不同水胶比泡沫混凝土性能测试

由表5可以看出，水胶比为0.30时，泡沫混凝土流动度小，实验反映就是比较稠，流速慢且不易流平，这会导致施工时不易找平，试块成型后干密度和导热系数均超过A07等级设计值，但28d强度值较好。水胶比为0.50时，泡沫混凝土流动度很好，浆体较“稀”，粘稠度不够，内部气泡的稳定性变差，成型后会发生一定的“坍缩”， 强度也下滑很快。本实验的最佳水胶比为0.40，拌合物流动度适中，试样导热系数小于0.18 W/（m·K），干密度符合A07的要求，强度值能达到FC2等级。

根据《泡沫混凝土应用技术规程》，在计算出泡沫混凝土配合比后，需要通过改变水泥用量来对配合比进行调整和校正。在实际生产中，根据泵送施工的情况，又对配合比进行了一定的微调和优化，形成了最佳配合比，如表6所示。

表6 泡沫混凝土最终配合比

在施工现场，对泵送至楼层面的泡沫混凝土进行了取样送检，检测结果如表7所示。

表7 泡沫混凝土性能指标