金明山，宋 楊，彭 飛，孫劍飛，丁 琳

(1.黑龍江農(nóng)墾現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程設(shè)計(jì)有限公司，哈爾濱 150090；2.黑龍江大學(xué) 建筑工程學(xué)院，哈爾濱 150080)

0 引 言

泡沫混凝土自重為普通素混凝土的一半左右，由于在性能上的突破和發(fā)展，國(guó)內(nèi)外的許多研究學(xué)者都很重視其在土木領(lǐng)域的應(yīng)用。泡沫混凝土具有廢物利用、節(jié)能環(huán)保、價(jià)格低的特點(diǎn)，在泡沫混凝土的內(nèi)部，因存在大量氣泡形成多孔的結(jié)構(gòu)而與眾不同，泡沫混凝土在具有保溫性好，隔音效果好，防腐防潮等的同時(shí)，也有一些弊端和不足，如強(qiáng)度較低、容易開裂、易吸水等。因此，改善泡沫混凝土的性能，還需在摻入料、發(fā)泡劑、配合比、工藝流程等方面做更進(jìn)一步的研討[1-3]。寒區(qū)泡沫混凝土抗凍性能等方面研究成為熱點(diǎn)。

一般混凝土在工程上的使用，都會(huì)摻入一些礦物料來改善性能上的缺陷。如加入粉煤灰可以改善混凝土自身存在的一些弊端，保證混凝土的質(zhì)量，提高抗凍性，還可以節(jié)約材料，減少水泥的使用[4-6]。加入各種摻合料后，混凝土的許多特殊性能得到很大改進(jìn)。但建筑物在施工使用中的溫度等外界因素不可控制，外界環(huán)境溫度不穩(wěn)定(過高或過低)，會(huì)使混凝土的強(qiáng)度受到大幅度的折減，降低使用率。在冬季，溫度多在0℃以下，遭受凍融循環(huán)的次數(shù)較多，這些都對(duì)混凝土強(qiáng)度損失產(chǎn)生較大的影響。因此，對(duì)于材料在溫度變化下的性能研究非常有必要，通過研究發(fā)現(xiàn)抵抗溫度變化的最佳配合比及凍融循環(huán)對(duì)泡沫混凝土產(chǎn)生的影響。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)采用天鵝牌42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥、硅灰、粉煤灰(研磨一級(jí))、母料、纖維(摻入1%左右)、過氧化氫(發(fā)泡劑)、減水劑、自來水等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)所用的主要設(shè)備見表1。

表1 試驗(yàn)所用主要設(shè)備

1.3 試驗(yàn)配合比

1-6號(hào)研究試塊的配合比見表2。

表2 研究試塊的配合比

1.4 試塊的制作及其養(yǎng)護(hù)

依據(jù)試驗(yàn)規(guī)范，首先選擇試塊的形狀和尺寸。試塊尺寸有兩種，分別是150 mm×150 mm×150 mm的正方體和100 mm×100 mm×400 mm的長(zhǎng)方體。模具在使用前，周圍要放置一層保鮮膜，有助于后期的脫模。攪拌時(shí)先加入粉煤灰、水泥、硅粉、纖維開始攪拌，由于小型的攪拌機(jī)由人為控制，所以攪拌要控制其力度與時(shí)間。隨后加入水和減水劑，攪拌一段時(shí)間后再加入母料和過氧化氫。攪拌至均勻發(fā)泡后，把桶內(nèi)攪拌好的泡沫混凝土倒入事先準(zhǔn)備好的模具中，保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。為了避免空氣等外界因素對(duì)試塊的影響，在倒入泡沫混凝土后的模具上覆蓋一層保鮮膜來隔絕氧氣，避免受潮氧化等反應(yīng)的發(fā)生；待試塊稍微成型有些強(qiáng)度后脫模，脫模后的試塊放入保溫室內(nèi)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度為20℃，濕度為98%，見圖1。

圖1 泡沫混凝土試塊

1.5 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本文主要研究泡沫混凝土在凍融循環(huán)作用下其抗凍性能變化規(guī)律，即隨著溫度變化的次數(shù)發(fā)生改變，測(cè)定當(dāng)泡沫混凝土的強(qiáng)度破壞消失時(shí)的凍融循環(huán)次數(shù)，次數(shù)越多說明經(jīng)受凍融循環(huán)能力越強(qiáng)，即耐溫度變化能力越強(qiáng)。通過對(duì)上述準(zhǔn)備的不同粉煤灰摻量的試塊進(jìn)行試驗(yàn)，可以得到不同粉煤灰摻量下強(qiáng)度破壞時(shí)的凍融循環(huán)次數(shù)，從而找到抗凍性能最好的粉煤灰摻量[7]。

圖2 養(yǎng)護(hù)期的試塊

2 試驗(yàn)分析

2.1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

粉煤灰泡沫混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)3、7、14和28 d，分別對(duì)不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間粉煤灰泡沫混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，得到不同粉煤灰含量和不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間的抗壓強(qiáng)度，見表3。

表3 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù) /MPa

從表3可以看出,摻入粉煤灰后，泡沫混凝土的強(qiáng)度都會(huì)隨粉煤灰的摻量增加有所降低；粉煤灰泡沫混凝土的早期強(qiáng)度較低，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，粉煤灰泡沫混凝土的強(qiáng)度增加幅度大，養(yǎng)護(hù)28 d單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大。

2.1.1 強(qiáng)度受粉煤灰摻量的影響

見圖3。

圖3 粉煤灰摻量變化與泡沫混凝土單軸抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

為了分析粉煤灰摻量變化與泡沫混凝土單軸抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，圖3給出了粉煤灰摻量分別為0%、10%、15%、20、25%、30%、35%、40%和45%時(shí)，齡期為3、7、14和28 d粉煤灰泡沫混凝土單軸抗壓強(qiáng)度。由圖3可知，不同齡期粉煤灰泡沫混凝土單軸抗壓強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的增加都呈不同程度的下降趨勢(shì)，并且摻入量越大，強(qiáng)度降低越多。在3 d齡期粉煤灰摻量對(duì)其抗壓強(qiáng)度遞減最小；養(yǎng)護(hù)14、28 d時(shí)，煤灰摻量對(duì)其抗壓強(qiáng)度降低速率大。在養(yǎng)護(hù)天數(shù)較短、強(qiáng)度還未完全形成時(shí)，粉煤灰摻量對(duì)強(qiáng)度影響不大；而隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，粉煤灰泡沫混凝土已經(jīng)具有較高強(qiáng)度，特別是粉煤灰對(duì)強(qiáng)度影響較大，不摻粉煤灰的泡沫混凝土強(qiáng)度與粉煤灰摻入量最大的泡沫混凝土強(qiáng)度差別最大。由此得出，粉煤灰摻入量為0時(shí)，此時(shí)測(cè)出的泡沫混凝土強(qiáng)度為5.9 MPa，強(qiáng)度為最大值；摻入粉煤灰，強(qiáng)度逐漸減小，而且摻入越多，減小越多；減小程度與養(yǎng)護(hù)天數(shù)有關(guān)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，強(qiáng)度變化越明顯。

2.1.2 粉煤灰泡沫混凝土強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)時(shí)間及粉煤灰摻量的關(guān)系

探究養(yǎng)護(hù)齡期及粉煤灰摻量對(duì)泡沫混凝土強(qiáng)度的影響，不同齡期、不同摻量粉煤灰與其抗壓強(qiáng)度變化見圖4。

圖4 粉煤灰泡沫混凝土強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)時(shí)間及粉煤灰摻量的關(guān)系

從圖4中可以看出，強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的變化規(guī)律。不管粉煤灰摻量是多少，泡沫混凝土強(qiáng)度都會(huì)隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加而呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢(shì)。通過對(duì)比每一組柱狀圖變化可以得出，強(qiáng)度在前期變化大，后期變化小，即前期更大程度決定了泡沫混凝土的強(qiáng)度，后期強(qiáng)度也有增加，但較前期小。

2.2 凍融循環(huán)試驗(yàn)后的強(qiáng)度損失

本文主要研究的是泡沫混凝土受到不同凍融循環(huán)次數(shù)時(shí)，其強(qiáng)度的變化規(guī)律。采用的試驗(yàn)路線是將不同摻量的粉煤灰分別進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)，測(cè)定當(dāng)強(qiáng)度破壞時(shí)凍融循環(huán)次數(shù)，從而得到冬季施工情況下的泡沫混凝土的最佳粉煤灰摻量。凍融循環(huán)試驗(yàn)見表4。

表4 凍融循環(huán)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表4可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同摻量粉煤灰的泡沫混凝土強(qiáng)度被破壞消失時(shí)，可以承受的凍融循環(huán)次數(shù)各不相同。而且并不是呈現(xiàn)簡(jiǎn)單的遞增或增減關(guān)系，而是呈折線關(guān)系，并有峰值的出現(xiàn)。

折線圖可以將這種帶有峰值的變化關(guān)系反映的更明顯。從圖5中可以看出，一開始直線有上升趨勢(shì)，但并不是一直上升，而是上升至一定程度時(shí)，凍融循環(huán)次數(shù)出現(xiàn)最大值，然后直線又呈下降趨勢(shì)，而且上升時(shí)與下降時(shí)的變化坡度大致相同，呈對(duì)稱關(guān)系。所以可得出結(jié)論：粉煤灰摻量為15%的泡沫混凝土強(qiáng)度破壞時(shí)的凍融循環(huán)次數(shù)最多，即粉煤灰摻入量約為15%的泡沫混凝土，其抗凍融循環(huán)能力最強(qiáng)，抵抗溫度變化的能力最好。

圖5 粉煤灰摻量與抗凍性能的關(guān)系

3 結(jié) 語

1)溫度變化對(duì)粉煤灰泡沫混凝土的強(qiáng)度有不同程度的影響。在外界環(huán)境適宜的條件下，當(dāng)粉煤灰摻量為零時(shí)，測(cè)出的泡沫混凝土強(qiáng)度最高。

2)冬季溫度低，凍融循環(huán)次數(shù)較多。針對(duì)不同粉煤灰摻量的泡沫混凝土，養(yǎng)護(hù)后用凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī)分別進(jìn)行了凍融循環(huán)試驗(yàn)，結(jié)果表明當(dāng)粉煤灰摻量為15%時(shí)的泡沫混凝土抗凍融循環(huán)能力最強(qiáng)。

3)比較摻入粉煤灰的試塊，不摻粉煤灰的素泡沫混凝土測(cè)得的強(qiáng)度位于線段頂點(diǎn)(最大)。但考慮到冬季氣候特點(diǎn)，凍融循環(huán)次數(shù)較多，粉煤灰摻入量為15%的泡沫混凝土較其他粉煤灰摻入量(10%、20%、25%、30%等)的泡沫混凝土強(qiáng)度更高，且抗凍融循環(huán)次數(shù)較多。