泡沫混凝土整體現(xiàn)澆墻體工程應用研究

摘要：泡沫混凝土具有質輕、保溫隔聲等優(yōu)異性能，但易開裂、強度低和易塌模等問題制約了其在現(xiàn)澆承重墻體上的應用。以P·O32.5R水泥、Ⅲ級粉煤灰為主要原料，制備出用于現(xiàn)澆承重保溫為一體的免蒸壓泡沫混凝土；采用單因素試驗研究了外加劑對泡沫混凝土性能的影響，并結合工程應用實例，對泡沫混凝土整澆墻易出現(xiàn)的問題進行分析并提出解決建議。制備的泡沫混凝土能有效地解決泡沫混凝土現(xiàn)澆承重墻體時容易出現(xiàn)的塌模、開裂等問題。

關鍵詞：泡沫混凝土；現(xiàn)澆；外加劑；工程應用

泡沫混凝土具有輕質、保溫、隔熱、隔聲等優(yōu)異性能，而且生產投資少、可大量利用工業(yè)廢渣，它的應用對建筑節(jié)能及環(huán)保都有重要意義。有研究表明^[1-4]，隨著粉煤灰摻量的增加和水泥用量減少，混凝土的抗壓強度大幅下降。但粉煤灰具有火山灰活性，在堿性環(huán)境下，隨著混凝土齡期的增長，高摻量粉煤灰泡沫混凝土的抗壓強度會明顯增大。

近年來，泡沫混凝土在國內應用有了很快的發(fā)展，但現(xiàn)澆泡沫混凝土保溫墻體仍存在一系列問題，諸如泡沫混凝土強度較低，不適宜作為承重墻材；預制砌塊增加了工序和工程成本；泡沫混凝土干縮以及因干濕循環(huán)和結構疏松引起的開裂，由于受到澆注高度影響出現(xiàn)的塌模、易碳化等問題。嚴重制約了泡沫混凝土的廣泛應用本文以普通硅酸鹽水泥、粉煤灰和自制復合發(fā)泡劑為主要原料，通過單因素試驗研究了外加劑對泡沫混凝土強度、保溫性能以及工作性等方面的影響，制備出用于現(xiàn)澆整體板房的免蒸壓泡沫混凝土，并將其應用于整體現(xiàn)澆工程。通過大摻量粉煤灰和外加劑之間耦合作用，解決了泡沫混凝土在現(xiàn)澆墻體中出現(xiàn)的易塌模、開裂等問題。結合工程實例，對泡沫混凝土整體現(xiàn)澆集承重保溫一體的墻體所存在問題進行分析，并總結提出相應的解決建議。

1配合比設計

1.1原材料

水泥：拉法基P·O32.5R水泥；粉煤灰（FA）：Ⅲ級粉煤灰；外加劑A：聚羧酸系減水劑；外加劑B：PP纖維；外加劑C：速凝劑（主要成分為鋁酸鈉）；外加劑D：穩(wěn)泡劑（主要成分為纖維素醚）；自制復合發(fā)泡劑（主要成分為十二烷基磺酸鈉）；鋼絲網，規(guī)格為10mm×10mm。

1.2試驗方法

1.2.1密度設計

由于泡沫混凝土主要通過改變泡沫添加量來控制密度，試驗中采用固定混合料體積法來計算泡沫添加量，添加泡沫體積按式（1）計算：

V2=K1×（1-V1/V）           （1）

式中：V———單方泡沫混凝土總體積，m³；

V1———加入泡沫前，單方泡沫混凝土所用料漿體積，m³；

V2———單方泡沫混凝土泡沫添加量，m³；

K1———富余填充系數(shù)，本實驗所用的經驗值為1.2。

對于設計干密度固定的泡沫混凝土按照式（2）來計算混凝土的干密度。

            （2）

式中：V1———單方泡沫混凝土泡沫添加量，m³；

V2———加入泡沫前，單方泡沫混凝土所用料漿體積，m³；

k2———體積損失系數(shù)，取決于發(fā)泡劑和基體材料，本實驗經驗值為0.91；

k3———水膠比；

m1———單方泡沫混凝土泡沫添加量，kg；

m2———單方泡沫混凝土基體材料用量，kg；

ξ———經驗常數(shù)，不同密度水分揮發(fā)和水化速率不同，取決于濕密度大小、泡沫分布。取值范圍：0.1～0.5，本實驗取0.25。

1.2.2澆注高度試驗

實驗方法：以55％水泥、45％粉煤灰為膠凝材料，外加劑A、B、C、D摻量分別為膠凝材料質量的0.5%、0.3%、0.4%、0.03%，水膠比為0.3，m（發(fā)泡劑）∶m（水）=1∶50，設計密度1100kg/m³制備泡沫混凝土。采用d=0.20m、h=4.5m的PVC管材為模具，現(xiàn)澆高為4.5m泡沫混凝土圓柱，自然養(yǎng)護3d，分別對柱體頂端和底部取樣進行測試。測試內容：干密度、強度、測量塌模高度、SEM掃描。

取樣方法：切割規(guī)格為100mm×100mm×100mm的試塊，參照JC/T1062—2007《泡沫混凝土砌塊》進行強度測試，強度測試后將試樣置于105℃烘干24h后測質量，計算干密度。

分別研究了A、B、C、D四種外加劑對泡沫混凝土的影響，凝結時間參照GB1346—2001《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》進行測試；流動度參照GB/T2419《水泥膠砂流動度測定方法》進行測試。保持基準配比不變，改變4種外加劑摻量，進行單因素試驗。

2試驗結果

2.1澆注高度試驗結果（見表1）

由表1可以看出，底部干密度比頂部增大了2.2%；3d抗壓強度增大了0.234%，未出現(xiàn)塌模跡象。分析認為，密度的差

異是由于受澆注高度影響，底部泡沫消泡后漿體微微下沉所致，沉降高度為0.01m，強度差異不大。分別對底部和頂部的泡沫混凝土進行SEM掃描分析，結果如圖1所示。

由圖1可以看出，泡沫混凝土柱體頂部和底部的孔徑約為0.1～0.3mm，氣孔大小相間，均勻排布，底部大孔稍多。分析認為：柱體底部氣孔受到來自水泥漿體各向作用力相互抵消，孔徑越小，氣孔受到的浮力越小，氣泡不會上浮。但漿體中粉煤灰顆粒受重力作用會微沉降，底部漿體中部分小泡破裂，聚合成為大泡，也就導致了底部小泡較少，干密度稍大。

2.2外加劑單因素試驗結果

2.2.1減水劑摻量對泡沫混凝土抗壓強度的影響

由圖2可見，隨著聚羧酸系減水劑摻量的增加，泡沫混凝土的抗壓強度緩慢增大；當減水劑摻量超過0.5%時，減水劑對泡沫混凝土強度影響變大；當減水劑摻量為2.5%時，3d抗壓強度最大（7.72MPa）。這說明聚羧酸系減水劑存在最適宜的摻量范圍，超過這個范圍反而會對泡沫混凝土強度產生不利影響。試驗發(fā)現(xiàn)，當聚羧酸系減水劑摻量過多，泡沫混凝土的凝結時間變長，容易導致塌模。

2.2.2 速凝劑摻量對泡沫混凝土凝結時間的影響（見圖3）

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由圖3可見，加入速凝劑后，漿體的凝結時間均縮短。泡沫混凝土要求水泥的初凝最好不超過45min，終凝不超過2h。由于凝結的快慢直接影響到泡沫氣孔的分布和損失率，尤其對于現(xiàn)澆工程，在有一定高度要求時初凝時間最好在25～45min。

2.2.3 PP纖維摻量對泡沫混凝土抗折強度的影響（見圖4）

摻入PP纖維能顯著提高泡沫混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度。對泡沫混凝土抗壓強度提高幅度隨泡沫摻量的不同而有較大差異，陳兵和劉睫^[5]研究了PP纖維對泡沫混凝土強度的影響。隨著泡沫摻量的增大，PP纖維對泡沫混凝土抗壓強度提高幅度增大，最大可以提高45.0%；對泡沫混凝土的干縮有顯著的改善作用。而大摻量PP纖維會使得纖維分散不好形成網狀漿體不利于泡沫與漿體攪拌均勻。由圖4可以看出，隨著PP纖維摻量增加，泡沫混凝土的抗折強度提高，摻量為0.8%時，泡沫混凝土3d抗折強度達4.01MPa。

2.2.4 穩(wěn)泡劑摻量對泡沫混凝土流動度和保水性的影響（見表2）

表2 穩(wěn)泡劑摻量對泡沫混凝土流動度和保水性的影響

由表2可知，當穩(wěn)泡劑摻量為0.06%時，泡沫混凝土漿體的泌水現(xiàn)象消失、流動度降低、減少了表面泡沫破裂，表明穩(wěn)泡劑具有良好的保水性；而當穩(wěn)泡劑摻量繼續(xù)增加至0.09%時，漿體黏稠，導致一些有害的大氣泡無法排出。

2.3泡沫混凝土的配合比

耦合是物理學概念，它是指2個（或2個以上）體系或運動形式之間，通過各種相互作用而彼此影響的現(xiàn)象。外加劑耦合則是借用物理學的概念。由于研究單一外加劑時發(fā)現(xiàn)，每種外加劑有各自比較適用的范圍，但并非4種外加劑選取最佳摻量就可以得到性能較好的泡沫混凝土。

外加劑耦合作用可理解為：當減水劑摻量選擇2.5%時，減水效果明顯，但凝結時間卻增加，嚴重的緩凝會導致整澆墻塌模。速凝劑的增加可以縮短凝結時間，但在最佳摻量減水劑的配合比下，通過速凝劑調節(jié)凝結時間后，大摻量的速凝劑又會影響漿體的流動性和后期強度。

經過澆注高度試驗和外加劑單因素試驗，通過減水劑調節(jié)其工作性，穩(wěn)泡劑憑借保水性能很好地為泡沫提供穩(wěn)泡環(huán)境，抑制整澆墻的塌模。大摻量粉煤灰代替水泥，減少水泥水化引起的收縮，外摻纖維和穩(wěn)泡劑相互耦合能夠很好的抑制微膨脹收縮引起的開裂現(xiàn)象。模具中間的鋼絲網和纖維共同作用，使得泡沫混凝土整體現(xiàn)澆墻體能很好的承重同時起到一定保溫效果。對初步的配合比做了調整，最終配合比為：以55%水泥、45%粉煤灰為膠凝材料，外加劑A、B、C、D摻量分別為膠凝材料質量的1.1%、0.3%、0.4%、0.07%，水膠比為0.3，m（發(fā)泡劑）∶m（水）=1∶50，鋼絲網4.8m2/m³，按此配比進行最終工程施工。

3 工程應用

3.1工程簡介

工程名稱：泡沫混凝土整體現(xiàn)澆樣板房中試工程。施工時間：2009年6月29日。施工地點：成都郫縣工業(yè)園區(qū)北區(qū)。工程內容：工程采用P·O32.5R水泥和Ⅲ級粉煤灰為主要原料，結合自制復合發(fā)泡劑等外加劑，整體現(xiàn)澆高4m、墻體厚度0.12m的泡沫混凝土樣板房，總澆注量為15m³。澆注模板采用木模（見圖5）。

方永浩等^[6]研究表明，當用粉煤灰等質量取代水泥時，實際上增加了泡沫混凝土拌合物的固體與氣泡體積比，降低了最終泡沫混凝土的氣孔體積分數(shù)，使混凝土抗壓強度提高。前期研究表明，當泡沫混凝土的干表觀密度大于1000kg/m³時，其28d抗壓強度可以遠大于10MPa，符合JC/T1062—2007的A7.5等級砌塊要求。工程采用設計密度為1100kg/m³的泡沫混凝土嘗試現(xiàn)澆集承重和保溫填充墻于一體的保溫節(jié)能樣板房。

3.2施工流程（見圖6）

3施工工藝

（1）施工準備：按照施工的設計進行配料計算，購買原材料和外加劑，準備儀器設備，檢查設備運行情況是否良好，同時對施工過程中所需人員協(xié)調分配，確保施工能井然有序。（2）基層清理：在木模安裝前，對基層上的浮漿、松散的混凝土塊、包括其它建筑雜物等進行清理，做到基層表面平整，并灑水濕潤。（3）木模安裝：應按圖紙要求彈出墻體軸線、墻邊線、門窗洞口線和標高控制線，安裝木模。（4）鋼絲網安裝：安裝好木模后在木模內安置鋼絲網，并保證平整分布在木模中間。將木模和鋼絲網固定牢固。（5）模具校準：安裝后反復檢查木模的平整度，尤其是模具接觸的縫隙。清除安裝過程中殘留在模具內部的垃圾，填補可能漏漿的孔洞，仔細核對圖紙與模具安裝的結果。（6）泡沫混凝土的制備：將水泥、粉煤灰、PP纖維放入料斗，倒入攪拌機干混，1min后開始加水及減水劑、速凝劑等其它外加劑。開啟發(fā)泡設備，將所制的泡沫加入攪拌機中，混泡。（7）現(xiàn)澆墻體：將制備好的泡沫混凝土倒入泵車，直接泵送到安裝好的木模內。（8）屋面澆注：將預制的混凝土梁吊裝至屋頂，以鋼筋作為骨架，再以普通混凝土直接現(xiàn)澆屋面。（9）養(yǎng)護：待樣板房整體澆注完成后，拆模，并在自然環(huán)境下養(yǎng)護。（10）墻體處理：抹灰前檢查泡沫混凝土墻體，對澆注時由于模板接縫、不平整導致的灰漿不飽滿的拼縫及粱、板下的頂頭縫，用專用灰漿填塞密實。將露出墻面的舌頭灰刮凈，墻面的凸出部位剔鑿平整。用托線板檢查墻體的垂直偏差及平整度，將抹灰基層處理完好，再粘貼瓷磚。

4 結語

通過此次泡沫混凝土現(xiàn)澆高為4m的整澆墻技術得到檢驗，利用大摻量粉煤灰和4種外加劑之優(yōu)化的配合比，能很好的解決泡沫混凝土在現(xiàn)澆墻體中存在的塌模、開裂等問題。結合工程實例，對泡沫混凝土整體現(xiàn)澆墻體易出現(xiàn)的問題進行分析總結并提出解決建議。

4.1存在問題

（1）模板問題：本次施工采用木模，但作為現(xiàn)澆整體板房，木模需大量的人力、物力資源，并在拆裝上需要耗費較長時間，增加工程成本和工序。此外，大面積使用木模而導致的現(xiàn)澆整體墻面不平整也增加了后期工程量。

（2）強度問題：整澆墻在具有一定保溫節(jié)能特性的同時還有承重作用，對泡沫混凝土的強度有一定要求。強度過低作為承重墻體會存在導致工程事故的風險。

（3）干縮開裂：澆筑后，泡沫混凝土的干縮、開裂，以及由于結構疏松多孔引起的易碳化、易鹽析等問題會嚴重影響泡沫混凝土的工程應用。

（4）設備工藝：泡沫混凝土不同于普通混凝土，要注意到保泡效應，整澆墻需要泡沫混凝土具有足夠好的流動性，但往往流動度大就會增加消泡幾率。制備工藝和經時損失均會影響澆筑后泡沫混凝土的后期性能。

4.2 解決建議

結合施工過程的體會，筆者對上述問題提出了相關解決方法，希望能為泡沫混凝土整澆墻技術的同行們提供參考。

（1）針對泡沫混凝土開發(fā)設計專用的廉價、可以重復利用的快速拆卸模板，拼裝的模具要求整體表面平整、運輸輕便。方便快捷的組裝拆卸即可以加快工程進度，又能保證工程質量。

（2）按照建筑質量要求進行施工預算，得出滿足建筑要求的最低強度。建議低層承重墻體的強度設計不小于7MPa。本次施工采用的1100kg/m³泡沫混凝土28d強度為10MPa。在滿足強度指標的前提下還需同時考慮墻體的保溫節(jié)能作用。

（3）大摻量采用粉煤灰代替水泥，不僅減小了水泥漿體的收縮量，火山灰活性有利于泡沫混凝土后期強度發(fā)展。集合外加劑的保水穩(wěn)泡效應、纖維局部抗裂和鋼絲網的宏觀拉應力作用，能很好保證整澆墻不開裂不塌模。

（4）泡沫引入砂漿后就會開始破裂，盡可能的縮短攪拌地點和施工地點的距離。運輸過程需要持續(xù)攪拌，但攪拌時間不宜過長，攪拌速率控制在8～12r/min。澆注采用的泵車盡量采用活塞泵，以減小泡沫混凝土中泡沫的損失。

通過此次泡沫混凝土現(xiàn)澆整體樣板房的的工藝得到了檢驗，并對實驗室泡沫混凝土的研究結果在工程上得到了較好的應用，大膽采用較高密度的泡沫混凝土，進行集承重和保溫墻材一體的現(xiàn)澆工程。工程完工至今，樣板房未見任何質量問題。

參考文獻：

[1]KearsleyEPWainrightPJ.Theeffectofporosityonthestrengthoffoamededconcrete[J].CementandConcreteResearch，2002，32：233-239

2]宋少民，李紅輝，邢峰.大摻量粉煤灰混凝土抵抗碳化和鋼筋銹蝕研究[J].武漢理工大學學報，2008，30（8）：38-42.

[3]趙鐵軍，高倩，王兆利.大摻量粉煤灰對泡沫混凝土抗壓強度的影響[J].粉煤灰，2002（6）：7-10.

[4]KearsleyEP，WainrightPJ.Porosityandpermeabilityoffoa-mededconcrete[J].CementandConcreteResearch，2001，31：805-812.

[5]陳兵，劉睫.纖維增強泡沫混凝土性能試驗研究[J].建筑材料學報，2010，13（3）：286-340.

[6]方永浩，王銳，龐二波，等.水泥-粉煤灰泡沫混凝土抗壓強度與氣孔結構的關系[J].硅酸鹽學報，2010，38（4）：624-625