水料比对泡沫混凝土性能影响的试验研究

毛晓红，张 婷，张 丹，佟婧芬

（1.河北工程大学水电学院，河北邯郸056021；2.中国水利水电科学研究院中水公司，北京100048；3.河北工程大学信电学院，河北邯郸056021；4.河北省唐秦水文水资源勘测局，河北唐山063000）

在配制良好的泡沫混凝土中由于存在大量微小且分布均匀的闭合孔隙，因此具有保温隔热、防火、隔音、耐候性和体积轻、造价低等特点。它常用作工业与民用、水利工程等行业的建筑物保温和基础充填材料。

水料比是影响泡沫混凝土性能的关键因素之一。水料比不仅是为了满足化学反应的需要，更重要的是为了浇筑成型。在泡沫混凝土制备过程中，若水料比过小，料浆过稠，一方面影响料浆的均匀性，物料容易结团而不易混合均匀，导致和易性不好。另一方面，料浆过稠会使内部阻力变大，泡沫容易被挤压破裂，致使浆体内泡沫含量大量损失。再者，料浆过稠使成型困难，试块边棱不整齐、不密实，并且在实际工作中不易操作。若水料比过大，浆体稠度过小，浆体凝结硬化滞后，浇模后容易出现分层离析现象，影响浇注稳定性和成型率。

本文主要通过实验来验证不同水料比与泡沫混凝土物理力学性能的相关性，为泡沫混凝土的组成设计和应用提供参考依据。

1 试验材料及过程

1.1 原材料

（1）水泥42.5#快硬硅酸盐水泥。细度：80μm方孔筛筛余量不大于10%。其他性能见表1～表2。

表1 水泥技术性能指标

表2 水泥化学成分、矿物组成

（2）可再分散性乳胶粉。主要物理性能：①固含量：（99±1）%；②pH值：6.0～8.0；③堆密度：（490±50）g/L；④外观：白色粉末。

（3）木质纤维。主要规格有：①纤维长度:0.5～3mm；②堆密度：20g/cm3。

（4）聚丙烯纤维，又称PP纤维。主要物理指标：①纤维长度：6.0～12.0mm；②弹性模量:3400～3500MPa；③燃点：590 ℃。

（5）纤维素醚。主要性能指标：①比重：1100～1300kg/m2；②pH值：5.0～7.0；③外观：白色或浅灰色粉末。

（6）发泡剂。试验采用湖北武汉某公司生产的动物蛋白和植物蛋白复合型液体发泡剂。

1.2 试验方法

1.2.1 试件制作与成型工艺

（1）先将水泥、乳胶粉、木质纤维及纤维素按配合比定量地放入强制搅拌机的钢锅中，并对干粉拌1min，然后加水（预留泡沫制备用水）再搅拌2min。

（2）将聚丙烯纤维用手分散成膨松状单丝，均匀地放入以上胶凝材料中搅拌2～3min，以便于纤维能更好地融入到砂浆中，避免成团。

（3）将发泡剂和预留水混合并用搅拌机制备泡沫，然后将制备好的泡沫浆液混合在一起搅拌，如果使用发泡机则发泡效果会更好。

（4）将搅拌好的泡沫浆液浇注到70.7mm×70.7mm×70.7mm钢模中，每组浇3个试块，编号为①。

（5）其余试块在材料掺加量不变的情况下，逐步改变水的添加量，即加大水料比，依照上述步骤依次完成编号为：②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨试块的浇注。

（6）脱模后把各试块放在温度为（20±3）℃，相对湿度为90%以上的混凝土标准养护箱内养护。

（7）为了缩短试验时间，试块养护至7d取出并对其进行力学性能测试。

1.2.2 测试方法及项目

（1）测试试块的干密度，将称完自然容重的试块放入电热鼓风干燥箱内烘干。干燥箱初始温度设定为50 ℃，每隔2h升高10 ℃最终达到105 ℃，到达恒定温度105 ℃继续烘干24h以上，然后取出试件，在自然条件下冷却至室温，用电子秤分别称出各试块的干容重并计算出各试块的干密度。

（2）测试各试块的成型率，用游标卡尺测量烘干后试块的长、宽、高，并计算各试块的横向及纵向线收缩率和成型率。

（3）在混凝土强度试验机上测试各试块的抗压强度并记录。

2 试验结果与分析

2.1 试验参数及结果

测试制成泡沫混凝土各试块的物理性能指标，见表3。

表3 各试块的试验参数及结果

试验过程发现⑥～⑨号试块由于水料比过大发生浆液离析，纵向收缩率太大，试块上下分层，因此不可用于生产实际中。

2.2 不同水料比对各试块干容重的影响

通过调整泡沫混凝土的水料比，进而可实现调控湿密度和干密度，达到在一定程度上控制抗压强度大小的目的。泡沫混凝土的密度比一般常用混凝土的密度小，是一种轻质建筑材料，在建筑工程中采用泡沫混凝土作为保温材料使用具有显著的经济效益和社会效益。

试验数据表明，随着水料比的逐渐增大，泡沫混凝土的干密度逐渐减小，且干密度的降低会导致泡沫混凝土的抗压强度的降低。

2.3 不同水灰比对各试块成型率的影响

从表3中可以看出，不同的水料比对泡沫混凝土的横向收缩率有一定的影响但影响不大，基本趋于稳定；不同的水料比对泡沫混凝土的纵向收缩率有明显的影响。

泡沫混凝土试块的成型率随着水料比的不断增加而逐渐降低，水料比对泡沫混凝土的成型效果影响显著。

2.4 不同水料比对各试块抗压强度的影响

普通混凝土配制过程中水泥是主要胶凝材料，水灰比是控制混凝土质量的重要参数之一，而本次试验中不仅仅只掺加水泥一种胶凝材料，还有可再分散性乳胶粉、纤维素、木质纤维、聚丙烯纤维等等，因此采用水料比作为配制泡沫混凝土的控制参数更加科学合理，试验结果也证明水料比成为试块强度的一个决定因素。可以认为，在水泥标号和用量相同的情况下，水料比越小，泡沫混凝土中的气泡越少密度就越高；但如果水料比过小，气泡就难以形成。

泡沫混凝土各试块的抗压强度与水料比的关系曲线如图1：

由图1可以看出，随着水料比的逐渐增大，各试块的抗压强度随之降低。

3 结语

（1）水料比对发泡混凝土的性能有重要影响。发泡混凝土的干容重、成型率及抗压强度均随水料比的增加而逐渐降低。

（2）试块干密度与抗压强度之间成正比关系，干密度越大，其抗压强度越高。

（3）实际工程中采用的水料比值，应根据工程设计要求的干密度、抗压、抗剪、抗折及保温方面的要求适当做出选择。因为当前市场上发泡剂、水泥产品生产厂家较多，性能差异较大，建议施工时应根据选用材料的特性通过试验来确定掺加量和水料比。

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