固硫灰基防水性混凝土的制备研究*

吴璟菲

（1. 山西平朔煤矸石发电有限责任公司，山西 朔州 036800；2. 朔州市巨光建材开发有限公司，山西 朔州 036800）

固硫灰基防水性混凝土的制备研究*

吴璟菲1,2

（1. 山西平朔煤矸石发电有限责任公司，山西 朔州 036800；2. 朔州市巨光建材开发有限公司，山西 朔州 036800）

本文以超细固硫灰、水泥为主要原料制备泡沫混凝土，研究在料浆中掺加石蜡乳液、有机硅烷和硬脂酸钙等防水剂对其成型高度、3d 和 28d 强度以及防水性的影响。结果表明，各防水剂均会在不同程度上降低泡沫混凝土成型高度和强度，但对其防水性能的影响不同。其中，掺加1% 的硬脂酸钙防水剂的固硫灰基泡沫混凝土，其试样实际成型高度相对最高，3d 和 28d 强度优于掺加防水剂的其他试样，且防水性最优。

固硫灰；防水性泡沫混凝土；吸水率

泡沫混凝土以其质轻、导热系数小、吸音隔热、使用寿命长、无毒害等优点得以在建筑、园林、管道保温、回填等方面广泛应用[1]。现浇泡沫混凝土在我国最初主要集中应用于建筑屋面、地面节能保温工程，而随着其他领域对该材料优良特性认知度的逐渐提升，其应用范围迅速扩大，在我国市政道路、矿山回填等工程中的应用量逐年上升。但在这些应用中泡沫混凝土常处于开放环境中，因其自身吸水率高造成的抗冻性差、强度衰减快等现象仍然存在。解决吸水性的问题是泡沫混凝土跨越性能壁垒，实现可持续发展的必由之路。若此问题能够得以解决，泡沫混凝土可应用的范围便可以扩展到水利治理、海绵城市建设、道路填充等方向，应用前景更加广阔。

影响泡沫混凝土吸水率的因素主要有泡沫混凝土的密度、孔结构和渗透机理等，常用的降低泡沫混凝土吸水率的方法主要有：在泡沫混凝土料浆中掺加防水剂；在泡沫混凝土表面涂覆一层防水材料；以及在料浆中掺加减水剂以降低水灰比，进而提高防水性[2]。

泡沫混凝土制备过程中通常掺入粉煤灰、矿渣等工业废弃物以节约成本。循环流化床锅炉炉内燃煤与脱硫剂燃烧固硫产生的固硫灰与普通煤粉炉粉煤灰性质差别较大[3]。随着循环流化床发电技术的快速发展，固硫灰的产生量不断增多，亟待资源化利用。陈雪梅[4]研究了不同容重等级固硫灰泡沫混凝土的抗压强度的影响因素及耐久性，制备了以固硫灰为主要原料（占比高达70%）的泡沫混凝土。

因此，为提高固硫灰的资源化利用水平，提升泡沫混凝土的防水性，以拓宽其应用范围，本试验以超细固硫灰、水泥为主要原料制备泡沫混凝土，研究在料浆中掺加不同种类防水剂对其防水性的影响。

1 试验部分

1.1 原料

本试验采用固硫灰、普通硅酸盐水泥、发泡剂、水和防水剂制备泡沫混凝土。

固硫灰来源于朔州某电厂循环流化床锅炉燃煤矸石发电产生的固体废弃物，其中粒径为 38.22μm，粒度分布情况如图1所示。主要化学成分为：SiO237.9%，Al2O335.8%，Fe2O34.6%，CaO10.3%，MgO1.9%，SO32.2%，烧失量3.1%。

图1 固硫灰粒度分布图

普通硅酸盐水泥为朔州市某建材公司生产的P·O42.5水泥，其性能指标如表1 所示；发泡剂为市售动物型发泡剂，发泡倍数 30 倍，1h 泌水量 50mL，1h沉降距为 65mm。

试验用水为朔州当地自来水。

本试验采用三种防水剂以外掺形式加入到泡沫混凝土料浆中，防水剂分别为：寿光鑫特丽化工有限公司生产的石蜡乳液、济南多维桥化工有限责任公司硅烷防水剂和淄博市淄川五龙化工材料厂的硬脂酸钙，各防水剂编号及性能如表2 所示。

表1 P·O 42.5水泥性能指标

表2 防水剂性能

1.2 试验方法

本试验按表3 所示的泡沫混凝土配合比制备料浆，浇注成 100mm×100mm×100mm 的试块，养护至龄期。按照 JC/T 266—2011《泡沫混凝土》相应规定测试试块的容重、抗压强度和吸水率。

表3 试验配比 w t%

2 结果与讨论

分别对各试样的厚度偏差、抗压强度、吸水率等性能进行测定，其结果如表4 所示。

2.1 防水剂对泡沫混凝土性能的影响

不同试样的厚度偏差测试结果如图2所示。

试样的厚度偏差率表示试样实际厚度与理论厚度的偏差情况，偏差率值越小，表明偏差情况越大。从表4 和图2发现，随着防水剂加入量的增加，试样实际厚度较理论厚度偏差越大。

但总体而言，掺加防水剂1（石蜡乳液）和防水剂2（有机硅烷）的试样实际厚度较理论厚度偏差更大，这是由于掺加的防水剂因为其有机的材料特性，故会影响泡沫稳定性，降低泡沫混凝土成型高度，产生塌落现象；掺加防水剂3（硬脂酸钙）的试样实际厚度较理论厚度偏差较小，效果相对最好。因此，硬脂酸钙防水剂对泡沫混凝土的成型高度影响相对较小。

表4 试样性能测试结果

图2 试样厚度偏差率测定结果

2.2 防水剂对泡沫混凝土抗压强度的影响

不同试样的抗压强度如图3所示。

图3 试样强度

从表4 和图3可以看出，加入防水剂后，泡沫混凝土的早期抗压强度和后期强度均比试样 S1 低，且随着掺加量的增大而不断降低。这是因为有机防水剂具有保水性及吸水性，对混凝土水化过程有不良影响，因此强度均有所降低。

相比较而言，掺加防水剂3（硬脂酸钙）的试样早期强度和下降不大，但随着掺加量的增大，其后期强度下降幅度较大，其掺加量在1% 时，试样的早期强度和后期强度相对较高。

2.3 防水剂对泡沫混凝土吸水率的影响

不同试样的吸水率如图4所示。

图4 试样吸水率

从表4 和图4可以看出，泡沫混凝土中掺加防水剂时，除掺加1% 的防水剂2（有机硅烷）以外，均在一定程度上降低了泡沫混凝土的吸水率。

掺加防水剂1（石蜡乳液）可提高泡沫混凝土的防水性，其原因在于石蜡乳液可附着于水泥砂浆内部的空隙表面并对孔隙进行填充，从而改变内部孔洞结构和孔隙表面的接触角，起到防水作用[1]，随着掺加量的增大，试样吸水率先降低后升高；当掺加量为1% 时，吸水率可降低至 37.4%。

掺加防水剂2（有机硅烷）时，其参与泡沫混凝土的水化反应，在混凝土表面产生憎水层，但对泡沫混凝土结构中密闭气孔的形成无较大作用，因此防水效果相对较差，其应更适合外涂方式。本试验发现，当其掺加量为1% 时，试样的吸水率反而较空白样稍高。

掺加防水剂3（硬脂酸钙）时，由于硬脂酸钙中含有羧酸基，可以在水泥颗粒表面形成薄膜憎水层[1]，故可以显著改善泡沫混凝土的防水性。本试验发现，当硬脂酸钙的掺加量为1% 时，试样的吸水率最低，仅为8.5%。

综上所述，本试验制备的防水性泡沫混凝土的最适宜防水剂为硬脂酸钙防水剂，且其加入量以1% 为宜。

3 结论

（1）固硫灰基泡沫混凝土中掺加防水剂时，会在一定程度上降低试样的实际成型高度，造成塌落现象，且随掺加量的增加，塌落现象越明显；硬脂酸钙防水剂对泡沫混凝土的成型高度影响相对较小。

（2）固硫灰基泡沫混凝土中掺加防水剂后均会对泡沫混凝土强度产生不利影响，由于防水剂本身不参与胶凝材料的水化反应，或由于吸收胶凝体系中的水分，导致强度降低程度有所差异，且掺加1% 的硬脂酸钙时，对试样的强度影响相对较小。

（3）有机硅烷更适合于外涂以提高泡沫混凝土的防水性；石蜡乳液对泡沫混凝土的防水性能的改善起到积极作用；硬脂酸钙对泡沫混凝土的防水性能改善更为显著，且当硬脂酸钙的掺加量达1% 时，试样防水性能最优。

（4）本试验发现，掺加1% 的硬脂酸钙防水剂制备的固硫灰基泡沫混凝土，试样实际成型高度相对最高，3d 和 28d 强度优于掺加防水剂的其他试样，防水性最优。

[1]丁曼．防水性泡沫混凝土研究[D]．湖南：湖南大学硕士学位论文，2011．

[2]褚会超，吕宪俊，张燕，等．降低泡沫混凝土吸水率的研究现状及展望[J]．硅酸盐通报，2016,35(9): 2852-2859．

[3]武建芳，张国良，赵耀芳，等．朔州固硫灰特性研究及应用现状[J]．粉煤灰，2015(4): 23-26．

[4]陈雪梅．固硫灰泡沫混凝土的制备及性能研究[D]．绵阳：西南科技大学，硕士学位论文，2011．

MC2014-04“高掺量高强度粉煤灰水泥的制备”（2014年度山西省煤基重点科技攻关项目）

吴璟菲（1987—），男，山西朔州人，本科，工程师，长期从事电厂固废利用研究及应用工作。

［通讯地址］山西省朔州市平鲁区安太堡矿工业区内（036800）