粉煤灰掺量对硅粉泡沫混凝土早期强度的影响

（海南省公路管理局三亚公路局，海南 三亚 572000）

一、引言

泡沫混凝土作为新型建筑环保材料，具有废物再利用、能源消耗小、价格低廉、取材方便、生产成本低等优点，属于轻质混凝土。其主要由两相多孔组成，分别是固体相水泥基体与气体相空气空洞。气体相空洞很小，其半径均不足0.5mm。矿物质（硅粉与粉煤灰）外掺量变化会影响混凝土的力学性能及化学性能，最直观的表现是：泡沫混凝土的粘结强度与稳定性发生变化。粘结强度的形成，主要受接触界面上的化学粘剂、摩擦与机械联锁控制的抗剪切应力之和的影响。

按照空洞直径尺寸分类，可以将多孔材料划分为3类：微孔材料（直径小于2nm）、介孔材料（直径介于2nm与50nm之间）、大孔材料（直径大于50nm），因此泡沫混泥土为大孔材料。

硅粉别名硅灰，其约有90%的成分为二氧化硅。在混凝土中外掺硅粉后，可以有效提升混凝土的性能，并降低水泥用量。外掺硅粉可以有效提升混凝土的抗压强度、抗剪强度，同时可以改善其抗腐蚀、防渗漏功能、提高混凝土早期强度。

本文为了解决上述问题，研究如何提升粉煤灰泡沫混凝土早期强度，展开试验设计。依据泡沫混凝土的干燥配合比设计多组混凝土试样，对其试验并记录试验结果，分析数据，探究其变化规律。其中在实验设计中混合比例理论基础见公式（1）：

pg=SMs（1）

其中pg是设定的泡沫混凝土的干密度值，依据试验设定，kg/m3；S为常数，此处取定1；Ms是所用水泥质量，kg。

设计各种配合比及水灰比例并形成具有可比性的试验组，依次制作若干泡沫混凝土试样，经过标准养护一定期龄后，在同样环境下对各试验样本金属抗压强度试验。将各试验结果记录整理，以图表形式展现，分析硅粉与粉煤灰外掺比例对泡沫混凝土早期强度的影响机理及规律变化，为日后工程实践提供理论依据。

二、试验设计

（一）试验材料及性能概况

试验所用材料有：A厂生产的谷地牌35复合硅酸盐水泥、B火电公司研磨等级为一级的粉煤灰、C厂生产的比表面积为1.75×105cm2/g的硅粉、取自某市D自来水公司处理的标准自来水（水温恒定为50℃）、E建筑科学研究院研制的粉状荼系高效减水剂（Na2SO4所占比例仅4.5%）、F厂生产的浓度是28%的过氧化氢钠溶液、G厂生产的母料。

（二）混合比设定

本试验设定四组，每组进行两次。每组混合比例保持不变且相同，仅粉煤灰外掺量发生改变，其具体样本数据如表3所示。泡沫混凝土试样其水灰比设定0.45并保持不变。其制作过程如下：将胶凝材料、缓凝剂与泡沫依次倒入混合器后，对其完成2min的干燥混合。按照预先设计的水量及水温倒入水道混合器，各混合料混合2min，使其均匀。将泡沫稳定剂倒入混合物中，混合1min后，使泡沫与混合物混合均匀。取出混合物放入边长为15cm的聚氯乙烯立方体内，为保证试验构件表面光滑平整，在其模具表面覆盖薄膜避免水分蒸发造成表面出现裂缝。各构件放置到标准养护室中养护，分别养护4d与7d。利用相应仪器对期龄4d与7d的试验构件实测其力学性能。

表1 试验样本设定混合比

（三）样本强度检测

在样本强度检测方面，考虑到是立方体构件，对其采用无侧限单轴压缩试验检测。共设有4组试验构件，每组试验包含6个试验样本，4d与7d龄期分别有3个试验样本，另外一组作为空白对照（1组），方便对比。对3个试样构件检测3次，取3次检测数据的平均值作为试验数据。在取平均值时，若3次检测结果十分接近，最大值与最小值相差不足16%，可取其平均值；若最大值或者最小值与中间值相差超过16%，将超过的16%的数值去掉，仅取剩余两个数值的平均值。若最大值与最小值均与中间值相差超过16%，则这3个数据均作废。只有试验结果未出现作废现象，才能表明试验样本质量是恒定可信的。

三、试验数据剖析

（一）结果汇总

先对空白对照组（表1中1组）进行试验，其粉煤灰掺量为0，之后按照表1中顺序分别进行2组、3组、4组试验。详细记录各组试验检测数据，将4组试验样本的无侧限单轴压缩试验的检测数据汇总整理如表2所示，并绘制折线如图1所示。

（二）数据分析

粉煤灰泡沫混凝土的早期抗压强度与粉煤灰外掺量呈现波动规律，并且每个期龄变化规律基本一致。4d期龄的空白对照1组混凝土抗压强度0.81MPa，与之对比的粉煤灰外掺比例0.1的2组抗压强度仅为0.8MPa，基本无任何变化，表明此阶段混凝土的早期强度基本不受粉煤灰掺入的影响。对比1组与3组的混凝土检测数据，3组抗压强度达到0.86MPa，远远高于1组的0.81MPa，增幅高达6.2%，可以分析在该外掺比例条件下，混凝土早期抗压强度增长显著。对比1组与4组的混凝土检测数据，4组抗压强度为0.70MPa，小于1组的0.81MPa，其降幅达到13.6%，可以看出这个阶段混凝土早期强度随着粉煤灰掺量增加而降低。对于7d龄期的混凝土强度仅在粉煤灰外掺比例0～0.1区间内随着粉煤灰增加而增长略有区别外，其余阶段均与4d龄期混凝土的抗压强度变化规律保持同步。

表2 试验结果抗压强度值汇总

图1 抗压强度试验测定值折线图

纵向对比4d与7d龄期的抗压强度，不难看出试验样本7d龄期的抗压强度均大于同一比例粉煤灰掺量的4d龄期的抗压强度。在粉煤灰掺量比例达到0.15时，两个龄期的混凝土抗压强度达到最大值，之后早期强度与粉煤灰掺量成负相关。

综上分析，可以得到当外掺粉煤灰比例为0.15时，泡沫混凝土早期强度达到最大值。