绿色低碳泡沫混凝土制备及其性能研究

黄玉萍 白俊江 苏龙辉 翁仁贵 陈平阳

摘 要：泡沫混凝土在应用过程中出现易开裂、强度低等问题，通常采用掺入纤维用于改善其性能。本文研究了建筑垃圾再生细骨料取代天然砂时泡沫混凝土的抗压强度的变化，并用聚丙烯纤维对其进行改性。结果表明，当再生细骨料完全取代天然砂、纤维体积掺量为0.30%时，泡沫混凝土抗压强度为6.5MPa，流动度为183mm，吸水率为13.3%，抗折强度为1.62MPa。

关键词：建筑垃圾细骨料；泡沫混凝土；力学性能

1 前言

泡沫混凝土具有轻质、保温隔热隔音性能好、耐火性能好、整体性和耐久性好、低弹减震好、环保性能好、生产加工以及施工方便等优点。但当前泡沫混凝土生产用的主要骨料为天然砂，近年来随着建筑建设的不断发展，天然砂不仅价格节节攀升，更面临着资源枯竭的危险。在这种背景下，能找到其他廉价常见的物质，或能循环利用废物垃圾替代天然砂成了热门话题。针对此类情况，国内不少学者专家都展开研究泡沫混凝土的性能。

贾艳涛等[1]将EPC颗粒和聚丙烯纤维分别掺入泡沫混凝土中，分别发现EPC颗粒的掺入可以有效地降低泡沫混凝土的容重，但也降低了其抗压强度，且聚丙烯纤维的掺入量在一定范围内对泡沫混凝土的抗压强度有提高作用。赵星等[2]研究结果表明，泡沫混凝土抗压强度随玄武岩纤维体积掺量的提高而增强。慕洪涛[3]对泡沫混凝土展开研究发现聚丙烯纤维能显著提高泡沫水泥基吸声材料的抗压强度，其中当纤维掺量为1.0kg/m3时增强效果最为明显[4]。

2实验材料与方法

2.1实验材料

水泥：实验中所用的为普通硅酸盐水泥（P·O42.5级水泥），其物理力学性能与XRF分析结果见表1、2。

天然砂：5～25mm连续级配的花岗岩碎石，符合GB/T14685—2011《建筑用卵石、碎石》要求。

建筑垃圾细骨料为福建省福州市闽侯县某工地其性能见表3。

发泡剂：试验所用发泡剂为以动物蛋白质为主、复配天然植物起泡剂的复合发泡剂，其密度为1.09g／mL，兑水比例为1：20。

聚丙烯纤维：纯度99%，长度6mm。

减水剂：聚羧酸高效减水剂。

水：自来水。

2.2实验方法

2.2.1制备泡沫混凝土

本次实验制备泡沫混凝土的方法为预制泡沫混合法，具体流程如下：

（1）将水泥、自来水和天然砂分别倒入型号为JJ-5水泥胶砂搅拌机的搅拌锅中，并启用140r/min的低速搅拌将其混合搅拌1min，得到浆料。

（2）将发泡剂溶液放入YS-F-FP-A型的用水泥发泡机中，得到预制泡沫。

（3）量取所需的预制泡沫，将其放入水泥净浆中进行285r/min的高速混合搅拌，得到泡沫混凝土浆体。

（4）将所得泡沫混凝土浆体浇注于100mm×100mm×100mm的模具中，在室温下养护24h并进行脱模，得到泡沫混凝土试块。

（5）将试块放入养护箱中养护28d便可对其进行性能测试，箱中相对湿度为95%、温度为（20±2）℃。

2.2.2建筑骨料取代天然砂性能测试

依照上述泡沫混凝土制备方式制备混凝土，并用建筑细骨料取代天然砂，分别取代天然砂的0%、25%、50%、75%、100%，以质量计。对制备出的泡沫混凝土进行抗压测试，并绘制出建筑细骨料不同取代程度的抗压强度线型图，探究抗压强度与建筑细骨料取代量的关系。

2.2.3聚丙烯纤维改性测试

将纤维均匀混合掺入泡沫混凝土后主要起到以下作用：

（1）提高泡沫混凝土的抗变形能力。

（2）抑制新裂缝的出现、阻止已经出现裂缝的继续扩展。

（3）提高其自身的抗拉强度。在众多学者研究下，关于纤维的品种已有大量的试验，对于加入泡沫混凝土中的阻裂纤维主要涵盖以下几种：聚丙烯纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维和聚乙烯醇纤维等，其中聚丙烯纤维是比较成熟的一种。

2.2.4 性能测试方法

（1）抗压强度

抗压强度试验所需仪器为微机控制电子万能试验机，试验过程应符合以下规 定：

1）抗压强度的测定需用抗压夹具，抗压试验所需试件为抗折试验后留下的 6个断块，断面尺寸为40mm×40mm；为保证试验的准确性，试验前应清除试体受压面与上下加压板的砂粒或杂物；试验时，将试体的侧面作为受压面放入夹具中，并使夹具对准压力机压板中心进行试验。

2）控制压力机加荷速度为0.5mm/min，開动试验机，破坏后记录Pc（N）。

3）抗压强度按下式计算（精确至0.01MPa）。

fc=      （1）

式中：A为受压面积，即40mm×40mm。

（2）流动度

参照《泡沫混凝土应用技术规程》（JGJ/T 341-2014）评价碱矿渣泡沫混凝土的流动度。将新拌浆体倒入内径、高度均为80mm的空心圆筒，用平口刀轻敲圆筒外侧，后刮平端口，再将其缓慢垂直上提，静置60s后，用游标卡尺测得最大水平直径，重复三次试验，其算术平均值为泡沫混凝土的流动度。

（3）吸水率

参照《泡沫混凝土》（JG/T 266-2011）进行。先将3个试件在（60±5）℃烘 箱中烘干至恒重m0，再将冷却至室温的试件，放入恒温水槽内，再加水至试件高度的1/3，浸泡1天，再加水至试件高度的2/3，再持续1天后，加水高于试件30mm 以上，再浸泡1天后取出。将试件表面的水分用湿抹布抹去，称取试件质量mg， 精确至1g，吸水率W按式（2）计算，单位为%，精确至0.1。

（2）

3结果与讨论

3.1建筑细骨料取代量与抗压强度的关系

为探索建筑垃圾细骨料掺量对泡沫混凝土强度的影响，实验将建筑再生细骨料对天然砂的取代量分作5组（0%、25%、50%、75%、100%），取代量与强度的关系如图1所示。

建筑垃圾再生细骨料取代量与抗压强度变化见图1，随着再生细骨料取代率的增加，其在标准养护条件下的抗压强度逐渐降低，且呈良好的线性关系。泡沫混凝土没有添加建筑细骨料时抗压强度为6.24MPa，但随着取代量的逐渐增大，泡沫混凝土的抗压强度逐渐降低，当建筑垃圾再生细骨料完全取代天然砂石后，泡沫混凝土的抗压强度仅有3.25MPa。

3.2纤维体积掺量对抗压强度的影响

普通泡沫混凝土的破坏形态，破坏时会有较大的响声，且试件直接发生裂开，使得表面碎片分散。而纤维泡沫混凝土则不会，散落在周围的碎片较少，裂纹细小。因此，实验继续探索在建筑垃圾细骨料掺量恒定条件下，纤维掺量对泡沫混凝土强度的影响。泡沫混凝土的抗压强度随着纤维体积掺量的增加而显著增大，当体积掺量达到0.3%，抗压强度约为4.4MPa，而当体积掺量达到0.75%时，抗压强度达到5.5MPa。

3.3纤维掺量对泡沫混凝土流动度的影响

流动度影响着实际施工的便利性与其浇筑成型的质量好坏。若其流动度过大，在浇筑成型时易出现离析现象；若其流动度过低，泡沫在浆体中易团聚，不易分散。各组试件的流动度都达到自流平的要求，约在170-200ｍｍ。建筑再生细骨料取代天然砂一定程度上提高了泡沫混凝土的流动度，但随着纤维体积掺量的增加，流动度逐渐减少，呈良好线性关系。当纤维体积掺量为0.30%时，流动度为183mm，当纤维体积掺量为0.45%时，流动度为179mm，具有较好的流动性，这使泡沫混凝土在施工时可以避免机械振动捣实的步骤，且能修复填充孔洞及狭小裂缝空间。在实际应用中更加简便，对填充密实的效果有很大的提升。

4 结论

建筑固废的利用不仅响应国家的环保号召，更是实现了全组分资源化循环再利用，节约资源成本。本次实验就对建筑再生细骨料的工程应用进行探究，得出的结论如下：

（1）随着建筑再生细骨料对天然砂的取代率的增大，泡沫混凝土抗压性能明显降低，无法满足要求，必须进行改性才能应用。

（2）再生细骨料本身存在的性能缺陷，综合考量后选择聚丙烯纤维对泡沫混凝土进行改性，并用折线图的方式体现前后变化。

（3）根据泡沫混凝土的抗压强度、流动度、吸水率和抗折强度四个方面综合考虑，当再生细骨料完全取代天然砂后，聚丙烯纤维体积掺量达到0.30%时，为泡沫混凝土的最佳配比。

参考文献

[1]賈艳涛，杨永敢.泡沫混凝土性能试验研究[J].硅酸盐通报，201

6，35（9）：2804-2809.

[2]赵星，霍冀川，高亚，等.玄武岩纤维增强泡沫混凝土性能的研究[J].混凝土与水泥制品，2012（12）：54-57.

[3]慕洪涛.泡沫水泥基吸波材料的性能研究[D].沈阳理工大学，2016.

[4]魏天伟，谭伟，陈明，等.纤维对泡沫混凝土比强度的影响[J].混凝土与水泥制品，2005（5）：49-51.

[5]袁伟，丁来彬，秦岷，等.水泥基泡沫混凝土裂缝控制技术研究[J].粉煤灰，2014（3）：33-37.