摘要：泡沫混凝土具有質(zhì)輕、保溫隔聲等優(yōu)異性能，但易開裂、強(qiáng)度低和易塌模等問題制約了其在現(xiàn)澆承重墻體上的應(yīng)用。以P·O32.5R水泥、Ⅲ級(jí)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(yàn)研究了外加劑對(duì)泡沫混凝土性能的影響，并結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例，對(duì)泡沫混凝土整澆墻易出現(xiàn)的問題進(jìn)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(shí)容易出現(xiàn)的塌模、開裂等問題。

關(guān)鍵詞：泡沫混凝土；現(xiàn)澆；外加劑；工程應(yīng)用

泡沫混凝土具有輕質(zhì)、保溫、隔熱、隔聲等優(yōu)異性能，而且生產(chǎn)投資少、可大量利用工業(yè)廢渣，它的應(yīng)用對(duì)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(qiáng)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(zhǎng)，高摻量粉煤灰泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度會(huì)明顯增大。

近年來，泡沫混凝土在國(guó)內(nèi)應(yīng)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(qiáng)度較低，不適宜作為承重墻材；預(yù)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(jié)構(gòu)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(yán)重制約了泡沫混凝土的廣泛應(yīng)用本文以普通硅酸鹽水泥、粉煤灰和自制復(fù)合發(fā)泡劑為主要原料，通過單因素試驗(yàn)研究了外加劑對(duì)泡沫混凝土強(qiáng)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(yīng)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(jié)合工程實(shí)例，對(duì)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(jìn)行分析，并總結(jié)提出相應(yīng)的解決建議。

1配合比設(shè)計(jì)

1.1原材料

水泥：拉法基P·O32.5R水泥；粉煤灰（FA）：Ⅲ級(jí)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(fù)合發(fā)泡劑（主要成分為十二烷基磺酸鈉）；鋼絲網(wǎng)，規(guī)格為10mm×10mm。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1密度設(shè)計(jì)

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(yàn)中采用固定混合料體積法來計(jì)算泡沫添加量，添加泡沫體積按式（1）計(jì)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(shí)驗(yàn)所用的經(jīng)驗(yàn)值為1.2。

對(duì)于設(shè)計(jì)干密度固定的泡沫混凝土按照式（2）來計(jì)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(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)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(jīng)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)取0.25。

1.2.2澆注高度試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)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(zhì)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(shè)計(jì)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(hù)3d，分別對(duì)柱體頂端和底部取樣進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試內(nèi)容：干密度、強(qiáng)度、測(cè)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J(rèn)C/T1062—2007《泡沫混凝土砌塊》進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試，強(qiáng)度測(cè)試后將試樣置于105℃烘干24h后測(cè)質(zhì)量，計(jì)算干密度。

分別研究了A、B、C、D四種外加劑對(duì)泡沫混凝土的影響，凝結(jié)時(shí)間參照GB1346—2001《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試；流動(dòng)度參照GB/T2419《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》進(jìn)行測(cè)試。保持基準(zhǔn)配比不變，改變4種外加劑摻量，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

2試驗(yàn)結(jié)果

2.1澆注高度試驗(yàn)結(jié)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(qiáng)度增大了0.234%，未出現(xiàn)塌模跡象。分析認(rèn)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(qiáng)度差異不大。分別對(duì)底部和頂部的泡沫混凝土進(jìn)行SEM掃描分析，結(jié)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(rèn)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(huì)上浮。但漿體中粉煤灰顆粒受重力作用會(huì)微沉降，底部漿體中部分小泡破裂，聚合成為大泡，也就導(dǎo)致了底部小泡較少，干密度稍大。

2.2外加劑單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1減水劑摻量對(duì)泡沫混凝土抗壓強(qiáng)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(qiáng)度緩慢增大；當(dāng)減水劑摻量超過0.5%時(shí)，減水劑對(duì)泡沫混凝土強(qiáng)度影響變大；當(dāng)減水劑摻量為2.5%時(shí)，3d抗壓強(qiáng)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(gè)范圍反而會(huì)對(duì)泡沫混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)聚羧酸系減水劑摻量過多，泡沫混凝土的凝結(jié)時(shí)間變長(zhǎng)，容易導(dǎo)致塌模。

2.2.2 速凝劑摻量對(duì)泡沫混凝土凝結(jié)時(shí)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(jié)時(shí)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(jié)的快慢直接影響到泡沫氣孔的分布和損失率，尤其對(duì)于現(xiàn)澆工程，在有一定高度要求時(shí)初凝時(shí)間最好在25～45min。

2.2.3 PP纖維摻量對(duì)泡沫混凝土抗折強(qiáng)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(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度。對(duì)泡沫混凝土抗壓強(qiáng)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(duì)泡沫混凝土強(qiáng)度的影響。隨著泡沫摻量的增大，PP纖維對(duì)泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度提高幅度增大，最大可以提高45.0%；對(duì)泡沫混凝土的干縮有顯著的改善作用。而大摻量PP纖維會(huì)使得纖維分散不好形成網(wǎng)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(qiáng)度提高，摻量為0.8%時(shí)，泡沫混凝土3d抗折強(qiáng)度達(dá)4.01MPa。

2.2.4 穩(wěn)泡劑摻量對(duì)泡沫混凝土流動(dòng)度和保水性的影響（見表2）

表2 穩(wěn)泡劑摻量對(duì)泡沫混凝土流動(dòng)度和保水性的影響

由表2可知，當(dāng)穩(wěn)泡劑摻量為0.06%時(shí)，泡沫混凝土漿體的泌水現(xiàn)象消失、流動(dòng)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(dāng)穩(wěn)泡劑摻量繼續(xù)增加至0.09%時(shí)，漿體黏稠，導(dǎo)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(xué)概念，它是指2個(gè)（或2個(gè)以上）體系或運(yùn)動(dòng)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(xué)的概念。由于研究單一外加劑時(shí)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(dāng)減水劑摻量選擇2.5%時(shí)，減水效果明顯，但凝結(jié)時(shí)間卻增加，嚴(yán)重的緩凝會(huì)導(dǎo)致整澆墻塌模。速凝劑的增加可以縮短凝結(jié)時(shí)間，但在最佳摻量減水劑的配合比下，通過速凝劑調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間后，大摻量的速凝劑又會(huì)影響漿體的流動(dòng)性和后期強(qiáng)度。

經(jīng)過澆注高度試驗(yàn)和外加劑單因素試驗(yàn)，通過減水劑調(diào)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(wǎng)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(shí)起到一定保溫效果。對(duì)初步的配合比做了調(diào)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(zhì)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(wǎng)4.8m2/m³，按此配比進(jìn)行最終工程施工。

3 工程應(yīng)用

3.1工程簡(jiǎn)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(shí)間：2009年6月29日。施工地點(diǎn)：成都郫縣工業(yè)園區(qū)北區(qū)。工程內(nèi)容：工程采用P·O32.5R水泥和Ⅲ級(jí)粉煤灰為主要原料，結(jié)合自制復(fù)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(dāng)用粉煤灰等質(zhì)量取代水泥時(shí)，實(shí)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?jǐn)?shù)，使混凝土抗壓強(qiáng)度提高。前期研究表明，當(dāng)泡沫混凝土的干表觀密度大于1000kg/m³時(shí)，其28d抗壓強(qiáng)度可以遠(yuǎn)大于10MPa，符合JC/T1062—2007的A7.5等級(jí)砌塊要求。工程采用設(shè)計(jì)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(zhǔn)備：按照施工的設(shè)計(jì)進(jìn)行配料計(jì)算，購買原材料和外加劑，準(zhǔn)備儀器設(shè)備，檢查設(shè)備運(yùn)行情況是否良好，同時(shí)對(duì)施工過程中所需人員協(xié)調(diào)分配，確保施工能井然有序。（2）基層清理：在木模安裝前，對(duì)基層上的浮漿、松散的混凝土塊、包括其它建筑雜物等進(jìn)行清理，做到基層表面平整，并灑水濕潤(rùn)。（3）木模安裝：應(yīng)按圖紙要求彈出墻體軸線、墻邊線、門窗洞口線和標(biāo)高控制線，安裝木模。（4）鋼絲網(wǎng)安裝：安裝好木模后在木模內(nèi)安置鋼絲網(wǎng)，并保證平整分布在木模中間。將木模和鋼絲網(wǎng)固定牢固。（5）模具校準(zhǔn)：安裝后反復(fù)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(nèi)部的垃圾，填補(bǔ)可能漏漿的孔洞，仔細(xì)核對(duì)圖紙與模具安裝的結(jié)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(jī)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(shè)備，將所制的泡沫加入攪拌機(jī)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(nèi)。（8）屋面澆注：將預(yù)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(hù)：待樣板房整體澆注完成后，拆模，并在自然環(huán)境下養(yǎng)護(hù)。（10）墻體處理：抹灰前檢查泡沫混凝土墻體，對(duì)澆注時(shí)由于模板接縫、不平整導(dǎo)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(shí)。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(jié)語

通過此次泡沫混凝土現(xiàn)澆高為4m的整澆墻技術(shù)得到檢驗(yàn)，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(jié)合工程實(shí)例，對(duì)泡沫混凝土整體現(xiàn)澆墻體易出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析總結(jié)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(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，增加工程成本和工序。此外，大面積使用木模而導(dǎo)致的現(xiàn)澆整體墻面不平整也增加了后期工程量。

（2）強(qiáng)度問題：整澆墻在具有一定保溫節(jié)能特性的同時(shí)還有承重作用，對(duì)泡沫混凝土的強(qiáng)度有一定要求。強(qiáng)度過低作為承重墻體會(huì)存在導(dǎo)致工程事故的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）干縮開裂：澆筑后，泡沫混凝土的干縮、開裂，以及由于結(jié)構(gòu)疏松多孔引起的易碳化、易鹽析等問題會(huì)嚴(yán)重影響泡沫混凝土的工程應(yīng)用。

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

4.2 解決建議

結(jié)合施工過程的體會(huì)，筆者對(duì)上述問題提出了相關(guān)解決方法，希望能為泡沫混凝土整澆墻技術(shù)的同行們提供參考。

（1）針對(duì)泡沫混凝土開發(fā)設(shè)計(jì)專用的廉價(jià)、可以重復(fù)利用的快速拆卸模板，拼裝的模具要求整體表面平整、運(yùn)輸輕便。方便快捷的組裝拆卸即可以加快工程進(jìn)度，又能保證工程質(zhì)量。

（2）按照建筑質(zhì)量要求進(jìn)行施工預(yù)算，得出滿足建筑要求的最低強(qiáng)度。建議低層承重墻體的強(qiáng)度設(shè)計(jì)不小于7MPa。本次施工采用的1100kg/m³泡沫混凝土28d強(qiáng)度為10MPa。在滿足強(qiáng)度指標(biāo)的前提下還需同時(shí)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(qiáng)度發(fā)展。集合外加劑的保水穩(wěn)泡效應(yīng)、纖維局部抗裂和鋼絲網(wǎng)的宏觀拉應(yīng)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(huì)開始破裂，盡可能的縮短攪拌地點(diǎn)和施工地點(diǎn)的距離。運(yùn)輸過程需要持續(xù)攪拌，但攪拌時(shí)間不宜過長(zhǎng)，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(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)室泡沫混凝土的研究結(jié)果在工程上得到了較好的應(yīng)用，大膽采用較高密度的泡沫混凝土，進(jìn)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(zhì)量問題。

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