泡沫混凝土力学性能对比试验初探

摘要：采用化学发泡和物理发泡相结合的方式，在42.5级硅酸盐水泥中掺混纤维制备泡沫混凝土及养护，通过试验研究了纤维对泡沫混凝土抗折强度和抗压强度的影响。结果表明：添加纤维增加了泡沫混凝土的抗压强度和抗折强度，极大地改善了韧性，可以有效改善泡沫混凝土的力学性能。

关键词：泡沫混凝土；力学性能；抗折强度；抗压强度

引言

伴随着空气环境质量不断下滑，节能减排已成为我国基本国策。建筑节能与绿色建筑受到空前关注。墙体及屋面的保温隔热将是建材绿色化的一个重要发展方向，而泡沫混凝土可作为取代聚苯乙烯泡沫塑料的防火保温隔热材料广泛应用于节能建筑中。泡沫混凝土是用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入到由水泥基胶凝材料、集料、掺合料、外加剂和水等制成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、自然或蒸汽养护而成的轻质多孔混凝土，也称发泡混凝土[1-4]。泡沫混凝土具有质轻、隔热、隔音、耐火、防水和抗冲击性能好等优点。其缺点也相对比较明显：强度偏低、吸水率较大。为了改善泡沫混凝土性能，在泡沫混凝土中添加纤维来改变其性能不失为一种有效的途径。纤维具有化学稳定性强、不吸水、抗酸碱能力强，在水泥基材料中呈三维空间乱向分布，具有增强、阻裂和增韧的作用，能够改变泡沫混凝土的孔结构[5-8]，从而改善泡沫混凝土的力学性能。本文采用化学发泡和物理发泡相结合的方式，利用42.5级硅酸盐水泥制备泡沫混凝土，并对泡沫混凝土养护，通过试验对不同配合比下混凝土的干密度进行了比较，并研究了相同干密度的素泡沫混凝土和纤维泡沫混凝土抗折强度和抗压强度的影响。

1试验情况

1.1仪器设备

深圳新三思生产的电子万能材料试验机SMT5105；BL168-8型小型发泡机；电子秤；电热鼓风干燥箱；自制小型搅拌机；钢板尺。

1.2原材料

水泥：为防止泡沫混凝土的泌水和塌陷，提高其早期强度，本研究选用茂名市油城牌水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥。发泡剂：本研究采用的是一种复合发泡剂，使用时按1：40加水稀释，发泡倍数为20。纤维：采用了一种无碱玻璃短纤维，其物理性能见表1所示。减水剂：本课题组自行研制醇胺类外加剂。水：普通自来水。

1.3试验配合比

本次试验主要研究在水灰比为0.5的情况下，分别设计了泡沫混凝土和纤维泡沫混凝土不同密度的配合比，具体见表2、表3所示。

1.4泡沫混凝土制作养护过程

先按配合比表格，考虑5%的损耗，将所需用料的质量计算出后，将水加入水泥中，用自制小型搅拌机进行搅拌，得到流动性良好的浆体，加入纤维搅拌（不掺纤维的略去此步）。与此同时，将发泡剂和水按照比例混合，用发泡机制备气泡高度稳定、泡沫细小且均匀的泡沫。把制备好的泡沫与搅拌好的水泥浆一起搅拌至均匀，最后将泡沫混凝土浇筑到预制好的模具中，用钢板尺对模具的边角进行防止踏模，最后将表面刮平。抗折试样尺寸为320mm×80mm×80mm；抗压试样尺寸为100mm×100mm×100mm。试件成型后编号、拆模，将其放在温度20±2℃、相对湿度95%的标准养护箱内养护至28d。

2泡沫混凝土的力学性能对比

按照GB11969-2008《蒸压加气混凝土的试验方法》标准分别对上述试件进行抗折、抗压力学性能试验。性能测试均在微控电子万能试验机SMT5105上完成，加载速度为1000N/s，室温为20±5℃。试验结果如表4、表5所示，其中表观密度、抗折强度、抗压强度均为三个试样平均值。

2.1不同密度下力学性能对比

相同水灰比的情况下，设计不同密度的泡沫混凝土，通过对比不同密度泡沫混凝土28d的抗折、抗压强度力学性能测试。泡沫混凝土试件从开始加载到破坏，整个过程只发生变形，吸收能量，基本不出现裂缝。根据表4中试样结果作强度性能随密度变化曲线图1所示。通过图1可以看出：泡沫混凝土的抗折强度、抗压强度都随表观密度的增大而增加。原因是在水灰比、工艺一致的条件下，孔隙率与表观密度成反比，即泡沫混凝土表观密度越小，孔隙率越高，低表观密度泡沫混凝土内部存在大量的细小均匀的泡沫，导致泡沫混凝土抵抗破坏的能力降低，泡沫混凝土的抗折强度和抗压强度迅速降低；与之相反，孔隙率小的泡沫混凝土强度偏高。

2.2纤维掺量不同时性能对比

根据表5中试样结果作强度性能随纤维量变化曲线图2所示。通过图2结果显示，纤维量从0.3%增加到0.6%时，泡沫混凝土的抗折有所提高；纤维量从0.6%提高到1.2%时，泡沫混凝土的抗折强度降低幅度较大，而纤维对抗压峰值应变的影响有限，其对抗压性能的改善主要体现在峰后承载能力上，其影响主要体现在峰值荷载之后性能的改善上。主要原因是在泡沫混凝土中掺入少量无碱玻璃短纤维后，其在水泥基材料中呈三维空间乱向分布，能够改变泡沫混凝土的孔结构，对泡沫混凝土的强度，特别是抗折强度有增强作用，但随着掺入量的增加，浆料的流动性大幅度下降，致使其抗折强度降低，抗压强度变化不明显。

3结论

泡沫混凝土的抗折、抗压强度随着表观密度的增加而增大；掺入纤维量从0增加到0.6%时，泡沫混凝土的抗折、抗压强度都不同程度有所提高；纤维量从0.6%提高到1.2%时，泡沫混凝土的抗折强度降低幅度较大，而抗压强度则基本维持不变。

参考文献

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作者：王志刚 龙志勤 单位：广东石油化工学院