泡沫混凝土绝干密度与抗压强度的相关性研究

现 阶段 我国泡沫 混 凝 土的 设 计与 施 工尚缺 乏标准和 技 术 规范，只能 靠 经验 或 通 过 大 量 试 验 来实 施 泡沫 混 凝 土 应 用， 不利于泡沫 混 凝 土 质 量控制和 技 术发 展。研 究 原 料 组 成 对 泡 沫 混 凝 土性 能的 影 响，探 讨 泡沫 混 凝 土 绝干密度与 抗 压 强 度 相 关 性，建 立 绝 干 密度与 抗 压 强 度 经 验 公 式，不 但 能 正 确 指 导泡沫混凝土组成优化和配比设计，而且可节省财力，简化试 验 试配和质量控制工作，加快泡沫混凝土的推广应用。本文
泡沫混凝土配合比设计依据固定原材料重量法和固体混合 料体积法进行。通过检测泡沫混凝土湿密度，进而控制泡沫混 凝土绝干密度和均匀性，达到控制泡沫混凝土抗压强度目的。 2.1 固定原材料重量法
以水泥—粉煤灰—泡沫—水原料体系泡沫混凝土为研究 对象。设计参数：
泡沫混凝土设计绝干密度为t干，单位为kg/m3； 基本用水量为yw，单位为kg/m3。 基本水料比为~，取值见表1。视粉煤灰掺量和泡沫剂质量
显然，不论是否掺加粉煤灰，还是粉煤灰掺量有所变化，泡 沫混凝土抗压强度与绝干密度之间具有良好的相关性。即在组
表 2 泡沫混凝土抗压强度与绝干密度的乘幂方程式
序 粉煤灰 号 掺量（%）
乘幂方程式
R2
绝干密度范围 （kg/m3）
备注
1
0
R压=3×10-8t干2.8661 0.9862 420-1070
2
y=3E-08x2.8432 R2=0.9935
500 600 700 800 900 1000 1100 绝干密度（kg/m3）
图 2 粉煤灰掺量为10%时泡沫混凝土密度与抗压强度相关性
18.0 16.0 14.0 12.0 10.0
8.0 6.0 4.0 2.0 0.0
400
粉煤灰掺量为20% 乘幂（粉煤灰掺量为20%）
51 总12期 2010.06 混凝土世界
试验研究
Experiment Research
3.1.2 试样制备 首先使用高速搅拌机（转速700转/min）将设定比例的泡沫
剂 水溶 液制成 泡沫，搅 拌 时间以泡沫 达 到均匀、细小、稳定为 准。再按设定比例计量水泥、粉煤灰和水，使用砂浆搅拌机将 其搅拌成均匀浆体，搅拌时间控制在180s。然后在浆体中加入一 定体积的泡沫，继续搅拌至均匀为止，预计时间在180s左右。采 用固定混合料体积法和原材料重量法来控制泡沫混凝土混合料 密度，进而控制泡沫混凝土密度。成型好的试件在室内放置，用 塑料布覆盖。2d~5d（时间长短视CFC密度而定）后脱模，在室内 密封条件下养护至试验龄期。 3.1.3 性能测试
探 讨了主 要 组 分对 泡 沫 混 凝 土 强 度的 影 响，建 立了最 基 本 的 泡 沫 混 凝 土 配合比 设 计 方 法，并以 最 常用的水泥 — 粉 煤 灰 — 泡 沫 —水 原 料 体系泡 沫 混 凝 土为研 究 对 象，研 究 绝干密度 在 4 0 0 k g /m 3 ~110 0 k g /m 3之 间的泡沫 混 凝 土绝干密度与 抗 压 强 度 的相关性。
800
900 1000
~
0.69 0.64 0.60 0.56 0.54 0.52 0.50
配合比设计关系式见式（1）和式（2）：
k1yC + k2yf = t干
（1）
yf /（yf + yC）=h
（2）
水泥、粉煤灰和水用量按式（3）、式（4）和式（5）计算：
yf = ht干/（（1-h）k1 + hk2） yC =（1-h）t干/（（1-h）k1 + hk2） yw = ~（yC + yf） 2.2 固定混合料体积法
Fv —泡沫剂水溶液发泡量，单位为m3/kg。
3 泡沫混凝土绝干密度与抗压强度相关性
3.1 试验研究 3.1.1 原材料
水泥：北京琉璃河水泥厂产42.5普通硅酸盐水泥。 粉煤灰：北京石景山发电厂产Ⅲ级干排粉煤灰。 混凝土泡沫剂：白色粉末，CCW-2008型，中国建筑材料科 学研究总院研制。具有起泡、稳泡、增粘、防水功能。
y=9E-10x3.3786 R2=0.9853
500 600 700 800 900 1000 1100 绝干密度（kg/m3）
图 4 粉煤灰掺量为30%时泡沫混凝土密度与抗压强度相关性
抗压强度（MPa）
抗压强度（MPa）
18.0 16.0 14.0 12.0 10.0
8.0 6.0 4.0 2.0 0.0
10
R压=3×10
t -8 2.8432 干
0.9935
420-1040
R压为 .1678 干
0.9948
420-1080
混凝土
4
30
R压=9×10
t -10 3.3786 干
0.9853
540-1030
28d抗 压强度
5
40
R压=5×10-10t干3.4503 0.9605 690-1010
（3） （4） （5）
1m3泡沫混凝土中，由水泥、粉煤灰和水组成的浆体总体积
为V1，泡沫添加量V2按式（6）计算。即配制单位体积泡沫混凝 土，由水泥、粉煤灰和水组成浆体体积不足部分由泡沫填充。
V2 = k3（1-V1）
（6）
式中： V2—泡沫添加量，单位为m3；
V1—加入泡沫前，水泥、粉煤灰和水组成的浆体
能产生泡沫的物质很多，但并非所有能产生泡沫的物质都 能作为泡沫剂使用。只有产生的泡沫在与砂（净）浆混合时不破 裂，具 有足够 稳定性，且不影响胶凝 材料 凝 结和硬化的物质 才 能用于制备泡沫剂。通过改变泡沫添加量，可制成不同浆体密 度和绝干密度的泡沫混凝土，泡沫混凝土强度也将因泡沫引入 量不同而不同。优选泡沫剂品种和确定最佳掺量是制备高性能 泡沫混凝土的必要条件。 1.3 骨料
成、配比和制备工艺相同的前提下，泡沫混凝土抗压强度与绝干 密度基本是一一对应。而粉煤灰掺量则对泡沫混凝土抗压强度 值产生影响。
抗压强度（MPa）
抗压强度（MPa）
18.0 16.0 14.0 12.0 10.0
8.0 6.0 4.0 2.0 0.0
400
粉煤灰掺量为10% 乘幂（粉煤灰掺量为10%）
400
粉煤灰掺量为0 乘幂（粉煤灰掺量为0）
y=3E-08x2.8651 R2=0.9862
500 600 700 800 900 1000 1100 绝干密度（kg/m3）
图 1 粉煤灰掺量为0时泡沫混凝土密度与抗压强度相关性
52 CHINA CONCRETE 2010.06 NO.12
抗压强度（MPa）
y=4E-09x3.1678 R2=0.9948
500 600 700 800 900 1000 1100 绝干密度（kg/m3）
图 3 粉煤灰掺量为20%时泡沫混凝土密度与抗压强度相关性
18.0 16.0 14.0 12.0 10.0
8.0 6.0 4.0 2.0 0.0
400
粉煤灰掺量为30% 乘幂（粉煤灰掺量为30%）
总体积，单位为m3；
k3—富余填充系数，k3通常大于1，视泡沫剂质量 和制泡时间而定。主要考虑泡沫加入到浆体中再混
合时的损失。
2.3 泡沫混凝土浆体密度
泡沫混凝土浆体密度t湿按式（7）计算：
t湿 =（1+~）t干 /（hk2 +（1-h）k1）+ V2 / Fv
（7）
式中： t湿—泡沫混凝土浆体密度，单位为kg/m3；
制 备泡 沫 混 凝 土骨 料通常分为 普 通 集 料、轻 骨 料和 超 轻 骨料三类。根据泡沫混凝土密度和强度要求，决定是否采用骨 料和 采用 哪 类骨 料。骨 料 品种和 表 观 密度 对 泡沫 混 凝 土 强 度 影响明显。为保证泡沫混凝土密度，用轻骨料比用普通骨料可 使 水泥 浆体形成的 结 构更 致 密。泡沫 混 凝 土 抗 压 强 度 通常 较 低，抗压破坏通常发生在含有大量气孔的水泥基基体中。与普 通混 凝 土相比，使 用 密度 较 低 的 骨 料 将 明 显 提 高泡 沫 混 凝 土 抗压强度。 1.4 粉煤灰
测 试 试件 2 8 d 龄 期的 抗 压 强 度、绝干密度 和吸 水 率，试 验 方法参照JC/T 1062-2007《泡沫混凝土砌块》进行。试件尺寸为 100mm×100mm×100mm。 3.2 试验结果
泡沫 混 凝 土设 计 绝干密度t干取4 0 0 kg /m 3、5 0 0 kg /m 3、 600kg/m3、700kg/m3、800kg/m3、900kg/m3和1000kg/m3，对应的 基本水料比~分别取0.69、0.64、0.60、0.56、0.54、0.52和0.50， 粉煤灰掺量h取0、10%、20%、30%和40%。测试28d龄期泡沫混 凝土的抗压强度和绝干密度。粉煤灰掺量为0、10%、20%、30% 和40%时，泡沫混凝土绝干密度与抗压强度相关性回归曲线见 图1、图2、图3、图4和图5。回归结果列于表2。
18.0 16.0 14.0 12.0 10.0
50 CHINA CONCRETE 2010.06 NO.12
试验研究
Experiment Research
硅酸盐系列水泥来源广泛、质量稳定、经济、耐久性好，因 而被泡沫混凝土行业广泛使用。硫（铁）铝酸盐第三系列水泥在 泡沫混凝土浆体形成、结构稳定性、早期强度发展等方面具有 特色，应用逐年增加，在一些特殊重点工程中的应用相继取得 成功。 1.2 泡沫剂
作适当调整； 水泥用量为yC，单位为kg/m3。水泥水化修正系数k1，经验值
取k1=0.10； 粉煤灰用量为yf，单位为kg/m3；粉煤灰水化修正系数k2，经
验值取k2=0.02； 粉煤灰掺量为h，单位为%；（表1）