粉煤灰对发泡混凝土抗压强度的影响

陈蒙蒙，赵小雨

(1.河南理工大学土木工程学院，河南 焦作 454003；2.河南省南阳市建设工程质量监督检验站，河南 南阳 473000)

粉煤灰对发泡混凝土抗压强度的影响

陈蒙蒙1，赵小雨2

(1.河南理工大学土木工程学院，河南 焦作 454003；2.河南省南阳市建设工程质量监督检验站，河南 南阳 473000)

为了开发利用粉煤灰，生产出节能环保的新型建筑材料产品，减少粉煤灰的环境污染，本实验为探索性实验，采用以复合硅酸盐水泥、砂为主要原材料，配以发泡剂、稳泡剂、增稠剂及减水剂等外加剂，制备出发泡混凝土，采用正交及对比实验方法研究了原料配合比对发泡混凝土28 d抗压强度的影响，结果表明：相同粉煤灰的掺加量随着发泡混凝土砌块孔径的增大其抗压强度降低的越快，故若想多掺加粉煤灰制备发泡混凝土砌块，其孔径必须限制在一定的范围。

节能环保；对比实验；抗压强度；孔径

随着经济的发展和人民物质生活水平的提高，城乡建筑迅速增加，建筑耗能的问题日益突出，资料显示[1]：建筑行业能耗占到了全社会总能耗的40%～50%，因而建筑节能问题已越来越被政府和社会各界重视。节能减排，发展循环经济是中国经济发展的大势所趋，是提高和发展可再生能源必要的途径。粉煤灰是电厂和各种燃烧锅炉排放的一种固体废弃物，是工业废渣中产量最大的一种，不仅污染环境，还占用大量土地，造成的环境问题相当严重。利用粉煤灰生产出节能环保的新型建筑材料产品是国家大力扶持的产业。发泡混凝土是一种新型建筑节能材料，随着建筑物向高层、大跨度方向发展，建筑材料的自重越来越引起人们的重视，新型轻质、节能的建筑材料的开发，已经成为近几年来的热点之一。因此研究以水泥、砂为主要原材料，掺加不同含量的粉煤灰，并配以发泡剂、稳泡剂、增稠剂和减水剂等外加剂，配制出粉煤灰发泡混凝土具有较好的经济和社会效益。

1 实验研究

1.1 原材料

水泥，河南省焦作市千业水泥有限责任公司生产的复合硅酸盐水泥，级别P·C32.5,基本性能指标见表1；粉煤灰，河南理工大学后勤公司供暖锅炉房里的粉煤灰，为Ⅲ级粉煤灰，基本性能指标见表2；发泡剂，自配的一定浓度的双氧水发泡剂；砂，普通河砂，用0.9 mm的标准筛过筛；减水剂，市售聚羧酸减水剂；稳泡剂,市售普通稳泡剂；增稠剂，市售普通增稠剂。

1.2 实验方法

本实验是探索性实验，实验总体分成二个部分，第一部分为不加粉煤灰的实验，第二部分为逐渐掺加粉煤灰替代砂的实验，然后进行对比分析。

首先配置一定浓度的发泡剂溶液，采用对比实验，不加粉煤灰的发泡混凝土的实验，变量只有发泡剂一项，水泥、砂、稳泡剂、增稠剂、减水剂和水的含量不变，分别做三组实验。然后用粉煤灰替代砂，因为粉煤灰的加入，改变了料浆的稠度，为保持水灰比不变，所以要改变减水剂的用量。减水剂的变化不会对试块抗压强度产生影响，所以采用正交对比实验，设计出三因素(发泡剂、砂、粉煤灰)三水平的正交实验L9(33)，其它量不变，做逐步加入粉煤灰后的发泡混凝土实验，以上试件分别入模，并且在硬化后加水养护28 d，养护室温度约为10 ℃，分别测出每组实验试块的抗压强度，根据实验现象及实验数据进行分析。

表1 水泥的性能指标

表2 粉煤灰的性能指标

1.3 试块的制作与养护

试块制作采用现浇，不需要蒸养养护。把水泥、砂、稳泡剂、增稠剂、减水剂与水混合后，用转速约为20 r/s的搅拌器搅拌均匀，水温约为40 ℃，使其具有较好的稠度，然后加入发泡剂搅拌约5 s，迅速将料浆倒入模具内。掺加粉煤灰的试块制作和上述一样，只是在料浆中加入了粉煤灰。等试块完全硬化后加水养护，加入的水浸过试块2 mm。28 d后，用切割机将每个模具内的试块切成三块100 mm*100 mm*100 mm的试块，放到压力机上去试压。

2 实验结果与讨论

2.1 实验现象

2.1.1 不掺加粉煤灰的实验

随着发泡剂质量的增加，反应逐渐加快，发泡倍数增加。当发泡剂质量为80 g时，反应很慢，料浆增长高度很小，约2 cm,硬化后，锯开试块一部分，内部气孔很密；当发泡剂为100 g时，反应较80 g发泡剂的实验快，料浆增长高度约5 cm，硬化后切开试块的一部分，内部气孔较密且均匀，但是还很小，达不到视觉上可行的效果；当发泡剂质量为120 g时，反应较快，料浆增长高度约为8 cm，硬化后，切开试块的一部分，起泡均匀，且气孔大小合适，视觉效果较好。图1是发泡剂三种掺量的试块入模后的照片。

图1 发泡剂三种掺量的试块

2.1.2 掺加粉煤灰的实验

粉煤灰的加入使实验反应有较大变化。首先掺加粉煤灰替代砂后，料浆稠度增大，为了不增大水灰比，只能增加减水剂的量，使料浆具有较好的稠度。随着粉煤灰替代砂逐渐增多，反应速度剧增，并且伴随着有大量的气泡产生，同时发泡剂的含量越大，反应也越迅速，反应结束后，试块表面有裂纹，或者是有较大的坑洼，并且20 min后有塌模现象。图2是发泡剂为80 g时的照片。

图2 掺加80 g发泡剂的试块

2.2 实验结果及分析

2.2.1 发泡剂对发泡混凝土抗压强度的影响

实验结果如表3所示，随着发泡剂用量的增加，试块28 d的抗压强度逐渐降低。原因是：随着发泡剂用量的增加，发泡倍数在增加，孔径变大。混凝土孔结构[2]是混凝土微观结构的重要组成部分，它直接影响着混凝土的抗渗性、抗冻性、强度等宏观特性。孔结构的孔径大小及孔的分布是影响水泥砂浆强度的主要因素。

表3 不加粉煤灰对比实验结果

2.2.2 粉煤灰掺量对发泡混凝土的影响

掺加粉煤灰的实验结果如表4所示。

当发泡剂的用量为80 g时，用500 g粉煤灰替代砂，所得抗压强度为2.49 MPa,比不加粉煤灰的抗压强度降低17.5%；用1 000 g粉煤灰去替代砂时，抗压强度为2.06 MPa,比不加粉煤灰的抗压强度降低31.7%；用1 500 g粉煤灰替代砂时，抗压强度为1.75 MPa，比不加粉煤灰的抗压强度降低42%。

当发泡剂的用量为100 g时，用500 g粉煤灰替代砂，所得抗压强度为1.99 MPa,比不加粉煤灰的抗压强度降低19.4%；用1 000 g粉煤灰替代砂时，抗压强度为2.06 MPa,比不加粉煤灰的抗压强度降低39.7%；用1 500 g粉煤灰替代砂时，抗压强度为1.75 MPa，比不加粉煤灰的抗压强度降低52.6%。

当发泡剂的用量为120 g时，用500 g粉煤灰替代砂，所得抗压强度为1.53 MPa,比不加粉煤灰的抗压强度降低30.1%；用1 000 g粉煤灰替代砂时，抗压强度为2.06 MPa,比不加粉煤灰的抗压强度降低50.7%；用1 500 g粉煤灰替代砂时，抗压强度为1.75 MPa，比不加粉煤灰的抗压强度降低58.0%。

随着粉煤灰取代砂量的增加，发泡混凝土的抗压强度成降低趋势，同时随着发泡剂用量的增加，发泡混凝土的抗压强度也呈降低的趋势，并没有因为粉煤灰的掺加而提高抗压强度，所以粉煤灰对发泡混凝土的抗压强度会产生不利影响。同时可以看出，随着发泡剂用量的增加，用相同量的粉煤灰替代砂，抗压强度的减少程度呈增大的趋势。这是由于[3]发泡混凝土的抗压强度不仅取决于硬化水泥浆体的强度，很大程度上还取决于气孔的体积，当气体的体积增大时，硬化水泥浆体的强度差异对发泡混凝土强度的影响减小。由于粉煤灰的密度低于砂的密度，当用粉煤灰等质量取代砂时，实际上增加了发泡混凝土拌合物固体与气泡体积比，增加了最终发泡混凝土的气孔体积，使发泡混凝土的抗压强度降低。

表4 加粉煤灰正交对比实验结果

3 结论

(1)用粉煤灰取代砂降低发泡混凝土的抗压强度，但其影响程度随着混凝土的气孔孔径的增大而增大，也就是说发泡剂的含量越高，孔径越大，掺加粉煤灰后的抗压强度降低的越多。

(2)由实验数据可以看出，复合硅酸盐水泥制成的发泡混凝土的抗压强度过低，与加气混凝土砌块相比较，远远达不到最低抗压强度3.5 MPa的规定，所以如果用发泡混凝土试块砌筑轻质填充墙砌体，需提高水泥的强度等级。

[1]夏清,叶昌,张海峰,等.粉煤灰泡沫混凝土轻质墙体研究[J].混凝土,2010(9):127-129.

[2]金珊珊,张金喜,陈春珍,等.水泥砂浆孔结构分形特征的研究[J].建筑材料学报,2011,14(1):92-94.

[3]方永浩,王锐,庞二波,等.水泥-粉煤灰泡沫混凝土抗压强度与气孔结构的关系[J].硅酸盐学报,2010,38(4):624-627.

Influence of fly ash on compressive strength of foam concrete

CHEN Meng-meng1， ZHAO Xiao-yu2

(1.SchoolofCivilEngineering,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454003，China；2.NanyangEngineeringQualitySupervisionandInspectionStationofMunicipalConstruction,Nanyang473000,China)

For development and utilization of fly ash in order to produce new building materials products of energy-saving, environmental protection, reduce environmental pollution of fly ash, this experiment is an exploratory experiments by using composite Portland cement and sand as the main raw materials, together with the blowing agent, foam stabilizer, thickener and superplasticizer admixtures to prepare foam concrete. And the effect of raw material mix for 28 d compressive strength of foam concrete and contrast is discussed by using orthogonal experimental method. The results show that the compressive strength reduced sooner with the same amount of ash when foam concrete block aperture increases. The pore size must be limited to a certain range if more fly ash is added in preparing foamed concrete blocks.

energy saving; comparative experiments; compressive strength; aperture

2013-09-16

陈蒙蒙(1987-)，男，河南洛阳人，河南理工大学土木工程学院硕士研究生。

1674-7046(2014)01-0001-04

TU522.3

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