预拌浆体泡沫混凝土生产工艺可行性研究.pdf

———文章编号：１００９４５３９（２０１７）１００１１３０５预拌浆体泡沫混凝・建筑材料・土生产工艺可行性研究张晓刚（中铁建设集团有限公司北京１０００４０）摘要：为避免现浇泡沫混凝土施工现场扬尘、废浆污染和人工耗费高的问题，提出一种预拌浆体现浇泡沫混凝土生产施工工艺。研究用预拌浆体生产和施工泡沫混凝土时，气温条件、工艺时长、外加剂减水保塑措施等对浆体性能和泡沫混凝土施工性、产品硬化结构、物理性能的影响，从而确定工艺可行。关键词：泡沫混凝土流动度抗压强度绿色施工中图分类号：ＴＵ５２８文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－４５３９．２０１７．１０．０２７ＦｅａｓｉｂｉＵｔｙＳｔｌｌｄｙｏｎＰｒｅ－ＩＩｌｉｘｉｎｇＳｌｕｒｒｙＦｏａｍＣｏｎｃｒｅｔｅＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓＺｈａｎｇ×ｉａｏｇａｎｇ（ＣｈｉｌｌａＲａｉｌｗａｙＣｏｎｓ咖ｃｔｉｏｎＧｍｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅ玎ｉｎｇ１０００４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｍｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏａｖｏｉｄｓｏｍｅｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｔＩｌｅｄｕｓｔｐｏｕｕｔｉｏｎ，ｗａｓｔｅⅡｓｌｕｙｐｏｌｌｕｔｉｏｎｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｍｃｔｉｏｎｓｉｔｅ，ａｓｗｅｌｌａｓｈ培ｈａｎｉ６ｃｉａｌｃｏｓｔｓｏｆｔｈｅ—ｃａｓｔ－ｉｎｐｌａｃｅｆｏ砌ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ａｐｒｅ－ｍｉｘｅｄｓｌｕｒｒｙｆｏａｍｃｏｎｃｒｅｔｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｓｔｎｌｃｔｉｏｎｐｍｃｅｓｓｗａｓｐｍｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｏｎａｄｍｉｘｔｕｒｅｐｍｐｅｎｉｅｓａｎｄｆｏａｍｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙ，ｈａｒｄｅｎｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｈｙｓｉ－ｃａｌｐｍｐｅｒｔｉｅｓ，ｃａｕｓｅｄｂｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｐｒｏｃｅｓｓｔｉｍｅ，ｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｗｈｅｎｆｏａｍｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｗ鹊ｍａｎｕｆ如ｔｕｒｅｄｕｓｉｎｇ—ｐｒｅｍｉｘｅｄｓｌｕｒｒｙ．Ｔｈｅｐｍｃｅｓｓｗａｓｐｒｏｖｅｄｆｅａｓｉｂｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｏａＩｌｌｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｎｕｉｄｉｔｙ；ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｎ尊ｈ；ｇｒｅｅｎｃｏｎｓｔｍｃｔｉｏｎ１前言１．１现浇泡沫混凝土简介现浇泡沫混凝土是一种使用蛋白类或高分子材料发泡剂，通过专用机械物理发泡，将泡沫与水泥浆均匀混合后，进行现场泵送浇筑的新型水泥基轻质建筑保温填充材料。常用泡沫混凝土的密度等级为（３００～１２００）ｋｇ／ｍ孔１。。由于泡沫混凝土中含有大量封闭的细小孔隙，因此具有良好的保温隔热性—能。通常导热系数在０．０８０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）之间，热—阻约为普通混凝土的１０２０倍。泡沫混凝土防火等级达到Ａ级【２Ｊ，具有良好的耐火性能。此外还具有良好的隔音性能、低弹减震性能和现浇施工性能。１．２常规现浇泡沫混凝土工艺介绍“传统现浇泡沫混凝土生产施工存在五大一—收稿日期：２０１７０７一ｌＯ基金项目：超高层建筑综合施工技术研究项目（ＬｘｌＨ１）作者简介：张晓刚（１９７７一），男，高级工程师，主要从事混凝土技术、无机材料研发和试验检测管理工作。”难缺陷，即：投料扬尘大、废浆废水污染大、计量偏差大、人工耗费大、占用场地大和转场困难。即使是用目前最先进的封闭式自动搅拌系统，也只能做到粉料精确计量，无法彻底解决粉料输送、废浆废水问题，且机组更庞大，需预先在现场进行地基处理，转场也更加困难，给工程绿色施工带来极大环保风险。１．３研究目的研究一种采用商品混凝土搅拌站预拌浆体，由专用搅拌车运送到工程现场，通过专用泡沫混凝土生产机械现场发泡搅拌后泵送至作业面现浇施工的预拌浆体现浇泡沫混凝土（以下简称预拌泡沫混凝土）生产工艺。研究用预拌浆体生产和施工泡沫混凝土时，生产施工条件对泡沫混凝土的影响，确定工艺的可行性。１．４本文术语（１）早期：水泥浆体硬化前，靠泡沫承担浆体自重，形成柔性骨架，使泡沫混凝土在塑性阶段维持铁道建篱技术ＦｌＡ『ＬＷＡｙＣＯ～Ｓ丁ＲＵＣ丁ｆ０Ｎ丁￡．ｃｌＨ～０正＿０Ｇｙ２Ｄ７７ｒ了ＤＪ１１３万方数据・建筑材料・体系稳定和气孑Ｌ结构的时间，一般１～２４ｈ。（２）经时：水泥和粉煤灰胶凝材料经加水搅拌成浆体后停留至试验要求的过程。２实验仪器和材料２．１主要仪器设备—ＨＩ＇５０泡沫混凝土一体化设备、ＮＪ．１６０Ａ型水泥净Ⅳ—浆搅拌机、儿５０恒应力压力机、电热鼓风干燥箱、天平（２０００ｇ±１ｇ）、截锥圆模、反射式电子放大镜。２．２试验材料北京琉璃河水泥厂Ｐ．０４２．５普通硅酸盐水泥，Ⅱ性能指标见表１；三河和众Ｆ类级粉煤灰，性能指标见表２；华泰高分子复合型发泡剂（发泡率１：５０）；中岩科技缓凝型聚羧酸高效减水剂（减水＋葡萄糖酸钠组分）。表１■琉璃河水泥质指标比表面积／初凝终凝Ｒ３／Ｒ２８强度／ＭＰａ标准稠度（ｍ２・ｋｇ一１）时间／ｍｉｎ时间／ｍｉｎｌ抗折ｌ抗压用水量／％３７７１８８２５０１５．９／８．５１２８．４／６１．９２８．０表２粉煤灰质量指标（Ｆ¨级）３试验项目３．１预拌浆体凝结性能采用普通硅酸盐水泥和粉煤灰配制胶凝材料。根据杨婷松等的研究，泡沫混凝土适宜的水胶比为—０．４旧１；郑秀梅等建议泡沫混凝土水胶比为０．４５０．５Ｈ１。根据文献探讨，为保证泡沫混凝土致密性，选取０．４为适宜水胶比。在适宜水胶比下，研究２０％、３０％、４０％粉煤灰取代率时浆体的凝结时间，以确定掺合料取代率对浆体凝结时间的影响。３．２温度对预拌浆体凝结时间影响℃℃℃预设温度２０、３０、４０，对浆体凝结时间进行试验。３．３预拌浆体经时流动度损失对预拌泡沫混凝土的拌和物性能和力学性能的影响℃℃在浆体凝结时问内，研究常温２０和高温３５下，预拌浆体经时流动性变化及对应泡沫混凝土的拌和物性能和力学性能的影响。３．４缓凝型聚羧酸高效减水剂对预拌浆体减水保塑时对泡沫混凝土性能的影响根据北方泡沫混凝土施工时间一般在５月到℃１０月的工艺流经验，针对气温大于３０条件下施工的情况和尽量减少商品混凝土对外加剂品种数量的限制要求［５Ｊ，研究将拌混凝土用缓凝型聚羧酸高效减水剂用于预拌浆体减水保塑时对泡沫混凝土性能的影响和可行性。４试验结果４．１在适宜水胶比０．４、封闭条件下的预拌浆体凝结性能详细试验结果见图１、图２。置５００▲▲———ｆ＿＿匡４００———▲—・Ｊ，一Ｊ督３００球２００．器１０００２０％２５％３０％３５％４０％—◆℃一２０４３５４４ｌ４８ｌ５１９５３４—℃．－３０３２２３４ｌ３７０４１９４２７—★℃一４０２７３２７７２９２３３１３１０粉煤灰掺量／％图１初凝时间、温度、粉煤灰掺量关系由图１可见，在适宜水胶比０．４、封闭条件下，浆体初凝时间随粉煤灰掺量增加而增加；在同粉煤灰掺量下，浆体初凝时间随温度升高而缩短。养护℃温度达到４０时，浆体的初凝时间随掺量的增加范围在３０ｍｉｎ以内，幅度较小。且根据图１曲线，在粉煤灰掺量为３０％时，随粉煤灰掺量增加，浆体初凝时间出现拐点，呈现加速延长趋势。６００／一．‘聋５００●———√匣４００—＿ｔ：基３００繇２００１００Ｏ２０％３０％４０％—◆℃＿２０５４５５７８６６２—℃．＿３０４１７４８５５０７—★‘＿４０Ｃ３８８３９６４２０粉煤灰掺量／％图２终凝时间、温度、粉煤灰掺置关系１１４铁道建篱技术只Ａ，ＬＷＡｙＣＯＮＳ丁ＲＵＣ丁『Ｏ～丁￡－ｃＨ～Ｏ￡－ＯＧｙ２Ｄ７７ｆ７０Ｊ万方数据・建筑材料・℃由图２可见，在温度不低于２０时，粉煤灰掺量—２０％和３０％的浆体终凝时间增加范围在３３６８ＩＩｌｉｎ，增加幅度较小。℃℃综合以上结果，在２０一４０的温度下，不同粉煤灰掺量浆体凝结时间对温度不敏感，但粉煤灰掺量超过３０％时，初凝后的粉煤灰作用以填充效应、微集料效应为主¨Ｊ，大量粉煤灰颗粒进一步阻碍了水泥水化产物结构完整性和密实性，造成终凝时间加速延长。所以，粉煤灰取代率以３０％为宜。４．２预拌浆体经时失塑对预拌泡沫混凝土拌和物性能和力学性能的影响采用ＧＢ／Ｔ—８０７７２０１２【７ｏ规定的水泥净浆流动度试验方法和ＤＢ／Ｔ——２９２１５２０１３旧１规定的现浇泡沫混凝土流值测定方法，在同等发泡、搅拌、成型条件下，对水胶比为０．４的新拌浆体，密度为６００ｋｇ／ｍ３的泡沫混凝土性能进行评价。具体方法是，按水泥：粉煤灰：水＝７：３：４的质量比一次性拌制浆体２０Ｌ，记录加水时间，测量出机净浆流动度，然后，量取５Ｌ浆体，用体积法计算泡沫混凝土配合比，用发泡器发泡，强制搅拌ｌ一２—ｍｉｎＪ，得到泡沫混凝土，测定泡沫混凝土的湿密度、流值并成型立方体试件。之后，以１ｈ为时间间隔，分别测定不同温度下浆体经时流动度与对应泡沫混凝土的流值，成型抗压试件，检测标准养护条件下龄期为７ｄ和２８ｄ抗压强度。试验结果见图３一图６。差１嚣一蜒ＺＥ兰式０１２３４—◆℃＿２０１０６９３８９７３６０—℃．－３５１０ｌ８６６０／／髭．曩ｎｑｈ图３预拌浆体经时流动度由图３可见，浆体加水后，流动度随时间延长而降低，２℃ｈ后，流动度损失加剧，在试验温度为３５时，浆体２ｈ后流动度无法测出，取截锥圆模直径为流动度值。ｉ鬻篚，ｌ————————７０卜、３弋一Ｓｌ—————————６０卜、Ｆ一；１————————ｓｎＬ耳』七一坦４０＇臻３０２０ｌＯｔ００｝９０■＼Ｌ８０Ｔ０１’３４－℃＋２０流值１９０１８５１７０１４０８０℃＋３５流值１９５１８０１５５９５经时时间／ｈ图４经时浆体拌制泡沫混凝土流值℃℃由图４可见，分别在２０和３５的温度下的各时段浆体搅拌的泡沫混凝土流值均随浆体经时℃延长而降低。在２０时，加水２ｈ后浆体拌制的泡℃沫混凝土流值加剧降低，且试验中发现，在３５下，经时３ｈ的浆体干硬，拌制泡沫混凝土困难。４ｈ的浆体流动度已经无法保证泡沫混凝土的均匀性，所以，４“”ｈ的流值数据无法测出，以宰表示。铁道建筑技术ＲＡ『ＬＭｙＣＯＮＳ丁尺ＵＣ丁『０～丁Ｅ－ｃＨＮ０ｆ０Ｇｙ２０，７ｆ７０Ｊ一。、９００＼舟８００＼Ｉ皂７００ｇ６００＝５００釜４００◆———＿Ｌ～．３００＼２００、ｌＯＯＯ０ｌ２３——一Ｒ７３６２３５３２９５１４２—－＿Ｒ２８１０１９９６１９６５７１３经时时间／ｈ图５℃２０经时浆体拌制泡沫混凝土强度Ｉ‘１００——１０００ＰＩ弋一———蓑ｅｏｏ卜｝一—————————趟５００卜一≮≤蒜臣三二３００ｌ１３２００———■ｒ弋一０ｌ２３—◆℃一３５Ｒ７３３５３５８１０８／—●●一３５ｏＣＲ２８ｌ０３４９５９５４５／？王：｝ｊ对ｃ】］ｈ图６℃３５经时浆体拌制泡沫混凝土强度１１５万方数据・建筑材料・由图５和图６可见，随着浆体流动度经时损失和对应泡沫混凝土流值降低，泡沫混凝土不同龄期℃抗压强度也对应降低。在３５时，加水１ｈ的浆体搅拌而成的泡沫混凝土抗压强度变化不大，但１ｈ后，抗压强度加剧降低。综合以上结果，抗压强度对浆体加水后经时时长最敏感，原因是随着时间的推移，预拌浆体流动度降低，对所拌制的泡沫混凝土均匀性造成了影响，同时，流动度差的浆体搅拌泡沫混凝土需更长时间，而长时间的强制搅拌破坏了添加的泡沫稳定性，改变了泡沫混凝土硬化结构所致。根据试验结果，在温度为３５ｃＣ时，经时时间控制在１ｈ以内；温℃度为２０时，经时时间控制在２ｈ以内时，浆体流动度均大于８５ｍｍ，此时搅拌而成的泡沫混凝土流值均大于１７０ｍｍ，且Ｒ２８抗压强度在ＪＧ／Ｔ—２６６２０１１标准推荐值附近，降低程度可接受。℃４．３温度为３５时，为保证浆体流动度。聚羧酸减水剂用于预拌浆体保塑对泡沫混凝土性能的影响在胶凝材料比例不变的条件下，按聚羧酸高效减水剂推荐掺量１．Ｏ％掺入减水剂。根据减水率，调整基础水胶比至０．２８，拌制预拌浆体，检测浆体的经时流动度、凝结时间和对应泡沫混凝土的流值，最后成型试件。验证聚羧酸系缓凝型高效减水剂用于浆体保塑对泡沫混凝土流值和抗压强度影响和可行性，结果见表３。表３羧酸系缓凝型高效减水剂用于浆体保塑对泡沫混凝土流值和抗压强度试验结果浆体经时／ｈ初始ｌ２３４浆体流动度／ｍｍ２２５１９０１７０１４ＪＤ１１２泡沫混凝土流值／ｍｍ２５５２３５２３５１９５１９０Ｒ７／Ｐａ拆损拆损拆损１７３３１９Ｒ２８／Ｐａ拆损拆损拆损４３６７８５浆体初凝／ｍｉｎ４６６浆体终凝／ｍｉｎ５２３℃由表３可见，在３５条件下，掺人缓凝型聚羧酸高效减水剂的浆体各时段流动度均大幅增加，凝结时间也大幅延长。抗压强度较前述试验（见图６）大幅降低。浆体凝结时间延长原因是在聚羧酸系高效减水剂的分散作用下，葡萄糖酸钠分子中的羟基吸附使水泥表面形成更加稳定的溶剂化水膜¨０｜，从而延缓浆体水化进程，缓凝的直接结果就是降低了浆体净浆１１６铁道建筑技术流动度经时损失；掺人高效减水剂后，各时段浆体流动度增加但强度反而降低的原因是由于高效减水剂减水缓凝作用改变了浆体流变性和自由水含量。根据气泡产生的水膜表面双电子层排列包围空气原理¨１Ｉ，机械发泡制造的泡沫是由多个小水泡单体组成的，水泡的最基本物质是水，低水胶比浆体与泡沫剂搅拌后，打破了泡沫中的水平衡，水泥早期水化产物吸附表面活性剂，也打破了表面活性剂在水泡水膜表面的排列平衡，使泡沫失稳消破，造成大量劣质连通气孔，见图７。这种因果关系可以理解为高效减水剂与泡沫剂的适应性或匹配性。图７掺１％高效减水剂预拌浆体经时３ｈ后搅拌泡沫混凝土孔结构基于以上分析，将高效减水剂掺量降低为０．５％，保持基础水胶比为０．４，目的是适当发挥高效减水剂的优势¨２℃３，利用减水缓凝作用，减缓３５高温下浆体的流动度损失，且不影响泡沫稳定和泡沫混凝土的孔结构质量。孑Ｌ结构见图８，试验结果见表４。图８掺０．５％高效减水剂预拌浆体经时３ｈ后搅拌泡沫混凝土孔结构闩Ａ『ＬＭｙ№Ｃ０丁开Ｌ『Ｃ丁ｆ０～丁Ｅ－ｃｌＨ～ＯＬＯＧｙ２０７７ｆ７０Ｊ万方数据・建筑材料・表４调整后羧酸系缓凝型高效减水剂用于浆体保塑对泡沫混凝土流值和抗压强度试验结果浆体经时／ｈ初始ｌ２３浆体流动度／一２１５１８０１３５１０５泡沫混凝土流值／ｍｍ２２０２００１８５１７０Ｒ７／Ｐａ１３３３６５３７３３４６Ｒ２８／Ｐａ７９０９９７ｌ０１４ｌ０７２浆体初凝／ｍｉｎ３６６浆体终凝／ｍｉｎ４７３℃由表４可见，在３５温度下，适量掺入高效减—水剂后的浆体（经时１３ｈ）搅拌而成的泡沫混凝土Ｒ２８抗压强度均接近或符合ＪＧ／Ｔ—２６６２０１１标℃准推荐值范围。证明，在３５高温下，适当掺加高效减水剂用于预拌浆体，可以使预拌浆体停留时间延长至３ｈ而不因流动度损失影响抗压强度。５工程实例青龙湖Ａ吃示范工程六层Ａ区地面泡沫｝昆凝土垫层样板采用预拌浆体泡沫混凝土现浇工艺施工，样板面积２００℃ｍ２，在２２温度下，共计生产６００ｋｇ／ｍ３泡沫混凝土１０ｍ３，主要性能指标符合设计要求，见表５。浆体Ｉ浆体ｌ泡沫混凝土ｌ实际干密度／１吸水ＩＲ２８抗压水胶比ｌ经时／ｈ１流值／ｍｍｋｇ・ｍ－３ｌ率／％１强度／ＰａＯ．４ｌ１８０６３５２２１０１６６结论（１）预拌泡沫混凝土适合商品混凝土企业批量℃生产施工。在２０温度下，采用普通硅酸盐水泥，Ⅱ内掺３０％Ｆ级粉煤灰搅拌预拌浆体，经时２ｈ生产泡沫混凝土工艺可行。（２）因浆体的凝结时间远远大于浆体保持适宜流动度的时间，且浆体流动度直接影响泡沫混凝土流值和抗压强度，所以，在预拌泡沫混凝土工艺中，以流动度大于８５ｍｍ为标准来控制预拌浆体经时时间。——一＋－＋一＋一＋一＋一＋一＋－＋一＋－＋一Ｐ－Ｐ℃（３）在３５高温下，适当掺入缓凝型聚羧酸高效减水剂，用于在ｌ一３ｈ内降低预拌浆体流动度损失，保证预拌泡沫混凝土质量方法可行。参考文献［１］王宝民，苗慧民．屋面保温材料的研究和应用现状与趋势［Ｊ］．低温建筑技术，２００８（５）：１３１．［２］李应权．我国泡沫混凝土行业发展现状［Ｊ］．混凝土世界，２０ｌＯ（１２）：２５．［３］杨婷松，芦令超，王守德．泡沫混凝土的制备及其性能测试［Ｃ］．绵阳：中国硅酸盐学会水泥分会第三届学术年会暨第十二届全国水泥和混凝土化学及应用技术—会议论文摘要集，２０ｌｌ：８２８３．［４］郑秀梅，付丽艳，刘晓丹，等．水胶比对泡沫混凝士性能影响试验［Ｊ］．低温建筑技术，２０１４（１０）：１２．［５］封培然．以水泥生产视角看混凝土生产特点和质量控—制［Ｊ］．水泥工程，２０１４（４）：２３．［６］张云升，孙伟，郑克仁，等．水泥一粉煤灰浆体的水化反应进程［Ｊ］．东南大学学报（自然科学版），２００６（１）：—１１９１２０．［７］全国水泥制品标准化技术研究委员会，中国建筑材料联合会，苏州混凝土制品研究院有限公司．混凝土外加剂匀质性试验方法：ＧＢ／Ｔ—８０７７２０１２［ｓ］．北京：中国标准出版社，２０１３：１５．［８］天津市建设和交通委员会，天津市建筑科学研究院有限公司，天津市建设工程质量监督管理总队．现浇泡沫混凝土应用技术规程：ＤＢ——２９２１５２０１３［ｓ］．天津：天津建设和交通委员会，２０１３：９．［９］李浩然，耿飞，卓跃武，等．泡沫混凝土制备及泡沫稳定性研究［Ｊ］．低温建筑技术，２０１３（１０）：３．［１０］王益民．聚羧酸系高效减水剂与缓凝剂复合对水泥水化历程的影响试验研究［Ｊ］．铁道建筑技术，２００９（１）：１８２一１８３．［１１］余文静，张潇逸，李丽，等．轻质混凝土用复配型发泡剂的性能研究［ｃ］．中国化学会第十四届胶体与界面化学会议论文摘集．长春：２０１３（７）：７０．［１２］罗亮江．聚羧酸高性能减水剂在南宁枢纽工程中应用［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１２（９）：１００．（上接第８３页）［９］陈国平，葛斌，张光宇．广昆铁路三棵树隧道光面爆破施工技术［Ｊ］．铁道建筑，２０１３（５）：３．［１０］杨贵．水平预裂爆破开挖保护层施工技术［Ｊ］．中外企—业家，２０１２（１０）：７６７７．铁道建筑技术ＲＡ『ＬｗＡｙＣＯＮＳ丁开ＵＣ丁『ｏ～删ＮＯＬＯＧｙ［１１］中铁六局集团有限公司．作业指导书（隧道篇）［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００９：２５．［１２］乔晓春．忻保高速公路夏柳青隧道施工开挖爆破技术—［Ｊ］．山西建筑，２０１２（９）：２０１２０２．［１３］邓华军．通省隧道变形产生原因及控制措施研究［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１５（３）：９３．２ＤＴ７ｆＴＤＪ１１７万方数据