浅谈泡沫混凝土配合比优化设计

浅谈泡沫混凝土配合比优化设计

徐华姜柏祥

中交一公局第二工程有限公司苏州214231

摘要：泡沫混凝土是由发泡剂物理制泡后与胶凝材料和水组成的含大量气泡的水泥浆液，硬化后具有一定强度、质轻、保温、隔热等性能且具有一定弹性抗压能力；应用于房建、公路、市政等多领域。本文介绍了泡沫混凝土应用于公路工程软基处理地段的泡沫混凝土换填时使用的设计配合比的优化方案，并结合现场的检测结果分析总结出了一些对泡沫混凝土产生影响的因素。

关键词：泡沫混凝土；优化；发泡剂；容重；强度

1.前言

泡沫混凝土是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆充分混合，然后使用泵送系统进行现浇施工成型，经过自然养护形成含有大量封闭气孔的新型建筑材料。随着近年泡沫混凝土的应用技术的越显成熟，我们在房建、公路工程上的使用已经常态化。那么泡沫混凝土的优化设计对软基处理地段指导施工、项目成本控制至关重要；根据本项目的软基处理段换填泡沫混凝土施工对泡沫混凝土配合比进行优化设计。

2优化方案

2.1原施工图纸设计参数。

2.2首先在保证强度的前提下调整配合比参数，降低水泥用量（设计配合比28d实测试配强度高于设计强度的1.2倍，通过相关曲线线性对应关系，查找1.2倍设计强度所应对应的水泥用量进行水泥用量调整）。

2.3其次在保证湿容重的情况下继续调整配合比参数（通过2.2的配合比调整，容重发生变化，针对变化情况进行容重调整。容重降低，减少发泡剂用量；容重增高，增加发泡剂用量）。

2.4最后确定室内优化后泡沫混凝土配合比（通过水泥、发泡剂的双向调整，确定能满足湿容重及强度要求所对应的优化配合比参数）。

3仪器设备与材料

3.1主要仪器设备：水泥砂浆搅拌机-15L（用于水泥浆液拌制）、高速制浆机（模拟发泡机，通过高速搅拌进行发泡）、压力机-300kN（用于试件抗压）、电子天平-100kg（用于材料称量）、钢直尺-100cm（用于流动度测定）等。

3.2原材料：安徽铜陵海螺牌P·O42.5水泥、杭州舒之成SY-13发泡剂。

4具体实施

4.1设计要求各项技术指标：施工图纸设计为上下两层泡沫混凝土结构，设计强度为：下层（80cm以下）≥0.6Mpa；上层（0-80cm）≥0.8Mpa；湿容重：下层6.0kN/m3；上层6.5kN/m3。根据设计要求，我标段委托第三方进行的配合比设计，设计的配合比参数如下。

表2.1.1原设计配合比

4.2在保证试配强度的前提下调整数据（水胶比不变，发泡剂用量不变）

4.2.1根据CF0.8设计配合比的3组设计参数对应的28d实测试配强度结果，用（强度-水泥用量坐标）曲线确定配制强度为0.96Mpa对应的水泥用量为362kg/m3（图4.2.1）。调整配合比水泥用量为362kg/m3进行试拌，制取抗压试件9组（7d强度3组，28d强度6组），所得检测数据（表4.2.1），其强度满足要求，容重低于设计容重要求。

图4.2.1CF0.8配合比（强度-水泥用量）

4.2.2根据CF0.6设计配合比的3组设计参数对应的28d实测试配强度结果，用（强度-水泥用量坐标）曲线确定配制强度为0.72Mpa对应的水泥用量为327kg/m3（图4.2.2）。调整配合比水泥用量为327kg/m3进行试拌，制取抗压试件9组（7d强度3组，28d强度6组），所得检测数据（表4.2.2），其强度满足要求，容重低于设计容重要求。

图4.2.2CF0.6配合比（强度-水泥用量）

4.3调整后测试强度，继续进行湿容重调整（调整发泡剂用量）

通过以上试验，发现CF0.8和CF0.6的实测湿容重与设计要求湿容重相差不大，本次试验对水泥用量进行微调整，发泡剂用量进行增减调整，调整后经检测确定发泡剂用量分别为0.60对应的湿容重能够满足要求，试验数据如（表4.3.1）：

4.4针对以上对试配强度及湿容重的调整，确定选用（表4.3.1）优化后配合比进行二次验证（表4.4.1），确认无误，按优化后配合比进行现场试生产。

表4.2.1调整后CF0.8配合比

表4.2.2调整后CF0.6配合比

表4.3.1容重调整后配合比

表4.4.1二次验证配合比

5发泡剂的调整对强度与容重的影响关系

5.1发泡剂用量与强度的对应关系（在基准配合比其他用量不变得情况下调整发泡剂用量检测强度），对CF0.6和CF0.8配合比以发泡剂用量0.55kg、0.60kg、0.65kg、0.70kg各进行了4组试验，其28d抗压强度与发泡剂用量对应关系曲线如（图5.1.1）（图5.1.2）。

图5.1.1CF0.6强度-发泡剂用量对应关系

图5.1.2CF0.8强度-发泡剂用量对应关系

5.2发泡剂用量与湿容重的对应关系（在基准配合比其他用量不变得情况下调整发泡剂用量检测容重），用5.1拌制的泡沫混凝土测试容重变化，其结果如（图5.2.1）（图5.2.2）

图5.2.1CF0.6容重-发泡剂用量对应关系

图5.2.2CF0.8容重-发泡剂用量对应关系

经以上检测结果发现，泡沫混凝土施工中，（刨除计量设备精度与误差的影响）发泡剂的应用对强度及容重均有相应的影响，在相应的区间内呈线性变化，强度及容重均随着发泡剂用量的增加而降低。

6现场试生产阶段检测结果

通过确认优化配合比后，启用优化配合比进行现场试生产，期间按工作台班留取试件，用于进行抗压强度试验，现场测试容重指标；采集2个施工台班检测数据，下层CF0.6共16组、上层CF0.8共9组，绘制强度变化曲线（图6.1.1）、容重变化曲线（图6.1.2）。

图6.1.1CF0.6强度变化曲线

图6.1.2CF0.6容重变化曲线

图6.1.3CF0.8强度变化曲线

图6.1.4CF0.8容重变化曲线

根据现场试生产收集的强度及容重检测数据进行分析；施工容重大于试配容重，施工强度低于试配强度，但均能满足设计文件。可能原因有：设备计量精度与误差、施工水平、发泡均匀程度及发泡效率等因素。

7经济效益

泡沫混凝土经过优化设计后，做为内控指标进行指导施工。对水泥和发泡剂消耗量均有所节省，水泥节省情况（表7.1.1）：（根据当前水泥单价约350元/吨，节省240吨水泥为工程项目节省约8万元人民币）。

表7.1.1节省水泥用量统计

8总结

经试验发现，发泡剂用量对泡沫混凝土强度及容重都有相应的影响。通过调整水泥、发泡剂用量选取最优组合，对配合比进行优化设计，优化后配合比在满足施工、设计的情况下有效降低了成本，为以后的工程建设留下了宝贵的总结性经验。

参考文献：

[1]浙江省地方标准《公路工程泡沫混凝土应用技术规范》（DB33/T996-2015）

作者简介：

姜柏祥，男，1986年11月生，专科，助理工程师。