預(yù)拌現(xiàn)澆泡沫混凝土生產(chǎn)工藝關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用

盧佳林，陳景，徐芬蓮，甘戈金

（中建西部建設(shè)西南有限公司，四川 成都 610052）

預(yù)拌現(xiàn)澆泡沫混凝土生產(chǎn)工藝關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用

盧佳林，陳景，徐芬蓮，甘戈金

（中建西部建設(shè)西南有限公司，四川 成都 610052）

本文通過分析傳統(tǒng)泡沫混凝土施工的缺陷及存在的問題，從泡沫混凝土原材料選取、配合比設(shè)計(jì)、凈漿拌制及運(yùn)輸、凈漿砂石過濾及泵送等方面進(jìn)行研究，掌握了預(yù)拌現(xiàn)澆泡沫混凝土關(guān)鍵技術(shù)，并成功地應(yīng)用于成都騰訊大廈及招商銀行金融后臺(tái)等項(xiàng)目，有效實(shí)現(xiàn)了泡沫混凝土的質(zhì)量控制，真正實(shí)現(xiàn)泡沫混凝土工業(yè)化、綠色化生產(chǎn)，是對(duì)傳統(tǒng)泡沫混凝土生產(chǎn)工藝的一大突破。

預(yù)拌現(xiàn)澆泡沫混凝土；凈漿拌制；砂石過濾；配合比設(shè)計(jì)

0 引言

泡沫混凝土是一種多孔材料，具有輕質(zhì)、保溫隔熱、大流動(dòng)性及優(yōu)良的防火性能等特點(diǎn)[1-2]。隨著國(guó)家節(jié)能保溫政策的出臺(tái)及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的頒布和完善，為泡沫混凝土的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。目前泡沫混凝土在屋面、地暖以及回填工程中有廣泛的應(yīng)用，也是代替有機(jī)保溫材料的最佳選擇[3]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2014年泡沫混凝土大小企業(yè)總數(shù)約 1500 家，泡沫混凝土總產(chǎn)量超過 2500 萬m3，大部分企業(yè)主要以現(xiàn)澆為主。目前現(xiàn)澆泡沫混凝土主要以現(xiàn)場(chǎng)稱量、現(xiàn)場(chǎng)凈漿拌制、現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡的生產(chǎn)方式，質(zhì)量難以得到保證，存在泡沫混凝土勻質(zhì)性差、表面易粉化、易塌陷開裂、與基層粘接不牢等缺點(diǎn)。此外，隨著綠色施工及環(huán)保需求的提升，極大的限制了傳統(tǒng)現(xiàn)澆泡沫混凝土在工程中的應(yīng)用。本文將重點(diǎn)介紹可解決傳統(tǒng)生產(chǎn)方式弊端的預(yù)拌現(xiàn)澆泡沫混凝土環(huán)保型生產(chǎn)工藝關(guān)鍵技術(shù)，以指導(dǎo)實(shí)際工程應(yīng)用[4-7]。

1 配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料

（1）水泥：一般宜采用攪拌站常用的 42.5 普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥。泡沫混凝土現(xiàn)場(chǎng)拌制水泥凈漿為降低主材成本一般采用 P·C 32.5 水泥居多，采用商品混凝土攪拌站常用的水泥可方便生產(chǎn)組織，同時(shí)可有效提高泡沫混凝土早期及后期強(qiáng)度。

（2）礦物摻合料：一般采用粉煤灰、礦渣粉及磷渣粉等。以一定比例取代水泥，降低水泥的用量，提高預(yù)拌凈漿的流變性及新拌泡沫混凝土的性能。部分對(duì)泡沫混凝土保水性及與基礎(chǔ)粘結(jié)性要求較高的可適當(dāng)使用硅灰。

（3）發(fā)泡劑：符合標(biāo)準(zhǔn) JC/T 2199-2013《泡沫混凝土用泡沫劑》要求。主要考察發(fā)泡倍數(shù)、1h 沉陷距、1h 泌水量三項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。本關(guān)鍵技術(shù)中選用自主研發(fā)高性能復(fù)合泡沫劑，主要性能指標(biāo)：發(fā)泡倍數(shù)達(dá)到 35～37，1h 沉陷距為5～7mm，1h泌水量為 32.4～33.1ml。

（4）復(fù)合減水劑：根據(jù)凈漿配合比、季節(jié)、溫度、運(yùn)距及發(fā)泡機(jī)運(yùn)行情況，采用適宜的具有一定緩凝效果外加劑，延緩水泥凈漿的水化，防止水泥凈漿造成報(bào)廢。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

泡沫混凝土配合比尚未形成統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方法，采用較多的一般為固定原材料重量法進(jìn)行不同密度等級(jí)泡沫混凝土的配合比設(shè)計(jì)。但是在實(shí)際施工中，泡沫混凝土配合比受發(fā)泡設(shè)備、泵送過程影響較大，施工中需要在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定不同密度等級(jí)泡沫混凝土的具體配合比。

泡沫混凝土配合比設(shè)計(jì)的基本原理就是基于經(jīng)濟(jì)合理性和工藝操作性，利用現(xiàn)有的原材料，確定出滿足性能要求的各個(gè)組分的比例。

泡沫混凝土配合比設(shè)計(jì)流程為：

（1）根據(jù)強(qiáng)度等級(jí)、干密度、導(dǎo)熱系數(shù)要求，確定膠凝材料體系及用量；

（2）根據(jù)泡沫混凝土施工性能要求，確定水灰比及外加劑摻量；

（3）根據(jù)膠材用量、水灰比及外加劑摻量確定漿體容重；

（4）根據(jù)漿體容重，計(jì)算出所需泡沫劑體積；

（5）根據(jù)發(fā)泡劑體積、實(shí)測(cè)泡沫密度，確定泡沫質(zhì)量；

（6）根據(jù)泡沫質(zhì)量、泡沫劑稀釋倍數(shù)，確定泡沫劑用量。

目前泡沫混凝土生產(chǎn)一般為現(xiàn)場(chǎng)配制凈漿，該種生產(chǎn)方式一般配合比較為簡(jiǎn)單，只采用水泥和水配制凈漿，采用粗放的生產(chǎn)方式。而在商品混凝土攪拌站對(duì)凈漿進(jìn)行預(yù)拌時(shí)，一般會(huì)使用改善凈漿流變性能、泡沫混凝土強(qiáng)度及體積穩(wěn)定性的礦物摻合料、外加劑等組分，使泡沫混凝土質(zhì)量和性能更趨穩(wěn)定。根據(jù)研究，礦物摻合料和外加劑的摻入會(huì)影響漿體的流動(dòng)度和粘度等，進(jìn)而影響施工性能、密度、抗壓強(qiáng)度、吸水率、導(dǎo)熱系數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)。預(yù)拌凈漿時(shí)合理的礦物摻合料和外加劑摻量確定至關(guān)重要。

泡沫混凝土性能優(yōu)化受膠材體系，各組分適應(yīng)性、施工設(shè)備及方法、施工條件、天氣等因素影響較大，配合比調(diào)整應(yīng)根據(jù)泡沫混凝土出機(jī)及成型硬化情況作出及時(shí)調(diào)整。

2 凈漿預(yù)拌及運(yùn)輸

配制凈漿所需原材料須按相應(yīng)規(guī)范要求進(jìn)行入場(chǎng)檢測(cè)。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求并結(jié)合實(shí)際施工環(huán)境確定生產(chǎn)配合比，明確水灰比、水泥、礦物摻合料、外加劑等的比例和摻量。

生產(chǎn)前對(duì)計(jì)量設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)；確保攪拌罐的密封性。生產(chǎn)的水泥凈漿不同于普通混凝土，屬于大流態(tài)漿體，易造成漿料泄露。

在凈漿拌制前須對(duì)攪拌機(jī)及運(yùn)輸罐車進(jìn)行嚴(yán)格清洗，保證生產(chǎn)和運(yùn)輸普通混凝土?xí)r附著在攪拌罐壁和罐車罐壁上的混凝土清洗干凈，避免污染新拌水泥凈漿。由于配制水泥凈漿需水量較大，應(yīng)根據(jù)攪拌樓水秤最大量程來確定每次拌制方量，投料順序宜先投入細(xì)骨料、水泥、粉煤灰及其他摻合料，攪拌 1min 后再投入 2/3 的用水量攪拌 1min 以上，然后加入剩余水量和外加劑攪拌 3min 以上，泡沫混凝土水泥料漿拌合物應(yīng)充分?jǐn)噭?。根?jù)制備泡沫混凝土干密度等級(jí)的不同，凈漿應(yīng)控制在合適的流動(dòng)度范圍。凈漿粘度過大會(huì)導(dǎo)致混泡困難，泡沫混凝土勻質(zhì)性變差，而凈漿流動(dòng)度過大易造成泡沫混凝土氣泡串泡和上浮，導(dǎo)致澆筑穩(wěn)定性變差。攪拌完畢要實(shí)時(shí)對(duì)凈漿流變性進(jìn)行檢測(cè)并及時(shí)優(yōu)化調(diào)整配合比。

凈漿運(yùn)輸過程中，罐車罐體轉(zhuǎn)速應(yīng)保證在 2～3r/min，在卸料前，應(yīng)使攪拌罐在 10～12r/min 的轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動(dòng) 1min，再進(jìn)行卸料，全程保證漿體的勻質(zhì)性，避免凈漿沉降。

3 凈漿泵送

3.1 砂石過濾技術(shù)

在攪拌站進(jìn)行水泥凈漿制備時(shí)，混凝土攪拌罐及罐車中砂石難以完全清洗干凈，造成所制備的水泥凈漿中存在砂石。水泥凈漿中的砂石易造成泡沫混凝土發(fā)泡機(jī)攪拌設(shè)備卡機(jī)，泡沫與水泥凈漿混料器堵塞及泡沫混凝土泵送堵管，影響生產(chǎn)進(jìn)度，損壞發(fā)泡設(shè)備。為避免此類現(xiàn)象發(fā)生，研究開發(fā)了一種泡沫混凝土用凈漿泵送砂石過濾裝置（專利號(hào)：201420766441.8），見圖 1。

圖1 泡沫混凝土用凈漿泵送砂石過濾裝置

泡沫混凝土用凈漿泵送砂石過濾裝置可裝于混凝土泵管最末端，漿體通過該裝置進(jìn)入泡沫混凝土發(fā)泡機(jī)攪拌鍋內(nèi)，也可連接在混凝土泵管其他任意水平管位置。其工作原理為：砂石過濾裝置通過管頭與混凝土泵管連接，水泥凈漿通過混凝土泵送設(shè)備進(jìn)入該裝置內(nèi)，砂石被過濾網(wǎng)過濾沉入本體，過濾后的凈漿通過過濾管進(jìn)入發(fā)泡機(jī)攪拌鍋內(nèi)，當(dāng)本體積滿砂石時(shí)，擰開本體腔體下端的蓋體清理出其中的砂石后擰緊蓋體，繼續(xù)進(jìn)行砂石過濾。本技術(shù)是解決攪拌站拌制的凈漿含有砂石問題的有效手段。

3.2 凈漿泵送及泡沫混凝土生產(chǎn)

罐車抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，應(yīng)使攪拌罐在 10～12r/min 的轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動(dòng) 1min 后，再將凈漿卸至混凝土泵料斗內(nèi)，采用混凝土泵將凈漿泵送至發(fā)泡機(jī)內(nèi)。泵送前應(yīng)先連接砂石過濾裝置，過濾凈漿中的砂石。凈漿泵送時(shí)泵管布置同普通混凝土泵送相似，但要確保泵管接頭處的密封性，防止?jié){體在泵送過程中漏漿。在泵送過程中，要根據(jù)發(fā)泡設(shè)備的運(yùn)行功率實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)混凝土泵機(jī)的泵送速度。

預(yù)拌現(xiàn)澆泡沫混凝土技術(shù)中，泡沫混凝土現(xiàn)場(chǎng)制備與泵送過程中，須注意設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)，避免因設(shè)備故障造成凈漿報(bào)廢，并做好生產(chǎn)的調(diào)度工作，避免壓車。根據(jù)凈漿配合比、季節(jié)、溫度、運(yùn)距及發(fā)泡劑運(yùn)行情況，采用適宜的具有一定緩凝效果外加劑，延緩水泥凈漿的水化及防止水泥凈漿因突發(fā)情況造成報(bào)廢。

3.3 預(yù)拌現(xiàn)澆泡沫混凝土生產(chǎn)技術(shù)流程

本技術(shù)中，將凈漿攪拌、泵送同泡沫混凝土泵送分離，通過將凈漿泵送至特定位置的發(fā)泡機(jī)攪拌鍋內(nèi)，然后進(jìn)行泡沫混凝土的制備。凈漿攪拌、泵送同泡沫混凝土泵送分離構(gòu)成了“接力泵送”的基礎(chǔ)，通過實(shí)現(xiàn)凈漿的超遠(yuǎn)距離及超高層的輸送，可實(shí)現(xiàn)泡沫混凝土超高層及超遠(yuǎn)距離泵送，突破現(xiàn)有泡沫混凝土設(shè)備泵送距離及高度的限制。圖 2 為預(yù)拌現(xiàn)澆泡沫混凝土生產(chǎn)技術(shù)流程，其中泡沫混凝土澆筑中基層清理、標(biāo)高控制、拉線找坡、作業(yè)面攤鋪、施工、養(yǎng)護(hù)等與現(xiàn)場(chǎng)攪拌凈漿制備泡沫混凝土工藝相同，不再贅述。

圖2 預(yù)拌現(xiàn)澆泡沫混凝土生產(chǎn)技術(shù)流程

4 工程應(yīng)用

預(yù)拌現(xiàn)澆泡沫混凝土技術(shù)已成功應(yīng)用于成都騰訊大廈及招商銀行金融后臺(tái)項(xiàng)目，共計(jì)完成澆筑干密度 A04 級(jí)及 A08級(jí)泡沫混凝土 4000 余方。成都騰訊大廈分為 A 樓、B 樓兩個(gè)地塊， A 樓最大泵送高度為 75.75 米，B 樓最大泵送高度76.65 米。5～17 樓屋面采用 A04 級(jí)泡沫混凝土做保溫層及找坡層，設(shè)計(jì)最薄處 30mm，最厚為 180mm，平均厚度為120mm。

招商銀行金融后臺(tái)項(xiàng)目施工的最大水平泵送距離達(dá)到580m，泡沫混凝土的干密度等級(jí)為 A08 級(jí)，前期承載一定荷載（小型貨車、叉車、斗車等）要求，設(shè)計(jì)強(qiáng)度為 5.0MPa，最薄處 40mm，最厚為 400mm，平均厚度為 220mm。預(yù)拌現(xiàn)澆泡沫混凝土制備技術(shù)在成都騰訊大廈及招商銀行金融后臺(tái)項(xiàng)目的實(shí)施，有效提高了泡沫混凝土的質(zhì)量，大大地縮短了施工周期，實(shí)現(xiàn)了泡沫混凝土生產(chǎn)的綠色化和機(jī)械化。圖3 為預(yù)拌現(xiàn)澆泡沫混凝土施工現(xiàn)場(chǎng)圖片。