掺和料对化学法泡沫混凝土性能的影响.pdf

钎 建巍 中 国 科 技 核 心 期 刊 撞和料对化学法泡沫混凝土胜雒的1 ．~ g lZ 张鸣 ， 陈令坤 ， 张云飞 ( 1 ． 扬州大学 建筑科学与工程学院， 江苏 扬州2 2 5 1 2 7 ； 2 ． 安徽中铁 工程材料科技有 限公司 ， 安徽 合肥2 3 0 0 4 1 ) 摘要： 以粉煤灰、 矿渣粉和硅灰作为掺和料， 取代部分水泥， 采用化学法发泡制备泡沫混凝土， 分析了粉煤灰、 矿渣和硅灰3 种 掺和料掺量对泡沫混凝土性能的影响。结果表明， 掺硅灰的效果最好， 掺粉煤灰的效果次之， 掺矿渣粉的效果最差。故宜选取粉煤 灰或硅灰取代部分水泥生产泡沫混凝土， 且粉煤灰的掺量宜控制在 1 0 ％ 2 0 ％， 硅灰的掺量宜控制在 6 ％ ～ 8 ％。 关键词： 泡沫混凝土； 粉煤灰； 矿渣粉； 硅灰 中图分类号： T UI l 1 ． 1 9 + 5 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 — 7 0 2 X( 2 0 1 4 ) 0 7 — 0 0 7 9 — 0 3 0 引言 I n fl u e n c e o f a d mi x t u r e o n p r o p e r t i e s o f f o a m c o n c r e t e p r e p a r e d wi t h c h e mi c a l me t h o d Z H A NG Mi n g I ， C HE N L ~ n g k u n ， Z H A NG Y u 咖 ( 1 ． S c h o o l o f Ar c h i t e c t u r e a n d C i v i l En g i n e e r i n g ， Ya n g z h o u Un i v e r s i t y， Ya n g z h o u 2 2 51 2 7， J i a n g s u， Ch i n a ； 2 ． An h u i En g i n e e ri n g Ma t e ria l T e c h n o l o g y C o ．Lt d ．o f C TCE Gr o u p， He f e i 2 3 0 0 4 1， An h u i ， C hi n a ) 泡沫混 凝土是 一种以 发泡剂、 增强剂、 稳泡剂及水泥等 材 料经发泡、 制各浆体、 浆体泡沫混合 等一系 列工艺制备而成的 轻质多孔 材料， 由 于其 具有不燃、 制 备简单、 成 本低等优点， 目 前已大量应用于建筑物保温和废弃坑道回填等工程。由于其 密度只有 1 5 0 — 1 8 0 0 k g ／ m 。 ， 相对于其它普通建筑材料， 泡沫混 凝土大量使 用可以 有效减轻建 筑物的自 重【I】。而 且， 利用外加 剂、 纤维等大大改善了泡沫混凝土的性能 。 近年来， 利用再 生材料制备泡沫混凝土已有研究网 ， 这对于可持续发展具有重 要意 义。 本文利用 粉煤灰、 矿渣粉等掺和料取代部分水 泥制 备 泡沫混 凝土， 并分 析掺和料对泡沫混 凝土性能的 影响规律， 具 有一定的实用性。 1 试验 1 ． 1 原材料 济南山 水P 0 4 2 ．5 水泥； 济南黄台电 厂Ⅱ 级粉煤灰； 济南 鲁新$ 9 5 级矿渣粉； 章丘9 2 0 D硅灰； F D N 一 0 1 萘系高 效减水 基金项目： “ 十二五” 国家科技支撑计划项目( 2 0 1 2 B A J 2 0 B 0 1 ) 水利部公益性行业科研专项项目( 2 0 1 2 0 1 0 0 5 ) 收稿日期： 2 0 1 3 — 0 9 — 2 9 ： 修订日期： 2 0 1 4 — 0 6 — 0 8 作者简介： 张呜， 男， 1 9 7 6年生， 内蒙古赤峰人， 博士， 从事建筑结构 与土木工程材料研究。 地址： 江苏省扬州市华扬西路 1 9 8 号扬州大学 扬子津校区建工学院， E — m a i l ： z h a n g m i n g j 0 b @ s i n a ．e o m。 剂， 潍坊万山 产； 有机硅憎水剂， 济南安顺达产； 稳泡剂： 酯醚 型 稳泡剂； 混凝土专用早强 剂： 碳酸钠； 发泡剂： 双氧水； 聚丙 烯纤维， 长9 m m ， 均为市 售。 1 ． 2 试验方法 本试验设计的 泡沫混凝土密度不大 于3 0 0 k g ／ m 3 ， 强度等 级不低于0 ．4 M P a ， 泡沫混凝土基础配比见表 1 。 表 1 泡沫混凝土基础配比 k g ／ n ~ 。 在保持其它原 材料比 例不变， 粉煤 灰和矿渣粉分别按5 ％ ~ 4 O ％ 质量百分比取代水泥，硅灰按2 ％ 1 2 ％ 质量百分比 取代 水泥， 制各方法为： 先将水泥、 掺和料、 纤维、 稳泡剂、 憎水剂、 早 强剂置于 搅拌机中， 加水 搅拌 成均匀浆体， 然后迅速加入发泡 剂， 搅 拌数秒后， 将 料浆注入 模具中 静置发泡， 待 试件达到一定 强度后脱模， 置于标准养护室养护至所需龄期后， 按G B ／T 5 4 8 6 --2 0 0 8 (( 无机硬质绝热制品试验方法》 进行性能测试。 2 结果与讨论 2 ． 1 掺和料对泡沫混凝土发泡倍数的影响(见表2 ) 从 表2 可以 看出 ， 掺粉煤灰时， 随着粉煤灰掺量的 增加， 混 凝土发泡倍数逐渐增大， 且掺量 越高 发泡倍数越大； 掺矿渣 粉时， 随着矿渣粉掺量的增加， 混凝土发泡倍数逐渐降低， 且 掺量越高降 低 趋势越明 显； 掺硅灰时， 随 着掺量 增加， 混凝土发 泡倍数先逐渐增加， 而后逐渐下降。这说明不同掺和料等量 N E W B UI L D I NG MA T E R 1 AU S 7 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张鸣， 等： 掺和料对化学法泡沫混凝土性能的影响 表 2 粉煤灰、 矿渣粉、 硅灰对泡沫混凝土发泡倍数的影响 项 目 掺和料替代水泥质量百分比， ％ 0 2 4 5 6 8 1 0 1 2 l 5 2 0 3 0 4 0 发 掺粉煤灰 3 ． 6 3 ． 8 4 ． 0 4 ．2 4 ． 3 4 ． 5 4 ． 7 掺矿渣粉 3 ． 6 3 ． 6 3 ． 5 3 ．4 3 ． 3 3 ． 2 3 ． 0 数掺硅灰3 ． 6 3 ． 7 3 ． 8 3 ．7 3 ． 5 3 ． 4 3 ． 2 取代水泥， 在 其它 材料用量相同 的情 况下， 掺 和料的品 种对浆 体发 泡能 力有很大的影响。 就发泡能力 而言， 粉煤 灰和硅灰强 于矿渣粉， 但需通过试验确定不同掺和料的适宜掺量。 2 ． 2 掺和料对混凝土浆体稳定性的影响( 见表3 ) 表 3 粉煤灰、 矿渣粉、 硅灰对泡沫混凝土浆体稳定-性的影响 项 目 掺和料替代水泥质量百分比／ ％ 0 2 4 5 6 8 1 0 1 2 1 5 2 0 3 O 4O 粉煤灰好 好很好很好 很好好好 矿渣粉好 好 好—般—般差差 硅灰好好很好很好 好好—般 注： 浆体 稳定性分 为 4个等级 ： 很好 ( 浆 体无 F坍 ， 浆 体表 面光 滑、 无气泡 冒出) ； 好 ( 浆体无下坍， 浆体表面较光滑、 有少量小泡 冒 出) ； 一般 ( 浆体稍下坍， 浆体表面一般、 有少量气泡产生， 但不是很 多) ； 差( 浆体下坍明显， 浆体表面高低不平、 且有大小不等的气泡) 。 从表3 可以 看出， 掺粉煤灰时， 随 着掺量的 增加， 泡沫混 凝土浆体稳定 性先 逐渐变好后略变差； 掺矿渣 粉时， 随着掺量 的增加，泡沫混凝土浆体稳定性逐渐变差，且掺量越高越明 显； 掺硅灰时， 随着掺量的增加， 泡沫混凝土浆体稳定 性先逐 渐变好， 而后逐渐变差， 当 硅灰掺量为1 2 ％ 时， 其浆体 稳定性 低于空白 试样的 浆体 稳定性。 试验结果说明， 掺和料的 种类和 掺量对浆体稳定性 有不同 程度的影响， 掺加粉煤灰、 硅灰的泡 沫混凝土浆体稳定 性优于掺矿渣粉。 综合考虑， 粉煤灰的适宜 掺量为 1 0 ％ 2 0 ％， 硅灰适宜掺量为4 ％ 6 ％。 2 _3 掺和料对泡沫混凝土干密度的影响 ( 见图l 、 图2 ) 由图l 、 图2 可 见， 掺加 粉煤 灰时， 随 着掺和 料掺 量的 增加， 其泡沫混凝土干表观密 度逐渐下降； 掺矿渣粉时， 随 着掺和料 、 ＼ 翻 图2 硅灰掺量对泡沫混凝土干表观密度的影响 掺量的增加， 其泡沫混凝土干表观密度逐渐增大， 且掺量越高 越明显， 特别是矿渣粉掺量大于2 0 ％ 后； 掺硅灰时， 随着掺和 料掺量的增加， 泡沫混凝土干表观密度先下降后逐渐增大， 当 硅灰掺量为4 ％ 时， 泡沫混凝土干表观密度达到最 低点， 当 硅 灰掺量大于8 ％ 时， 泡沫混 凝土 干表观密度大于空白 试样。 因 此，要以泡沫混凝土的性能指标来选择掺和料的种类和掺量 范围。 2 , 4 掺和料对泡沫混凝土抗压强度的影响 ( 见图3 、 图4 ) 粉煤灰7 d 粉煤灰2 8 d 0 1 0 2 0 3 0 4 0 掺和料掺量／ ％ 图 3 粉煤灰和矿渣粉掺 量对 泡沫 混凝土抗压强度的影响 由 图3 可 见， 掺 粉煤灰时， 随 着粉煤灰掺量的增加， 泡沫 混凝土7 d 和2 8 d 抗 压强 度逐渐降 低； 掺矿渣粉时， 随 着矿渣 粉掺量的增加， 泡沫混凝土的抗压强度缓慢提高， 这可能是由 于 泡沫混凝土的 干表观密 度逐渐增大与矿渣粉的活 性效应共 同作用而决定的。 图 1 粉煤灰与矿渣粉掺量对泡沫混凝土干表观密度的影响 图 4 硅灰掺量对泡沫混凝土抗压强度的影晌 8 0 新型建筑材料 2 0 1 4 ．7 2 8 4 O 1 O O 日 垒 ＼ 孵 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张鸣， 等： 掺和料对化学法泡沫混凝土性能的影响 由图4 可见， 在硅灰掺量低于8 ％时， 随着硅灰掺量的增 加， 泡沫混凝土的7 d 和2 8 d 抗压强度缓慢提高， 当硅灰掺 量高于8 ％时， 泡沫混凝土7 d 和2 8 d 抗压强度迅速提高。 另 外， 相对于7 d 抗压强度而言， 2 8 d 抗压强度都有不同程度的 提高，但掺 3 种掺和料的泡沫混凝土早期强度发展效果不 同。 2 ． 5 掺和料对泡沫混凝土体积吸水率的影响 ( 见图5 、 图6 ) 图5 掺粉煤灰和矿渣粉时泡沫混凝土体积吸水率 由图5可见， 掺粉煤灰时， 随着粉煤灰掺量的增加， 泡沫 混凝土7 d 和2 8 d 体积吸水率逐渐降低， 且掺量越高越明显； 掺矿渣粉时， 随着矿渣粉掺量的增加， 泡沫混凝土7 d 和2 8 d 体积吸水率上下波动， 变化不大。 图6 掺硅灰时泡沫混凝土体积吸水率 由图6 可见， 掺硅灰时， 随硅灰掺量的增加， 泡沫混凝土 7 d 和2 8 d 体积吸水率先缓慢下降，当硅灰掺量大于8 ％后， 泡沫混凝土7 d 和2 8 d 体积吸水率下降较快。 综合图5 、图6 中3 种掺和料对泡沫混凝土7 d 和2 8 d 体 积吸 水率的 影响， 粉煤灰和硅灰的加 入， 可以降 低泡沫混凝 土的体积吸水率；而矿渣粉对泡沫混凝土体积吸水率影响不 大。 相对于7 d 体积吸水率而言， 泡沫混凝土2 8 d 体积吸水率 都有所降低。 2 ． 6 掺和料对泡沫混凝土导热系数的影响 粉煤灰、 矿渣粉和硅灰掺量对泡沫混凝土导热系数的影 响见 表4 。 表 4 粉煤灰、 矿渣粉和硅灰掺量对泡沫混凝土导热系数的影响w／ ( m K ) 由表4 可以看出， 3 种掺和料对泡沫混凝土导热系数的 影响规律与对干表观密度的影响规律相同。掺粉煤灰时， 随着 粉煤灰掺量的增加， 泡沫混 凝土的 导热系数逐 渐下降， 且掺量 越高越明 显； 掺矿 渣粉时， 随 着矿渣 粉掺量的增 加， 泡沫混凝土 导热系数逐渐 增加， 且掺量 越高 增加越明 显， 特别是矿渣粉掺 量大于2 0 ％时增加明显； 随着硅灰掺量的增加， 泡沫混凝土的 导热系数先下降后逐渐增大， 硅灰掺量为4 ％ 时， 在泡沫混凝土 干表观密度达到最低点的同时， 导热系数也最低， 但当硅灰掺 量大于8 ％时， 泡沫混凝土的导热系数随掺量增加而增大。 综合3 种掺和料对化学发泡泡沫混凝土发泡倍数、 浆体 稳定性、 干表观密度、 抗压强 度、 体积吸 水率 和导热系数的 影 响， 硅灰的 效果最好， 粉煤灰的效果次之， 矿渣粉的效果最 差。故宜选取粉煤灰或硅灰取代部分水泥生产泡沫混凝土， 且粉煤灰的 掺量宜 控制在1 0 ％ 2 0 ％ ，硅灰的掺量宜控制在 6 ％一 8 ％。 3 ’ 结论 ( 1 ) 掺和料对化学发泡泡沫混凝土发泡倍数、 浆体稳定 性、 干表观密度、 抗压强度、 体积吸水率和导热系数有明显影 响。本项目研究的3 种掺和料， 以硅灰的效果最好， 粉煤灰的 效果次之， 矿渣粉的效果最差。制备泡沫混凝土时， 掺和料宜 优先选用粉煤灰和硅灰。 ( 2 ) 泡沫混凝土中 粉煤灰的适宜掺量为1 0 ％ 2 0 ％， 硅灰 的 适宜掺量为6 ％ 8 ％ 。 参考文献： [ 1 】 扈士凯， 李应权， 徐洛屹， 等． 国外泡沫混凝土工程应用进展[ J ] ． 混 凝土世界， 2 0 1 0 ( 1 0 ) ： 4 8 — 5 0 ． ( 下转第 8 6页) NE W B I J l L DI NG MAT E R I AL S 8 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 倪源， 等： 植物纤维增强保温砂浆陛能试验研究 各点与 模型 计算结果的对比曲 线较吻合， 同 样能 够反 映试验 的规律。 2 ． 2 植物纤维保温砂浆性能相关性分析 通过数学模型计算， 系列与P s 系列抗压强度与导热 系数对比曲线见图9 ， T S 系列与P S 系列密度与导热系数对 比曲线见图1 O 。 响最大。当m ( 陶砂) ： m( 稻壳) = 2 2 ～ 3 4 ， m( 砂) ： m( 稻壳) = 1 3 — 8 5 时， 有利于保温砂浆的各项性能。 ( 2 ) 2 种保温砂浆的抗压强度和抗折强度、 导热系数与密 度呈线性关系； 导热系数和抗压强度及抗折强度呈指数关系； 通过模型曲线， 由砂浆的强度和密度， 可以推算砂浆的导热系 数， 不 仅可以 简化试验， 而且可以 指导生产应用。 密厦／ ( k g ／ m ~ )d u r a b i l i t y [ J ] ．C e m e n t＆ C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 3 ， 2 5 ： 1 8 5 — 1 9 6 ． 图 1 0 系列与P S系列密度与导热系数曲线对比 [ 6 】 S e d a n D ， P a g n o u x C ， S m i t h A ， e t a 1 ．M e c h a n i c a l p ro p e r t i e s o f 从图9 可以 看出，当 抗压强度一定时， P S 系列的 导热系h e m p fi b re r e in f o r c e d c e m e n t ： In fl u e n c e o f th e fi b re — m a tri x 数小于，I ’s 系列的导热系数， 水泥基植 物纤维保温砂浆的 保 in te ra c t io n [J ] ．J o u rn al o f th e E u r o p e a n C e r a m ic S o c i e ty ， 2 0 0 7 ， 2 8 温性能明 显优于陶 砂植 物纤维保温砂浆； 由图l O 可知， 砂浆 ( 1 ) ： 1 8 3 — 1 9 2 ． 孔隙 率越大， 密度越小， 导热系数 越小， 保 温性能 越好。 当导 热 [7 J李 季 ． 纤 维 表 面 处 理 对 植 物 纤 维 增 强 水 泥的 物 理 力学 性能 影 响 系数一定时， P S 系列的 密度小 于T S 系列的 密度， 且两者提高 [J ] ．建 筑科 学 ， 2 0 0 4 ， 2 0 ( 6 ) ： 6 1 — 6 3 ． 幅度相似。 [ 8 】李长春． 热养护对植纤水泥复合板强度的 影响f J 】 ． 山东 建材学院 ．． ．． 学报 ， 1 9 9 4 ， 8 ( 3 ) ： 2 1 — 2 6 ． 3 结 论 [9 1何 玉 梅 ，许陆文． 植物纤维／ 水泥复合材料力学性能研究[ J 1 ． 玻璃 ( 1 ) 通过正交试验极差分析表明： 对于陶砂植物纤维保温 钢／ 复合 材料， 2 0 0 0 ( 4 ) ： 1 6 — 1 7 砂浆， m ( 陶砂) ：m ( 稻壳) 对砂浆的 抗压强 度、 抗折强度和导热 【l O l李国 忠 ， 高 子 栋 ． 改 性 秸 秆 纤 维 增 强石 膏 基 复 合 材 料性 能 【J ] ．建 系数影响 最大， 粉煤 灰掺量对砂浆的密度影响 最大； 对于 水泥 筑材 料 学 报， 2 0 1 1 ， 1 4 ( 3 ) ： 4 1 3 — 4 1 7 基植物纤维保温砂浆， tn ( 砂) ：m ( 稻壳) 对砂浆的 各项指标影 A 夺 ． 夺 ． 夺 ． 寺 夺 ． 夺 夺 夺 夺 孛 夺 夺 夺 牵 夺 夺 夺 夺 专 夺 夺 牵 夺 争 夺 孛 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 夺 串 夺 ‘ 夺 ’ 夺 ’ ( 上接第 8 1页) [ 4 】 牛云辉， 卢忠远， 严云， 等． 夕 加剂对泡沫混凝土性能的影响[J ] ． 混 【 2 】 马长波， 林建好． 纤维增强发泡混凝土复合保温板的研究及应用 阴．粉煤灰综合利用， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 3 9 - 4 1 ． 【 3 】 于宁， 张云飞， 谢慧东， 等． 憎水剂对化学发泡泡沫混凝土性能影 响的试验研究[ J ] ．商品混凝土， 2 0 1 2 ( 9 ) ： 3 4 - 4 3 ． 8 6 新型建筑材料 2 0 1 4 ． 7 混凝土与水泥制品， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 9 - 1 3 ． [ 5 】 蔡安兰， 张长森， 刘学军， 等． 建筑垃圾制备泡沫混凝土的研究[ J 】 新型建筑材料， 2 0 1 0 ( 9 ) ： 3 0 — 3 2 ． ’ A 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m