聚丙烯纤维在加气混凝土常压制备中的应用研究.pdf

2 0 1 3 年 第 9 期 (总 第 2 8 7 期 ) Nu mb e r 9 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 7 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM 1 NI CLE 聚丙烯纤维在加气混凝土常压制备中的应用研究 温久然 ， 。刘开平 ，俞晓花 ，陈延新 ( 1 长安大学 材料科学与工程学院，陕西 西安 7 1 0 0 6 1 ；2 江苏省交通技师学院，江苏 镇江 2 1 2 0 0 6 ) 摘要 ： 通过加气混凝土制备工艺试验及性能检测研究了聚丙烯纤维增强粉煤灰加气混凝土常压制备的工艺问题。 根据粉煤 灰加气混凝土 目前存在的强度偏低 、 收缩较大、 需蒸压养护、 制备工艺复杂、 生产能耗高等问题 ， 采用纤维增强 ， 碱活性激发等工 艺手段进行 了常压制备工艺及性能改进 。 研究了聚丙烯纤维用量及碱激发剂用量对加气混凝土比强度的影响 。 为了改进纤维与 水泥基体的黏结力 ， 进行了纤维的表面涂覆改性 ， 研究 了改性纤维用量对加气混凝土比强度及密度的影响 。 研究发现 ， 聚丙烯纤 维能提高加气混凝土的比强度 。 未表面处理的聚丙烯纤维的最佳掺入量在 0 2 左右， 表面处理的聚丙烯纤维的最佳掺人量在 0 1 5 左右 。 碱激发剂对对加气混凝土的比抗折强度也有影响， 最佳配比为石灰：氢氧化钠 = l 5 ： 2 。 加入表面处理纤维后没有引 起加气混凝土表观密度的明显增加。 关键词： 聚丙烯纤维；粉煤灰 ；加气混凝土；比强度 ；性能 中图分类号： T U5 2 8 0 6 2 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 9 0 0 7 0 0 4 Ap pl i c a t i on o f p O I y p r Op y I e n e f i b e r s i n t h e a e r a t e d c on c r e t e ma n u f a c t u r e u n de r o r d i n a r y a m b i e n t p r e s s u r e EN J u 瑚 ， Lt UKa ipi n g ， YUXi a o h u a ， CHEN Ya n x i n ( 1 S c h o o l o f Mate ri als S c i e n c e a n dE n g i n e e ri n go f Ch angA nUn i v e r s i t y， Xi an 7 1 0 0 6 1 ， Ch i n a ； 2 J i ang s u P r o v i n c i a l T r a ffic T e c h n i c i an I n s t i t u t e ， Z e n j i a n g 2 1 2 0 0 6 ， C h i n a ) Ab s t r a ct ： M anu f a c t u r e p r o c e s s o f a e r a t e d c o n c r e t e b y p o l y p r o p y l e n e fi b e r s r e i n f o r c e d fl y - a s h wa s s tud i e d T h e r e we r e a s e r i e s o f d i s a d va n t a g e i n t he fly - a s h a e r a t e d c o n c r e t e i n c l u d e d l o we r s t r e ng t h， h i g h e r s h r i n ka g e ， Va p o r p r e s s ur e ， c o mpl e x pr o c e s s an d h i g h e n e r g y c o n s u mp t i o nTh i s s tud y p r e p a r e d a e r a t e d c o n c r e t e u n d e r a mbi e n t p r e s s ure an d i mp r o ve d the p r o c e s s b y r e i n f o r c e d fib e r a n d a l k a l i a c t i v a t o r Th e e ffe c t o f u s a g e of p o l y p r o p y l e ne fib e r s a n d a l k a l i a c t i v a t o r o n the s t r e n g t h o f a e r a t e d c o n c r e t e we r e i n v e s t i g a t e d I n o r d e r t o i mp r o v e the b o n d i n g f o r c e o f fi b e r and c e me n t ma t r i x fi b e r s u r f a c e h a v e b e e n c o a t e d and mo d i fi e d wh i l e丘 b e r u s a g e o n s p e c i fi c s tre n gth o f a e r a t e d c o n c r e t e wa s s tud i e d A c o n c l u s i o n c o u l d b e d r a wn tha t p o l y p r o p y l e n e fi b e r s C an i n c r e a s e s p e c i fi c s tr e n gth o f a e r a t e d c o n c r e t e T h e r e s u l t s a l s o s h o we d that the b e s t i n c o r p o r a t i o n o f p o l y p r o p y l e n e fi b e r wi t h o u t s u r f a c e tr e a t me n t wa s a b o u t 0 2 an d the t r e a t e d s u r f a c e wa s a b o u t O 1 5 a n d the tre a t me nt c o u l d no t i n c r e a s e a p p are n t d e ns i t y o fa e r a t e d c o n c r e t e Th e be s t r a t i o o fl i me ：Na OH wa s e q u a l t o 1 5 ： 2 Ke y w or ds： p oly pr op y l e n e fi be r s ； fl y - ash； a e r a t e d c o n c r e t e； s p e c i fic s tre n g t h； p r o p e i e s 0 引言 加气混凝土具有低导热系数 、 低表观密度、 较高的抗 冻性 、 易加工使用等优 良性能 ， 特别是粉煤 灰加气混凝土 的生产 ， 有效地利用 了电厂废料粉煤灰 ， 是一种具有广 阔 发展前 景的保 温节能建筑材料 。 但是 ， 目前生产的粉煤灰 加气混凝土制 品存在强度偏低 、 收缩较大 、 需蒸压养护 、 制 备工艺 复杂 、 能耗 高等 问题 ， 影 响了其在建筑工程 中的推 广应用 。 聚丙烯纤维 ( 缩写为 P P纤维 ) 又称丙纶纤维 ， 是 以等 规聚丙烯为原料纺制得的一种合成纤维 ， 也是化学纤维 中 最轻 的品种 。 不发霉 ， 不腐烂 ， 耐腐蚀性 良好 ， 尤其是对无 机酸 、 碱稳定性很好 。 表面憎水 ， 1 0 0 的湿强保持率 ， 加工 性能优良。 它的缺点是耐火性差， 对阳光和氧气敏感， 弹性 收稿 日期：2 0 1 3 - 0 3 - 2 7 基金项 目： 陕西省“ 1 3 1 1 5 ” 重大科技专项项 目( 2 0 1 0 Z D K G 5 8 ) 7O 模量低 ， 与水泥基体黏结弱。 本试验针对上述问题 ， 在加气混凝土的制备 中掺加 聚 丙烯纤维 ， 采用纤维增强 ， 碱 活性激 发等工 艺手段进行 了 加气混凝土常压制备 的试验研究。 为了改进纤维与水泥基 体的黏结力 ， 采用表 面涂覆的方法对聚丙烯纤维进行表面 处理 ， 通过纤维增强粉煤灰加气混凝土工艺试验 ， 对 比了 常压养护条件下 ， 表面处理前后不 同掺量聚丙烯纤维对粉 煤灰加气混凝土的力学性能的影响， 筛选了最佳应用参数。 1 试验原料 、 仪器及方法 1 1 试验原料 ( 1 ) 聚丙烯纤维。 采用市售混凝土工业用网状聚丙烯纤 维 ， 纤维长度为 1 5 m m， 纤维 的其他物理性能如表 1 所示。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 聚丙烯纤维的物理特性 ( 2 ) 粉煤 灰。 粉煤灰是火力发 电厂燃煤 后产生 的工业 废渣 。 本试验 中所用的粉煤灰是从本地发电厂购得的粉煤 灰 ， 表 2 是所用粉煤灰的化学成分 。 表 2 粉煤灰的化学成分 成分 S i O 2 F e 2 0 3 A 1 2 O 3 C a O Mg O f - C a O S O 3 C L o s s 质量分数 5 1 1 5 4 8 2 7 5 1 6 2 8 1 2 6 0 5 1 O 8 5 3 5 2 5 1 6 所用 粉煤灰的S i O 和 A1 2 0 含量较高 ， C a O的含量偏 低 ， 属低 钙灰 。 粉煤灰以球形颗粒为主。 图 1 是所 用粉煤灰 的电镜照片 。 图 1 粉煤 灰 的扫描 电镜 照 片 ( 3 ) 水泥 。 试验 中采用 的水 泥为本 地某水泥厂生产 的 3 2 5 级复合硅酸盐水泥。 ( 4 ) 石灰 。 为本地的普通石灰窑生产 的块灰 ， 经人工破 碎后的粉状灰 ， 细度在 8 0目以下 ， 有效氧化钙 6 5 以上。 ( 5 ) 石 膏 。 采用 市售磨 细石膏 ， 二水 硫酸钙 含量 大于 8 0 0 ， 含水率小于 1 5 。 ( 6 ) 碱 。 本试验选用 N a O H， 市售工业品 ， 作激发剂用 。 ( 7 ) 铝粉 。 市售工业铝粉 ， 保存 期在 3个月 内 ， 有效 铝 含量约为 5 8 。 ( 8 ) 减水剂 。 试验中用到 的减水剂是 F D N萘系高效减 水剂 ， 属市售工业产品。 减水率在 1 5 以上 ， 属高效早 强型 减水剂 。 ( 9 ) 高岭土。 采用天然矿物高岭土粉， 成分以高岭石为 主 ， 含量约占 9 0 左右 ， 属于层状的含水铝硅酸盐矿物 。 试 验 中将高岭土粉在 7 5 0热处理 2 h ， 以形成偏 高岭石 ， 增 加 其活性 。 作为活性 矿物掺合料之一使 用。 ( 1 0 ) 聚乙烯醇。 采用市售工业 品 ， 用于聚丙烯纤维 的 表 面改性。 白色粉末状 固体 ， 无味 ， 溶于水 。 1 2 试验仪 器及设备 ( 1 ) 模具 。 试验室用 4 c m x 4 c mx l 6 c m 三联模 ， 用 于加 气混凝土的浇筑成型。 ( 2 ) 抗压强度试验机和抗折强度试验机。 采用无锡某 建材设备厂生产 C Y L 2 0 0 0 型压力试验机 和 K Z J 5 0 0 0 型 电动抗折试验机 ， 用于试件的强度测试 。 ( 3 ) 其他辅助工具。 小铁铲、 搅拌用品、 托盘天平、 台秤等。 1 3试 验 方 法 1 3 1 聚丙烯纤维的表 面处理 聚丙烯纤维的表面处理工艺方法如下 ： 首先将适量的聚乙烯醇按聚乙烯醇： 水 = 1 ： 2 0的比例 混合 ， 再在水浴 中加热溶化 ， 将待处理的聚丙烯纤 维浸入 其 中。 处理完后捞出并在恒温箱 中低温烘干( 5 0 6 0) ， 然 后将其分散 ， 得到经表面处理的聚丙烯纤维 。 1 3 2 加气混凝土制备工艺 本试验的工艺流程如图 2 ， 将所有原材料按照一定的比 例进行混合搅拌， 装模， 脱模等一系列操作流程， 最后进行 密度及力学性能测试 。 粉煤灰 I I 水泥 I l 高岭土 l l 石膏 J l 水I l 石灰 l I Na O H l l 纤维 l l 铝粉 计量 混合搅拌 再次搅拌 静置停放2 4 h 脱 模 空 气养 护 混合搅拌 进 行密度 及力学 性能 测试 先 加 后 加 图 2加气 混凝 土制 备工 艺流 程 图 1 3 3 材料性能测试 ( 1 ) 抗压和抗折强度的测量： 按照国家标准 G B T 5 0 0 8 1 - 2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法标准 的方法进行硬 化混凝土的抗压强度和抗弯拉 ( 折 ) 强度测试 。 ( 2 ) 密度测量及 比强度计算 ： 参照 G B T 1 1 9 6 9 -2 0 0 8 加气混凝土体积密度 、 含水率 和吸水率试验方法 中的规 定测试试样的干密度 。 按照材料强度除以密度计算得 到加 气混凝土的 比强度值 。 2 无表面改性纤维加气混凝土试验 2 1试验 西 己 比 试验的基本配比如表 3 。 表 3 加气混凝土基本配比表 另外 ， 聚丙烯纤维用量 在 0 - 0 2 5 ( 体 积分数 ) 之 间 ， 石灰与氢氧化钠总用量占 1 7 ， 其中石灰用量为 1 3 - 1 5 。 2 2 纤维用量与混凝土比抗折 强度 的关 系 聚丙烯纤维掺人量与混凝土强度和密度 的关 系试 验 71 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 7 改性纤维加气混凝土常压养护制备研究因素及水平表 P P 用量 ， 图 5 加气混凝土试件 7 d比抗折强度随纤维用量的变化图 1 6 0 1 4 0 、 1 2 0 嘿 1 O 0 丑 8 O 6 0 U U U， U JU U 1 t 1 ZU PP 用量 ， 图 6 加气混凝土试件 2 8 d比抗折强度随纤维用量的变化图 3 5 试件 2 8 d比抗压 强度 分析 图 7 是纤维表 面处理前后试件 2 8 d比抗压强度对 比 分析 图。 P P 用 量 ， 图 7 加气混凝土 2 8 d比抗压强度与纤维用量的关系图 图 7 可 以看 出 ， 与未表面处理相 比， 纤维经表 面处理 后 ， 加气混凝土样 的比抗压强度明显提高。 且随纤维用量增 加变化不大 。 但未经表 面处理 的纤维加气混凝土样 ， 则随纤 维用量增加 ， 混凝土样 的比抗压强度却降低 。 造成上 述现象 的原因与纤维对加气混凝土表 观密度 的影响有关 。 图 8 是纤维表面处理前后加气混凝 土的 2 8 d 的表观密度随纤维用量 的变化情况 。 从 图 8 可知 ， 随着纤维量 的增加 ， 表面处理纤维 的混 凝土试件 2 8 d的随纤维用量增加表观密度变化不大 ， 而未 做表 面处理纤维 的混凝土试件 2 8 d的随纤维用量增加表 观密度则逐渐增大 。 说明加人表面处理的纤维后没有引起 加气混凝土混凝土表观密度 的明显增加 。 g 邑 、 梅 察 P P 用 量 图 8 混凝土 2 8 d表观密度与纤维用量的关系图 4结 论 ( 1 ) 随未表 面处理 的聚丙 烯纤 维用量的增加 ， 加气 混 凝土的比抗折强度先增加 ， 后保持不变。 纤维的最佳掺人量 在 0 2 左 右 。 ( 2 ) 碱激发剂对对加气混凝土的比抗折强度也有影响 ， 最佳配比为石灰： 氢氧化钠 = 1 5 ： 2 。 ( 3 ) 纤维经表面处理后 ， 随纤维用量增加 ， 加气混凝土 的比抗折强度先增加后减少 。 7 d比抗折强度最大值 出现 在纤维用量 0 1 0 1 5 之间， 而 2 8 d比抗折强度最大值 出 现在纤维用量 0 1 5 左右 。 ( 4 ) 纤维经表面处理后 ， 加气混凝 土样 的 比抗压强度 较未表面处理样 明显提高 ， 且随纤维用量增加变化不大 。 这与纤维对加气混凝土表观密度的影响有关 。 加入表 面处 理的纤维后没有引起加气混凝土表观密度的明显： L j U 。 参 考文献 ： 1 吴正直 粉煤灰房建材料的开发与应用 M 北京 ： 中国建材工业 出版社 ， 2 0 0 3 2 12 吴中伟， 廉慧珍 高J 性能混凝土【 M】 北京： 中国铁道出版社， 1 9 9 9 【 3 】彭小芹， 漆贵海 ， 林力勋 ， 等 磷渣免蒸压加气混凝土制备研究明 重庆建筑大学学报 ， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 1 3 2 1 3 5 4 】江晓君 ， 严云 ， 胡志华 碱激发免蒸压加气混凝土的研究 J J _武汉 理工大学学报 ， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 5 0 5 5 5 沈建华， 周平 粉煤灰在混凝土工程中的应用研究 J _ 科技信息， 2 0 1 1 ( 1 4 ) ： 3 3 0 3 3 1 6 6 何JJ 、 兵 ， 卓仪 聚丙烯纤维自密实混凝土工作性及强度性能研 究J 重庆交通大学学报 ： 自然科学版， 2 0 1 2 ( 6 ) ： 3 5 3 9 【 7 】陈兵 ， 刘睫 纤维增强泡沫混凝土性能试验研究 J 】 建筑材料学 报， 2 0 1 0 ( 3 ) ： 2 8 6 2 9 0 8 黄照明 ， 袁誉飞 ， 陈泽杰 ， 等 高强轻质粉煤灰加气混凝土发气 技术的研究【 J J _混凝土 2 0 1 2 ( 1 ) ： 1 3 5 1 3 7 9 蒋小曙 ， 李莽 泡沫混凝土的制备工艺及研究进展 f J 混凝土 ， 2 0 1 2 ( 1 ) ： 1 4 2 1 4 4 【 1 0 丁小波， 庞新锋， 刘伟表面处理对聚丙烯合成纤维性能的影响叨 混凝土 2 o o 8 ( 1 2 ) ： 5 9 6 2 【 1 1 李 刚， 刘开平 ， 姜曙光 ， 等刑 用粉煤灰和废玻璃粉制备新型墙 体材料的研究【 J 1 新型建筑材料， 2 0 0 6 ( 1 2 ) ： 6 8 7 1 1 2 】 李 刚， 刘开平 ， 姜曙光 ， 等 粉煤灰轻质墙体材料的试验研究及 机理分析 J 1 粉煤灰综合利用 ， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 1 5 1 8 作者简介 ： 联系地址 ： 联系电话 ： 温久然( 1 9 7 6 一 ) ， 女， 在读工学博士， 从事矿物材料及 材料技术经济的教学和科研工作。 长沙市韶山南路 6 8 号 中南大学土木工程学院( 4 1 o o 7 5 ) 1 3 8 7 31 05 4 0 9 73 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m