轻质泡沫混凝土性能影响因素试验研究.pdf

文 章编号 ： 1 0 0 7 - 0 4 6 X ( 2 0 1 6 ) 0 1 - 0 0 3 8 0 4 ； 豫 建糍 轻质泡沫混凝土性能影响因素试验研究 E x p e r i m e n t a l S t u d y o f R e a s o n s A f f e c t i n g L i g h t w e i g h t F o a m e d C o n c r e t e P e r f o r m a n c e 武斌 ，于继海2 ，王静静 ，刘高凯 ( 1 烟建集团有限公司混凝土分公司 ，山东 烟台 2 6 4 0 3 4 ； 2 济南大学 建筑材料制备与测试技术山东省重点实验室，山东 济南 2 5 0 0 2 2 ) 摘要： 采用普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、矿渣和粉煤灰等原材料，通过化学发泡方法制备高性能、环保、 轻质泡沫混凝土。研究发现 ，当普通硅酸盐水泥： 快硬硫铝酸盐水泥： 矿渣： 粉煤灰为5 ： 2 ： 2 ： 1 ，水胶 比为0 5 时， 可制得干密度为2 5 0 3 0 0 k g m ，导热系数为0 0 5 6 w( m K)轻质泡沫混凝土。 关键词 ： 轻 质 泡沫混 凝 土； 干容 重 ；水胶 比 中图分类号 ：T u 5 2 8 2 文献标 志码 ：A 0 前 言 普通泡沫混凝土干密度在 3 0 0 1 2 0 0 k g m ， ，导热系 数在 0 0 8 0 - 3 W ( m K) 之间， 试验中要制备的轻质泡 沫混凝土干密度在 3 0 0 k g m s以下，且要求尽可能降低导 热系数、提高强度。因此，为要保证轻质泡沫混凝凝土 的性能稳定，对胶凝材料的性能要求十分重要，不仅要 求所采用的胶凝材料具有较快的凝结时间、较高的早期 强度， 还要具备早期强度发展较快、 后期强度较高等特点。 试验中采用快硬硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥搭配使 用。但用硫铝酸盐水泥制备泡沫混凝土存在着诸多问题： 首先，国内外大量的研究表明 1 1 ，硫铝酸盐水泥混凝土制 品的耐久性远远不及普通水泥的混凝土制品。尤其是当 硫铝酸盐水泥混凝土制品应用于建筑物的外部时，制品 的耐久性将急剧下降；其次，硫铝酸盐水泥和普通水泥 的兼容性问题，因硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的化 学组成差距较大，混合使用存在问题；再次，与普通水 泥的混凝土相比，硫铝酸盐等特种水泥的资源相对匮乏， 价格较普通水泥要高很多。这些都严重阻碍了特种水泥 泡沫混凝土作为保温材料的进一步发展。试验中通过调 整各组分的掺量以及掺加不同外加剂，制备得到高性能、 低成本、环保型轻质泡沫混凝土。 3 8 CD 工 H 1 201 6 1 试 验 1 1 原材料 水泥：山水 5 2 5 R普通硅酸盐水泥，其物理化学性 能见表 1 ；唐山六九快硬硫铝酸盐 4 2 5水泥 ( R S A C) ， 其物理性能见表2 。 表 l 普通硅酸盐水泥的物理性能 表 2 快硬硫铝酸盐水泥 ( R S A C )物理性能 矿渣粉： 选用莱钢矿粉， 其物理化学分析见表3 。 粉煤灰 ： 二级粉煤灰，其物理化学分析见表 4 。 外加剂：发泡剂 ( 3 5 浓度的工业纯双氧水) 、减水 剂等。 表 3 矿渣粉超细粉化学成分 1 2 试验方法 1 2 1 泡沫混凝土的干密度测试 按照 G B T 5 4 8 6 2 0 0 8 无机硬质绝热制品试验方 法 ，取边长为 1 0 0 m m、养护龄期为 2 8 d的立方体试样， 置入电热鼓风干燥箱内，缓慢升温至 ( 1 1 0 5 ) c C ，烘干 至恒定质量，然后移至干燥器中冷却至室温。恒定质量 的判定依据为恒温干密 3 h ，2次称量试件质量的变化率 0 2 。称量试件自然状态下的质量， 保留5 位有效数字， 计算样品的干密度。 1 2 2 泡沫混凝土抗压强度实验方法 在抗压强度试验中，将试块切割成尺寸为：1 5 0 m m 1 5 0 m m1 5 0 m m，切割时注意切割方向保持一致，待 试块切割完毕并测量其尺寸 ( 精确至 1 m m ) 。试验方法依 据标准 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 普通混凝土力学性能度验方 法标准，当加荷时应该连续而且均匀，加荷速度为 0 3 M P a s ，记录破坏荷载 P ( N ) 。结果计算i按照式 ( 1 ) 计 算混凝土的立方体试件抗压强度 f c u ( M P a ) ： f c u = P A ( 1 ) 式中：P 一破坏载荷； 一 受压面积 ( 1 5 0 m m1 5 0m m) 。 1 2 3 泡沫混凝土的导热系数测定方法 将 泡 沫 混 凝 土 试 件 制 备 成 尺 寸 为 2 0 0 m m 2 0 0 m m 2 0 m m ( ) 、2 0 0 m m 2 0 0 m m 5 0 m m ( 块 ) 标准试件，试件置于混凝土标准养护室中养护。 在到达养护时间前 3 d ，将试件取出放人电热鼓风干燥箱 中，在 ( 1 0 5 - t- 5 ) 温度下连续烘干 3 d ，然后立即将试 件取出，放入干燥器中冷却至室温，在 J T R G I I I 建筑材料 热流计式导热仪上进行导热系数测定。具体的试验方法 按照 ( 参照 ) G B T 1 0 2 9 4 2 0 0 8 绝热材料稳态热阻及 有关特性的测定防护热板法 。 1 3 轻质泡沫混凝土的制备 将普通硅酸盐水泥、 快硬硫铝酸盐水泥、 矿渣、 粉 煤灰和减水剂 ( 粉剂 ) 、增稠剂等除发泡剂以外的 f, J J n 剂 混合均匀加水慢搅 3 0 s ，然后迅速加入发泡剂，先慢搅 1 0 s ，然后快搅 2 0 s ，最终将搅拌均匀的料浆快速倾倒入 模具内静停发泡。发泡室温控制在 2 0 2 5， 发泡完成 后于养护室内养护，养护条件：温度 ( 2 0 5 ) 。 2 试验结果与分析 2 1 水胶比的影响 在轻质泡沫混凝土的制备中，水胶比对试验结果影 响很大。当用水量过少时，料浆过干容易团聚，物料混 合不均匀，从而造成试验失败；另外也会增大搅拌机的 荷载，增大搅拌机的损耗。试验使用双氧水发气的过程 十分迅速且不易控制，因此只能通过调节浆料的稠化速 度来匹配双氧水的发气速度，只有二者相匹配才能使得 气孔均匀且后期不出现塌模 9 1 。 在其他条件较好的情况下，通过图 1可以得出水灰 比对泡沫混凝土2 8 d 强度及干密度的影响。 自 强 伯 j H - 图 1 水灰比对轻质泡沫混凝土干密度和抗压强度的影响 由图 1 可知，当水胶比在0 4 5 0 5 3 波动时，轻质泡 沫混凝土的抗压强度和干密度整体都呈下降趋势，但当 水胶比在 0 4 5 0 5 0之间波动时其干密度在下降但抗压强 度增大，干密度降低 1 3 1 ，抗压强度增大 6 2 ，这是 因为当水胶比过小时，浆体的稠度过大，在静停置发泡 过程中，泡沫极易冲出表面而在试块中留下裂缝及贯通 孔。随着水胶比的增大，这一问题逐渐改善，泡沫混凝 土试件逐渐向轻质高强的方向发展。水胶比在 0 5 0 0 5 3 之间波动时干密度降低 2 7 ，但抗压强度下降 1 1 5 。 水泥水化所需的水量有限，但水量过高时，虽然可 以保证浇筑和成型的正常进行，降低密度；但多余的这 部分水不能参加到水化反应中去 ，在混凝土中以游离 1 2 0 1 6 粉煤灰 3 9 导热系数是泡沫混凝土的一项重要参数。导热系数 越小，其保温隔热性能就越好。由图 5可知，随着发泡 剂的掺量的增加，泡沫混凝土的导热系数逐渐降低，当 掺量超过 6 5 时导热系数反而开始增大，在掺量 6 5 时导热系数最低为 0 0 5 6 W ( I n K o n 0 9 n 惦 吕 哪 赢 壤 砷n 0 6 影响；通过调整水胶比可以实现浆料稠化速度与发气速 度匹配，从而制得性能较为理想的泡沫混凝土制品。通 过试验分析得到理想的水胶比为0 5 ； ( 2 ) 快硬硫铝酸盐水泥的掺加可以提高泡沫混凝土 的早期强度，但掺量过高会对早期强度起反作用，试验 表明掺量在 2 0 效果较好，且其孔结构均匀。胶凝材料 的最佳比例为普通硅酸盐水泥 ： 快硬硫铝酸盐水泥： 矿渣 ： 粉煤灰为 5 ： 2： 2 ： 1 ； ( 3 ) 发泡剂的掺入量对泡沫混凝土的强度、干密度 和导热系数均有较大的影响，适量的发泡剂用量可以制 备出孔壁厚度适中、气孔分布均匀、强度较高、保温效 果较好且容重较低的轻质泡沫混凝土制品。发泡剂最佳 掺量在6 3 6 6 之间。 发泡剂掺量 图 5 发泡剂掺量对泡沫混凝土导热系数的影响 综合分析可得，试验要求制备较低导热系数、较高 参考文献 强度的轻质泡沫混凝土， 发泡剂掺量在 6 5 时导热系数 O N E me d SM a a l 【 r y J v Ma g a z i e ws o i n e nt h 0 fc e p o t e n t 。i： 最低，结合发泡剂掺量对试件 2 8 d强度和干密度的影响 R e s e a c h ,2 0 0 5 5 7 ( 1 ) ：2 1 3 1 可以得到发泡剂的最佳掺量在 6 3 6 6 。 2 】蔡 娜超轻 泡沫 混凝 土 保温 材 料的 试 验研 究【 D 】 重 庆： 重 庆大 学，2 0 0 9 3 结 语 作者简介：武斌 ( 1 9 8 8 一)， 男，硕士， 烟建集团有限 公司混凝土分公司 主要从事混凝土、外加剂等新型建材生产试验研究。 通信地址： 烟台莱山 区飞龙路l l 号 ( 2 6 4 0 3 4 )， E - m a i l ： 9 8 3 0 9 4 6 9 8 q q c o rn ( 1 ) 水胶比对泡沫混凝土的强度及干密度有着较大 收 稿日 期： 2 0 1 5 年9 月2 3 日 ( 上接第3 7 页) 3 结 论 ( 1 ) 矿粉的活性随矿粉细度的增加而增加，但流动 度随细度的增加略有降低。 ( 2 ) 采用蒸汽养护时，掺入超细矿粉可较大幅度提 高混凝土早期强度，且后期强度持续增长。超细矿渣微 粉替代水泥的比例以4 0 左右为宜。 ( 3 ) 掺加超细矿粉的混凝土， 通过增加胶凝材料用量， 其蒸养 1 d后的强度可达到甚至超过未掺超细矿粉的混凝 土高压蒸养的强度，可实现P H C管桩免压蒸养生产。 参考文献 1 】潘钢华，孙伟，张亚梅活性混合材微集料效应的理论和试验研 究 J 1 混凝土与水泥制品，1 9 9 7 ( 6 ) ： 2 3 2 5 2 】沈旦申，张荫剂粉煤灰效应的探究 J 】 硅酸盐学报，1 9 8 1 ( 1 ) ： 5 7 6 3 3 】WANG A Q，Z HANG C Z， S UN W F l y a s h e f f e c t s I T h e mo r p h o l o g i c a l e f lf e c t o f f l y a s h J C e me n t a n d c o n c r e t e r e s e a r c h 2 0 0 3 ， 3 3 ( 1 2 ) ： 2 0 2 3 2 0 2 7 4 】WANG A Q， Z H ANG C Z ， S UN W F l y a s h e f f e c t s I I T h e a c t i v e e f f e c t o f f l y a s h J C e me n t a n d c o n c r e t e r e s e a r c h ， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 1 2 ) ： 2 0 5 7 2 0 6 0 【 5 WANG A Q，Z HANG C z， S UN W F l y a s h e f f e c t s T h e mi c r o a g g r e g a t e o f f l y a s h J C e me n t a n d c o n c r e t e r e s e a r c h ， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 1 1 ) ： 2 0 6 1 - 2 0 6 6 6 】张秀芝， 孙伟 活性矿物掺合料对超高性能水泥基材料的影响 J 】 深圳大学学报：( 理工版) ， 2 0 0 8 ( 1 0 ) ：3 3 8 - 3 4 0 收稿日期： 2 0 1 5年 6月 3 0目 1 2 0 1 6 粉煤灰 4 1