减缩剂对泡沫混凝土收缩的影响研究.pdf
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1、1 1 o 3 2 助 材 料 文章 编 号 : 1 0 0 1 9 7 3 1 ( 2 0 1 4 ) 1 1 1 1 0 3 2 0 4 2 0 1 4年第 1 1 期 ( 4 5 ) 卷 减缩剂对泡沫混凝土收缩 的影 响研究 蒋 俊 , 牛云辉 , 卢忠远 ( 1 四川省非金属复合与功能材料重点实验室一 省部共建 国家重点实验室培育基地 , 四川 绵阳 6 2 1 0 1 0 ; 2 西南科技大学 , 四川 绵阳 6 2 1 0 1 0 ) 摘 要 : 为解 决 泡沫混凝 土 因收缩 而开 裂 的 问题 , 在 水灰 比 为 0 3 3和 0 5 0的情况 下 , 通过 测 定泡 沫混凝
2、 土 的 干缩值 和 自收 缩值 , 结合 压 汞 法、 氮吸 附 法及 XRD 等测 试 手段 , 研 究 了减 缩 剂 ( S1与 S 2 ) 对 A0 8级 泡 沫 混凝土 孔结 构 、 干 缩及 自收 缩的影 响 。结果 表 明 , 泡沫 混凝土 失水 和干 缩 主 要 集 中在 7 d以 内 ; 当水 灰 比为 0 3 3时 , 减缩 剂可使 泡沫混 凝 土 2 8 d干缩 值和 自收 缩 值 降低 5 5 3 和 4 8 9 ; 当水灰 比 为 0 5 0时 , 减 缩 剂 可降低 泡 沫混凝 土 2 8 d干缩 5 9 1 , 与 环境 隔 离的条 件 下 , 泡 沫混凝 土 存
3、在 微 膨 胀 现 象 ; 水灰 比 为 0 3 3和 0 5 0, 掺 入 S 1使 泡 沫混 凝 土毛 细孔 数 量 减 少 ; 水灰 比 为 0 3 3时, S 2掺 入 使 3 0 n m 左 右 的 大 的毛 细孔 数 量 增 多, 小 的毛细孔 数量 减 少 , 而水 灰 比 为 0 5 0时 , 利 于 小 于 4 n m 的 小的毛 细孔形 成 。 关键词 : 减 缩剂 ; 干缩 ; 自收 缩 ; 孑 L 结构 ; 泡 沫混凝 土 中图分 类号 : TU5 2 8 2 文 献标识 码 : A DOI : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 - 9 7 3
4、 1 2 0 1 4 1 1 0 0 7 1 引 言 泡 沫混凝 土 因具有 轻质 、 保温 隔热 、 防火 、 抗 震 、 隔 音 等 多 种 功 能 而 备 受 青 睐 ,年 产 量 接 近 1 7 1 0 m。 【 。但高气孔 率、 高胶凝材料含量和骨料 缺乏等 因素 , 导致 泡沫混 凝 土在干燥 环境 中失 水快 , 干 缩 大 j , 并且 高胶凝 材料 含量造 成较 大 的化 学 收缩 , 促 使泡沫混凝土表现出较大的自收缩 。显著的干缩和 自 收缩在缺乏骨料 的限制下 , 宏观上表现出较大 的体积 变形。当变形受到约束时, 易开裂 。开裂会使其热工、 力 学等 性能 劣化 ,
5、影响后 续使 用 。 目前 , 控 制泡 沫混 凝 土 收 缩 的 手段 主要 有 掺 加 纤 维 、 掺加 膨 胀 组 分、 降低 水 胶 比、 添 加 矿 物 掺 合 料 等_ 3 。但 是 , 掺加纤 维 和膨 胀组 分 只是 限 制或 补偿 水 泥石的收缩 , 降低水胶 比和添加矿物掺合料也难 以 避免水 分耗 散 , 也 难 以有 效控 制收 缩 。减 缩剂 ( s h r i n k a g e r e d u c i n g a d mi x t u r e s简称 s RA) 通过降低水泥石 孔溶液表面张力 , 减小毛NT L 失水应力 , 降低干缩值和 自收缩值 , 并且 S
6、 RA使水泥石在早期有一定 的膨 胀 能 力E H , 有 利 于 改善 自收 缩 。 目前 , S RA 在 泡 沫 混 凝 土 中的应 用 , 国内外还鲜 有报 道 , 本 文 通 过掺 入 两种 减缩 剂 , 在 水灰 比为 0 3 3和 0 5 0的 条 件下 , 研 究 减 缩 剂对 泡沫混 凝 土干缩 、 自收缩 及孔结 构 的影 响 , 旨在探 究 一种有 效改 善 泡 沫混 凝 土 收 缩 的 方 法 , 为 泡 沫 混 凝 土 的实 际工程 应用 提供 帮助 。 2 实 验 2 1 原 材料 水 泥 : 北 川 中联 水 泥 厂 生 产 的 PO 4 2 5 R; 减 缩 剂
7、 ( S 1 ) : 主要成 分 为成 都 科 龙 化 工试 剂 厂生 产 的二 元 醇 类试 剂 ( 分 析 纯 ) ; 减 缩 剂 ( S 2 ) : 江 苏 博 特 新 材 料 公 司 , 无减 水 作 用 , 推荐 掺 量 为胶 凝 材 料 的 1 5 oA 2 ; 聚羧酸 减水 剂 : 西 卡 四川 I 柯 帅外 加 剂 有 限公 司 生 产 的 KS J S 5 0 M 型聚 羧 酸类减 水 剂 ; 动 物发 泡 剂 : 购 自河 南 华 泰建 材开 发有 限公 司 。 2 2 泡 沫 混凝土 制备 方法 按照表 1的配合 比, 将 水、 S R A 和减水 剂制成水 溶液 , 加
8、入到水泥净浆搅拌机 中与水泥搅拌 , 制成大流 动 度料 浆 ; 高 速机 械搅 拌发 泡 剂 溶液 ( m ( 发泡 剂 ): m ( 水 ) 一1: 2 0 ) , 制 备 密 度 为 3 5 k g m。的泡 沫 ; 按 照 表 1 所示 , 加 入泡 沫 , 将 泡 沫均 匀 混 入料 浆 中 , 浇 筑 成 型 , 养 护 。 2 3 实验 方法 2 3 1 绝干 容重 试块尺寸为 7 0 7 mm7 O 7 mm7 0 7 mm, 成型 2 4 h后脱模 , 置 于温度 ( 2 0 2 ) 。 C, 湿 度 ( 6 O 5 ) 环境 中养护 规定 龄期 , 参 考 J G T2 6
9、 6 2 0 1 1 泡 沫 混凝 土 测 定 绝 干容重 。 2 3 2干缩 与 自收缩 干缩 : 成 型尺 寸为 2 5 mm2 5 mm2 8 0 mm 的试 块 , 2 4 h脱模后 , 置于温度 ( 2 O 2 ) , 相对湿度( 6 0 5 ) 的环境 , 参照 J C T 6 0 3 2 0 0 4 水泥胶砂干缩试验 方 法 测定 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 1 4 , 2 1和 2 8 d干 缩值 和 质 量 ; 自收缩测试试块成型、 测试、 养护条件与干缩一致 , 区别在于试块拆模后表面采用铝箔密封。 * 基金项 目: 国家科技支撑计划资助项 目(
10、 2 0 1 1 B A E 1 4 B 0 5 , 2 0 1 2 B A J 2 0 B 0 4 ) 收到初稿 日期 : 2 0 1 3 - 1 0 1 7 收到修改稿 日期 : 2 0 1 4 0 2 2 1 通讯作者 : 卢 忠远 , E ma i l : l u y s wu s t e d u c n 作者简介 : 蒋俊( 1 9 9 1 一) , 男 , 四川 I 广安人 , 在读硕士 , 师 承卢 忠远教授 , 从事泡沫混凝土研究 。 蒋 俊 等 : 减缩剂对泡沫混凝 土收缩的影响研究 表 1 泡沫 混凝 土 配合 比 Ta b l e 1 M i xt u r e pr op
11、 o r t i on s of t h e f oa m e d c o nc r e t e S RA k g 编 号 水 i k g 7 K k g w c 减 水 剂 k g 泡 沫加 入 量 k g 干 容 重 k gm AO A 1 A2 BO B1 B2 8O O 8 OO 8 OO 8 00 8 00 8 OO 24 O O 33 24 O O 33 24 O O 33 38 4 O 5 O 38 4 O 5 O 38 4 O 5 0 2 5 2 5 2 5 2 4 2 2 4 2 2 4 2 2O 8 2O 8 2O 8 21 O 一 21 O 3 2 3 一 一 3 2 3
12、 81 4 8 04 8 36 8 27 827 839 2 3 3表 面张 力 按参照文 献 1 2 配 制模 拟 孔溶 液 , 配 制溶 度 为 0 3 5 mo l L KOH 和 0 0 5 mo l L Na OH 的高 碱 溶液 , 加入减水剂( 仅 w c一0 3 3时加入减水剂 , 掺量 为水 质量 的 0 9 5 ) 和 s R A( 动物蛋 白在强碱溶液 中容易失 去活性 , 故在模拟孔溶液 中未加入发泡剂) , 配制浓度 为 0 1 O 的 S R A 溶液 , 用 德 国克 吕士公 司 D S A3 0型 表面 张力 测定 系 统测定 溶 液 的表 面张力 。 2 3
13、4氮吸 附法 、 压汞 测孔 仪法 及 XR D 将 2 8 d测试 干 缩 的样 品 , 无水 乙醇终 止水 化 , 真空 干燥 , 用 于测 定孔 结构 , 将 3 , 7和 2 8 d测试 自收缩样 品 用 无 水 乙 醇 终 止 水 化 , 用 于 获 得 对 应 龄 期 水 化 产 物 XR D 图谱 。压 汞法 ( MI P ) 测 试 微 孔 结 构 时 , 汞在 外 界 压 力 下易 破坏 孔结 构 , 造成 测试 结 果 不 准确 , 而 氮 吸 附 ( B E T) 适 合全 面地 测定 小 毛细孔 和微 孔 _ 1 。考 虑 两者 测 试孑 L 径 范 围 , 采用 B
14、E T测 定小 于 1 0 n m 的小 的 毛细 孔 和 部分 凝胶 孔 , 而 MI P测 定大 于 1 0 n m 的大 的 毛细 孔 。B E T采用美国康塔公司 NOVA 3 0 0 0高速 自动 比 表面 与孔 隙度分 析仪测 定 , MI P采用美 国麦 克公 司 Au t o P o r e I V 9 5 0 0测定 , X RD采 用 荷 兰 帕 纳科 公 司 X P e r t P RO 型测 定 ( 步长 0 0 3 。 , C u靶 ) 。 3结果与讨论 3 1 S RA对 泡 沫 混 凝 土 孔 溶 液 表 面 张 力 及 孑 L 结 构 的 影响 S RA是 一
15、种 能 够 降 低 溶 液 的 表 面 张 力 的 外 加 剂 E l 4 7 , 如 图 1所示 , 随着 S RA 的浓度 增 加 , 模 拟孑 L 溶 液 的表面张力下降 , 之后趋于稳定 , 且 s 2降低孔溶 液表 面张力能力 比 s l大。由于受 S RA溶液 中临界胶束浓 度 ( c r i t i c a l mi c e l l e c o n c e n t r a t i o n简 称 C MC) 的影 响 , 过量的 S RA也无 法进一步 降低溶 液 的表 面张力 , s 1 和 S 2的 C MC大 约 为 8 , 故 后 续 实验 选 择 S RA 浓 度 为 8
16、 的拌合 水制 备泡 沫混 凝 土 。 配 制浓 度为 8 的 S R A 溶 液 充 当拌 合 水 溶 液 , 研 究 S R A 对 泡 沫 混 凝 土 毛 细 孔 的 影 响 , 如 图 2和 3所 示 。泡 沫混凝 土 由硬 化 水 泥 浆 和各 个 尺 度 的孔 组 成 , 孔 径 分布 涵 盖大 孔 ( 1 0 0 0 5 m) 、 大 的 毛细 孔 ( 5 0 1 0 n m) 、 小 的 毛 细 孔 ( 1 0 2 5 n m) 、 凝 胶 孑 L( 小 于 2 5 n m) 及 由 表 面 活 性 剂 等 引 入 的 气 孔 ( 大 于 l O m) L l 。掺入 S 1
17、后 , 小 于 1 0 0 n m 的孑 L 的数 量均 小 于对 照组 。当 w c为 0 5 0时 , S 1的掺 加 , 使 1 m 左 右 的孔细 化 , 而 当 W c为 0 3 3时 , 4 0 0 n m l M m 范 围孔数量降低 。w c为 0 3 3时 , 掺入 s 2使小于 l 0和 8 0 n m左右的孔减少 , 但增加了 3 0 n m左右的毛细孔 , 而 w c为 0 5 0时 , 1 0 1 0 0 n m 范 围孑 L 数 量 均 小 于对 照 组 , 但 小 于 4 n m 的孔 数量 明显 多 于对 照组 。 SRA c oncen t r a t i o
18、n 图 1 S R A 对模 拟 孔 溶液表 面 张力影 响 Fi g 1 I nf l u e nc e o f SRA i n s y nt he t i c p o r e s o l u t i on on s ur f a c e t e ns i on POr e s i z e n m ( b ) W C = O 5 0 图 2 S RA 对 泡沫 混凝 土微观 孔 结构 影响 ( MI P ) Fi g 2 I nf l u e nc e of SRA o n m i c r os c o p i c po r e s t r uc t ur e i n f o a m e d
19、 c o nc r e t e ( M I P) 3 2 S R A 对 泡 沫混凝 土 干缩 的影 响 当孔 内湿度大于环境湿度时 , 孑 L 内失水形成 凹液 0 5 O 5 0 5 0 5 O1 4 3 3 2 2 1 1 0 O 0 0 O O 0 0 O 0 O O 0 0 O O O O O 0 O O O O O O O 0 0 Ec a 一l _乞、 co一 :I =I c一 一 ;ca J 一 。 no 3 4 助 面, 产生附加应力诱发干缩。但大孔对 孔溶液束缚作 用 小 , 失 水对 干 缩 影 响 小 。大 的毛 细 孔 失水 一 般 在 湿 度 8 O 的环 境 ,
20、小 的毛 细 孔 失水 一 般 湿 度在 8 O 9 6 5 0 之 间 , 且 小 的毛细 孔失水 产 生毛 细孔 应 力 大得 多 , 对干缩影响更大 。当水灰 比为 0 3 3与 0 5 0 , 环境 相对 湿度 为 6 O 时 , S R A 对泡 沫混 凝 土 的干 缩影 响 见 图 4所示 。 材 料 2 0 1 4 年 第1 1 期( 4 5 ) 卷 Por e si z e nm ( b ) W C = O 5 0 图 3 S RA 对泡 沫 混凝 土微 观孔 结构 影响 ( B E T) Fi g 3 I nf l u e n c e of SRA o n m i c r o
21、s c op i c p or e s t r u c t u r e i n f o a me d c on c r e t e ( BET) ( b】 WI C 0 - 5 0 图 4 S R A 对 泡沫混 凝土 干缩及 失水 影 响 Fi g 4 I nf l u e n c e of SRA o n d r y i ng s hr i nka ge a nd wa t e r l o s t of f oa me d c o nc r e t e 随龄期的增长 , 泡沫混凝土干缩值逐渐增大, 随后 趋于稳定 , 且干缩主要集 中在 7 d之前 ; 掺入 S 2 使泡沫 混凝土干缩在
22、7 d之后趋于稳定 , 而 S 1 较 s 2 则稍有滞 后, 但早 于对照组稳定 ;S 1使泡沫混凝土干缩 值减小 4 4 1 oo ( w CO 5 0 ) 、 4 3 5 ( w c= = = 0 3 3 ) , S 2掺 人 降 低干 缩值 5 9 1 ( w c=0 5 0 ) 、 5 5 3 ( w c=0 3 3 ) 。 从 图 4可 以看 出 , 泡 沫混凝 土失 水 主要 集 中在 7 d 以内, 掺入 s 2 , 7 d之后失水量开始趋于稳定 , 掺入 s 1 较 S 2稳定 期滞 后 , 对 照 组 失 水 稳 定 期 出 现 最 晚 , 由水 分耗散而引起 的干缩与水分
23、散失 曲线存在 良好 的相关 性 。S R A 的引入使泡沫混凝土失水量和失水速率均大 于对照组 , 主要是 S RA降低溶液表 面张力 , 毛细孔对 孔溶液束缚作用降低 , 易失水 , 失水速率加快 。掺加 s 2 的孔溶液表面张力下降幅度较 s 1大 , 故掺入 s 2的泡 沫混凝土蒸发速率大于 s 1 。失水稳定时 , 掺入 s 1 、 s 2 后失水量的差异主要是 : 掺加 S 1的泡沫混凝土干容重 小于 S 2 ( 如表 1所示) , B 1 、 A1的总孔 隙率分别大 于 B 2 、 A2 , 存在孔 内的可迁移 的水分 B 1 B 2 、 A1 A2 。 当暴 露在 干燥环 境
24、中 , 水分 迁 移 , 导致 最 终 量 B 2 B 1 、 A2 A2 Al 、 B 0 B 2 B 1 , C S的特 征 峰 峰 强 为 A0 小 于 A1 、 A2 , B O小 于 B 1 、 B 2 。在 2 8 d时 , C a ( OH) 2 特 征 峰强 B 2 B O B 1 , A2 A0 A1 , 各 组 C 。 S的 峰 强 差异 不 明显 。S R A 造 成 水 泥水 化不 同程 度 的 延迟 , 早 期 C 。 S水化 延迟 , 利 于 自收缩 减 小 , 同 时 , C a ( OH) 在 溶液 中过 饱 和度增 加 , 早龄 期 的 C a ( OH) 结
25、 晶受 到抑 制 , 晶粒较 小 , 特征 峰峰 强较 小造 成微 膨胀 口 。微 膨胀 和水泥水化的变化使泡沫混凝土 自收缩得到改善。 2 0 ( 。J 2 0 ( J 2 8 ( ) ( d ) 图( b ) 局部放大图( 1 7 5 1 8 5 。) ( e ) 图( a ) 局部放大圈 ( 2 8 3 4 。) D图( b ) 局部放大图 ( 2 8 3 4 。) 图 6 S R A 对泡 沫 混凝 土 水 化产 物 的影响 Fi g 6 I nf l u e n c e o f SRA on c e m e nt hy dr a t i o n pr o du c t s of f
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