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                          轻骨料对泡沫混凝土性能的影响

                          发布时间:2020/5/14 14:14:02

                          0  引言

                          漂珠、?;⒅椋℅lazedHollowBeads,GHBs)属于无机绝热材料,呈球状,内部为空腔结构,具有质轻、保温、耐高温及抗老化等特点。广泛用于建筑节能、防火吸声等领域。近年来,通过掺加轻骨料和纤维改善泡沫混凝土的性能的研究较多。赵维霞等通过掺加膨胀珍珠岩制备出900kg/m3 的泡沫混凝土,其导热系数仅为0.1334W/(m·K),28d 抗压强度达到3.2MPa。Chen和Liu[12]28d抗压强度为72.5MPa的普通硅酸盐水泥、SiO2 含量92.4%的高铝水泥、PP纤维、EPS纤维等制备出800kg/m3 的泡沫混凝土,28d 抗压强度为11.0MPa,导热系数为0.25W/(m·K),但纤维具有较大的长径比而不利于搅拌分散。添加?;⒅樵诒N律敖?、保温混凝土领域得到广泛应用,能显著降低混凝土的密度、提高砂浆、混凝土的保温性能。小粒径的?;⒅橛肭嶂实呐蛘驼渲檠蚁啾染哂懈叩母斩群颓慷?,?;⒅楸砻嫖郧?,吸水速度快,掺入适量经过预湿处理的?;⒅槟芨飨缘靥嵘菽炷恋那慷?。与增韧、增强效果明显的纤维相比,球形的?;⒅樵诨炷林械姆稚⑿越虾?,对工艺及施工设备的要求较低。粉煤灰漂珠(FlyAshCenospheres,FACs)是从粉煤灰中提取的一种能漂浮于水面的硅铝质颗粒状中空玻璃微球,具有耐高温、隔声等性质。广泛应用于涂料、建材、耐火材料等行业。一般来说,漂珠的粒径越小、强度越高,且粒径小的漂珠能嵌入泡沫混凝土的孔壁,降低泡沫混凝土密度,提高其抗压强度,提升保温隔热性能。  

                          本研究以漂珠、?;⒅椴糠秩〈?,研究了漂珠、?;⒅槎耘菽炷两辶鞫?、孔结构、力学性能、保温隔热性能的影响。

                          1  试验

                          1.1  原材料

                          水泥:四川德阳利森水泥有限公司生产的P·O42.5R水泥;粉煤灰:Ⅰ级,江油火力发电厂,粒径及形貌见图1(a);发泡剂:植物蛋白发泡剂:四川德阳兴翰;漂珠:行唐县金磊矿物粉体加工厂,120目,表观密度0.40g/cm3,堆积密度0.31g/cm3,吸水率 30.7%,其颗粒大小和表面形貌如图1(b)所示;?;⒅椋篕46型,美国3M公司生产,表观密度0.16g/cm3,堆积密度0.095g/cm3,吸水率23.0%,其颗粒大小和表面形貌如图1(c)所示。

                          1.2  试样的制备

                          以 800kg/m3 的泡沫混凝土为研究对象,分别按照轻骨料体积掺量占硬化后试样总体积的0、5%、10%、15%和20%进行配合比设计,漂珠和?;⒅椴羧虢迩跋仍と笫梁阒?。根据表1的配合比制备15L试样。骨料质量掺量为m=ρkV,式中:ρ为骨料干表观密度,k为所掺骨料体积占硬化后试样的总体积分数,V为硬化后试样的总体积。

                          2   结果与讨论

                          2.1  漂珠、?;⒅椴袅慷运嗑唤鞫缘挠跋?/span>

                          由图2可以看出,800-N、800P-5、800P-10、800P-15、800P-20试样的流动度分别为231mm、242mm、248mm、251mm,255mm;而800B-5、800B-10、800B-15、800B-20试样的流动度分别为 244mm、250mm、254mm、257mm。说明浆体的流动度随漂珠、?;⒅椴袅康脑黾佣黾?,且?;⒅楦纳平辶鞫缘男Ч掀楦?。这是因为和棱角坚锐的水泥、比表面积大的粉煤灰相比,漂珠、?;⒅楸砻婀饣?、圆润(如图1所示),粒径更大,比表面积更小,自身流动性更好,掺入漂珠、?;⒅槟芨纳平宓牧鞫?。?;⒅榻掀楸砻娓庸饣?、圆润,所以相同掺量的情况下,?;⒅楦纳平辶鞫缘男Ч?。

                          2.2  漂珠、?;⒅椴袅慷耘菽炷量捉峁沟挠跋?/span>

                          用Image-proplus6.0软件对二值化处理后的图片进行统计得出的孔径分布如图4所示,平均孔径如表2所示。

                          由图4及表2可见:漂珠掺量从0增加到20%时,小气孔(<200um)的比例由53.3%降至13.9%,大气孔(200~1000um)比例由 46.7%增至 86.1%,平均孔径由209.6μm增至593.4μm;?;⒅椴袅看?增加到20%时,小气孔(<200um)的比例由 53.3%降至 11.9%,大气孔(200~1000um)比例由 46.7%增至88.1%,平均孔径由209.6μm增至 624.9μm。

                          结果表明:随着漂珠、?;⒅椴袅康脑黾?,泡沫混凝土硬化后小气孔比例减小,大气孔比例增加,试样的平均孔径逐渐增大。这是因为:

                          (1)掺漂珠、?;⒅楹?,起到固化气泡作用的胶凝材料用量减少,所以气泡连通的阻力减小,气泡在搅拌时因表面张力作用更容易合并长大;

                          (2)掺漂珠、?;⒅楹?,浆体流动性增加,气泡更容易连通;

                          (3)预润湿的漂珠、?;⒅樾兴盅映ち私宓哪崾奔?,气泡合并长大的时间延长。

                          掺加?;⒅榻喜艏悠槭匝∑妆壤?,大气孔比例更大,平均孔径更大,这是因为:

                          (1)由于?;⒅榻掀楸缺砻婊?,相同掺量的?;⒅樾枰嗟慕謇窗?,起固化气泡作用的浆体更少;

                          (2)?;⒅楸砻娓饣?、圆润,改善浆体的流动性效果更好。

                          2.3  漂珠、?;⒅槎耘菽炷粮伤跣阅艿挠跋?/span>

                          从图5可以看出,漂珠掺量从0增加到20%时,试样56d的干缩值由 2776.1με降至2416.5με,下降了13.0%;?;⒅椴袅看?增加到20%时,试样56d的干缩值由2776.1με降至2558.6με,下降了约7.8%。表明随着漂珠、?;⒅椴袅康脑黾?,试样的干缩值逐渐减小。这是由于漂珠、?;⒅榈奶寤榷ㄐ院?,当漂珠、?;⒅樘寤袅拷洗笫?,颗粒能相互咬合,形成骨架,相互支撑,限制收缩。从图5还可以看出,试样的干缩分为3个阶段:(1)干缩初期(0~3d),试样含水率较高,试样缓慢收缩;(2)干缩中期(3~14d),试样快速收缩;(3)干缩后期(14d以后),试样干缩缓慢并趋于平衡。气泡在浆体凝结硬化后被固定在泡沫混凝土中形成微米级的气泡孔,浆体在凝结硬化过程中形成了大量纳米级的微观毛细孔。水容易润湿水泥基材料,导致气泡孔及毛细孔基本饱水,毛细孔内的水面呈凹液面,饱和蒸汽压低,蒸发失水难,且毛细孔直径越小蒸发失水越难。气泡孔先蒸发失水,由于气泡孔尺寸大,无毛细孔效应,失水过程中难以产生收缩,随后毛细孔蒸发失水,毛细孔失水导致毛细孔凹液面的曲率变大,试样在水的表面张力作用下容易产生收缩。随着试样内外水分逐渐平衡,干缩值逐渐稳定。综上可知,泡沫混凝土的收缩主要源于毛细孔失水而产生的表面张力。在同样掺量的情况下,掺加?;⒅槭匝喜艏悠槭匝杏懈嘈∑莺喜⒊ご?,导致掺加?;⒅槭匝薪隙嗟呐菁渌ㄔぶ婆菽械暮浚┙虢?,水分蒸发后产生较多的毛细孔,毛细效应更明显,干缩值更大。

                          2.4  漂珠、?;⒅槎耘菽炷燎慷鹊挠跋?/span>

                          从图 6 可以看出,随着轻骨料掺量的增加,泡沫混凝土试样的28d抗压强度先提高后降低。当漂珠、?;⒅椴袅课?0%时最大强度分别达到9.36MPa、8.81MPa。这是因为:

                          (1)漂珠、?;⒅椴袅啃∮谧罴巡袅渴?,颗粒间相互咬合,形成骨架,起到支撑作用,导致泡沫混凝土强度升高;

                          (2)漂珠、?;⒅椴袅看笥谧罴巡袅渴?,胶凝材料用量减少,平均孔径增大,导致泡沫混凝土强度降低。漂珠较?;⒅樵銮啃Ч?,这是因为掺加漂珠试样较掺加?;⒅槭匝懈玫目妆诮峁购推捉峁?。见图7。

                          从图7可以看出,掺入的漂珠、?;⒅榭帕1凰嗟乃镏旅馨?,且漂珠和水泥石的界面结合较?;⒅楹退嗍慕缑娼岷细?,界面的粘结力更高,这是因为:

                          (1)漂珠表面更加粗糙,它和水泥石结合的有效面积更大,机械啮合作用更强;

                          (2)漂珠内部存在更多微孔,预湿处理时能吸收更多的水分,在水化时被释放出来供水泥颗粒继续水化之用,使得漂珠附近的水泥石更密实;

                          (3)漂珠是一种经过高温煅烧的人工烧结材料,表面具有一定的活性,能与水泥石中的氢氧化钙发生化学反应,提高界面粘结力。掺加漂珠试样较掺加?;⒅槭匝懈玫钠捉峁?,前文分析得知,在相同掺量下,掺加漂珠试样较掺加?;⒅槭匝∑妆壤?,大气孔比例更小,平均孔径更小,抗压强度更高。

                          2.5  漂珠、?;⒅槎耘菽炷恋既认凳挠跋?/span>

                          从图 8 可知,泡沫混凝土的导热系数随漂珠、?;⒅椴袅康脑黾佣跣?。具有最高抗压强度的800P-10的导热系数为0.2041W/(m·K);?;⒅椴袅孔罡叩?00B-20的导热系数是0.2027W/(m·K)。掺加轻骨料能减小试样导热系数是因为:

                          (1)泡沫混凝土的导热系数取决于孔壁材料的导热系数和气孔中空气的导热系数,密度对泡沫混凝土的导热系数有重要的影响。密度越小,内部气孔越多,导热系数就越小。漂珠、?;⒅榭帕D诓肯感?、完整、密闭的孔隙能够有效减空气对流作用。

                          (2)轻骨料自身导热系数较小,保温性能好,在试样中起到阻热点的作用,阻隔热传导。因此,随着漂珠、?;⒅椴袅吭黾?,泡沫混凝土内部的封闭孔隙增加,导热系数减小。?;⒅榈哪诓靠紫陡感?、更密闭,且?;⒅榈拿芏刃∮谄?,在相同掺量下,掺加?;⒅榻喜艏悠槟芨行У亟档团菽炷恋拿芏?,增大其孔隙率,从而降低导热系数。

                          3  结论

                          (1)掺入漂珠、?;⒅槟芨纳平宓牧鞫?,降低试样的干缩值。相同掺量的?;⒅楦纳平辶鞫缘男Ч?,但降低干缩值效果相对较差。

                          2)随着漂珠、?;⒅椴袅康脑黾?,泡沫混凝土硬化后小气孔比例减小,大气孔比例增加,平均孔径逐渐增大。掺加?;⒅榻喜艏悠榕菽炷列∑妆壤?,大气孔比例更高,平均孔径更大。

                          3)掺漂珠、?;⒅榕菽炷恋?8d抗压强度先提高后降低,导热系数减小。当漂珠、?;⒅椴袅糠直鹞?0%时,制备的800kg/m3 泡沫混凝土的28d抗压强度最大分别为9.36、8.81MPa;导热系数分别为0.2041、0.2027W/(m·K)。

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