内注泡沫混凝土对混凝土空心砌块力学性能的影响.pdf

全国中文核心期刊 新癯 建巍粉 内注泡沫混凝土对混凝土空心砌块 力学性能的影响 杨杨 ， 申绘芳 - ， 吴炎平 ( 1 浙江工业大学 建筑 二 r ： 程学院， 浙江 杭州3 1 0 0 1 4 ； 2 浙江林学院 园林学 院， 浙江 临安3 t 1 3 0 0 ) 摘要 ： 通过对泡沫混凝土的发泡剂用量和水灰比对其抗压强度、 千密度和吸水率影响的试验研究， 确定了混凝土空心砌块中 内注泡沫混凝土 的最佳发泡剂用量和水灰比， 以此 为基础制 备了复合 自保温混凝土砌块， 并对砌块及其砌体 的力学性能进行 了测 试 。结果表 明， 内填泡沫混凝土对复合砌块抗折强度和砌体抗剪承载力的提高作用显著， 有利于提高砌体 的抗震性能 关键词 ： 泡沫混凝土； 复合 自 保温砌块； 力学性能： 混凝土空心砌块： 砌体 中图分类号： T U 5 2 2 3 + 4 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 l 一 7 0 2 X( 2 0 1 0 ) 0 7 0 0 4 0 0 3 Effe c t o f fil l e d f oa me d c onc r e t e on me c ha ni c pr ope r t i e s o f c on c r e t e ho l l ow b l o c k Y A NG Y a n g , S H E N t t u if a n g 。 ， WU Y a n p i n g ( 1 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ， Z h e j i a n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Ha n g z h o u 3 1 0 0 1 4 ， Z h e j i a n g ， C h i n a ： 2 S c h o o l o f L a n d s c a p e A r c h i t e c t u r e ， Z h c j i a n g F o r e s t r y U n i v e r s i t y ， L in a n 3 1 1 3 0 0 ， Z h e j i a n g ， C h i n a ) Abs t r ac t ： I n t h i s p a p e r ， t h e i n flu e n c e o f d o s a g e s o f f o a mi n g a g e n t a n d t h e wa t e r c e me n t r a t i o o f f o a me d e o nc r e t e O n i t s c o mp r e s s i v e s t r e n g t h， d r y d e n s i t y a n d wa t e r a b s o r p t i o n we r e e x p e r i me n t a l l y s t u d i e d， a n d t h e b e s t d o s a g e s o f f o a mi n g a g e n t a n d wa t e r e e me n t r a t i o o f f o a me d c o n c r e t e fil l e d i n c o n c r e t e ho l l o w b l o c k s we r e d e t e r mi n e d On t h i s b a s i s ， t h e c o mp o s i t e s e l f - i n s u l a t i o n c o n c ret e b l o c k s we r e o b t a i n e d ， a n d t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e b l o c k a n d ma s o n ry we r e e x p e r i me n t a l l y s t u die d Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e fle x u r a l s t r e n gth o f t h e c o mp o s i t e b l o c k a n d s h e a r s t r e n gth o t ma s o n r y a r e i n c r e a s e d s i g n i fi c a n t l y d u e to fi l l i n g w i t h f o a me d c o n c r e t e ， f a v o r a b l e t o i mp r o v i n g t h e a n t i - s e i s mi c p e rfo r ma n c e o f t h e ma s o n r y Ke y wo r d s ： f o a m e d c o n c r e t e ： c o mp o s i t e s e l f M n s u l a t i o n c o n c r e t e b l o c k ： me c h a n i c a l p r o p e rt i e s ； c o n c r e t e h o l l o w b l o c k ： ma s o n ry O 引言 随着我国墙体材料的改革发展和建筑节能工作的推进， 混凝土小型空心砌块由于具有节土、 节能、 高强、 易施工、 生产 过程免烧结等优点， 已经成为新型墙体材料的主要品种之一， 得到了广泛应用。但是， 通过近几年的工程实践和研究， 人们 发现混凝土小型空心砌块在使用性能上还存在一些问题， 其 中最为突出的就是保温、 隔热。有关研究_l 1表明， 混凝土小型 空心砌块墙体的保温隔热性能达不到国家有关规范及标准对 居住建筑外墙的绝热性能指标的要求 删 。为了克服这一缺 点， 通常还需外挂( 贴) 岩棉板、 聚苯乙烯泡沫板等保温材料组 成复合墙体或内填泡沫混凝土、 聚苯板等保温材料层硎 。由于 泡沫混凝土具有强度高、 隔热性能好、 收缩变形小、 吸水率低、 寿命长和耐火等特性， 同时泡沫混凝土具有可泵性， 施工方 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 3 0 7 作者简介 ： 杨杨 ， 男， 1 9 6 2年生 ， 江苏扬中县人， 教授 ， 博 上 = 生导师， 研 究方 向为混 凝土 材料 与 结构 。地 址 ：杭 州市 朝晖 六 区 ， 电话 ： 1 3 9 5 7 1 3 0 2 5 4 ， E - ma i l ： y a n g y a n g u t e d u c n 。 4 0 新型建筑材料 2 0 1 0 7 便， 可实现工厂化生产， 并能现场浇注施工， 与砌块的结合紧 密， 可保证其热工性能_5 l。 因此， 内注泡沫混凝土的复合自 保温 混凝土砌块具有良 好的发展前景。 本文通过对泡沫混凝土组成和性能的研究，获得了3 种 不同密度和强度的泡沫混凝土。 以此作为内 填保温材料， 以浇 注的形式填充在混凝土小型空心砌块中构成复合自 保温混凝 土砌块， 并通过对所制备砌块及其砌体力学性能的测试， 并与 未填充的砌块性能的比较，分析了内注泡沫混凝土对混凝土 空心砌块力学性能的影响。 l 原材料与试验方法 1 1 原材料 1 1 1 混凝 土小 型空心砌块 混凝土小型空心砌块用干密度设计为 1 0 0 0 1 2 0 0 k g m 3 的混凝土， 通过混凝土砌块成型机压制而成。 本研究采用的空 心砌块为浙江长三角建材有限公司生产， 单排孔构造形式， 主 规格尺寸为3 9 0 m m x l 9 0 m m x l 9 0 m m ， 强度等级为M U 5 0 。 1 1 2内填 芯材 芯材采用低密度泡沫混凝土，由P 0 4 2 5 R或P 0 5 2 5 R 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杨杨 ， 等： 内注泡沫混凝土对混凝土空心砌块 力学性能的影响 级普通硅酸盐水泥、 发泡剂等原料， 按一定的配合比经混合搅 拌， 然后浇注在混凝土小型空心砌块的空腔内， 经自然养护后 制成复合自 保温混凝土砌块( 见图1 ) 。泡沫混凝土芯材的干 密度设计为3 0 0 5 0 0 k g m 。 图 1 复合 自保温混凝土砌块 所用水泥为杭州钱潮水泥有限公司生产。 发泡剂为杭州中野天然植物科技有限公司生产的z Y 一 1 0 1 高效水泥发泡剂， 发泡倍数 2 0 倍以上， 沉降距不大于 1 0 m m ， 泌水量不大于 8 0 m l ， 密度 1 1 g c m ， p H值 6 8 ， 溶水性 良好。 水： 饮用水。 1 2 试样 制备 复合自保温混凝土砌块的生产由泡沫混凝土料浆的制 备、 浇注和养护这3 个主要工序组成。 先将水泥和水按一定的 配合比混合预拌均匀， 用搅拌机搅拌制备水泥净浆， 同时将发 泡剂和水按配合比用高速发泡机制备泡沫，然后将制好的泡 沫加入水泥浆中混合搅拌， 搅拌一定时间后， 将混合均匀稳定 的泡沫水泥浆浇注到试模中或混凝土小型空心砌块的空腔 中， 养护成型。 1 _ 3 试验方法 1 3 1 泡沫 混凝 土性 能测试 泡沫混凝土试件的尺寸为 1 0 0 m m x l 0 0 m m x l 0 0 m m ， 浇 注成型后带模在标准养护室内( 环境湿度为9 5 ， 环境温度 为2 0 ) 覆膜养护 3 d ， 脱模后放入标准养护箱( 环境湿度为 9 5 ， 温度为2 0 ) 养护， 到预定养护龄期 3 d 前取出置入干 燥箱内， 在6 0 c c 下保温 2 4 h ， 然后在 8 0 下保温 2 4 h ， 再在 1 0 5 c c 下烘至恒重后立即测试干密度； 待试件冷却至室温， 放 入水温为2 0 c c 的恒温水槽内， 然后加水至试件高的 1 3 ， 保持 2 4 h ， 再加水至试件高的2 3 ， 保持2 4 h 后， 加水高出试件3 0 m m ， 保持2 4 h 后， 将试件取出， 用湿布抹去表面的水分， 立即 测试吸水率； 参照 G B T 1 1 9 6 9 - - 2 0 0 8 蒸压加气混凝土性能 试验方法 测试试件的抗压强度。 1 3 2 复合 自保 温砌块 的力学 性能 测试 复合 自保温砌块试件的尺寸为 3 9 0 m m x l 9 0 m m x l 9 0 m m ， 浇注成型后在室内自 然条件下养护2 8 d 后， 参照 G B T 4 l 1 1 9 9 7 混凝土小型空心砌块试验方法 测试其抗压强度、 抗折强度。 1 3 3 砌体 的力 学性 能测试 采用复合自 保温砌块砌筑的砌体试件尺寸为3 9 0 m m X 1 9 0 m m x 6 1 0 m m ，砌筑成型后在室内自然条件下养护 2 8 d 后， 参照 G B J 1 2 9 棚 _ 9 0 砌体基本力学性能试验方法标准 测 试其抗压强度、 抗剪强度。 2 试验结果与分析 2 1 泡 沫混凝 土 的性能 2 1 1 发 泡剂 用量 对泡 沫混凝 土 性能 的影 响 通过研究发现， 发泡机的转速达到7 0 0 0 r m i n ， 发泡剂的 稀释比例为1 ：3 0 时， 所制得的泡沫较为均匀， 稳定性较好。 在 本项研究中， 水泥选用P 0 4 2 5 R级普通硅酸盐水泥， 水灰比 取 0 5 2 ， 泡沫混凝土的设计密度为6 5 0 k g m 。 发泡剂用量对泡沫混凝土抗压强度、干密度和吸水率的 影响分别见图2 、 图3 。 0 4 0 6 0 8 1 0 发泡剂用量 图 2 发泡剂用量对泡沫混凝土抗压强度的影响 翻 H _ 图 3发泡剂 用量对泡沫混凝土干密度、 吸水翠的影响 由图2 可知，泡沫混凝土的抗压强度随养护龄期的延长 而增长， 但增长的幅度并不大， 其增长绝对值只能达到普通混 凝土强度的1 2 0 1 1 0 ； 随着发泡剂用量的增加， 掺入到相同 配合比水泥净浆中的泡沫量也增加，不同养护龄期下混凝土 的抗压强度呈明显的下降趋势。 由图3 可知， 随着发泡剂用量 的增大，泡沫混凝土的干密度下降，但是发泡剂用量大于 0 4 后影响趋缓； 而泡沫混凝土的吸水率随着发泡剂的用量 NE W BUI L DI NG M AT ER l AL S 41 4 2 0 8 6 4 2 O 日 垒 毯隈 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杨杨， 等： 内注泡沫混凝土对混凝 土空心砌块力学性能的影响 的增加呈上升的趋势。这主要是由于随着泡沫量的增加， 泡 沫混凝土的密度降低， 其孔隙率变大， 水泥料浆对气泡液膜 的包裹层就变薄， 容易导致气孔连通、 大小不均匀， 从而造成 其强度降低， 吸水率增大。 综合考虑对内填泡沫混凝土的抗压强度、 干密度与吸水 率的技术要求， 本文在后续研究中发泡剂用量均选取0 8 。 2 1 2水 灰 比对 泡沫混凝 土性 能的影 响 本项研究中，分别选用了P 0 4 2 5 R级普通硅酸盐水泥 和P 0 5 2 5 R级普通硅酸盐水泥进行对比， 泡沫混凝土的设计 密度为6 5 0 k s m 3 ，水灰比分别为0 5 0 、 0 5 5 、 O 6 0 、 0 6 5 等4 种。 水灰比 对泡沫混凝土性能的影响试验结果如图4 和图5 所示。 5 0 0 5 5 0 6 0 0 6 5 水灰比 图 4 水灰 比对泡沫混凝土抗压强度的影响 6 5 0 6 20 5 g o 5 6 0 稍 5 3 0 H _ 5 0 0 水 灰 比 图 5 水灰比对泡沫混凝土干密度、 吸水率的影响 由图4可见， 在相同养护龄期下， 当水灰比由0 5 0 增大 到0 5 5 时， 泡沫混凝土的抗压强度略有提高， 这与普通混凝 土随水灰比增大强度下降的规律略有不同， 在图4 所示的曲 线上有一拐点， 当其水灰比达到0 5 5 时， 其强度达到最大值， 水灰比再增大时其强度却逐步下降， 这与普通混凝土随水灰 比增大强度下降的规律相同。由图5 可知， 水灰比增大， 泡沫 混凝土的干密度增大， 但是在过了0 5 5 这个分界点后， 水灰 比再增加， 干密度却呈下降的趋势。从图4 和图5 可知， 吸水 率的变化趋势与干密度和抗压强度相反。究其原因是： 水灰 比在一定范围内增大，会使水泥净浆的流动性得到改善， 泡 沫易混入浆料， 使其在料浆中分布均匀， 同时水灰比增加使 掺入的泡沫量减少， 孔隙率变小， 从而泡沫混凝土的抗压强 度和干密度有所增大， 吸水率减小； 但是， 当水灰比过大时， 会导致浆体过稀， 料浆易离析， 物料会下沉， 造成分层或下 4 2 新型建筑材料 2 0 1 0 7 沉， 从而使气泡分布不均匀， 孔隙率变大， 密实度减小， 抗压 强度降低， 吸水率增大， 而且达不到设计密度。 后续试验中选 取水灰比为0 5 5 。在后续试验中， 为了提高和保证泡沫混凝土 的 强度， 选用P 0 5 2 5 1 级普通硅酸盐水泥作为胶结材料。 2 2 复合 自保温砌块的力学性能 未注泡沫混凝土的空心砌块与分别内注 3 0 0 k 、 4 0 0 k g m ， 和5 0 0 k g m ， 的泡沫混凝土复合砌块的抗压和抗折强度 如图6 所示。 5 O 4 5 4 0 3 5 3 O 2 5 2 0 U 30 0 4 0 0 b OO 内填泡沫混凝土 的干密度( k g s ) 图 6 复合 自保温砌块的抗压和抗折强度 由图6 可知， 所有砌块的抗压强度均大于5 M P a 。 相比较 而言，同等龄期下内注低密度泡沫混凝土对空心砌块的抗压 强度增加有限， 其强度仅提高 1 6 1 6 0 。但内注泡沫混凝 土对空心砌块的抗折强度提高明显， 内注3 0 0 k g m 泡沫混凝 土时抗折强度比未注泡沫混凝土的空心砌块提高8 3 0 ， 内 注5 0 0 k g m 泡沫混凝土时抗折强度比空心砌块提高2 5 0 ， 分析其原因为低密度的泡沫混凝土本身的抗压强度就不高， 5 0 0 k g m 泡沫混凝土的2 8 d 抗压强度仅为2 3 5 M P a ， 远低于 空心砌块的抗压强度， 故对其抗压强度提高的作用不明显； 在 复合自 保温砌块中，泡沫混凝土芯材与混凝土空心砌块紧密 结合， 成为一个整体结构， 在浇注时， 泡沫混凝土的流动性较 好， 肋壁混凝土又有吸水性， 故两者在接触面上紧紧咬合在一 起， 显著增强了砌块的抗折强度。 2 - 3 砌体的力学性能 未注泡沫混凝土空心砌块砌体与分别内注 3 0 0 4 0 0 和 5 0 0 k g m 的泡沫混凝土复合砌块砌体的强度如图7 所示。 7 量6 e 出 5 5 0 3 o 0 4 O 0 5 0 0 内填泡沫混凝土的干密度 ( k g m 3 ) 图 7 复合 自保温砌块砌体的抗压和抗剪强度 由图7 可知， 本研究中所用的空心砌块砌体、 复合砌块砌 ( 下转第 7 2页) 叠鼍越黼辖 2 0 8 6 4 2 0 7 7 6 6 6 6 6 日 垦 世喂 跚e 芎 嘲 x0 m 鱼 释担 自 芒趟醴蜜辖 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 武卫， 等： 发泡聚氨酯注浆料配合比理论研究 综上， 在单纯采用水作为发泡剂的情况下， 满足机场道面 脱空板处治要求的发泡聚氨酯材料的理论配合比方案( 质量 份) 为： 聚醚( 羧值为5 6 m g K O H g ) 1 0 0 T D I ( 指数 1 0 8 ) 1 4 9 水 0 5 硅油 1 催化剂 1 2 理论推导可行性验算 在此， 以 文献【 2 】 中引 用的一个发泡聚氨酯的 配方( 质量 份) 为例进行验算： 聚醚( 羟值5 6 m g K O H g ) 1 0 0 T D I ( 指数 1 0 8 ) 3 6 5 水 2 6 硅油 1 催化剂 1 并且已经测得在大气压8 3 k P a 下， 泡沫体膨胀时内部温 度5 0 泡沫的密度为2 9 k g m 。 。 将上述大气压、 T D I 指数， 泡沫体密度及内部温度数值代 入式( 3 ) 、 ( 5 ) 可计算得： 配方中水的用量为X = 2 6 9 g T D I 的用量为 W v = 3 7 5 7 g 硅油的用量= ( 1 0 0 + 3 6 5 ) l 1 g 催化剂的用量= ( 1 0 0 + 3 6 5 ) 1 一1 g 从以上可以看出，用本文理论推导的公式计算出的结果 与实际情况比较符合， 可以为工程实践提供参考。 3 结语 聚氨酯的用途非常广泛，本文以机场混凝土道面板下脱 空处治为背景， 用理论方法计算出发泡聚氨酯注浆各组分的 理论配比参考方案，对聚氨酯用作结构材料或其它用途时确 定配方具有理论指导意义。 参考文献： 1 】 刘志远 高聚物 注浆 材料工程特性的试验研究 O 1 郑州： 郑州大 学， 2 0 0 7 【 2 朱 吕民 聚氨酯合成材料1 M1 南京： 江苏科学技术出版社， 2 0 0 2 A ( 上接 第 4 2页 ) 体均能满足 G B 5 0 0 0 3 -2 0 0 1 砌体结构设计规范 中对砌体 抗压性能、 抗剪性能的要求， 其中复合砌块砌体的抗压强度是 空心砌块砌体的1 1 1 -3 倍，复合砌块砌体的抗剪强度是空 心砌块砌体的1 2 1 8 倍， 两者相比， 在空心砌块砌体中填充 泡沫混凝土对其抗剪强度提高较为明显。 分析其原因为， 低密 度的泡沫混凝土本身的抗压强度不高，故对复合砌块砌体抗 压强度的提高作用不大； 在砌筑时， 由于在混凝土空心砌块中 填充了泡沫混凝土，砌块之间的水平砂浆面面积较空心砌块 间的砂浆面积大大地增加， 在砂浆强度一定的条件下， 砌块与 砂浆的接触粘合面越大， 两者之间的切向粘合力也越大， 这就 显著地提高了复合砌块砌体的抗剪能力，故和空心砌块砌体 相比，内注泡沫混凝土能使复合砌块砌体的抗剪强度提高达 8 0 。 3 结语 ( 1 ) 复合自 保温混凝土砌块中的芯材泡沫混凝土中发泡 剂用量对其抗压强度、 干密度和吸水率有着重要的影响， 发泡 剂用量越大， 泡沫混凝土中的孔隙率越高， 吸水率增大， 密实 度降低， 抗压强度也降低。 ( 2 ) 复合自保温混凝土砌块中的芯材泡沫混凝土的水灰 7 2 新型建筑材料 2 0 1 0 7 比 对其抗压强度、 干密度和吸水率也有显著的影响， 在一定范 围内水灰比增大， 其抗压强度和干密度均增大， 吸水率下降， 但水灰比过高会导致其抗压强度、干密度的下降及吸水率的 增大， 所以， 泡沫混凝土的水灰比存在一个最佳值， 在浇注泡 沫混凝土时需通过试验来确定。 ( 3 ) 内注低密度的泡沫混凝土对复合自保温砌块抗压强 度的提高不明显， 但因存在接触面的咬合力， 对其抗折强度的 提高较为明显。 ( 4 ) 内注低密度的泡沫混凝土对复合自保温砌块砌体的 抗压承载力的提高作用不显著， 但却能使其抗剪承载力得到 大大地提高， 对提高砌体的抗震性能有利。 参考文献 ： 1 杨 鼎宜 ， 赵 玲 复合混 凝土空 心砌块 与建筑 节能 J 工业建 筑 ， 1 9 9 9， 2 9( 1 2 ) ： 2 9 3 2 2 J G J 1 3 4 -2 0 0 1 ， 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准【 S 】 3 】 GB 5 0 1 8 9 - - - 2 0 0 5 ， 公共建筑节能设计标准【 S 】 4 】 徐占发 建筑节能技术实用手册( M 】 北京： 机械工业出版社， 2 0 0 5 5 闫振 甲， 何艳君 泡沫混凝土实用生产技术 MI 北京： 化学工业出 版社， 2 0 0 6 ： 3 6 3 9 A 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m