水泥品种和用量对泡沫混凝土性能的影响.pdf

文 章编号 ： 1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 3 0 0 5 生态建材 水泥品种和用量对泡沫混凝土性能的影响 I n fl u e n c e o f V a r i e t i e s a n d D o s a g e o f C e me n t O U P r o p e r ti e s o f F o a m e d C o n c r e t e 王炜 ，张云飞z ( 1 国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 1 0 0 0 8 3 ；2 山东华森混凝土有限公司，山东济南2 5 0 1 0 1 ) 摘要 ： 关键词 ： 分别以 4种 4 2 5水泥作为胶凝材料 ，使用 级粉煤灰替代部分水泥，利用化学发泡法制备 了干表观密 度 2 5 0 k g m3的泡沫 混凝 土。研 究 了 4种 水泥对 此种 泡沫混凝 土 的发 泡倍数 、 浆体 稳 定性 、抗 压强度 、 干表观密度、体积吸水率和导热系数的影响。试验结果表明：水泥的品种和用量对该泡沫混凝土的各种性 能有着不同程度的影响，尤其是对泡沫混凝土抗压强度的影响较明显 ；4种水泥相 比，其中，硅酸盐水泥 的效果最好，硫铝酸盐水泥的效果次之，普通硅酸盐水泥的效果第三 ，矿渣硅酸盐水泥的效果最差。 泡沫混凝土；发 泡倍数；浆体稳定性 ；抗压强度 ；干表观密度；体积吸水率；导热系数 中图 分 类 号 ：T U5 2 8 2 文 献 标 志码 ：A Ab s t r a c t ：B y u s i n g c h e mi c a l f o a mi n g me t h o d ， d r y a p p a r e n t d e n s i t y S 2 5 0 k g m3 f o a me d c o n c r e t e wa s p r e p a r e d wi t h f o u r k i n d s o f 4 2 5 g r a d e c e me n t a s c e me n t i n g ma t e r i a l a n d 1I g r a d e f l y a s h i n s t e a d o f p a r t o f c e me n t Th e i n flu e n c e o f f o u r k i n d s o f c e me n t wi t h d i f f e r e n t p r o p o r t i o n s o n f o a mi n g r a t e ， t h e s l u r r y s t a b i l i t y ， c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ， d r y a p p a r e n t d e n s i t y ， t h e v o l u me wa t e r a b s o r p t i o n r a t e a n d t h e r ma l c o n d u c t i v i t y o f f o a me d c o n c r e t e wa s s t u d i e d T h e r e s u l t s s h o we d t h a t v a r i e t i e s a n d d o s a g e o f c e me n t h a d d i f f e r e n t i n fl u e n c e s o n f o a me d c o n c r e t e p e r f o r ma n c e s t o d i f f e r e n t e x t e n t ， e s p e c i a l l y o n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ma r k e d l y Amo n g f o u r k i n d s o f c e me n t ， t h e e f f e c t o f P o r t l a n d c e me n t o c c u p i e d t h e f i r s t p l a c e ， s u l f u r a l u mi n a t e c e me n t c a me s e c o n d ， o r d i n a r y P o r t l a n d c e me n t t h e t h i r d ， P o r t l a n d b l a s t f u ma c e c e me n t t h e wo r s t Ke y wo r d s ： f o a me d c o n c r e t e ； f o a mi n g r a t e ；mo r t a r s t a b i l i t y ； c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ； d r y a p p a r e n t d e n s i t y ； t h e v o l u me wa t e r a b s o r p t i o n r a t e ； t h e r ma l c o n d u c t i v i t y 0 前 言 随着我国墙体材料的改革与建筑节能政策的推行，泡 沫混凝土板以其节能、利废、保温、轻质、隔热等优越性 能，正在成为一种人们广泛关注的新型节能墙体材料。我 国一些科技工作者对泡沫混凝土板进行了较为深入的研究 和开发，其种类和应用领域也在不断扩大 1 - 2 。 本文中使用了化学发泡法制备了干表观密度为 2 5 0 k g m 3 的泡沫混凝土。主要研究了水泥的品种和用量对泡 沫混凝土发泡倍数、浆体稳定性、抗压强度、干表观密度、 体积吸水率和导热系数的影响。 1 试 验 1 1 原材料 ， 济南山水集团3 种不同水泥：硅酸盐4 2 5 水泥 ( A)、 普通硅酸盐4 2 5 水泥 ( B)、矿渣硅酸盐 4 2 5 水泥 ( c)， 淄博湖田石矿水泥厂产硫铝酸盐4 2 5 水泥 ( D)；济南黄 台电厂 级粉煤灰；化工市场售化学发泡剂；化工市场 售聚丙烯纤维 ( 6 m m)；潍坊万山产萘剂磺酸盐高效减水 剂；化工市场售早强剂、稳泡剂和憎水剂；水为饮用水。 4 种水泥和粉煤灰的化学成分见表 1 。 表 1 4种水泥和粉煤灰的主要化学成分 3 O CD H 2 2 01 3 1 2 制备工艺和性能测试方法 1 2 1 化学发泡泡沫混凝土的制备工艺 首先将胶凝材料 ( 水泥和粉煤灰)、各种外加剂等除 化学发泡剂以外的其他材料加水搅拌均匀，并控制新拌料 浆的初始状态，这一过程一般搅拌 2 3 ra i n ；随后在高速 搅拌的同时，迅速加入化学发泡剂，继续搅拌约 1 0 s ；最 后将搅拌均匀的料浆倒人模具内静停发泡，待试件达一定 强度后拆模养护即可。 1 2 2 化学发泡泡沫混凝土性能测试方法 以刚搅拌均匀的浆体为基准体积 ，发泡完后的浆体 为浆体体积 V ，浆体体积 与基准体积 V 的比值记为发 泡倍数。 等浆体发泡基本稳定时，用肉眼观看浆体是否下坍和 表面是否有不同尺寸的气泡冒出。 抗压强度、干密度和体积吸水率的测试方法：均按照 G B T 5 4 8 6 -2 0 0 8 无机硬质绝热制品试验方法进行试 验；导热系数测试方法：按照J G 1 4 9 -2 0 0 3 膨胀聚苯板 薄抹灰外墙外保温系统进行试验。 1 3 试验方案 其试验方案见表 2 。 表 2 泡沫混凝土配合比 序号 水泥品种 水泥用量 粉煤灰 发泡剂 减水剂 纤维 稳泡剂 早强剂 憎水剂 用水量 A B C D 2 0 0 l 8 O 1 6 0 1 4 0 1 2 0 O 2 0 4 0 6 0 8 0 9 O 9 O 9 0 9 O 9 0 2 0 0 1 8 O 1 6 0 1 4 0 1 2 O 0 2 0 4 0 6 O 8 0 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0 9 O 9 O 9 O 9 0 9 0 2 0 0 1 8 0 1 6 0 1 4 0 1 2 0 O 2 0 4 0 6 0 8 0 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0 9 0 9 0 9 0 9 O 9 0 2 0 0 1 8 O 1 6 O 1 4 0 1 2 0 O 2 0 40 6 0 8 0 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0 9 O 9 0 9 0 9 0 9 0 2 试验结果与讨论 2 1 水泥品种和用量对泡沫混凝土发泡倍数的影响 水泥的品种和用量对化学发泡法泡沫混凝土发泡倍数 影响的试验结果，见表 3 。 表 3 水泥的品种对泡沫混凝土发泡倍数的影响 水 泥的 用量 ( 所占 百 分数 ) ， k g -m 。2 o o ( 1 o o ) 1 8 0 ( 9 0 ) 1 6 0 ( 8 0 )1 4 0 ( 7 O ) 1 2 0 ( 6 0 ) 从表 3可以看出：4 种不同品种的水泥对泡沫混凝土 发泡倍数的影响规律相同，即随着水泥用量的降低，其泡 沫混凝土浆体的发泡倍数逐渐增大，水泥用量越少其泡沫 混凝土的发泡倍数越高。4种不同品种的水泥在相同用量 下，使用硅酸盐水泥 ( A)的泡沫混凝土发泡倍数最大， 使用矿渣硅酸盐水泥 ( C)的泡沫混凝土发泡倍数次之， 使用普通硅酸盐水泥 ( B)的泡沫混凝土发泡倍数第三， 使用硫铝酸盐水泥 ( D) 的 泡沫混凝土发泡倍数最低。 这 说明当使用 4种水泥分别生产泡沫混凝土时，在其他材料 用量相同下，浆体的发泡能力差别较大，也就是说水泥的 品种对浆体发泡能力有很大的影响。 2 2 0 1 3 粉煤灰 3 l 6 7 9 H 加 2 2 水泥品种和用量对泡沫混凝土浆体稳定性的影响 水泥的品种和用量对化学发泡法泡沫混凝土浆体稳定 性影响的试验结果见表 4。 表 4 水泥的品种和用量对泡沫混凝土浆体稳定性的影响 水泥的用量( 所占百分比) k g m-3 2 0 0 ( 1 0 0 )1 8 0 ( 9 0 )1 6 0 ( 8 0 ) 1 4 0 ( 7 0 ) 1 2 0 ( 6 0 ) 注：浆体稳定性分为 4个等级：很好 ( 浆体无下坍，浆体表面光滑、无气 泡冒出)；好 ( 浆体无下坍，浆体表面可以、有少量小泡冒出)：一般 ( 浆 体稍下坍，浆体表面一般、有部分气泡产生，但不是很多)；差 ( 浆体下 降明显， 浆体表面高低不平且有大小不等的 气泡产生)。 从表4中可以看出： 4种水泥对泡沫混凝土浆体稳定 性的影响比较大。其影响规律为：随着水泥用量的降低， 浆体稳定性先逐渐变好而后稍变差；4 种水泥在相同用量 下，使用硅酸盐水泥 ( A)的泡沫混凝土浆体稳定性最好， 使用硫铝酸盐水泥 ( D)的泡沫混凝土浆体稳定性次之， 使用普通硅酸盐水泥 ( B)的泡沫混凝土浆体稳定性第三， 使用矿渣硅酸盐水泥 ( C)的泡沫混凝土浆体稳定性最差。 这说明当使用 4 种不同水泥分别生产泡沫混凝土时，在其 他原材料用量相同下， 水泥品种对泡沫混凝土浆体稳定性 影响比较大。这可能是由于水泥中矿物组成和化学成分不 同而致，因此考虑到泡沫混凝土浆体稳定性，水泥品种的 选择至关重要。 综合 4 种水泥对泡沫混凝土浆体稳定性的影响， 其中， 硅酸盐水泥 ( A)和硫铝酸盐水泥 ( D)的效果较好，普通 硅酸盐水泥 ( B)的效果可以，矿渣硅酸盐水泥 ( C) 的效 果最差， 不宜使用；且其水泥的最佳用量范围为7 0 8 0 。 2 _ 3 水泥品种和用量对泡沫混凝土干表观密度的影响 水泥的品种和用量对化学发泡法泡沫混凝土干表观密 度影响的试验结果见表 5 。 表 5 水泥的品种和用量对泡沫混凝土干表观密度的影响 水 泥的 用 量( 所占 百分比 ) ， k g m 2 0 0 ( 1 0 0 ) 1 8 0 ( 9 0 )1 6 0 ( 8 0 ) 1 4 0 ( 7 O ) 1 2 0 ( 6 0 ) 从表 5 可以看出：4 种水泥对泡沫混凝土干表观密度 的影响规律基本相同，即随着水泥用量的降低，其泡沫混 3 2 CoAL ASH 2 2 01 3 凝土干表观密度逐渐减少；水泥用量越低，其泡沫混凝土 干表观密度越小。随着水泥用量的变化，使用硫铝酸盐水 泥 ( D)的泡沫混凝土干表观密度的变化幅度最大，使用 硅酸盐水泥 ( A) 和普通硅酸盐水泥 ( B) 两种水泥的泡沫 混凝土干表观密度的变化幅度基本一致，而使用矿渣硅酸 盐水泥的泡沫混凝土干表观密度的变化幅度最小。可知： 4 种水泥对泡沫混凝土的干表观密度变化幅度的影响不同。 这说明4 种水泥对浆体发泡倍数和浆体稳定性的影响有一 定的关系。 2 4 水泥品种和用量对泡沫混凝土抗压强度的影响 水泥的品种和用量对化学发泡法泡沫混凝土抗压强度 影响的试验结果，见表6 。 从表 6中可以看出： 4种水泥对泡沫混凝土抗压强度 的影响规律基本相同。对7 d 抗压强度而言，随着水泥用量 的减少而逐渐降低，且水泥用量越低，变化越明显；对 2 8 d 抗压强度的影响规律与 7 d 抗压强度基本相同，且同 一 试样的2 8 d抗压强度都高于 7 d 抗压强度。4 种水泥在 相同用量下，使用硫铝酸盐水泥 ( D)的泡沫混凝土的7 d 和2 8 d抗压强度最大， 使用硅酸盐水泥 ( A)的泡沫混凝 土的7 d 和2 8 d 抗压强度次之，使用普通硅酸盐水泥 ( B) 的泡沫混凝土的7 d和2 8 d 抗压强度第三，使用矿渣硅酸 盐水泥 ( c)的泡沫混凝土的 7 d和 2 8 d抗压强度最低。 这说明 4种水泥本身的强度不同，以及使用 4种水泥的 泡沫混凝土发泡倍数和干表观密度不同而致。另外，相对 于2 8 d 抗压强度而言，使用硫铝酸盐水泥 ( D) 的泡沫混 凝土的7 d 抗压强度较高。这说明硫铝酸盐水泥本身早期 强度较高。 表 6 水泥的品种和用量对泡沫混凝土抗压强度的影响 水泥的用量( 所占比例 ) k g I 1 。 2 0 0 ( 1 0 0 )1 8 0 ( 9 0 )1 6 0 ( 8 0 )1 4 0 ( 7 0 )1 2 0 ( 6 0 ) 2 5 水泥品种和用量对泡沫混凝土体积吸水率的影响 水泥的品种和用量对化学发泡法泡沫混凝土体积吸水 率影响的试验结果， 见表7 。 3 结 论 表 7 水泥的品种和用量对泡沫混凝土体积吸水率的影响 水泥的用量( 所占百分比 g m 2 o o ( 1 o o )1 8 0 ( 9 0 )1 6 0 ( 8 0 )1 4 0 ( 7 0 )1 2 0 ( 6 0 ) 从表 7中可以看出：4 种水泥对泡沫混凝土体积吸水 率的影响不大，即随着水泥用量的降低，其泡沫混凝土 2 8 d的体积吸水率稍有下降，但变化不明显。4种水泥在 相同用量下，使用硅酸盐水泥 ( A) 和硫铝酸盐水泥 ( D) 的泡沫混凝土的体积吸水率最小，使用普通硅酸盐水泥 ( B)的泡沫混凝土的体积吸水率次之，使用矿渣硅酸盐 水泥的泡沫混凝土的体积吸水率最大。另外， 4种水泥用 量的变化对泡沫混凝土体积吸水率的影响程度基本相当。 2 6 水泥品种和用量对泡沫混凝土导热系数的影响 水泥的品种和用量对化学发泡法泡沫混凝导热系数影 响的试验结果，见表 8 。 表 8 水泥的品种和用量对泡沫混凝土导热系数的影响 水泥的用量( 所占比例 ) k g r ll 2 0 0 ( 1 0 0 )1 8 0 ( 9 0 ) 1 6 0 ( 8 0 )1 4 0 ( 7 0 )1 2 0 ( 6 0 ) 从表 8 可以看出：4 种不同水泥对泡沫混凝土导热系 数影响不大，且随水泥用量改变而无规律，即水泥用量变 化对泡沫混凝土导热系数基本没有改变。这说明水泥用量 变化时，其泡沫混凝土的干表观密度变化范围不是很大， 且其泡沫混凝土板内部孑 L 径尺寸大小和分布变化不明显， 从而对泡沫混凝土整体导热系数影响较小。4 种水泥相比， 使用硫铝酸盐水泥 ( D)的泡沫混凝土的导热系数最好， 使用硅酸盐水泥 ( A) 的泡沫混凝土的导热系数次之，使 用普通硅酸盐水泥 ( B)的泡沫混凝土的导热系数第三， 使用矿渣硅酸盐水泥 ( C) 的泡沫混凝土的导热系数最差。 ( 1 ) 4种水泥对发泡倍数的影响规律相同，即随着水 泥用量的降低，其泡沫混凝土浆体的发泡倍数逐渐增大， 水泥用量越少越明显；在相同用量下，使用硅酸盐水泥的 发泡倍数最大，使用矿渣硅酸盐水泥的次之，使用普通硅 酸盐水泥的第三，使用硫铝酸盐水泥的最低。 ( 2 ) 4 种水泥对浆体稳定性的影响比较大，其中，硅 酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的效果较好，普通硅酸盐水泥的 效果可以，矿渣硅酸盐水泥的效果最差，不宜使用。 ( 3 ) 4种水泥对干表观密度的影响规律基本相同，即 随着水泥用量的降低，其泡沫混凝土干表观密度逐渐减少； 水泥用量越低越小。 ( 4 ) 4 种水泥对 7 d和2 8 d 抗压强度的影响规律基本 相同，随着水泥用量的减少而逐渐降低。在相同用量下， 使用硫铝酸盐水泥的7 d和2 8 d 抗压强度最大，使用硅酸 盐水泥的次之， 使用普通硅酸盐水泥的第三，使用矿渣硅 酸盐水泥的最低。 ( 5 ) 4种水泥对体积吸水率和导热系数的影响不大， 即随着水泥用量的变化，其体积吸水率和导热系数基本不 变。 ( 6 ) 综合4种水泥对发泡倍数、浆体稳定性、干表观 密度、抗压强度、体积吸水率和导热系数的影响，硅酸盐 水泥的效果最好，硫铝酸盐水泥的效果次之，普通硅酸盐 水泥的效果第三，矿渣硅酸盐水泥的效果最差；且水泥的 最佳使用范围在 7 0 8 0 之间。 参考文献 1 】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 2 秦 璜， 潘志华， 吕钦刚 水泥基不燃性轻质保温材料制备的研究 J 】 l 新 型建筑材料， 2 0 1 2 ( 4 ) ： 2 7 - 3 0 作者简介：王炜 ( 1 9 8 2 一) 男， 硕士， 工程师 ： 研究方向： 水泥、混凝土 、 新型建筑材料领域 地址 ： 北京市海淀区成府路2 8 号优盛大厦A1 0 0 1 张 云飞 ( 1 9 8 1 一 ) 男， 硕士， 工程师 通讯地址： 济南市高新区凤 山路， 山东 华森混凝土有限公司 ( 2 5 0 1 0 1 ) ， y u n f e i z h a n g O 1 2 3 1 6 3 c o m 收稿日 期： 2 0 1 2 年 1 O 月 9日 2 2 0 1 3 粉煤灰 3 3