石膏泡沫混凝土的性能研究.pdf

全 国中文核心期刊 新癯 建巍 中 国 科 技 核 心 期 刊 石胃泡沫混凝土硇胜鹾研究 向仁科 ， 石宗利 ， 谢建海 ( 1 兰州交通大学 机 电工程材料系 ， 甘肃 兰州7 3 0 0 7 0 ； 2 湖南大学 复合材料研究所 ， 湖南 长沙4 l 0 0 8 2 ) 摘要 ： 以脱硫石膏为基材， 通过添加矿渣、 水泥和自制添加剂改性， 外掺少量生石灰、 促凝剂和发泡剂制备 1 同密度等级的石膏泡 沫混凝土。 研究 了不同外加剂掺量对胶凝材料初、 终凝时间和力学性能的影响， 测试 _石膏泡沫混凝土的导热系数， 阐述了产 品的热工 性能。测试结果表明， 产品的强度高、 导热系数低， 综合性能优 良， 有利于工业副产石膏的资源化利用和提高节能减排水平。 关键词 ： 石膏泡沫混凝土； 冻融循环： 导热系数 中图分类号 ： T U 5 2 8 2 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 1 ) 0 9 0 0 0 8 0 3 St udy on pr op er t y o f gy ps um f o a m e d c onc r e t e X ANG Re n k e ， S HI Z o n g l i ， X J i a n h a i ( 1 I n s t i t u t e o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g， L a n z h o u J i a o t o n g Un i v e r s i t y， L a n z h o u 7 3 0 0 7 0， Ga n s u， Ch i n a： 2I n s t i t u t e o f C o mp o s i t e Ma t e r i a l s ， Hu n a n Un i v e r s i t y ， C h a n g s h a 41 0 08 2， Hu n a n， Ch i n a ) Abs t r a c t ： Th e g y p s u m f o a me d c o n c r e t e wi t h d i f f e r e n t d e n s i t y l e v e l i s ma d e b y t a k i n g f l u e g a s d e s u l p h u r i z a t i o n g y p s u m a s ha s e ma t e r i a l ， s l a g， P o a l a n d c e me n t a n d s e l f - ma d e a d d i t i v e s a s mo d i fi e r ， s ma l l a mo u n t o f Ca O， a c c e l e r a t o r a n d f o a mi ng a g e n t a s a d mi x t u r e _ r h P i n flu e n c e o f d i ff er e n t a d mi x t u r e o n t h e i n i t i a l f i n a l s e t t i n g t i me s a n d me c h a n i c s p e rfo r ma n c e o f g e l l e d ma t e r i a l wa s r e s e a r c h e d ， t h e t h e r ma l c o n d u c t i v i t y c o e ffic i e n t o f gy p s u m f o a me d c o n c r e t e wa s t e s t e d a n d t h e p r o d u c t t h e rm a l p e rfo r ma n c e wa s d e s c r i b e d Th e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e p r o du c t h a s h i g h s t r e n g t h， l o w t h e r ma l c o n d u c t i v i t y a n d g o o d c o mp r e h e n s i v e p e rfo r ma n c e I t i s c o n d u c i v e t o u s i n g F GD gy p s u m ( i n d us t r i a l b y -p r o d u c t ) a n d i mp r o v i n g e n e r gy e ffic i e n c y l e v e 1 Ke y wo r ds ： gyp s u m f o a me d c o n c r e t e： fi e e z e t h a w c y c l e ； t h e r ma l c o n d u c t i v i t y 世界能源日趋紧缺， 节能环保是目 前建筑制品发展的重 大课题。为了社会的可持续发展， 我国提出了居住建筑6 5 节能设计新标准I 】 - 2 1 。夏热冬冷地区建筑外墙的传热系数应满 足 1 5 W ( m 2 K ) 13 。因此， 要发展新型保温砌块， 提高墙体 保温性能 。石膏泡沫混凝土砌块是利用工业脱硫石膏， 掺 加一些矿渣、 水泥、 外加剂等制备而成嘲 。其具有质量轻、 强度 高、 绿色环保、 隔声性能好及尺寸精确、 干法作业、 施工快捷和 成墙占地面积小等特点 ， 无需煅烧， 不但可以实现工业副产 石膏的资源化利用， 而且可以提高节能减排的水平8 1 。 l 试验 1 1 原材料及生产工艺 基金项 目： 国家重点新产 品计划资助项 目( 2 0 O 7 G R D2 O O 2 3 ) 收稿 日期： 2 0 1 1 - 0 3 2 l 作者简介： 向仁科， 男， 1 9 8 5年生， 湖南保靖人， 硕士研究生。地址 4 1 0 0 8 2湖 南 省长 沙 市 岳 麓区 洲 尾 子组 9栋 1单 元 2楼 ， E ma i l 3 31 0 7 51 8 5q q c o m。 8 新型建筑材料 2 0 1 1 9 脱硫石膏：湖南长沙铜官火电厂 ，二水石膏含量大于 9 5 ， 品质较高； 矿渣： 市售矿渣粉； 水泥： 市售3 2 5 级普通硅 酸盐水泥； 生石灰： 磨细生石灰粉； 促凝剂： 实验室自制； 保水 剂： 市售甲基纤维素； 发泡剂： J T复配水泥发泡剂。 石膏泡沫混凝土的制备工艺过程为： 将脱硫石膏在6 0 下烘干， 然后按m( 脱硫石膏) ： m( 矿渣) ： m( 普通硅酸盐水泥) ： m( 自 制添加剂) = 4 ： 5 ： 1 ： 1 5 配比计量， 再掺入适量的生石灰、 复 合促凝剂、 减水剂和保水剂混合均匀进行粉磨， 过8 0目筛， 同 时按 m ( 发泡剂) ： m( 水) = 1 ： 4 0 配制发泡剂溶液， 用发泡机制备 泡沫， 将粉料以0 4 5 的水灰比搅拌成均匀料浆， 再根据砌块 密度要求掺入适量泡沫搅拌均匀， 入模成型， 在3 5条件下 养护8 h ， 脱模在自 然条件下养护至规定龄期。 1 2 试验方 法 复合胶凝材料性能测试：初、终凝时间及抗压强度参照 G B T 1 7 6 6 9 4 1 9 9 9 建筑石膏净浆物理性能的测定 进行。 石膏泡沫混凝土性能测试： 石膏泡沫混凝土的密度、 含水 率、 抗压强度、 抗冻性参照G B T 1 1 9 6 9 -1 9 9 7 加气混凝土实 验方法总则 进行， 导热系数参照G B T 1 0 2 9 4 -2 0 0 8 绝热材 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 向仁科， 等： 石 膏泡沫混凝土的性能研究 料稳态热阻及有关特性的测定一 防护热板法 进行。 2 试验结果与分析 通过试验确定了m( 脱硫石膏) ： m( 矿渣) ： m( 水泥) = 4 ： 5 ： l ， 同时对自制添加剂、 促凝剂和生石灰的掺量进行了研究。 2 1 自制添加剂、 促凝剂和生石灰的最佳掺量 不同自制添加剂及促凝剂掺量对复合胶凝材料性能的 影响分别见表 1 和表 2 。 表 1 自制添加剂掺量对复合胶 凝材 料性 能的影响 注： 外掺 2 促凝剂 。 表 2 促凝剂掺量对复合胶凝材料性 能的影 响 注 ： 掺 1 5 自制添加剂。 从表 1 可看出， 掺入自制添加剂可以促进复合胶凝材料 的凝结，对早期强度提高有明显效果，当掺量为 1 5 时， 3 h 初凝， 2 0 h 终凝， 便于泡沫混凝土的生产， 但对后期的强度没 有明显提高作用， 2 8 d 强度基本持平。综合凝结时间和成本 考虑， 选用1 5 的自 制添加剂掺量。 从表2 可看出， 随着促凝剂掺量的增加， 复合胶凝材料 的初、 终凝时间逐渐缩短， 对强度基本没有影响， 但当促凝剂 掺量增加到3 时， 出现泛霜现象( 见图1 ) ， 且随着掺量增加， 泛霜加剧， 而掺量为2 时， 无泛霜现象， 促凝效果良好。 图 1 掺3 促凝剂时泡沫混凝 土的泛霜现象 表3 为不同生石灰掺量对泡沫混凝土性能的影响。 表 3 生石灰掺量对泡沫混凝土性能的影响 生石灰掺量 0 1 2 3 4 密度 ( k g m ) 9 7 6 9 7 5 9 8 2 9 7 0 9 7 8 抗压强度 MP a 5 7 2 6 5 7 7 6 6 7 2 4 6 3 2 从表3 可以看出， 泡沫混凝土密度在9 7 5 k g m 左右时， 掺入适量的生石灰可以提高泡沫混凝土的强度，随着生石灰 掺量的继续增加， 泡沫混凝土的强度逐渐下降， 其最佳掺量为 2 。掺入泡沫混凝土中的生石灰水化生成 C a ( 0 H ) ： ， 大量的 O H 一 促进矿渣溶解、 水化， 生成C S H凝胶(9 1 ， 从而提高泡沫 混凝土的强度， 但随着生石灰含量的增加， 生成的C S H凝 胶与过量的生石灰反应生成大量的钙矾石，导致泡沫混凝土 体积安定性不良， 产生大量的微裂纹( 见图2 ) ， 强度反而下 降。 图 2 掺3 生石灰时泡沫混凝土的开裂现象 2 2 泡沫混凝土的力学和热工性能 选用 1 5 自制添加剂、 2 促凝剂和 2 生石灰，以0 4 5 的水灰比搅拌成料浆， 再加入不同量的泡沫， 制备出不同密度 的泡沫混凝土， 对其抗压强度和导热系数进行了测试， 结果见 表4 。密度等级与导热系数的对应关系见表5 。 表 4 不同密度泡沫混凝土的抗压强度和导热系数 干表观 密 抗压强度导热 系数 干表观密 抗压 强度导热系数 度 ( k g m ) MP a W ( m K ) 】 度 ( k g m ) MP a W ( m K ) 2 3 2 078 0 O 4 5 6 5 9 5 24 0 0 1 3 6 2 31 5 1 0 5 0 0 5 61 7 2 5 3 8 0 0 1 77 0 4 2 2 1 4 0 0 0 6 3 5 8 2 0 45 0 0 1 9 4 8 5 2 4 1 6 2 0 0 9 4 4 9 5 9 66 O 0 2 5 3 0 5 5 4 1 7 5 0 1 2 5 2 l 0 7 9 7 9 0 0 2 5 7 1 表 5 密度等级与导热系数对应关系 密度等级 B 0 3 B 0 4 B 0 5 B 0 6 B 0 7 B 0 8 B 0 9 B1 0 导热系数 W ( m K 1 ， 0 ,0 8 O 1 0 0 1 2 O 1 4 0 1 8 0 2 1 0 ,2 4 0 2 7 由 表4的结果对泡沫混凝土的导热系数与干表观密度进 行线性拟合( 见图3 ) ， 得出泡沫混凝土导热系数和干表观密 N E W BUI L Dl NG AATE R I AL S 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 向仁科 ， 等： 石膏泡沫混凝土的性能研究 度的关系式： y =一 0 0 3 5 0 4 + 2 8 1 6 5 9 x 1 0 X 图 3 泡沫混凝土密度与导热系数的拟合结果 从图3 可知， 相关系数达0 9 8 5 9 3 。 从表4 和表5 可看出， 各试样的导热系数均达到J C W 1 0 6 2 -2 0 0 7 泡沫混凝土砌 块 规定的密度等级所对应的导热系数要求。 石膏泡沫混凝土的技术指标见表6 。 表 6 石膏泡沫混凝土的技术指标 从表 6 可以看出， 该石膏泡沫混凝土能满足J C r I 1 l 0 6 2 2 0 0 7 标准要求， 密度等级B 0 8 的强度达到A 3 5的要求， 而其 导热系数小于B 0 8 的要求， 冻融循环后的质量损失为2 3 5 ， 强度损失为1 3 3 ， 远小于2 5 。 以2 4 0 m m厚墙体为例， 热阻计算公式： 尺 式中： R 材料层的热阻， m 2 K W； 材料层的厚度， m； A 材料的导热系数， W ( m K ) 。 根据公式求得2 4 0 m m厚石膏泡沫混凝土墙体的热阻 R = 1 2 3 2 m 2 , K W。根据 G B 5 0 1 7 6 9 3 民用建筑热工设计规 范 ， 围护结构最小传热阻： 【 ) R。 式中： i冬季室内计算温度， q C ， 一般居住建筑取 1 8 c c ， 高 级居住建筑， 医疗和托幼建筑， 取2 0 ； 一 围护结构冬季室外计算温度， ，按G B 5 0 1 7 6 _ _ 1 0 新型建筑材料 2 0 1 1 9 9 3 第2 0 I 条规定采用； n 一温差修正系数； R _ 一 围护结构内表面换热阻， m 2 o K W； 室内空气与围护结构内表面的允许温差， c c 。 根据G B 5 0 1 7 6 9 3附表规定， 选取t i= 2 0 ， r e = 一 1 6 o C ( 北 京型) ， n = l ( 外墙) ， R l_ O 1 1 m 2 K W， A t = 6 0 o C Ot, 墙) ， 计算 得R 0 m = 0 6 6 m 2 K W。可见， 该石膏泡沫混凝土墙体的热阻 远高于民用建筑热工设计规范的要求，具有优良的保温隔 热性能。 3 结论 ( 1 ) 自制添加剂和促凝剂复合使用对石膏泡沫混凝土料 的促凝作用显著，单掺效果不明显，促凝剂过量泛霜现象严 重， 其最佳掺量为： 自 制添加剂 1 5 ， 促凝剂2 。 ( 2 ) 生石灰对石膏泡沫混凝土起碱性激发作用， 同时反应 生成少量 c s H凝胶， 可以提高强度， 但掺量过大会引起体 积安定性不良， 导致微裂纹产生， 强度下降， 其最佳掺量为 2 。 ( 3 ) 通过计算分析， 该石膏泡沫混凝土具有良 好的力学性 能和热工性能， 适用于北方严寒地区的外墙保温， 有利于工业 副产石膏的资源化利用和节能减排水平的提高。 参考文献： 1 王漾 ， 于江， 王万江 高效保温砌 块砌体热工 性能试验研 究I J J l 建 筑节 能， 2 0 0 9 ( 9 ) ： 4 1 4 3 【 2 田斌守 ， 章岩， 杨树新 ， 等 节能 6 5 目标与 自保温 混凝土砌块【 J j 混凝土 与水泥制 品， 2 0 0 8( 1 ) ： 4 9 5 2 【 3 】 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 1 【 4 白云龙 ， 任 鹏， 张宇峰， 等 聚苯板插孔混凝 土空心砌块墙体热 工 性能 J 热带建筑 ， 2 0 0 7 ( 2 ) ： 1 2 1 5 5 】 郑娜 ， 李艳芳 ， 闰杰 陶粒 泡沫混凝土承重 保温砌块研 究 J 】 河 北 建筑 工程学院学报 ， 2 0 0 9( 1 ) ： 9 - 1 1 6 Y a n P ， Yo u Y S t u d i e s o n t h e b i n d e r o f fl y a s h f u l o r g y p s u m C e m e n t J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 8 ， 2 8( 1 ) ： 1 3 5 - 1 4 0 7 】 王祁青石膏基建材与应用【 M 】 北京： 化学工业出版社， 2 0 0 8 8 陈燕 ， 岳 文海 ， 董若 兰 石膏建筑材料 M 北京 ： 中国建材 工业 出 版社 ， 2 0 0 3 ： 2 2 【 9 黎 良元， 石宗利， 艾永平 石膏一 矿渣胶凝材料 的碱性激 发作用I J 1 硅酸 盐学报 ， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 3 ) ： 4 0 5 4 1 0 A 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m