泡间水对泡沫混凝土抗压强度影响规律研究.pdf

胡 曙光 等 ： 泡间水对泡沫混凝土抗压强度影 响规律研究 文 章编 号 ： 1 0 0 1 9 7 3 1 ( 2 0 1 3 ) 增 刊 ( ) 一 0 2 0 5 0 5 泡 间水对 泡沫混凝土抗压强度影 响规律研究 胡曙光 ， 关凌岳 ， 王发 洲 ， 杨 露 ， 齐广华。 ， 张旭龙。 ( 1 武汉理工大学 硅酸盐建筑材料 国家重点实验室 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 ； 2 华新混凝土武汉有限公 司， 湖北 武汉 4 3 0 0 8 0 ； 3 湖北省建筑科学研究设计 院， 湖北 武汉 4 3 0 0 7 1 ) 摘 要 ： 采 用预制发 泡法制备 泡沫混 凝 土 的过 程 中 ， 外加 水量 的 引入 分 为拌合 用 水和预 制 泡沫 中的含 水 量 ( 指 泡沫液膜 与 液膜 间的 含 水 ) ； 预 制 泡 沫 中的含 水 量 ( 泡间水) 在新拌浆体 中的瞬时变化规律对泡沫混凝土 性能具有重要影响。通过光学显微镜、 图像分析与统 计 的方 法研 究 了预 制 泡 沫 中泡 间水 量 变化规 律 及其 对 泡 沫性质 的 影响 ， 以及 对 泡沫 混 凝 土 抗 压 强度 与 孔 结 构的影响。结果表 明， 泡沫稳 定性 随泡间水含量的增 加有一个先上升后 下 降的过 程， 当泡 间水厚度 为 5 3 m 时 ， 泡 沫稳 定性 最好 ； 泡 间水 的 变 化规 律 对 抗 压 强 度的影响表 明， 样品抗压强度不是 随着总水胶 材 比的 升 高而 降低 ， 而是 与 泡 间 水 变化 规 律 相 同 ， 此 外 ， 泡 间 水含 量还 对 泡沫混凝 土孔结 构分 布有 一定 影响 。 关 键 词 ： 泡 沫 混 凝 土 ； 泡 间水 量 ； 图像 分 析 ； 抗 压 强 度 ； 泡 沫稳定 性 中图分 类号 ： TU5 2 8 2 文 献标 识码 ： A DOl ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 9 7 3 1 2 0 1 3 增 刊 ( ) 0 0 8 1 引 言 泡沫混凝土是 由胶凝材料、 发泡剂及集料等组成 的多孔混凝土材料 ， 其主要通过物 理发泡方法将发泡 剂溶液制成泡沫 ， 再将预制泡沫和水泥浆体均匀搅拌 制得 。由于泡沫混凝土具有优 良的防火、 保温隔热及 轻质 等性 能， 已经广泛应用 于屋面保温材料 、 轻质墙 材 、 管 线 回填等 领域 _ 】 。 抗压强度作为泡沫混凝土最重要 的指标之一 ， 不 关， 还与水胶 比、 泡沫含水率及稳定性等存在很大关 联 。E KKu n h a n a n d a n Na mb i a r和 KRa ma mu r t h y等 主要研究 了掺合料种类及细砂颗粒尺寸对泡 沫混凝 土强 度 的影 响 ， 发 现 掺 入 适 量 粉煤 灰 可 改 善 泡 沫混凝土浆体的流动性 ， 粉煤灰的减水 和填充作用有 益于抗压强度的提高。Ke a r s l e y a等 研究了孑 L 隙率 对 泡沫 混凝 土抗 压 强 度 的影 响 ， 得 出 了抗 压 强 度 与 孑 L 隙率具有 高度相关性的结论 。除此之外 ， 很多研究表 明l 4 水胶 比对于泡沫混凝土抗压强度也存在很大影 响 ， 水胶 比过 高 或者 过 低 均 不 利 于泡 沫 混 凝 土 强 度 的 提高。通常定义下的水胶比指每方混凝土拌合水用量 与胶 凝材 料用 量 的 比值 ， 这在 普通 混凝 土 中较 为适 用 。 而泡沫混凝土制备过程 中既包含水 泥浆 体 中的拌合 水 ， 又包含泡沫中存在 的泡间水 。当制备 的泡 沫混凝 土容重较低时， 大量泡沫被引入水泥基浆体 中， 泡沫所 含泡 间水 势必 会影 响泡 沫 混 凝 土 的力 学 性 能 、 孔 结 构 及浇筑性能等性质 ， 然而 目前很少有关于此方 面的研 究与报道。基于上述讨论和分析 ， 本文研究 了泡 间水 对泡 沫稳定 性 和抗 压 强 度 的影 响规 律 ， 讨 论 了孔 结 构 分布 和抗压 强度 的关 系 。 2 实 验 2 1 原 材 料 所用水泥为华新水泥有 限公司生产的 P 0 4 2 5水 泥 ， 其物理性能见表 1 ， 化学性能见表 2 。所用发泡剂 为复合型动物蛋 白发泡剂 ， 减水剂为 7 4 0系列聚羧酸 仅与胶凝材料性质 、 掺合料种类 、 孔结构 、 孔 隙率等有 减水剂 ， 固含量为 4 O 。 表 1 水 泥 的物理 性能 Ta bl e 1 Phy s i c a l pr o pe r t i e s o f c e m e n t 比表 面 积 密 度 标 稠 用 凝 结 时 间( mi n ) 细 度 抗 折 强度 ( MP a ) 抗 压 强度 ( MPa ) 烧 失 量 ( m k g ) ( g c m。 ) 水 量 ( g ) 初 凝 终 凝 ( 4 5 p t m ， ) 7 d 2 8 d 7 d 2 8 d ( ) 3 6 O 3 O 8 12 5 1 4 9 1 8 5 1 3 6 7 9 2 3 3 4 5 6 1 3 6 表 2水泥 的化 学分 析 Ta bl e 2 Che m i c a l a n a l y s i s of c e m e nt 原材料 S i O2 Al 2 0 3 F 2 03 C a O Mg O T i O 2 S O3 水 泥 ( ， 质 量 分 数 ) 2 1 8 1 2 2 3 3 6 O 2 6 1 2 8 0 9 1 1 9 8 2 2 方法 采 用预制 泡 沫法制 备泡 沫 混凝 土样 品 。将 发泡 剂 与水 以体积比 3： 4 7配置成发泡剂溶液 ， 利用高速搅 拌机搅拌 1 0 mi n将不同体积的发泡剂溶液 ( 3 0 0 、 3 5 0 、 * 基金项 目： 中央高校基本科研业务 费专项 资金资助项 目( 2 0 1 2 一 I a 一 0 0 1 ， 2 0 1 2 一 Z Y - 0 0 1 ) 收到初稿 日期 ： 2 0 1 3 0 3 1 2 收到修改稿 日期 ： 2 0 1 3 0 5 2 O 通讯作者 ： 王发洲 作者简介 ： 胡曙光( 1 9 5 7 一) ， 男 ， 湖北武汉人 ， 教授 ， 工学博士 ， 从事水泥混凝土材料研究 。 胡曙光 等 ： 泡 间水对泡沫混凝 土抗 压强 度影响规律研究 3 分析与讨论 3 1 泡 间水对 泡沫 性质 及其 稳定 性 的影响 规律 图 2是 泡 沫液 膜 厚 度 、 泡 沫 直 径 、 泡 沫 半 衰 期 、 泡 沫 泌水 量 随泡 间水 含 量 、 静 置 时 间 的变 化 规 律 。泡 沫 半衰期随着泡间水量增加先上升后下降， 泡沫液膜厚 度随着泡间水量的增加而上升， 但是随着泡间水量增 加 ， 泡 沫液膜 厚度 上 升 幅 度逐 渐 下 降 ( 图 2 ( a ) ) 。泡 沫 破灭主要与泡间水在压力下的排液速度和泡 内气体的 扩 散形 式有 关 _ 8 l 。泡 沫 稳 定 性 和 单 位 时 间 内 泡 沫 泌 水量成反比， 单位时间泡沫泌水量越小( 图 2 ( c ) ) ， 泡沫 稳定性越高 。泡沫液膜厚度增速变缓 的原因与泡沫前 期 泌水 量增 加有 关 。泡 间水量 为 4 0 0 mL时 ， 泡 沫稳定 性最好 ， 其半衰期为 6 2 rai n ， 1 h相对泌水率为 9 5 。 泡问水量为 5 0 0 mL时， 泡沫稳定性最差， 其半衰期为 4 0 rai n ， 1 h相对 泌水 率为 1 4 0 。这是 由于气 、 液 相对 密度 和 界面两 侧 之 间存 在 压 力 差 ， 泡 间水 在 压力 的作 用下 不 断被排 出 ， 不 同 含水 量 的 泡 沫其 液 膜 具 有 不 同 的强度 ， 强度的提高会降低液膜的排液速率 ， 增加了泡 沫 稳定 性 。随着 静置 时 间 的延 长 ， 泡 孔 直 径 上 升 ( 图 2 ( b ) ) ， 其上升速率越慢 ， 泡沫稳定性越好 。当泡间水量 由 3 0 0 5 0 0 mL变化 时 ， 静 置 时 间 由 5 rai n上 升 到 3 O rai n时， V1 # 一 V5 组 的 泡 沫 直 径 分 别 增 加 3 3 、 2 7 4 、 1 8 5 、 5 5 8 和 6 3 4 ， 静 置 时 间 由 5 mi n 上升到 6 0 mi n时 ， 其泡沫直径分别增加 5 0 、 4 8 9 、 4 2 4 9 6 、 1 5 O 8 和 1 5 1 5 ， 相应 半 衰 期 为 5 0 、 6 O 、 6 2 、 4 5 和 4 0 rai n 。不 同泡沫水含量的泡沫液膜具有不 同 的强度 ， 泡 沫 液 膜 强 度 越 高 ， 表 面 吸 附 分 子 排 列 越 紧 密 ， 表面粘度越高 ， 气体透过性越差 ， 气体从小泡 向大 泡的扩散速率越缓慢 ， 泡沫稳定性越高。此外 ， 泡沫稳 定性 还与 泡沫 密度 有 关 。泡 间水 量 由 3 0 0 mL上 升 到 5 0 0 mL 时 ， 泡 沫 密 度 由 4 3 1 k g m。上 升 到 7 2 3 k g m。 ， 泡沫稳定性随泡沫密度先上升后下降， 在 5 7 8 k g m。 时泡 沫稳定 性 最好 。这 是 由于泡 沫 密度 对 于 泡 沫稳 定性 影 响较 为 复杂 ， 泡沫 密 度上 升 ， 一 方 面提 高 了 液膜厚度 ， 间接降低 了排液速率 ， 但同时又加速了气体 扩散速率 ， 使泡沫变得不稳定 。 3 2 泡 间水对 泡沫 混凝 土 强度影 响规 律 图 3 是泡沫混凝土抗压强度随泡间水含量不同的 变化 规律 。分 析 图 3 ( b ) ， M1 - MS 组 配 比 ， 在 外 加 水 量固定为 0 3 5 C， 掺入泡沫量固定 ， 浆体流动性 与样 品容 重相差 不 多 的情 况 下 ， 此 时泡 间 水 量 的 变化 成 为 影 响抗压 强度 的主要 因 素 。从 图 3可 以看 出 ， 在 泡 间 水量 由 0 1 C上升到 0 1 7 c， 发泡倍数 由 1 4上升 到 2 3 3时 ， 泡 沫稳 定 性 越 好 ， 泡 沫 混 凝 土 的抗 压 强 度 越 高 ， M3 的 2 8 d强 度 达 到 1 5 7 MP a ， M5 的 2 8 d强 度仅 为 0 8 9 MP a 。 养护龄； J d 养护龄期， d 图 3 泡 间水 对抗 压 强度 的影 响 Fi g 3 Ef f e c t of f o a me d wa t e r o n t he c o m p r e s s i v e s t r e ng t h 这是由于泡沫越稳定 ， 其搅拌过程中抵抗机械变 越稳定 ， 其变大的趋势也越小， 在浆体搅拌过程中不易 形的能力越强 ， 泡沫在浆体 中会 固化 成均匀而规则 的 产生大泡， 相应的泡沫混凝土孔结构也细小均匀 ， 孔径 球形 ， 不会产生严重变形 ， 有助于强度提高 ； 此外 ， 泡沫 分布均匀( 图 4 ( a ) 、 ( b ) ) ， 对强度有益 。泡沫具有由 ； 柏 怕 柏 E 毗 a h n a o d n a g n d e e b m a O O e m U o V e e n d O 0 y n e d n e n o a a V t ， n 眦 n O m r a e 州 o d S e m n 吼 2 g F 胡曙光 等 ： 泡 间水 对泡沫混凝土抗压强度影响规律研究 2 O 9 学工业 出版社 ， 2 0 0 6 9 张春荣 泡沫 复合驱 模拟 体系 界面扩 张粘 弹与 泡沫性 质 研究 D 北京 ： 中国科学 院研究 生院 ， 2 0 0 7 1 3 3 1 0 N a mb i a r E K K， R a ma mu r t h y KAi r - v o i d c h a r a c t e r i z a t i o n o f f o a m c o n c r e t e r J Ce me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h，2 00 7，37： 2 21 _ 2 30 1 1 Ma l d o n a d o V a l d e r r a ma J S u r f a c e p r o p e r t i e s a n d f o a m s t a b i l i t y o f p r o t e i n s u r f a c t a n t mi x t u r e s ：t h e o r y a n d e x p e r i me n t J J P h y C h e m C，2 0 0 7 ， 1 1 1( 0 6 ) ：2 7 1 5 一 I nf l u e n c e l a w o f f o a me d wa t e r o n t h e Z Z 3 1 2 Na mb i a r E K K， R a ma mu r t h y K F r e s h s t a t e c h a r a c t e r i s t i c s o f f o a m c o n c r e t e J AS C E Ma t e r C i v E n g ， 2 0 0 8 ， 2 0： l 11 1 17 1- 1 3 2 R a ma mu r t h y K， Ku n h a n a n d a n N a mb i a r E K， Ra n j a n i G I SA c l a s s i f i c a t i on o f s t u di e s on pr op e r t i e s of f o am c o n c r e t e E J C e me n t& C o n c r e t e C o mp o s i t e s ，2 0 0 9 ， ( 3 1 ) ： 3 88 39 6 c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f f o a m c o n c r e t e H U Shu g ua n g ，GU AN Li ng y u e ，W ANG Fa z h o u ， Y ANG Lu QI Gu a n g h u a 。Z HANG Xu l o n g 。 ( 1 S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f S i l i c a t e M a t e r i a l s f o r Ar c h i t e c t u r e s ，W u h a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y， W uh a n 43 0 0 7 0，Chi n a； 2 W uh a n Lt d o f Hua x i n Co nc r e t e，W uh a n 43 0 0 8 0，Chi n a； 3 Hu b e i Pr o v i n c i a l Ac a d e my o f Bu i l d i n g Re s e a r c h a n d De s i g n，W u h a n 4 3 0 0 7 1，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Ad op t i n g pr e f a br i c a t e d f o a m me t h od t o pr e p a r e f o a m c on c r e t e I n t h i s p r oc e s s ，t he i n t r o du c t i on of e x t e r na l wa t e r wa s di v i d e d i n m i xi n g wa t e r a nd t he wa t e r i ns i d e p r e f a br i c a t e d f o a m wh i c h b e t we e n f o a m l i qu i d f i l m s wa s na m e d f o a m e d wa t e r The i ns t a n t a ne ou s c ha ng e r ul e of f o a me d wa t e r i n f r e s h m i x e d s l u r r y ha s i m po r t a n t e f f e c t on t h e pr o pe r t i e s o f f o a m c o nc r e t e Thi s p a pe r m a i nl y r e s e a r c he d t he c ha n ge o f f o a me d wa t e r e f f e c t on f oa m pr o pe r t i e s ， c om p r e s s i v e s t r e ng t h a n d po r e s t r uc t ur e o f f o a m c o nc r e t e t hr ou gh o pt i c a l mi c r o s c o pe，i m a g e a na l ys i s a nd s t a t i s t i c s m e t ho d The r e s ul t s s h owe d t ha t wi t h t h e i nc r e a s e o f f oa me d wa t e r c o n t e n t ，f o a m s t a bi l i t y r o s e f i r s t a nd f e l l t h e n，a c hi e ve d t h e be s t wh e n f o a m wa t e r t hi c kn e s s wa s 5 3 “m The c om pr e s s i ve s t r e n gt h r e s ul t s s u gg e s t e d t ha t f ol l o wi n g t he i nc r e a s e d t o t a l wa t e r r a t i o，c o m pr e s s i v e s t r e ngt h wa s n o t d e c r e a s e bu t c h a ng e d a l o ng wi t h t he v a r i a t i on o f t h e f oa m e d wa t e r c o n t e nt I n a dd i t i on，t he c ha nge o f f oa me d wa t e r a l s o ha s a n e f f e c t on p o r e s t r uc t ur e i n po r e s i z e d i s t r i but i o n Ke y wo r ds ：f o a m c o n c r e t e；f o a me d wa t e r；i ma g e a n a l y s i s ；c o mp r e s s i v e s t r e ng t h；f o a m s t a b i l i t y