泡沫混凝土干燥收缩性能改性研究.pdf

中国科技核心期刊 杆 建巍柑 泡沫混凝土干燥收缩性能改性研究 张国永， 陈永攀， 曾宪纯 ， 王立 ( 浙江省建筑科 学设计研究院有限公司， 浙江 杭州3 1 0 0 1 2 ) 摘要： 研究了泡沫混凝土在填充轻质骨料、 复合有机聚合物后的干燥收缩特性。结果表明， 泡沫混凝土干燥收缩主要来源于 毛细孔 失水产生的收缩应力， 填 充体积稳定轻质骨料 或复合憎水聚合物均有利于改善泡沫混凝土的干燥收缩性能 。 关键词 ： 泡沫混凝土； 干燥收缩； 骨料； 毛细孔； 憎水； 改性 中图分类号 ： T U 5 5 1 _ 3 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 7 2 0 3 M o di fic a t i on r e s e a r c h O i l t he d r y s hr i nka ge pe r f or m a nc e o f f o am c o nc r e t e Z HANG G u o y o n g， C HE N Y o n g pa n ， Z ENG Xi a n c h u n ， WANG L i ( Z h e j i a n g A c a d e m y o f B u i l d i n g R e s e a r c h D e s i g n C o L t d ， Ha n g z h o u 3 1 0 0 1 2 ， Z h i a n g ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Th e d r y s h rin k a g e p e r f o r ma n c e s o f foa m c o n c r e t e fil l e d wi t h l i g h t we i g h t a g g r e g a t e a n d o r g a n i c p o l y me r a r e s t u d i e d T h e r e s u l t s s h O W t h a t t h e d r y s h rin k a g e o f f o a m c o n c r e t e i s p r i ma r i l y f r o m s h r i n k a g e s t r e s s d u e t o e v a p o r a t i o n o f mi c r o p o r e wa t e r F i l l e d wi t h v o l u me s t a b i l e l i g h t we i g h t a g g r e g a t e o r h y d r o p h o b i c o r g a ni c p o l y me r wi l l s i g n i fi c a n t l y i mp r o v e t h e d r y i n g s h rin k a g e p e rfo rm a n c e o f f o a m c o n c r e t e Ke y wor ds： foa m c o n c r e t e ； d r y s h r i n k a g e ； a g g r e g a t e ； mi c r o p o r e s ； h y d r o p h o b i c ： mo d i fic a t i o n 0 引言 物理发泡泡沫混凝土是用物理方法将泡沫剂水溶液制 成泡沫， 再将泡沫加入到由水泥、 掺合料、 外加剂和水等制成 的料浆中， 经混合搅拌、 浇注成型、 养护制成【 - 3 o由于泡沫混 凝土含有大量封闭孔隙， 具有轻质、 保温、 隔热等物理性能， 同时保留水泥基材料的防火、 耐久等优点， 适用于夏热冬冷 地区建筑外墙保温材料I q ， 受到人们广泛的关注。然而， 泡沫 混凝土因缺少骨料且一般采用自然养护， 其干燥收缩( 干缩) 值较大， 可达普通混凝土的6 1 0 倍 5 - 0 ， 阻碍了其在建筑保温 领域的推广应用。本文主要研究泡沫混凝土的干缩机理， 并 通过改性试验研究降低泡沫混凝土的干缩率。 l 试验 1 1 原材料 水泥： P 0 4 2 5 水泥； 发泡剂： H T Q 一 1 型复合发泡剂， 河南 华泰建材开发有限公司； 减水剂： 3 5 浓度聚羧酸盐高效减水 收稿 日期： 2 0 1 2 1 0 3 1 作者简介： 张国永 ， 男 ， 1 9 8 4年生 ， 福建莆 田人， 硕士。 地址 ： 杭州市文 二路 2 8号， 电话 ： 0 5 7 1 8 8 2 7 7 3 0 1 。 7 2 新型建筑材料 2 0 1 3 4 剂； 纤维： 混凝土工程用聚丙烯纤维； 空心玻璃微珠： B L O 1 4 型 微珠， 秦皇岛秦皇玻璃微珠有限公司； 乳胶粉： 8 0 W可再分散 乳胶粉， 国民淀粉产； 憎水剂： S E A L 8 0 憎水剂， 易莱泰产。 1 2 主要设备 搅拌机： 符合G B T 1 7 6 7 1 -1 9 9 9 ( g 泥胶砂强度检验方法 ( I S O法) 的要求； 发泡器： 河南华泰建材开发有限公司， H 1 0 型。 1 - 3 试验方法 1 3 1 泡沫混凝土的制备 调节发泡器参数， 将一定浓度的泡沫剂水溶液制成均匀、 细小、 稳定的泡沫。 按设定比例计量水泥、 纤维等干物料， 用搅 拌机搅拌均匀后加入水和减水剂拌成浆料，再向浆料中加入 一 定体积的泡沫， 继续搅拌至均匀。 将泡沫混凝土拌合物浇制 成型， 成型好的试件在自 然通风室内静置2 d 后脱模， 移至标 准养护条件环境中养护至龄期。 泡沫混凝土配合比设计通过控制干物料的总质量和泡沫 混凝土浆料的总体积进行，并在配制时检测泡沫混凝土的湿 密度， 进而控制泡沫混凝土的干密度。 1 3 2 干缩值测试方法 泡沫混凝土试件干缩值测试参照lJ G J 7 0 2 O O 9 建筑砂 浆基本性能试验方法 进行， 不同之处在于， 干缩测试前根据 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张国永， 等： 泡沫混凝土干燥收缩性能改性研究 实验要求对试件进行不同的预处理。 2 试验结果与分析 2 1 轻骨料泡沫混凝土试验结果及分析 为研究泡沫混凝土干缩机理， 制作了3 组( G 1 、 G 2 、 G 3 ) 试 件。 G 1 为空白组， 干密度为3 1 0 k g m 3 ； G 2 组在G 1 组基础上， 以空心玻璃微珠替代2 0 体积的泡沫混凝土，干密度为4 0 0 k g m ， ； G 3 组在G 1 组基础上，以空心玻璃微珠替代4 0 体积 的泡沫混凝土， 干密度为5 0 2 k g m 。 。其中空心玻璃微珠的表 观密度为7 8 0 k g m 。 试件在湿度9 8 ，温度 ( 2 0 2 ) o C 条件下养护至2 8 d 龄 期， 移至6 0 烘箱内烘干至恒重， 再置于( 2 0 2 ) o C 恒温水中 浸泡3 d ( 水面高出试件上表面3 0 ra m ) ， 拭干试件表面吸附水， 立即测试初始长度， 并放入湿度( 6 0 5 ) ， 温度( 2 0 2 ) o C 干燥 室内 进行干缩试验。 试件干缩值随干燥时间变化情况如图1 所 示， 试件干缩值随试件体积含水率变化情况如图2 所示。 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 时间 d 图 1 试件干缩值随干燥时间变化曲线 体积含水翠 图 2 试件干缩值随试件体积含水率变化曲线 从图1 、 图2 均可看出， 随着空心玻璃微珠体积掺量的增 加， 试件的干缩值逐步下降。 空心玻璃微珠体积掺量从0增加 到2 0 时， 试件的平衡干缩值由3 4 5 m m m降至2 7 7 m m m， 下降了约2 0 ，当空心玻璃微珠体积掺量增加至4 0 时， 试 件的平衡干缩值降至 1 3 0m n g m ，与空白试件相比下降了 6 2 。 这是由于空心玻璃微珠体积稳定性好， 空心玻璃微珠等 体积取代泡沫混凝土， 使试件干缩值相应下降； 当空 玻璃微 珠体积掺量较大时， 颗粒间存在相互咬合现象， 空心玻璃微珠 不但取代了等体积的泡沫混凝土， 还起到骨料支撑作用， 限制 收缩， 因此， 体积掺量较大时， 对减小试件的干缩作用更明显。 试验中还观察到，每一组试件的干缩值都随干燥时间延 长显阶段性发展： 第一阶段， 干缩试验前期， 试件体积含水率 较高， 试件不出现收缩现象， 反而略有膨胀； 第二阶段， 干缩试 验中期，试件体积含水率约为7 5 一 2 5 ，试件干缩快速发 展； 第三阶段， 干缩试验后期， 试件体积含水率小于2 5 ， 试 件干缩值缓慢增长并趋于平衡。 从宏观上， 泡沫混凝土可以看作是固一 气一 液三相复合结 构。 胶凝材料水化产物、 未水化的胶凝材料颗粒和惰性组分等 组成固相结构， 即泡沫混凝土的泡沫孔壁； 加入的泡沫随浆体 硬化后被固定在其中形成泡沫孔， 尺寸为微米级别， 泡沫孔中 的气体构成了泡沫混凝土的气相组成；固相结构中的大量微 观毛细孔， 尺寸为纳米级别， 其中含有的孔隙水则是泡沫混凝 土的液相组分。收缩试件在水中浸泡 3 d ， 泡沫孔及微观毛细 孔基本饱水。由于水可润湿水泥基材料， 根据开尔文公式f 见 式( 1 ) 1 可知， 毛细孔水表面显凹液面状态， 饱和蒸汽压较低， 即相同温湿度条件下更不易蒸发失水，且孔隙直径越小蒸发 失水越困难。因此， 随着干缩试验进行， 在温度为( 2 0 2 ) ， 湿度为6 5 干燥环境下， 首先蒸发失水的应该是大部分泡沫 孔水， 接着是毛细孔水及直径更小的其它孔隙水。 鲁 = 式 中 ： 争 相 对 蒸 汽 压 ； 广表面张力， N m ； 一 摩尔质量， g m o l ； R 气体常数， J ( m o l K ) ； _ 、韫度， ； p 密度， k g m ； 广一 毛细孔半径， m； 从图2 可以看出， 前期的泡沫孔失水不产生收缩， 而后期 毛细孔失水则会产生大量收缩， 且试件的体积含水率越小， 单 位体积含水率下降对收缩影响越大。 这是因为泡沫孔尺寸大， 无毛细孔效应， 而毛细孔失水使毛细孔内液面后退， 凹液面的 曲率变大， 在水的表面张力作用下， 产生收缩力， 促使试件收 缩， 而且毛细孔尺寸越小， 毛细效应越明显。随着干燥时间延 长， 试件内水分逐渐与外界环境趋于平衡， 干缩值趋于稳定。 综上试验结果可知，泡沫混凝土的收缩主要来源于微观 毛细孔失 水产生的 收缩力， 这与国 外一些研究人员的结论 是 一 致的。Z i e m b i c k a 研究表明， 多孔混凝土收缩值与半径为 7 5 x 1 0 q 6 2 5 x 1 0 m微孔的体积含量相关， G e o r g i a d e s 脚 认为 N E W BUl L DI NG MAT E RI AL S 7 3 4 3 2 1 O l 目 姆 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张国永， 等： 泡沫混凝土干燥收缩性能改性研究 与半径为2 0 x l O - m 2 0 0 x l O 。 m孔的体积含量相关。 2 2 聚合物泡沫混凝土试验结果及分析 为减小泡沫混凝土的干缩值， 主要应减小泡沫混凝土毛 细孔体积或毛细孔水的含量。随着高分子材料科学的发展， 聚合物在混凝土领域的应用不断突显重要作用。笔者认为， 将憎水聚合物材料与泡沫混凝土复合， 利用憎水聚合物的疏 水效果， 将有可能减少泡沫混凝土毛细孔水含量或加速泡沫 混凝土毛细孔水释放速度，进而改善泡沫混凝土的干缩性 能。为验证这一结论， 设计以下实验： 成型3 组泡沫混凝土收缩试件， M1 为空白组， M 2 在 M l 基础上添加适量憎水剂S E A L 8 0 ， M 3 在M 2 基础上添加适量 可再分散乳胶粉 8 0 W。试件标准养护7 d 后置于湿度 ( 6 0 5 ) 、 温度( 2 0 2 ) 的干燥室内进行干缩性能测试， 以试件 第7 d 龄期长度为初始长度， 3 组试件干缩值随龄期变化趋 势如图3 所示。 7 l 4 2 1 2 8 3 5 龄期 d 图 3聚合物泡沫混凝土的收缩性能 从图3 可以看出， 在 3 5 d 龄期内， 试件干缩值随时间发 展可分为2个阶段， 前期( 1 4 d 前) 的快速发展阶段和后期 ( 1 4 d 后) 的缓慢发展阶段， 前期收缩发展速度： M 3 M 2 M 1 ， 而后期发展速度则： M I M 2 M 3 。与M1 相比， M 2 试件中增加 了憎水聚合物组分， 憎水聚合物吸附于泡沫混凝土毛细孔壁表 面， 改变毛细孔壁表面与水的润湿性能， 使毛细孔壁产生疏水 性能，毛细孔水表面由原来的凹液面状态转变为凸液面状态， 饱和蒸汽压增大， 有利于早期失水释放收缩， 后期干缩较快趋 于平衡。与M 2 相比， M 3 试件中增加了可再分散乳胶粉成份， 在水泥基材料固化过程中， 可再分散乳胶粉聚合成膜， 填充部 分孔隙并进一步赋予水泥基材料疏水性能， 加速试件前期收缩 值发展， 降低试件后期收缩率。 试件放置 1 4 d 后， 至3 5 d 龄期， M1 仍有 0 6 8 m m m收缩值， M 2残余 0 4 4 m m m收缩值， 而 M 3 仅残余0 3 0 m m m收缩值， 且基本趋于稳定。 聚合物对泡沫混凝土收缩改善的试验结果与设想一致， 进一步说明泡沫混凝土的收缩主要来源于毛细孔水蒸发失 水产生的收缩应力。因此， 针对泡沫混凝土收缩改性可遵循 以下3 点： 一是减小毛细孔体积含量； 二是减小毛细孔水含 量， 对于预制产品可考虑加速毛细孔水释放速度； 三是填充 骨料或其它材料限制收缩。 3 结论 ( 1 ) 泡沫混凝土的干缩主要来源于泡沫混凝土毛细孔水 蒸发失水产生的毛细孔收缩应力。 ( 2 ) 通过填充体积稳定的骨料可改善泡沫混凝土的干缩 性能， 大体积掺量骨料改善效果更加显著。 ( 3 ) 通过添加憎水聚合物有利于释放泡沫混凝土早期干 缩， 提高泡沫混凝土后期体积稳定性。 参考文献 ： 1 张磊 ， 杨鼎 宜 轻质泡 沫混 凝土 的研究 及应用 现状 叫 混凝 土 ， 2 0 0 5( 8 ) ： 4 4 4 8 2 徐文 ， 钱冠龙 ， 化子龙 用化学 方法 制备泡沫 混凝土 的试 验研究 J 1 _ 混凝 土与水泥制品 ， 2 0 1 1 ( 1 2 ) ： 1 - 4 3 潘志华 ， 程麟， 李东旭 ， 等 新型高性能泡沫混凝土制备技术研 究 J 新型建筑材料 ， 2 0 0 2 ( 5 ) ： 1 5 4 朱平 ， 聂长华 ， 纪黎 ， 等 泡沫混凝土 在夏热冬冷 地区 的应用 J 】 墙材革新与建筑节能， 2 0 0 7( 7 ) ： 4 3 4 5 5 N a m b i a r E K K， R a ma mu r t h y K S h ri n k a g e b e h a v i o r o f f o a m c o n c r e t e叨J o u ma l o f Ma t e ri a l s i n C iv i l E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 9 ， 2 1 ( 1 1 )： 6 3 1 6 3 6 6 潘志华 ， 陈 国瑞， 李东旭， 等 现浇泡沫混凝土常 见质量 问题 分析 及对策f J 1 新型建筑材料 ， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 4 - 7 7 】 Z i e mb i c k a H E f f e c t o f mi e r o p o r e s t r u c t u r e o n c e l l u l a r c o n c r e t e s h ri n k a g e 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 7 7 ， 7( 3 ) ： 3 2 3 3 3 2 8 G e o r g i a d e s a ， f t i k o s C ， Ma r i n o s J E f f e c t o f mi c r o p o r e s t r u c t u r e o n a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e s h ri n k a g e J J _C e me n t a n d C 0 n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 1 ， 2 1 ( 4 ) ： 6 5 6 6 6 2 A 7 4 新型建筑材料 2 0 1 3 4 5 4 3 2 1 O 好 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m