普通硅酸盐水泥超轻泡沫混凝土的试验研究.pdf

2 0 1 4 年 第 1期 (总 第 2 9 1期 ) Nu mb e r 1 i n 2 0 1 4 ( T o ml No 2 9 1 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材 料及辅助 物料 MAT EI uAL AND ADMI NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 0 1 0 1 1 普通硅酸盐水泥超轻泡沫混凝土的试验研究 邱军付 ，罗淑湘，鲁虹 ，陈颖 ，孙桂芳 。王永魁 ，崔伟腾 ( 北京建筑技术发展有限责任公司，北京 1 0 0 0 4 5 ) 摘要 ： 以普通硅酸盐水泥和粉煤灰为主要原料 ， 采用化学发泡制备了普通硅酸盐水泥超轻泡沫混凝土 ； 研究了粉煤灰掺量 、 水灰比、 发泡剂用量等因素对体系绝热温升、 孔结构和强度的影响。 通过工艺参数优化， 可以制备出粉煤灰掺量达到3 O ( 质量百 分数) 、 性能较好的泡沫混凝土制品。 关键词 ： 发泡水泥 ；粉煤灰；绝热温升 ；水灰 比；H s O 中图分类号 ： T U5 2 8 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 1 0 0 3 8 0 3 S t u d y o n u l t r a - l i gh t f o a m e d c o n c r e t e u s i n g P o r t l a n d c e m e n t Q I UJ t m f u ， L U OS h u x i a n g ， L UHo n g ， C HE NY i n g ， S U NG u i f a n g ， WA NG Y o n g k u i ， C U I We i t e n g ( B e ij i n g B u i l d i n g T e c h n o l o g y D e v e l o p me n t C o ， L t d ， B e ij i n g 1 0 0 0 4 5 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Ul t r a - l i g h t f o a me d c o n c r e t e wi t h P o r t l a n d c e me n t a n d fl y a s h a s c e me n t a t i o n s ma t e r i a l s we r e p r e p a r e d b y c h e mi c a l me t h o d The i nflu e nc e s offly a s h c o n t e n t ， wa t e r c e me n t r i o n a n d f o a mi n g a g e nt o n a d i a ba t i c t e mp e r a t u r e r i s e， po r e s t r u c t u r e a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h w e r e s t u d i e d T h r o u gh o p t i m i z i n g t h e p r o c e s s p ar a m e t e r s ， f o a m e d c o n c r e t e w i th 3 0 fl y a s h( ma s s p e r c e n t ) and g o o d p e r f o r ma n c e wa s o b t a i n e d Ke y w o r d s ： f o a m c o n c r e t e ； f l y a s h ； a d i a b a t i c t e mp e r a t u r e r i s e ； wa t e r c e me n t r a t i o n； H2 0 2 0 引言 超轻泡沫混凝土， 尤其是干表观密度低于 2 0 0 k g m3 的 泡沫混凝土因其具有轻质、 保温隔热 、 隔音耐火、 抗震、 防 水等性能 ， 已在建筑保温工程中得到大量的应用 。 传统 的泡沫混凝 土制品主要采 用早 强 、 快硬水 泥( 如硫 铝酸盐 水泥 、 铝酸盐水泥等 ) 作 为胶结材料 - 6 1 ， 但这类水泥价格 昂 贵且产量小 、 分布不广 ， 限制了泡沫混凝土的广泛应用； 此 外， 这种传统的泡沫混凝土制品还存在后期强度倒缩、 脆性 大、 易粉化、 开裂等诸多问题 7 1 。 因此， 以普通硅酸盐水泥为 主要胶结材料 ， 掺人一定量 的粉煤灰制备的超轻泡沫混凝 土， 不仅能够有效解决传统泡沫混凝土存在的上述问题 ， 改 善制品的综合性能， 同时粉煤灰的掺入还有利于降低体系 的水化热 ， 实现粉煤 灰的无 害化利用 ， 也 是泡沫混凝 土向 绿色建材发展的必 由之路。 1 试验原料与仪 器 试验所用冀东 P 0 4 2 5 级水泥； 级粉煤灰 ( 北京市 电力粉煤灰工业公 司) ， 其主要化学成分如表 1 所示 ； 发泡 剂( 市售 3 5 浓度的工业纯双氧水 ) ； 高效聚羧酸减水剂 ( 北京市建筑工程研究院产 ) ； 稳泡剂 ( 自制 ， 白色粉末 ， 主 要成分为 S D B S ) ； 粉煤灰激活剂( 自制 ， 白色粉末 ， 主要成 收稿 日期 ：2 0 1 3 - 0 7 1 9 基金项目：“ 十二五” 国家科技支撑计划( 2 0 1 2 B A J 0 6 B 0 7 ) 38 表 1 粉 煤灰 主要化 学成 分 S i O2 A1 2 03 F e 2 Os Ca O Mg O Na 2 0 K2o S O3 4 9 8 21 9 67 2 4 1 7 0 6 1 4 O 4 分为N a A1 0 2 ) 。 高速搅拌机( 自制 ， 转速 0 - 1 2 0 0 r m i n ) ； 水泥标准稠 度及凝结时间测定仪( 维卡仪) ； 水泥砂浆稠度漏斗 ： 河北 光华伟业建筑仪器厂生产 ， 容量 1 7 2 5 mL ； O L - 1 0 3 型电热 鼓风干燥箱 ： 北京电炉厂产； WD W 1 0电子万能试验机， 上 海松顿机械设备有限公司； D Z D R S型导热系数测定仪 ： 南京大展机电。 恒温恒湿养护箱 ： 北京华g ,J L 方试验仪器有 限公 司。 2 试验 结果 与分析 2 1 基本配合 比研 究 在没加外加剂的条件下研究水 灰( 水泥 +粉煤灰) 比、 粉煤灰加入量和发泡剂用量对普通硅酸盐 水泥化 学发泡 与浆体成型的影响。 以干密度2 0 0 k e g m 为目标密度， 水泥 与粉煤灰总量 1 0 0 g ， 则浆料发泡后体积应膨胀 5 5 0 m L 。 试验方法如下 ： 准确称量水泥 、 粉煤灰 、 自来水和发泡 剂， 先将水泥、 粉煤灰与自来水置于容积 6 0 0 m L的塑料杯 中充分搅拌制得均匀的浆料( 根据室温调节水温使料浆温 度控制在 3 2 3 5 ) ， 加入 发泡剂后迅速搅 拌 4 5 S ， 静停 发泡 。 研究表明， 水灰 比对浆料发泡有显著影响， 水灰比在 0 4 5 0 6 较合适， 低于 0 5 ， 料浆稠 ， 制品干表观密度大， 内 部易形成应力缺陷； 水灰比高于 0 5 5 ， 料浆太稀， 双氧水分 解放出的大量气体从料浆表面逸出， 容易 出现塌模 。 粉煤灰 的加入能降低制品成本， 同时在一定范围内时还能改善料 浆与制品的性能。 试验发现， 粉煤灰加入量以 2 0 4 0 为 宜， 否则也易出现塌模。 发泡剂用量显著影响干密度， 用量 越大， 干密度越低， 对于 2 0 0 k g m 3 的目标干表观密度 ， 研 究表明双氧水发泡剂用量为 固体粉料的 4 5 6 为宜 。 通过以上试验研究 ， 硅 酸盐水泥化学发泡泡沫混凝 土 的基本配合比为： 水灰比0 5 5 、 固体粉料中粉煤灰加入量 3 0 ， 双氧水加入量为固体粉料的 5 5 。 2 2 粉 煤灰掺量对体 系绝热 温升 的影响 水泥水化是一个放热反应 ， 产生的热量( 水化热) 能使 体系达到较高 的温度 。 由于泡沫混凝土 的导热性能较差 ， 体系在浇筑后的发泡过程 中容易形成 内外温差 ； 随龄期增 长， 制品逐渐降温而发生体积收缩。 在此过程中因放热升 温一 发泡膨胀一 蓄热一 降温一 收缩容易导致制品内部形成裂 缝。 用粉煤灰代替一部分水泥 ， 既能使产品各项性能满足 设计要求， 又能降低体系内部温度 ， 有利于温控嘲 。 但是粉 煤灰 的掺人量也有一定 的适宜范 围， 掺入量太少 ， 不足起 到有效降低体系水化热和降低原料成本的作用； 掺入量太 大 ， 延长体系 的初凝 时间， 体系早期强度增长太慢 ， 容易引 发塌模 ， 且体系中过多的粉煤灰掺人也可能降低制品的最 终强度 。 不同粉煤灰掺量的泡沫混凝土体系的绝热温升情况 如图 1 所示。 粉煤灰一 水泥发泡浆体注入模具后 ， 用绝热温 升测试仪每隔 1 mi n 测一次数据 ， 测量持续时间为 8 0 0 mi n 。 由图 1 可见， 随着粉煤灰掺入量的增多， 体系的最高温度 呈下降趋 势 ， 2 0 的粉煤灰掺入量 的体 系最高温度达到了 6 2， 而 4 0 粉煤灰掺人量的体系最高温度只有 4 6， 与 2 0 粉煤灰掺入量相比， 绝热温度降低了 2 6 。 这是因为 粉煤灰在水化反应 中主要与水泥水化放 出的 C a ( O H) 进 行二次火 山灰反应 ， 其水 化活性 相对于水泥要 低 ， 且同质 量 的粉煤灰与水泥相 比， 其水化放热量较少 9 1 。 70 6 O 5O 40 赠 3 O 2 0 程 ， 料浆发泡和静停养护是 同步进行 的， 因此 ， 料浆的稠化 速度和发气速度必须高度匹配。 在泡沫混凝土的制备过程 中， 水灰比对整个制作工艺都有很大影响： 当用水灰比过 低， 浆体太稠， 不利于发泡剂的充分分散， 容易导致局部放 气发泡反应过于剧烈、 气孔偏大 、 甚至塌模 ； 此外， 低水灰 比时浆体初凝时间较短 ， 发泡剂发泡过程 尚未结束而浆体 已经初凝 ， 容易导致制 品内部应力过大 ， 形成应力裂纹 ； 当 水灰比过大时 ， 浆体稠度太低 ， 浆体凝结硬化滞后于发泡 剂的发泡 ， 容易导致后期塌模 。 图 2 列 出了 W B = 0 4 5 、 0 5 、 0 5 5 、 0 6 时 ， 粉煤灰掺入量 为 3 0 的制 品的干表观密度和强度随水灰比变化的情况 。 当水灰 比在 0 4 5 0 6范围内变化 时 ， 随着 水灰 比的增大 ， 泡沫混凝土 的干表 观密度和抗压强度均呈下 降趋势。 这是 因为： 当水灰 比增大时 ， 料浆稠度变小 ， 在静停发泡过程 中， 发泡剂发气充分 ， 料浆体积持续膨胀 ， 因而制品的干表 观密度呈 降低趋势 ； 但是 ， 制 品的干表观密度也不是 随水 灰比增大能无限降低的， 试验中， 当水灰比为 0 6时， 由于 料浆初凝时间延长， 制品频繁塌模 ； 因此， 泡沫混凝土制品 的干表观密度只能在一定范围的水灰 比范围内发生变化 。 泡沫混凝土制 品的抗压强度与水灰 比的变化也呈对应关 系。 当水灰比为 0 4 5时， 料浆稠度太大 ， 双氧水发气速率低 于料浆稠化速度， 体系在双氧水发气结束前就已经完成初 凝 ， 制 品的干密度偏大 ， 孔径偏小 ， 此外 ， 制 品内部有少量 的裂纹 ， 如图 3 ( a ) 所示 。 当水灰比为 0 5 0 5 5时， 料浆稠度 适中， 气体在料浆内分布较均匀， 发泡剂充分发泡， 料浆体 积稳定膨胀 ， 同时， 由于浆体的初凝速率与发泡剂的发泡 速率基本一致 ， 气孔结构被很好 的固定下来 ， 因此制 品的 抗压强度较高 ， 如图 3 ( b ) 、 ( c ) 所示。 但是 ， 当水灰比大于 O 5 5 后 ， 其制品强度下降的趋势加剧 ， 这是因为大水灰比 时料浆稠度太低 ， 料浆凝结时间比发泡剂的发泡时间长， 在发泡的后期阶段 ， 部分气孔发生合并 ， 导致制品中的孔 结构均匀性差变差 、 强度损失较大 ， 如图 3 ( d ) 所示 。 因此 ， 试验中， 水灰比的最佳范围为0 5 0 5 5 ， 当采用此水灰比时， 制备出的泡沫混凝 土不仅密度较低 ， 而且具有相对较高的 强度值。 宕 岜 、 稚 日 、 穗 出 图 2 水灰比对泡沫混凝土干表观密度和抗压强度的影响 2 4 发 泡剂掺量 的影响 发泡剂是制备泡沫混凝土的基本原材料之一。 发泡剂 在搅拌 均匀的料浆 中发生化学反应 ， 生成 大量气体 ， 这些 气体分布在料浆 内部 ， 并 随着料浆凝结而逐渐 固定在硬化 3 9