粉煤灰泡沫混凝土力学性能的研究.pdf

粉 煤灰 泡 沫混 凝 土力 学性 能的研 究 刘 军等 1 3 9 粉煤灰泡沫混凝土力学性能的研 究 刘 军 ， 崔 云鹏 ， 杨 元全 ， 刘润清 ， 贺 彬 ( 1 沈 阳建 筑大学材料科学与工程学 院 ， 沈 阳 1 1 0 1 6 8 ； 2 沈阳理工大学材料科学与工程 学院 ， 沈 阳 1 1 0 1 5 9 ) 摘要 利 用粉煤 灰、 石灰和 水泥为原料 ， 双氧 水为发 泡剂 ， 制备粉 煤灰 泡沫混 凝土 ， 通过 改 变泡 沫混凝 土的水 胶 比 、 双氧水掺 量和水泥掺量 ， 测试其抗压强度 ， 利用正 交实验 分析选 出最优 方案和 最显著 因素 ， 并通过 对泡 沫混凝 土断 面照 片进行 黑白二值化 处理， 研 究最显 著 因素与孔 隙特征 之 间的关 系。结果表 明 ， 双氧水发 泡的粉 煤灰 泡沫混 凝土抗压强度随 着水泥掺量 的增加 而增大 ， 随着双氧 水掺 量的增加 而减 小， 随 着水胶 比的增 大而 出现减 小的趋势 ， 但 是并 不显著 。随着泡沫混凝土 水泥掺 量 的增加 ， 泡沫混 凝土 的孔径 逐 渐减 小。 当水泥掺 量为 7 O ， 双氧 水掺 量为 3 ， 水胶 比为 0 5 5时泡沫混凝土力学性能 最好 。 关 键 词 正交实验泡沫混凝土 水泥掺人量孔隙特征 中图分类号 ： TU5 2 8 2 文献标识码 ： A M e c ha ni c a l Pr o pe r t i e s o f Fo a m Co nc r e t e wi t h Fl y As h LI U J u n ，C UI Yu n p e n g ，YANG Yu a n q u a n ，LI U Ru n q i n g ，HE B i n ( 1 S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g，S h e n y a n g J i a n z hu Un i v e r s i t y，S h e n y a n g 1 1 0 1 6 8 ； 2 S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g，S h e n y a n g Li g o n g Un i v e r s i t y，S h e n y a n g 1 1 0 1 5 9 ) Ab s t r a c t F o a m c o n c r e t e wa s p r e p a r e d b y mi x i n g f l y a s h，l i me ，c e me n t a n d h y d r o g e n p e r o x i d e a s r a w ma t e r i a l s W a t e r - c e me n t r a t i o，h y d r o g e n p e r o x i d e d o s a g e a n d c e me n t c o n t e n t we r e s e l e c t e d a s f a c t o r s i n f l u e n c i n g t h e p r o p e r t i e s o f s p e c i me n s Co mp r e s s i v e s t r e n g t h wa s t e s t e d Th e o p t i ma l c a s e a n d n o t a b l e f a c t o r s we r e s e l e c t e d b y o r t h o g o n a l e x p e r i me n t a n a l y s i s I h e r e l a t i o n b e t we e n t h e mo s t s i g n i f i c a n t f a c t o r s a n d p o r o s i t y c h a r a c t e r s we r e i n v e s t i g a t e d b y bl a c k a nd whi t e bi na r y t r e a t me nt on t h e s e c t i o n p hot o s o f t he f o a m c onc r e t e The r e su l t s s ho we d t ha t t h e c o mpr e s s i v e s t r e n g t h o f t h e f o a m c o n c r e t e i n c r e a s e s wi t h a d d i n g o f t h e c e me n t c o n t e n t a n d d e c r e a s e s wi t h a d d i n g o f t h e h y d r o g e n p e r o x i d e d o s a g e Th e s t r e n g t h a l s o t e n d s t o d e c r e a s e wi t h t h e wa t e r c e me n t r a t i o i n c r e a s i n g，b u t t h e t r e n d i s n t o b v i o u s W i t h a d d i n g o f t h e c e me n t c o n t e n t ，p o r e s i z e o f t h e f o a m c o n c r e t e d e c r e a s e d Th e b e s t me c h a n i c a l p r o p e r t i e s wa s o b t a i n e d wh i l e c e me n t c o n t e n t ，h y d r o g e n p e r o x i d e a n d wa t e r - c e me n t r a t i o wa s 7 0 ，3 a n d 0 5 5，r e s p e c t i v e l y Ke y w o r d s o r t h o g o n a l t e s t ，f o a m c o n c r e t e ，c e me n t c o n t e n t ，p o r e c h a r a c t e r i s t i c s 0 引言 显著影响因素， 并研究最显著因素与孔隙特征之间的 关系。 泡沫混凝土是采用发泡剂通过机械制出泡沫 ， 再将泡沫 加入胶凝材料浆体 中制成泡沫料浆， 然后成 型或现 浇， 经 自 然养护 、 蒸汽养护所形成的微孔轻质材料 。这种混凝 土多孔 质轻 ， 具有较低的热膨胀系数 ， 较好 的隔热 、 隔音以及耐火性 能， 使得泡沫混凝土的研究和应用在国内受到越来越多的关 注 ， 。 由于泡沫混凝土在应用 中存在强度偏低 、 开裂 、 吸水等 缺陷，其性能有待改进 。为进一步提高泡沫混凝土的抗压 强度， 改善泡沫混凝土制 品性能 ， 本实验选择实用性较强 的 双氧水发泡粉煤灰泡沫混凝土进行研究 ， 测试泡沫混凝土的 抗压强度， 分析水胶 比、 双氧水掺量和水泥掺量对泡沫混凝 土抗压强度的影响， 并利用正交实验分析选出最优方案和最 1 实验 1 1 原 材料 水泥为沈阳冀东水泥 厂生 产的 P O 4 2 5普通硅酸盐水 泥， 其基本物理力学性能指标见表 1 。粗骨料为石灰岩碎石， 最大 粒径 为 2 O mr n ， 连续 颗 粒级 配 ， 压 碎 指标 为 2 1 ， 含泥 量为 0 6 。细骨料为河砂 ， 属 中砂， 细度模数约为 2 8 ， 级 配良好， 属 区， 坚固性为 4 1 O ， 含泥量为 1 1 ， 表观密 度约为 2 6 5 0 k g m。 。早强剂采用工业级无水氯化钙和工业 级硫酸铝。减水剂采用萘系高效减水剂， 固含量为 6 2 。粉 煤灰为沈海热电厂 级粉煤灰 ， 密度 2 2 O g c m。 ， 需水量 比 9 7 ， 4 5 m方孔 筛筛余 1 5 。粉煤灰的化学成分 见表 2 ( ， 质量分数) 。 *住房和城 乡建设部科研开发项 目( 2 0 1 2 一 K1 1 5 ) 刘军 ： 女， 1 9 6 3年 生 ， 教 授 ， 博 士， 博 士 生 导师， 主要从 事 低 温 混凝 土及 工 业废 渣 资源 化研 究 j u n 2 6 9 9 1 2 6 c o rn 1 4 0 材 料 导报 B： 研 究篇 2 0 1 4年 4月( 下) 第 2 8卷 第 4期 表 1 水泥 的基本 物理 力学性 能指标 Ta b l e 1 Ph y s i c a l a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e c e me n t 表 2 粉煤灰 化学成 分 Ta b l e 2 Fl y a s h c h e mi c a l c o mp o s i t i o n 1 2 实验 方法 先按各组水胶 比确定用水量， 然后用注射器量取泡沫剂 放入水中，高速档搅拌 2 mi n起泡。将泡沫液倒入砂浆搅拌 机 内， 搅拌同时均匀加入胶凝材料，加料完成后搅拌 2 mi n ， 然后注入 1 0 0 mm1 0 0 mmX1 0 0 mm模内成型，覆盖薄膜 后 自然养护 ， 保持温度( 2 O 1 )。2 d后脱模、 编号 ， 每天洒 水 2 3次 ， 并 自然养护 2 8 d 。参照 GB T 1 1 9 6 9 2 0 0 8 蒸压 加气混凝土性能试验方法 测试试块的抗压强度 。 2结果与讨论 2 1 正交 实验设 计及 结 果分析 采用三因素三水平的正交实验， 按 L 9 ( 3 ) 设计 ， 研究水 泥掺入量 、 双氧水掺入量和水胶比对泡沫混凝土抗压强度 的 影 响 。 在实验开始前， 为 了确定双氧水掺量 的范 围， 首先进行 前期实验 。采用控制变量法 ， 其 他影 响因素不变， 双氧水掺 量范围为 1 1 O ， 做 1 O组试件 ， 然后根据试样的抗压强 度和发泡效果将双氧水掺量定为 3 5 。为保证水泥浆 流动性和泡沫稳定性 ， 将水胶比范围确定在 0 3 5 0 5 5 。为 较好地发挥粉煤灰的综合效应 ， 将水泥掺入范围定为 5 O 7O 。影响 双氧 水 发泡 的粉 煤 灰 泡 沫 混凝 土物 理 性 能 的 正交实验因素水平见表 3 ， 因素 A为水泥掺量，因素 B为双 氧水掺量 ，因素 C为水胶 比 。 表 3正交设 计 因素 水平 Ta b l e 3 Or t h o g o n a l d e s i g n f a c t o r l e v e l s 正交实验的考核指标为试件的抗压强度， 实验结果及分 析见表 4 。从直接优化的角度分析， 第 7 组的强度最高， 达到 4 9 6 MP a ， 其工艺组合条件为 A。 B c 。 ， 即水泥掺量为 7 0 ， 双氧水掺量为 3 ， 水胶 比为 0 5 5 。 表 4正交 实验 结果及极 差分 析 Ta b l e 4 Or t h o g o n a l t e s t r e s u l t s a n d r a n g e a n a l y s i s 通过各 因素的影响因子可 以得出最优组 合为 A B C 。 ， 这与直接优化分析得到的结果一致 。 2 2 正交 实验方 差分 析及优 化设 计 为了进一步考察各个因素的显著性水平 ， 对正交实验数 据进行方差分析嘲， 结果见表 5 。 表 5正交 实验分 析 Ta b l e 5 Or t h o g o n a l e x p e r i me n t a n a l y s i s 注 ： 9 9 ( 2 ， 2 ) = 9 9 0， F0 95( 2 ， 2 ) 一 1 9 0， F0 9 0 ( 2， 2 ) =9 0 从表 5可以看出， 水泥掺量对抗压强度有 比较显著的影 响， 双氧水掺量对抗压强度也有一定影响。 采用综合评定法确定最优方案 ， 得到的最优方 案是水泥 掺量 7 O ， 双氧水掺量 3 ， 水胶 比为 0 5 5 。按此方案重新 进行实验， 测得其抗压强度( 2 8 d ) 可达到 5 6 9 MP a 。 2 3 影 响因素水 平分 析与 讨论 根据表 4中样品抗压强度测试结果 ( 各个 因素下， 相同 水平的 3组数据取算数平均值) 绘制抗压 强度与水泥掺量、 发泡剂掺量、 水胶 比的变化曲线， 见图 1 。