超轻EPS复合泡沫混凝土性能研究.pdf

2 0 1 2年第 5期 5月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 2 No 5 Ma v 超轻 E P S复合泡沫混凝土性能研究 杨奉源 ， 卢 忠远 ， 何 顺爱 ， 牛云辉 ( 西南科技大学I t J J l 省非金属复合与功能材料重点试验室一 省部共建 国家重点试验室培育基地 ， 绵阳 6 2 1 0 1 0 ) 摘 要 ：通过向低 水灰比高流动性 水泥浆 中掺入不 同比例 的泡沫和 E P S颗粒 ，制备 了一 系列 2 0 0 k g m3 超轻 E P S复合泡沫混凝土 ， 并测试 了强度、 吸水率 、 软化 系数、 干缩、 导热 系数 等性 能。结果表明 ， E P S颗粒 的引入 可以提 高复合体 系的强度 ， 降低吸 水率 ， 提 高软化 系数 ， 降低干缩 ， 不会明显影响导热 系数 ， 表明 E P S可作为制备超轻 泡沫 混凝土 的优质填充料。 关键词 ： E P S ； 泡沫混凝土； 强度 ； 吸水 率； 软化 系数 ； 干缩 Ab s t r a c t ： A s e ri e s d i r e n t r a t i o s o f f o a m a n d E P S p a r t i c l e s h a s b e e n a d d e d t o t h e l o w wa t e r c e me n t r a t i o p a s t e wi t h h i g h fl u i d i t y t o p r e p a r e a s e ri e s o f 2 0 0 k g m。 u h r a l i g h t w e i g h t EP S f o a m c o n c r e t e T h e s t r e n g t h ， w a t e r a b s o r p t i o n r a t e ， s o ft e n i n g c o e ffi c i e n t ，d r y i n g s h rin k a g e a n d t h e r ma l c o n d u c t i v i t y o f t h e EP S foa m c o n c r e t e h a v e b e e n t e s t e d I t h a s b e e n o b s e r v e d t h a t t h e a d d i t i o n o f EP S p a r t i c l e s c a n i mp r o v e t h e s t r e n g t h a n d s o ft e n i n g c o e ffic i e n t ， r e d u c e d wa t e r a b s o rp t i o n r a t e a n d d ryi n g s h rin k a g e ，a n d n o t s i g n i fi c a n t l y a f f e c t t h e t h e r ma l c o n d u c t i v i t y o f t h e c o mp o s i t e s y s t e m， wh i c h i n d i c a t e s t h a t E P S c o u l d b e u s e d a s a h i g h - q u a l i t y fi l l e r for p r e p a rin g u l t r a l i g h t w e i g h t foa m c o n c r e t e Ke y wo r ： EP S ； F o a m c o n c r e t e ； S t r e n gth ； Wa t e r a b s o rpt i o n r a t e ； S o ft e n i n g c o e ffic i e n t ； Dr y i n g s h rin k a g e 中图分类号 ： T U 5 2 8 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 9 0 4 0前 言 泡沫混凝 土是通过 向水泥浆料 中引入预先用 发泡液通过物理方式制备 的泡沫后制成 的气泡均 匀分布的水泥基多孔材料。泡沫混凝土的密度通常 在 4 0 0 - 1 6 0 0 k m ， 具有 隔热 、 隔音 、 轻质 、 调湿 、 吸 能、 吸声 、 可泵送现浇等多种特性 ， 现 已成为建筑节 能减排领域 的研究热点 ，广泛应用在地暖绝热层 、 屋顶绝热层 、 墙体 自保温、 回填工程等方面【 - 2 。 超轻泡沫混凝土是指密度小于 3 0 0 k m 的泡 沫混凝土 ， 国内外相关研究 文献不多 ， 基本研究数 据见表 1 。 由表 1可知 ， 导热系数因测试方法和孔特 性不 同而有一定 的差异 ， 但均表明超轻泡沫混凝土 具有 良好的隔热效果 。国外研究中的试件强度普遍 较低 ， 而国内研究者采用了双快水泥 ， 凝结快、 强度 高 ， 但凝结时间过短不利于泵送现浇。 目前 ， 关于 E P S复合泡沫混凝 土( 后文简称为 E P S F C ) 的研究9- “ 1多为密度较高的 E P S 复合体系， 仅有 L a u k a i t i s 等 l2 1 研究 了 E P S颗粒种类及掺量对 基金项 目： 西南科技大学研究生创新基金项 目( 1 l y c j j 0 8 ) 、 国 家科技支撑计划项 目( 2 0 1 1 B A E 1 4 B 0 5 ) 。 1 4 0 3 2 0 k m E P S F C强度、 弹性模量、 导热系数 的 影响 ， 结果表 明， 采用 回收破碎得到的 E P S颗粒所 制备 的 1 5 0 - 1 7 0 k m。 密度 E P S F C ，导热 系数为 0 0 6 - 0 0 6 4 W ( m K ) ， 强度可达 0 2 5 - 0 2 8 MP a 。然而 ， 其研究中所用的基体泡沫混凝土密度仅一种 ， 约为 6 0 0 k #m 。 ，没有考虑泡沫混凝土密度对 E P S F C强 度的影响， 也没有研究其他方面的性能。 表 1 超轻泡沫混凝土相关研究文献数 据 因此 ， 本文拟通过 向低水灰 比高流动性水泥浆 中掺人不同比例的泡沫和 E P S颗粒 ， 制备一系列不 同密度泡沫混凝 土与 E P S颗粒复合 的 2 0 0 k #m 超 轻 E P S F C， 以期改善泡沫混凝土的性能 ， 拓展此类 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 5期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 3期 隔热材料的工程应用范围 ， 为建筑行业节能减排提 供技术支持。 1 试验原 材料 与基本 配 合 比 1 1 试验 原材料 水 泥 ： P 0 4 2 5级普通 硅酸 盐水 泥 。 粉煤灰 ： I 级粉煤灰。 减水剂 ： 聚羧酸系高效减水剂 ， 固含量 4 5 。 发泡剂 ： 自制复合发泡剂 ， 发泡倍数大于 2 5 ， 1 h 沉降距小 于 l m m， l h泌水量小于 4 0 ， 半消泡时间 大 于 1 2 h 。 功能外加剂 ： 起到改善浆 体工作性 、 促进浆体 稠化凝结 、 增加泡 沫稳定性和早期强度 、 降低 收缩 率的作用。 E P S颗粒 ： 堆积密度 6 6 7 k g m 。 ， 表观密度 1 O 4 5 k g m 。 ， 湿 表 观密 度 4 7 5 k g m ， 最 小粒 径 2 2 ra m， 最 大 粒 径 5 1 mm， 平均 粒径 3 9 m m。 1 2 基 本 配合 比 表 2给出了混入泡沫前 的高流动性水泥浆配 合 比， 通过向此配合 比浆料 中加入不同的泡沫量和 E P S颗粒 制备 目标绝 干密 度为 2 0 0 k g m。 的 E P S F C 。表 3是制备 目标密度 为 2 0 0 k g m 的 E P S F C 时 ， 泡沫 、 E P S用量及该泡沫用量下泡沫混凝土基体 的基本参数 ， 其中 ， 计算 F C基体最终水灰 比时 ， 用 水量为泡沫带入的水量与水泥浆体用水量之和 ； 面 干 E P S按 下文 E P S颗粒 预处 理 的方 法处 理得 到 。 表 2 试验用高流动性 水泥浆基本配合 比 s L 表 3 泡沫 、 E P S 用 量及 泡沫混凝土基体的基本参数 2试 验方 法 2 1 制备方法 E P S颗粒的预处理 ： 试验用 E P S颗粒均用发泡 液浸泡 1 h后取出晾至面干。 E P S F C的制备 ：按预定配合比制备高流动性 一 1 0一 水泥浆 ，加入 由发泡剂制备的预定质量 的泡沫 ， 混 合均匀 ，再加入处理过的 E P S颗粒达到预定 E P S F C的湿密度 ， 混合均匀 ， 浇注， 标养 1 d ， 脱模后标养 至 2 8 d 。 2 2 密度与强度测试 试件尺寸： 1 0 0 ram 1 0 0 m m 1 0 0 m m， 测试用 3个 试件均在 8 0 c I = 下烘干并称取质量 ， 计算密度 ， 冷却 至室温后 以5 0 0 N s 的加载速度测其抗压强度。 2 3 吸水率与软化系数 试件尺寸 ： 1 0 0 m inx 1 0 0 m mx 1 0 0 mm， 将 8 0 下烘 干并冷却 的试块完全浸泡在水下 3 c m， 3 d后称取质 量 ， 计算吸水率。软化系数测试试件在 2 5 d龄期时 取出后完全浸泡在水中， 到 2 8 d时取 出擦干表面后 立即测试强度 ， 计算得软化系数。 2 4干燥收缩 试件尺寸 ： 5 0 mm x 5 0 mmx 3 0 0 m m，试件成型后 标养 l d脱模 ， 钻孑 L ， 填人粘接剂 ， 安装铜头 ， 测量长 度 ， 继续标养 2 d后 ， 放置在温度为( 2 0 1 ) o C、 湿度为 ( 6 0 _+ 5 ) 的干燥环境下 ， 用比长仪测定换算 3 d 、 7 d 、 1 4 d 、 2 1 d 、 2 8 d的干燥 收缩值 。 2 5 导 热 系数 试件尺寸 ： 3 0 0 mr n x 3 0 0 mr n x 5 0 mm，标养 2 8 d后 取出 ， 在指定温度下烘干至恒重 ， 烘干后的试样 在 干燥器 中冷却至室温 ， 立即用 D R Y 一 3 0 0 F导热系数 测定仪测试导热系数。 3结 果与讨 论 3 1 强度与密度 E P S F C的强度 、密度 与 E P S用量 的关 系 见 图 1 。从 图 1可以看到 ， E P S F C的密度在 1 9 0 - 2 0 5 k 1 T I 。 范围内波动 ， 基本达到预定 目标密度。 E P S F C的 强度 则 随着 E P S用量 的增 加 而增加 ， 在 E P S用 量 为 2 3 3 g ， L时出现极大值 0 4 2 MP a ， 此时密度为 1 9 1 k # m。 ，之后则随 E P S用量增加而降低 。 从表 3给 出的 E P S F C基本参数可以看 到 ， 随 着 E P S用量 的增加 ， 泡沫用量减少 ， 泡沫带人体系 的水量减少 ， 泡沫混凝 土最终水灰 比降低 ， 密度增 加。两方面因素的共同作用使泡沫混凝土强度大幅 提高，增加了 E P S F C复合体系的强度。由于 E P S 的弹性模量 、 强度均远小于泡沫混凝土 ， 无 法直接 贡献强度 ， 过多 E P S颗粒的填充 ， 相 当于在体系 中 形成 了大量大孔。众多研究B 刁 均表 明， 大孔不利于 强度 。因此， 尽管泡沫混凝土基体强度在 E P S用量 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杨奉源 ， 卢忠远 ， 何顺爱 ， 等 超轻 E P S复合泡沫混凝土性能研究 超过 2 3 3 g L后有大 幅度提高 ，但这不足以弥补大 孔 比例增加带来的强度损失 ， 因而 ， E P S F C表现为 强度逐渐降低。 0 4 5 04 0 0_ 3 5 03 0 螽0 2 5 睡0 2 0 O 1 5 0 1 0 0 O 5 0 量 稚 U l U l Z U Z jU E P S用量 ( g L ) 图 1 E P S F C强度 、 密度与 E P S用量的关系 3 2吸水率与软化系数 E P S F C吸水率与软化系数试验结果见图 2 。 由 图 2可见 ， E P S F C吸水率 随着 E P S用量 的增加而 降低 ， 降低幅度呈 阶梯状。E P S 用量在 0 - 1 0 3 g L范 围内时 ， 吸水率较高( 大于 9 5 ) ， 降幅较小 ； E P S在 2 6 6 2 9 1 g L范围内时 ， 吸水率较低 ( 小于 6 5 ) ， 降 幅也较小 ； 而在余下 的 E P S用量 区间内， 吸水率随 E P S用量的增加而大幅降低 ，吸水率相对未加 E P S 的 F C基体 ， 降幅可达 3 4 。 槲 漆 E P S用量 ( gL ) 图 2 E P S F C吸水率 、 软化系数与 E P S用量 的关系 上述现象 同样与 E P S掺入带来 的泡沫混凝土 基体水灰比变化 、 密度变化有关 ， 数据见表 3 。较高 水灰 比时 ， 水泥浆体 内部微孔较多 ， 浆体 吸水率较 大 ； 较低密度时 ， 泡沫混凝土泡孔较多 ， 泡孔连通 的 概率大大增加 ， 孔 中残 留的水较多 ， 也会使泡沫混 凝土 的吸水率增 高。E P S的掺入 ，降低 了同密度 E P S F C中泡沫混凝土基体 的最终水灰 比，增加 了 泡沫混凝土基体密度， 降低了吸水率。此外 ， 在 E P S 与泡沫混凝土的结合处形成 的闭合水泥浆体壳层 ( 见图 3 ， 图中 E P S颗粒 已被烧毁 ) ， 减少 了 E P S自 身的吸水量 ， 使 E P S F C复合体系吸水率降低。 图 3 1 5 0 C高 温 处 理 后 的 EP S C断 面 图 2中， 软化系数基本随 E P S用量 的增加而增 加 ， 与吸水率呈相反 的关系。普硅水泥被认为是具 有 良好耐水性的材料 ， 其净浆的软化系数通常大于 0 8 5 ，而本试 验 测得 的各 试验 组 软化 系数 均远 低 于 0 8 5 ， 并且随着 E P S用量增加( 泡沫混凝土基体水灰 比降低 、 密度增加) 而增加 ， 表明超轻 E P S F C的耐 水性与 自身特殊 的高孑 L 隙率有关 ， 详细机理有待深 入研究 。 就本试验结果而言 ， E P S的加入可提高超轻 泡沫 混凝 土 的耐水 性 ，最 高可提 高软 化 系数 达 28 。 3 3 干燥 收 缩 由于超轻 E P S F C强度很低 ，铜头安置后再拆 模时容易脱 落 ， 因此 ， 采取 了用宽边长 的长方柱试 件在脱模后钻孔装铜头的方法测试干缩值 ， 结果见 图4 。 由图 4可见 ， 各组试件的收缩值表现出明显的 规律 ， 即随着 E P S用量的增加 ， 收缩值减小 ， 尤其是 在 1 4 d龄期后 ， 到 2 8 d时 ， E P S的引入 ， 相对 于空 白 组最多可降低 2 1 的收缩值。 E P S作为低弹模 、低强度的材料 ，几乎不会对 E P S F C体系的收缩产生直接影响。 E P S F C的收缩 值仅 由泡沫混凝土基体的收缩贡献。影响泡沫混凝 土收缩值 的因素包括密度 、 强度 、 水灰 比等 ， 表 3已 经说明了相 同 E P S F C密度下 ， E P S的引入带来泡 沫混凝土基 体参 数的变化 为密度增加 、水灰 比降 低 、 强度大幅增加。 这三个因素的改变使 E P S F C呈 现 图 4的变化 规律 。 另外 ， 试验采用 的 E P S颗粒经过发泡液浸泡处 理 ， 面干时含水率约为 3 5 0 。一方面 ， 它提供水分 一 1 1一 O O 0 O O O O O 加 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 5期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 3期 O 0 5 一 1 0 婚 一 1 5 - 2 O - 2 5 O 龄期， d 1 0 1 5 2 0 2 5 3 O 图 4 各 E P S用量 F E P S - F C干燥收缩值 使低水灰 比的泡沫混凝土浆料充分水化 ， 有利 于强 度 ； 另 一方 面 ， 在 干燥 过 程 中 ， 可 以向硬 化 的泡 沫 混 凝土浆体提供水分 ， 降低和延缓收缩 。 3 _ 4 导热系数 试验 所 用 E P S颗粒 长 时间处 于 1 0 5 下会 被 氧 化或分解 ， 而在 8 0 下则不会 ， 因而采用先在 8 0 下烘干 E P S F C样品， 测得导热系数 。 ； 再在 1 0 5 下烘 干 ， 测 得导 热 系数 ， 测试 结果 见表 4 。 表 4导热系数测试结果 由表 4可知， 不掺加 E P S或 E P S掺量较低情况 下 ， E P S F C试件在 1 0 5 下烘干时具有更低的导热 系数 ； 在 E P S掺量较高情况下 ， 各试验组导 热系数 相对于低掺量时略有增加。在 8 O c c 下烘干时测得了 比 1 0 5 下烘干时更 低 的导热 系数 ，这 与高温下 E P S颗粒 分解 灰化 形成 的大孔 中的空气 对 流换 热有 关 。对于民用住宅保温的使用环境 ， 其使用温度一 般不会超过 8 0 ， 不会造成 E P S快速分解。 因此 ， 在 普通住宅的节能降耗应用 中， E P S用量对导热 系数 的增加较小 ， 不会对保温隔热造成较大的影响。 4结论 ( 1 ) 试验所制备 的 2 0 0 k g m E P S F C ， 强度随着 E P S用量增加 ， 表现为先增加后 降低 ， 在 E P S用量 一 1 2 一 为 2 3 3 g L时出现极大值 0 4 2 MP a ， 此时密度为 1 9 1 k g m。 。 ( 2 ) 相 对 于 未 加 E P S的 空 白组 试 件 ， E P S的引 入可降低 E P S - F C吸水率达 3 4 ，提高软化系数最 高可达 2 8 ， 减少 2 8 d干燥收缩值最多达 2 1 。 ( 3 ) E P S对 8 0 下烘 干 的 E P S F C导热 系数 产 生的影响比 1 0 5 下烘干时的小 ，不会对保温 隔热 造成较大的不利影响。 参考文献 ： 1 任 先艳， 张玉荣， 刘 才林， 等 泡沫混 凝土 的研究 现状与 展望f J 混凝土， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 1 3 9 1 4 4 2 】 K R a m a mu r t h y ， E K K u n h a n a n d a n N a mb i a r ， G I n d u S i v a R a n j a n i A c l a s s i fi c a t i o n o f s t u d i e s o n p r o p e r t i e s o f f o a m c o n c r e t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 9( 3 1 ) ： 3 8 8 3 9 6 【 3 F K A k t h a r ， J R G E v a n s H i g h p o r o s i t y ( 9 0 )c e m e n t i t i o u s f o a ms 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 ， 2 0 1 0( 4 0 ) ： 3 5 2 3 5 8 I 4 】 Q Z h e n g ， D D L C h u n g Mi c r o p o r o u s c a l c i u m s i l i c a t e t h e r m a l i n s u l a t o r J M a t S c i T e c h n o l ， 1 9 9 0( 6 ) ： 6 6 6 6 6 9 【 5 T D T o n y a n ， L J G i b s o n S t r u c t u r e a n d m e c h a n i c s o f e e m e n t f o a ms J M a t e r S c i ， 1 9 9 2( 2 7 ) ： 6 3 7 1 - 6 3 7 8 6 扈士凯， 李应权， 罗 宁， 等 泡沫 自身参数 对泡 沫混凝 土 性能影 响的研究 J 】 新型墙材， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 2 8 3 1 7 】 杨树新，田斌守， 冯启彪 ， 等 泡 沫混凝 土芯材保 温砌块 的研制f J 新型建筑材料， 2 0 0 9 ( 7 ) ： 4 6 4 8 8 何艳君 泡沫混凝土阻滞材料研发与应用 C 第二届全 国 泡沫混凝土技术交流会 2 0 1 0 ： 1 1 5 1 2 2 9 缪 正坤， 田国华， 刘伟， 等 E P S ( 再 生) 轻集料混凝 土保温 砌块的研究【 J J 江苏建材， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 1 3 1 6 1 0 蔡丽朋 一种绿色混凝土砌块的研制f J 混凝土与水泥 制 品， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 5 6 5 8 1 1 丁小 东 废弃 聚苯乙烯 泡沫塑料在建筑保温材料 中的应 用 J 建筑节能， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 3 8 - 4 0 【 1 2 A L a u k a i t i s ， R Z u r a u s k a s ， J K e r i e n e T h e e f f e c t o f f o a m p o l y s t y r e n e g r a n u l e s o n c e m e n t c o mp o s i t e p r o p e r t i e s J 】 C e m e n t C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 5( 2 7 ) ： 41 4 7 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 3 2 0 作者简介 ： 杨奉源 ( 1 9 8 7 一 ) ， 男 ， 硕士研究生 。 通讯地址 ： 绵 阳市涪城区青龙大道中段 5 9号 联 系 电话 ： 1 5 8 8 2 8 3 1 3 2 4 E ma i l ： p r o c e e d y f yq q c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m