聚乙烯醇纤维泡沫混凝土的性能试验.pdf

2 0 1 2年第 2期 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C 0NCRE T E AND CE MEN T P R0DUC T S 2 01 2 No 2 Fe b r ua r y 聚乙烯醇纤维泡沫混凝土的性能试验 邓 均 ， 霍冀川 ， 宋言红 ， 高 银 ， 赵 星， 刘 煦 ( 西南科技大学四川省非金属复合与功能材料重点实验室， 绵 阳 6 2 1 0 1 0 ) 摘 要： 利 用实验 室 自制 的蛋 白类发泡剂 ， 以普通硅酸 盐水泥为结合剂 ， 制备 了粉煤灰一水泥基泡沫混凝土 。探 讨 了聚 乙烯 醇纤 维不 同长度 、 掺 量对 表观 密度 为 7 0 0 - 8 0 0 k g m3 的泡沫混凝 土吸 水率 、 抗压抗折 强度 、 劈 裂抗拉 强 度 、 收 缩率的影 响 。结果表 明 ， 聚 乙烯 醇纤 维可显著增 强泡 沫混凝 土的抗折 强度 ， 当纤维长度 为 1 2 ram、 体 积率为 0 2 3 时， 2 8 d抗折 强度增 大 了4 3 2 4 ； 纤维体 积率 0 0 8 时 ， 纤维长度 为 6 ram 的泡沫混凝 土抗压抗折 强度 最高。 关键 词： 泡沫混凝 土； 聚 乙烯醇 纤维 ； 抗压抗折 强度 ； 劈 裂抗拉 强度 Ab s t r a c t ： Ta k i n g o r d i n a r y P o r t l a n d c e me n t a s c o mb i n e a g e n t ，t h e f l y a s h - c e me n t f o a me d c o n c r e t e i s p r e p a r e d w i t h l a b o r a t o r y ma d e p r o t e i n f o a mi n g a g e n t T h e e f f e c t s o f p o l y v i n y l a l c o h o l ( P V A ) fi b e r w i t h d i f f e r e n t l e n g t h s a n d c o n t e n t s o n t h e w a t e r a b s o r p t i o n ，c o mp r e s s i v e a n d fle x u r a l s t r e n g t h ，s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h a n d s h r i n k a g e r a t e o fa me d c o n c r e t e w i t h a p p a r e n t d e n s i t y o f 7 0 0- 8 0 0 k g m3 a r e i n v e s t i g a t e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t P VA fi b e r c a n s i g n i fi c a n t l y e n h a n c e t h e fl e x u r a l s t r e n g t h o f f o a me d c o n c r e t e Wh e n t h e v o l u me r a t e o f 1 2 mm fi b e r i s 0 2 3 t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a t 2 8 d a y s i n c r e a s e s 4 3 2 4 ，a n d wh e n t h e fi b e r v o l u me r a t e i s 0 0 8 ，t h e c o mp r e s s i v e a n d fl e x u r a l s t r e n g t h o f 6 mm fi b e r f o a me d c o n c r e t e a r e t h e h i g h e s t Ke y wo r d s ：F o a me d c o n c r e t e ； P VA fi b e r ； C o mp r e s s i v e a n d fl e x u r a l s t r e n g t h ； S p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2 ) 0 2 4 1 0 4 0前 言 随着 我国墙 体材料改革 与建筑 节能政策 的推 行，节能型建筑材料 的开发和应用受到了广泛的重 视。我国大力提倡发展节能、 利废 、 保温 、 轻质 、 隔热 等新 型材料 ， 学者们对泡沫混凝土也进行了深入 的 研究 和开 发【 ” 。泡 沫混 凝 土 中含 有 大 量 细 小封 闭 的 圆形空 隙 ， 具有 良好 的热工性能 ， 防火性能满足 国 家公消 2 O l 1 1 6 5号文件对民用建筑外保温材料采用 燃烧 性能为 A级材料 的要求 ，具有 较好的发展前 景。但泡沫混凝土存在着料浆稳定性差 、 强度低 、 收 缩 大 、 易开裂 吸水 、 韧性较差等 问题r2 1 ， 限制 了其广 泛应 用 。 粉煤灰 中含有一定的轻质空心微珠 ， 具有潜在 的火 山灰活性，添加到水泥 中可进一步提高混凝土 的保温性能和轻质性能，并可降低泡沫混凝土制品 的生产成本p 嘲。粉煤灰一 水泥基泡沫混凝土 的应用 既节 能又有效利用了我 国当前排量较大 的工业废 渣粉煤灰 。纤维在水 泥基材料中具有增强 、 阻 裂和增韧的作用 ， 在泡沫混凝土 中加入玻璃纤维可 使抗折 强度大大提高嘲； 聚丙烯纤维可 以增加泡沫 基金项 目： lJ l l 省非金属复合 与功 能材料重 点实验室 开放基 金( 1 0 z x f k l 1 ) ， ； 四川 I 省应 用基础研 究计划 ( 2 0 0 9 T Y 0 1 4 5 0 ) ； 四 川 1 省建设厅新 型墙体材料专项基金 。 混凝 土的可 塑性 和抗拉强度 ； 碳纤维 和抗碱玻璃 纤维都 能有效增强基材 的强度和断裂韧性圈 ； 掺加 Z MQ纤维和防水粘结剂能显著降低混凝土的脆性 ， 提高混凝土的抗折强度 、 抗渗性和热工性能 。本文 通 过 试 验 ， 利 用 实 验 室 自制 的蛋 白类 发 泡 剂 ， 以普 通硅酸盐水泥为结合剂 ，制备 了粉煤灰一 水泥基泡 沫混凝土 ， 并探讨 了聚 乙烯醇纤维不同长度 、 不同 掺量对表观密度为 7 0 0 8 0 0 k g m。 对泡沫混凝土吸 水率 、 抗压强度 、 抗折强度 、 劈裂抗拉 强度 、 收缩率 等的影响。 1 试 验 1 1 原材 料 ( 1 ) 水泥 ： 4 2 5级普通硅酸盐水泥 ， 其各项性能 指标均符合 G B 1 7 5 2 0 0 7 ( 通用硅酸盐水泥 标准 。 ( 2 ) 粉煤灰 ： 采用绵阳某 电厂原灰粉磨 ， 具体粉 磨工艺为： 用 S M一 5 0 0型球磨机每次粉磨 1 0 k g ， 粉磨 4 0 m i n 。粉煤灰粉磨后的比表面积为 4 2 2 k m ， 活性 指数为 8 3 1 。 ( 3 ) 发泡剂 ： 实验室 自制 的蛋 白质发泡剂 ， 发泡 倍数为 2 1 6 ， 稳泡时间 1 6 2 h 。 ( 4 ) 聚乙烯 醇纤维 ( P V A) ： 由重庆某 公司提供 ， 有关性能见表 1 。 ( 5 ) 水 ： 普通 自来水。 一 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 2期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 0期 1 2 泡沫混凝土的制备 试验采用预发泡的方法制备泡沫混凝土 ， 具体 工艺如下： 按表 2配合 比称量水泥 、粉煤灰和纤维 并拌合均匀 ， 加水搅拌即得到水泥基料浆 。料浆搅 拌 的同时 ， 按配 比量取发泡剂加入制 泡机中 ， 采用 中速起泡 ，后采用高速搅泡 以使泡沫大小均匀 、 粘 度好 、 细小稳定 ， 一般制泡所需时间为 2 3 mi n 。 将制 好的泡沫按体积加入料浆 中拌 和均匀 ， 最后将泡沫 混凝土注入涂好油 的试模 中，用镘 刀及 时刮平表 面 ， 带模 在温度 2 0 1 ， 湿度 9 5 5 的标 准养 护条件下静置 2 4 h后脱模 ， 脱模后继续标养至规定 龄期 。 表 2 每 m 泡沫混凝 土配合比 1 3 测试 方 法 ( 1 ) 表观密度 、 吸水率 和劈裂 抗拉强度均采用 尺寸为 1 0 0 m mx l O O m mx 1 0 0 mm的试件 ，依照 G B T F 1 1 9 7 0 1 9 9 7 加气混 凝土体积密度 、 含水率 和吸水 率试验方法 及 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 普通混凝土力学 性能试验方法标准 进行i 贝 4 定。 气混凝土干燥收缩试验方法 规定 的方法进行 。 ( 3 ) 抗压抗折强度采用 4 0 m mx 4 O mmx l 6 O mm成 型试件 ， 并测定 7 d 、 2 8 d强度。 2结果 与分 析 2 1 聚乙烯醇纤维泡沫混凝土的性能 聚乙烯醇纤维泡沫混凝 土的各项性能指 标详 ( 2 ) 线性收缩的测试参照 G B T l 1 9 7 2 1 9 9 7 ( 见表 3 。 表 3聚乙烯醇纤维泡沫混凝土 的各项性能 2 2 湿容重 、 干容重和吸水率 由表 3可见 ， 聚 乙烯 醇 纤 维 长度 对 泡 沫 混凝 土 干重的影响不大 ， 其 中掺长度为 6 ram纤维的干重稍 大 ， 此现象可能是 由于纤维 长度较短 ， 同等掺量条 件下泡沫混凝土中分布较 多较广 ， 从而在搅拌过程 中导致 多范 围的泡沫破裂造成 的。等掺量下 ， 掺长 度为 2 0 ram纤维的干重略低于掺长度为 1 2 m m纤维 的 ， 但均低于未掺纤维的干重。同时从表 4还可看 出， 聚乙烯醇纤维的掺入 以及等量的不 同长度的纤 维对泡沫混凝土的吸水率影响不明显 ， 这说 明纤维 一 42 一 的掺 人对 毛 细孔孔 径 级别 的影 响不 大 。 2 3 抗压强度和抗折强度 ( 1 ) 抗压强度 聚丙烯醇纤 维掺量对 泡沫混凝 土强度 的影 响 见图 1 。 从 图 1 可以看出 ， 在其它条件保持不变的情 况下 ， 随着 1 2 m m聚乙烯醇纤维掺量的增加 ， 泡沫混 凝土的 7 d 、 2 8 d抗压强度变化趋势大致相同 ，先有 所降低 ， 然后又有一定程度的增大 。较低的纤维掺 量对泡沫混凝土 的强度有一定影 响 ， 这主要是由于 在泡沫混凝土搅拌过程 中纤维 的掺 人破坏 了一部 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 邓均 ， 霍冀川 ， 宋言红 ， 等 聚乙烯醇纤维泡沫混凝土的性能试验 分泡沫的结构 ， 而较少 的纤维不能在混凝土内部形 成三维网状结构。但 当纤维体积率不断增加 ， 泡 沫 混凝土的抗压强度增大 ，且 当纤维体积率为0 2 3 时， 泡沫混凝土的 2 8 d抗压强度增大了 2 9 7 。 这表 明纤 维在泡沫混凝土搅拌过程 中破坏 的泡沫结 构 是有 限的 ， 随着纤 维体积 率的增 大 ， 纤维在泡 沫混 凝 土 中的密集度增大 ，形成 了牢 固的三维 网状 结 构， 故其抗压强度增大 。 60 55 皇 5 0 醴 出4 5 40 3 5 O O5 1 O 1 5 2 0 25 30 纤维掺量 k g 图 1 纤维掺量对 泡沫混 凝土抗压强度的影响 聚 乙烯醇纤维长度对泡沫混 凝土抗压强度 的 影响见图 2 。由图 2可见 ， 泡沫混凝土的 7 d 、 2 8 d抗 压强度变化趋势大致相同 ， 都有所 降低 。等掺量不 同长度的纤维对泡沫混凝土的抗压强度影 响不同 ， 长度越长 ， 抗压强度越低 。掺 6 ram纤 维时 ， 试件 的 2 8 d抗压强度最高为 5 4 7 MP a ， 比掺 2 0 m m纤维的试 件高出 2 0 7 5 。 5 5 5 0 山 螽4 s 骥 墨4 0 3 5 3 0 纤维长度 m m 图 2 纤维长度对泡沫混凝土抗压强度 的影 响 ( 2 ) 抗折强度 1 2 mm聚乙烯醇纤维的掺入增 大了泡沫混凝土 的抗折强度 ，且对泡沫混凝 土 7 d和 2 8 d强度 的影 响规律大致相同 ， 如图 3所示。随着纤 维掺量的增 加 ， 泡沫混凝土的抗折强度呈上升趋势。当纤维体 积率 为 0 2 3 时 ， 2 8 d抗折 强度 增 大 了 4 3 2 4 ， 这 表 明聚乙烯醇纤维的掺入可显著增强 泡沫混凝 土的 抗折强度 。 O O 5 1 O 1 5 20 2 5 3 0 纤维掺量 k g 图 3纤维掺量对泡沫混凝土抗折强度的影响 聚乙烯醇纤维长度对泡沫混凝土 7 d和 2 8 d抗 折强度 的影响规律大致相 同， 如图 4所示。其 中， 掺 人 6 m m纤维的泡沫混凝土抗折强度最高 ， 2 8 d抗折 强度 比未掺纤维时增 大了 4 7 9 7 ； 1 2 m m次 之 ， 掺 2 0 m m纤维的泡沫混凝土抗折强度最低 。 由于 2 0 m m 纤维过长 ， 导致 同质量条件下纤维数量较少 ， 且分 布不均 ， 故其对抗折强度的提高不明显 。 22 2 O 时 1 8 皇 1 6 鹱 羹 4 1 2 1 0 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 l 8 2 O 22 纤 维长度 m m 图 4纤维长度对泡沫混凝土抗折强度的影响 2 4 劈裂抗拉强度 劈裂抗拉强度 主要用来衡量 泡沫混凝土 的抗 裂性能。 本试验劈裂抗拉强度试验结果见表 3 。 从表 3数据可以看 出，聚乙烯醇纤维对泡沫混凝土的抗 裂性能是有益的 ， 其 中， 1 2 mm纤维体积率为 0 0 8 时 ， 抗裂性 最好 ， 劈裂抗拉 强度 比不掺纤维 的试件 43 2 1 O 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 8 2 2 2 1 l 1 l 1 1 1 1 1 1 0 0 B d 害 、 嘿 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 2期 混凝土与水泥制 品 总第 1 9 0期 提高了 2 2 2 2 。 等掺量不同长度的纤维也不同程度 地增 强了泡沫混凝土 的抗裂性能 ， 其 中， 纤维体积 率为 0 0 8 长度 为 2 0 ra m 的聚 乙烯 醇纤维 提高 最 多 ， 比不掺纤维试件高 出 2 9 6 3。 2 5 收缩性 表 4为聚乙烯 醇纤 维泡沫混凝土收缩 试验结 果。比较表 4中 A1 、 A 2 、 A 3 、 A 4的数值可知 ， 当掺人 体积率为 0 0 8 的 1 2 ra m聚乙烯醇纤维时 ，泡沫混 凝土各龄期的线性收缩值都 比不掺纤维大 ； 但 当掺 入的纤维体积率增大到 0 1 5 时 ，泡沫混凝土各龄 期的线性收缩值均 比不掺纤维的要小 ； 当掺人 的纤 维体 积 率 为 0 2 3 时 ，只 有 2 8 d的线 性 收缩 值 比不 掺纤 维 的小 。 由此 可得 出结论 ：掺人 体 积率 为 0 1 5 ，长度为 1 2 m m的聚乙烯醇纤维可有效抑制 泡沫混凝土的早期收缩性 ； 掺人体积率为 0 2 3 ， 长 度为 1 2 mm的聚乙烯醇纤维可适 当减小泡沫混凝土 2 8 d的线性收缩值 。 由表 4还可看出 ， 体积率为 0 0 8 时， 不 同长度 的聚乙烯醇纤维对泡沫 昆 凝土的收缩性影响较大 ， 均高于不掺纤维泡沫混凝土的线性收缩值 。其 中， 6 m m 和 1 2 ram纤维对泡沫混凝 土线 性收缩值 的影 响在各龄期均大致相 同，但 6 mm纤维的 3 d收缩值 远小于 1 d收缩值 ， 而 1 2 m m纤维的 1 d 、 3 d收缩值变 化不明显 ， 这说明 6 m m纤维在泡沫混凝土水化初期 抑 制 了泡 沫混 凝 土 的收 缩 。2 0 ra m 纤 维 泡沫 混 凝 土 的线性 收缩值最 大 ，远高于不掺纤维 的泡沫混 凝 土 ，故 掺入 长 度为 2 0 ram 的纤 维于 泡沫 混凝 土 中意 义不 大 。 表 4聚乙烯 醇纤 维泡沫混凝土收缩试验结果 3结论 ( 1 ) 不同体积率的 1 2 m m聚 乙烯醇纤维 与体积 率为 0 0 8 的不同长度聚 乙烯醇纤维的掺人对泡沫 混凝 土 的 干重 和吸 水率 影 响不大 。 ( 2 ) 泡沫混凝土抗压强度随 1 2 ram聚乙烯醇纤 维体积率 的增大 ， 先有所 降低 ， 然后 又有一定程 度 的增大 ，且当纤维体积率为 0 , 2 3 时 ，泡沫混凝土 2 8 d抗压强度增大 2 9 7 。聚乙烯醇纤维 的掺人可 显著增强泡沫混凝土 的抗折强度 ，当长度为 1 2 ra m 的纤 维 体积 率 为 0 2 3 时 ， 2 8 d抗 折强 度 增 大 了 4 3 2 4 。当聚乙烯醇纤维体积率为 0 0 8 时 ， 6 ra m 纤维泡沫混凝土的抗压抗折强度最高。 ( 3 ) 聚乙烯醇纤维的掺入可有效改善泡沫混凝 土的抗裂性 能 ， 2 0 ra m纤维泡 沫混凝土抗 裂性能较 好 。掺入体积率为 0 1 5 的 1 2 ram聚乙烯醇纤维可 有效抑制泡沫混凝 土的早期收缩。 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 l J 1 混 凝 土 ， 2 0 0 5( 8) ： 4 4 4 8 2 】 潘志华 现浇泡沫混凝土 常见 质量问题 分析及对策 f J 建 筑石 膏与胶凝材料， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 4 7 一 4 4一 【 3 】 黄丽娟 粉煤灰对水 泥土抗压 强度影 响的正交 试验研究 f J 河南理工大学学 报( 自然科学版 ) ， 2 0 0 9 ， 2 8 ( 3 ) ： 3 5 2 3 5 6 4 杨久俊 ， 张海涛 ， 张磊 ， 等 粉煤灰高强微 珠泡沫混凝 土的 制备研 究f J 1 粉煤灰综合 利用， 2 0 0 5 ( 1 ) ： 5 0 5 1 5 沈新元 粉煤 灰泡沫 混凝土墙体 填充料设 计 J 粉煤灰 综 合利用， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 1 8 - 1 9 6 詹 炳根 ， 郭建雷 ， 林兴 胜 玻璃纤 维增强 泡沫混 凝土性 能 试验研 究 J 】 合 肥工业 大学学报 ( 自然科 学版 ) ， 2 0 0 9 ， 3 2 ( 2 ) ： 226 2 29 【 7 】 J o n e s MR， Mc C a r t h y A P r e l i m i n a r y v i e w s o n t h e p o t e n t i a l o f f o a me d c o n c r e t e a s a s t r u c t u r a l ma t e r i a 1 Ma g a z i n e o f c o n c r e t e r e s e a r c h 5 7。 1 ( 2 0 0 5 ) ： 2 1 3 1 【 8 】 S e u n g B u m p a r k E f f e c t s o f p r o c e s s i n g a n d m a t e ri a l s v a r i a t i o n s o n Me e h a n i e a l P r o P e r t i e s o f l i g h t we i g h t e e me n t e c o mp o s i t e s C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r e h，1 9 9 9 ( 2 9 ) ： 1 9 3 2 00 9 符 向桃 ， 谢朝 学 ， 钱 书 昆 纤维 混凝 土模卡 节能砌 块 的研 究 与探讨I J 1 混凝土与水泥制 品， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 4 3 4 5 收稿 日期 ： 2 0 1 1 1 2 3 1 作者简介 ： 邓 均( 1 9 8 9 - ) ， 女 ， 硕士研究 生。 联系电话 ： 1 3 2 0 8 2 9 7 9 1 3 E ma l ： 2 8 7 6 1 7 9 6 3q q c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m