泡沫混凝土配合比的正交试验研究.pdf

中国科技核心期刊 钎 泡沫混凝土配合比的正交试验研究 王志刚， 习会峰 ， 龙志勤， 于成龙， 黄芹 ( 广东石油化 工学院， 广 东 茂名5 2 5 0 0 0 ) 摘要： 通过正交试验研究表观密度、 纤维掺量、 减水剂掺量 3 个因素对泡沫混凝土强度的影响。结果表明， 影响其抗折强度的 各因素主次顺序为： 表观密度 纤维掺量 外加剂掺量； 影响抗压强度的各因素主次顺序为： 表观密度 减水剂掺量 纤维掺量。并分 别分析 了 3个因素对泡沫 混凝土 强度 的影响 ， 提 出最优组合为 ： 表观密度 9 0 0k g m3 、 外加剂用量 O 6 、 纤维掺量 O 6 。 关键词： 泡沫混凝土； 玻璃纤维； 减水剂； 配合比； 正交试验 中图分类号： T U 5 2 8 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 5 ) 0 7 0 0 8 2 0 3 0 引言 S t u d y o f t h e mi x t u r e r a ti o o f f o a me d c o n c r e t e b y o r t h o g o n a l t e s t WA N G Z h i g a n g， X I t t u if e n g ， L O N G Z h i q i n ， Y U C h e n g l o n g ， Hu a n g Q i n ( G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f P e t r o c h e m i c a l T e c h n o l o g y ， Ma o mi n g 5 2 5 0 0 0 ， G u a n g d o n g ， C h i n a ) 泡沫混凝土是用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫， 再将泡沫加入由水泥基胶凝材料、 集料、 掺合料、 外加剂和水 等制成的料浆中， 经混合搅拌、 浇注成型、 自 然或蒸汽养护而 成的轻质多孔混凝土， 也称发泡混凝土【 l卅 。 泡沫混凝土具有质轻、 隔热、 隔声、 耐火、 防水和抗冲击 性能好等优点， 其缺点也比较明显， 如强度偏低、 吸水率较大 等。为了改善泡沫混凝土的性能， 在泡沫混凝土中添加纤维 是一种较受关注的途径。纤维具有化学稳定性强、 不吸水、 抗 酸碱能力强等优点，在水泥基材料中呈三维空间乱向分布， 具有增强、 阻裂和增韧的作用， 能够改变泡沫混凝土的孔结 构5 - 8 1 ，从而改善泡沫混凝土的力学性能。 本文通过正交试验研究分析了表观密度、纤维掺量、 减 水剂掺量3 个因素对泡沫混凝土强度的影响， 以达到优化泡 沫混凝土性能的目的。 I 试验 1 I 原材料 基 金项 目： 国家 自然科学基金项 目( I l 2 7 2 1 2 4 ) ； 广 东省科技计划项 目( 2 0 1 2 B o 3 1 O 0 o o 2 3 ) ； 茂名市科 技计划项 目( 2 0 1 3 3 4 ， 2 0 1 3 3 3 ) 收稿 日期： 2 0 1 4 _ l o - l 3 ： 修订 日期 ： 2 0 1 5 0 6 - 0 9 作者简介： 王志刚， 男， 1 9 8 2 年生， 山西阳泉人， 实验师， 硕士， 主要从 事新型建筑材料力学性能研究及应用。通讯作者； 习会峰 ， 女， 副教授， 博士 ， 地 址： 广 东省茂 名市 官渡二 路 1 3 9号综 合楼 3 1 4室 ， E m a i l ： ale x s e a 5 2 0 】 6 3 c o rn。 8 2 新型建筑材料 2 0 1 5 7 水泥： 为防止泡沫混凝土泌水和塌陷， 提高其早期强度， 选用华润水泥厂生产的4 2 5 R普通硅酸盐水泥。 发 泡剂： 采用一种以 微生 物蛋白为 主， 复配天然植物起泡 剂、 稳泡剂的复合发泡剂， 使用时按1 ： 4 0 加水稀释， 发泡倍数 为2 O 。 纤维： 无碱短切玻璃纤维， 密度 2 5 m 3 ， 长度 1 2 m m ， 物 理性能见表 1 。 表 1 玻璃纤维的物理- 陛能 减水剂： 自行研制的醇胺类减水剂。 水： 普通自来水。 1 2 试验设备 强度试验采用深圳新三思生产的S M T 5 1 0 5电子万能材 料试验机； B L 1 6 8 8 型小型发泡机、 电子秤、 电热鼓风干燥箱、 自 制小型搅拌机等。 1 3 泡沫混凝土的基础配合 比( 见表2 ) 表 2 泡沫混凝土的基础配合 比 k g m 3 1 4 正交试验设计 为研究表观密度、 纤维掺量、 减水剂掺量3 因素对泡沫混 凝土强度的影响， 选用I o ( 3 4 ) 正交表进行试验， 且不考虑各因 素之间的交互作用。正交试验因素水平见表3 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王志刚， 等： 泡沫混凝土配合比的正交试验研究 表 3 正交试验 因素水平 1 5 试样制备 先将水加入水泥中， 同时加入纤维( 不掺纤维的略去此 步) ， 用自制小型搅拌机进行搅拌， 得到流动性良好的浆体。 与 此同时， 将发泡剂和水按照 1 ： 4 0比例混合， 用发泡机制备气 泡高度稳定、 泡沫细小且均匀的泡沫。 把制备好的泡沫与搅拌 好的水泥浆一起搅拌均匀，最后将泡沫混凝土浇筑到预制好 的模具中， 用钢板尺对模具的边角进行抽插防止踏模， 最后将 表面刮平。 抗折试样尺寸为3 2 0 m m x 8 0 m m x 8 0 m m ，抗压试样尺寸 为 1 0 0 m m x l 0 0 m m x l 0 0 m m。试件成型后编号、 拆模， 将其放 在温度( 2 0 -+ 2 ) 、 相对湿度9 5 的环境中养护至2 8 d 。 1 6 性能测试方法 表观密度、 抗压强度、 抗折强度参照 G B 厂 I 1 1 1 9 6 9 - - - 2 0 0 8 蒸压加气混凝土性能试验方法 进行测试。 2 试验结果与分析 2 1 正交试验结果与分析 ( 见表4 ) 表 4 正交试验结果与分析 2 2 正交试验极差分析 由表4 可以看出： ( 1 ) 对泡沫混凝土抗折强度影响的大小 顺序为： 表观密度 纤维掺量 减水剂掺量， 即表观密度对抗 折强度的影响最大，纤维掺量次之，影响最小的是减水剂掺 量。( 2 ) 对泡沫混凝土抗压强度影响的大小顺序为： 表观密 度 减水剂掺量 纤维掺量， 即表观密度对抗压强度的影响最 大， 减水剂掺量次 之， 影响最小的是纤维掺 量。 2 3 影响因素分析与讨论 根据表4结果， 泡沫混凝土表观密度、 纤维掺量、 减水剂 掺量对抗压、 抗折强度的影响分别见图1 、 图2 、 图3 。 图 1 表观密度对泡沫混凝土强度的影响 从图1 可以看出， 泡沫混凝土的抗折强度、 抗压强度都随 表观密度的增大而增加， 且趋势明显， 主要由于在水灰比及工 艺一定的条件下， 孔隙率与表观密度成反比， 泡沫混凝土表观 密度越小， 孔隙率越高， 低表观密度泡沫混凝土内部存在大量 的细小均匀的泡孔， 导致泡沫混凝土抵抗破坏的能力降低， 泡 沫混凝土的抗折强度和抗压强度迅速降低； 与之相反， 孔隙率 小的泡沫混凝土强度相对偏高。 图 2 纤维掺 量对 泡沫混凝土强度 的影响 从图2 可以看出，玻璃纤维掺量从0 增加到O 6 时， 泡 沫混凝土的抗折、 抗压强度都有所提高； 纤维量从 0 6 提高 到 1 2 时， 泡沫混凝土的抗折强度降低幅度较大， 而抗压强 度则基本维持不变。主要原因是在泡沫混凝土中掺入少量无 碱玻璃短纤维后， 其在水泥基材料中呈三维空间乱向分布， 能 够改变泡沫混凝土的孔结构， 对泡沫混凝土的强度， 特别是抗 折强度有增强作用， 但随着掺入量的增加， 浆料的流动性大幅 NE W BUI L DI NG MAT E RI AL S 8 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王志刚， 等： 泡沫混凝土配合比的正交试验研究 度下降， 致使其抗折强度降低， 抗压强度变化不明显。 图3 减水剂掺量对泡沫混凝土强度的影响 从图3 可以看出， 在泡沫混凝土中掺入本课题组白行研 制的减水剂， 在不减少拌合用水量的条件下， 对提高泡沫混 凝土的抗压强度起到了积极作用， 随减水剂的用量增加抗压 强度提高， 且趋势明显。而抗折强度随减水剂掺量的增加存 在降低的趋势， 主要原因可能是试验过程中的用水量控制及 减水剂掺量增加使和易性提高、 浇筑抗折试件时浆体流失而 导致， 需要进一步论证。 2 4 最优方案确定 由于挑选因素、 水平与所要求的强度指标有关， 则应选 择有利强度指标提高的水平。 由 表4 抗折强度正交试验结果可知， 泡沫混凝土抗折强 度的最优方案为A 3 B 3 C 1 ， 即表观密度6 0 0 k g m 、 纤维掺量 1 2 、减水剂掺量 0 。泡沫混凝土抗压强度的最优方案为 A 3 C 3 B 2 ， 即表观密度9 0 0 k m 3 、 减水剂掺量0 6 、 纤维掺量 0 6 。 综合考虑各因素， 结合图1 一 图3 ， 以及实际应用主要以 抗压强度为主， 本试验最优的组合确定为： A 3 C 3 B 2 ， 即表观密 度9 0 0 k g r n 3 、 减水剂掺量0 6 、 纤维掺量0 6 。 3 结语 ( 1 ) 由正交试验结果可知， 对泡沫混凝土抗折强度影响 的大小顺序为： 表观密度 玻璃纤维掺量 减水剂掺量； 对抗 压强度影响的大小顺序为：表观密度 减水剂用量 纤维掺 量。 ( 2 ) 考虑实际应用以抗压强度为主， 本试验的最优组合 为A 3 C 3 B 2 ， 即表观密度9 0 0 k g m 3 , 减水剂掺量为0 6 、 纤维 掺量为0 6 。 ( 3 ) 泡沫混凝土的抗折、 抗压强度随表观密度的增加而 提高； 玻璃纤维掺量从0 增加到0 6 时， 泡沫混凝土的抗折、 抗压强度都有不同程度的提高； 玻璃纤维掺量从0 6 1j 增加 1 2 时， 泡沫混凝土的抗折强度降低幅度较大， 而抗压强度 则基本保持不变。随减水剂掺量的增加， 泡沫混凝土的抗压 强度提高趋势明显， 而抗折强度随减水剂掺量增加有微小降 低的趋势需要进一步论证。 参考文献： 【 1 】 J C , F 1 0 6 2 -2 0 0 7 ， 泡沫混凝土砌块【 s 】 【 2 】 潘志华 新型高性能泡沫混凝土制备技术研 究f J 1 新 型建筑 材料 ， 2 o o 2( 5 )： 1 -5 3 蒋冬青 泡沫混凝土应用新进展f J 1 坤 国水 泥， 2 0 0 3( 3 ) ： 4 6 4 8 4 】 张 巨松 国内外混凝土发泡剂及发泡技 术分析【 J j 低温 建筑技术 ， 2 0 01( 4 ) ： 6 6 6 7 【 5 】 杨瑞环 ， 霍冀川 ， 赵星 ， 等 纤维泡沫 混凝土强度的正交试验 f J 混 凝土与水泥制品， 2 0 1 4( 3 ) ： 6 2 6 5 【 6 谢尔盖 玄武岩纤维 的特性及其在 中国的应用前景 J 】 玻璃纤维 ， 2 0 0 5( 5 ) ： 4 4 4 8 【 7 】 李国忠， 宁超 ， 原海燕 ， 等 改性聚丙烯纤 维对 水泥砂浆力学性 能 的影响 J 】 建筑 材料学报， 2 0 1 0( 2 ) ： 1 3 5 1 3 8 8 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 叨 混凝土与水泥制品， 2 0 1 2 ( 2 ) ： 4 1 4 4 A 中国最大全氧燃烧光伏玻璃窑炉在合肥点火 日前， 全氧燃烧光伏玻璃窑炉、 位于合肥市新站区的彩虹( 合肥) 光伏公司 1号窑炉顺利点火， 这标志着彩虹合肥 光伏一工厂续 改建项 目即将投产 。 在点火仪式上 ， 彩虹 ( 合 肥) 光伏有 限公司总经理 马志斌介绍道 ， 合肥光伏 一工厂续改 建项 目于 2 0 1 4年 l 0月 1 4 日正式启动， 总投资 6 2 亿元 ， 经过 5个月的设计、 制造、 施工后 ， 窑炉 已经完全具备了点火条件 。而 本次点火的 1 号窑 炉设计日引出量 7 5 0 t ， 是中国最大的全氧燃烧光伏玻璃窑炉， 投产后可年产太阳能光伏玻璃 2 3 0 0万 m ： 。 彩虹 ( 合肥) 光伏公司是中国电子彩虹集团旗下香港上市公司彩虹电子的全资子公司， 合肥光伏一工厂续改建项 目是中国电子重组彩虹集团后投资最大的续改建项 目， 是彩虹光伏产业扩大规模艉 高效率的重点推进项目。 ( 徐) 8 4 新型建筑材料 2 0 1 5 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m