无机盐对砖粉泡沫混凝土性能影响的研究.pdf

2 0 1 4 年 第 9期 (总 第 2 9 9 期 ) Nu mb e r 9 i n 2 0 1 4 ( T o t a l N o 2 9 9 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 PRACT I CAL TECHN0LOGY 无机盐对砖粉泡沫混凝土性能影响的研究 乔 禺森 。刘香 ，董素芬 ， ，王卫仑 ( 1 内蒙古科技大学 建筑与土木工程学院，内蒙古 包头 0 1 4 0 1 0 ； 2 深圳大学 广东省滨海土木工程耐久性重点实验室，广东 深圳 5 1 8 0 6 0 ) 摘要： 砖粉泡沫混凝土作为无机不燃保温材料既可利废又能达到建筑节能的要求， 具有良好的应用前景和研究价值。 因其胶凝 材料体系的特殊性， 为保证其强度和体积稳定性， 需加入起到早强和速凝作用的无机盐。 通过研究 L O 、 C a C 1 ： 、 Mg S O 和 Na 2 C O 掺人对砖粉泡沫混凝土干密度、 强度 、 含水率及吸水率的影响， 试验表明 ： C a C 1 无明显影响效果； Mg S O 使干密度增大较多； L i 2 C O 是较 C a C 1 和 Mg S O 性能优良的无机盐 ； Na 2 C O 3 掺量为 O 3 时砖粉泡沫混凝土的干密度为 6 8 0 k g m3 ， 抗压强度 3 8 MP a ， 吸水率为 4 9 ， 含水率为 1 4 。 关键词 ： 砖粉泡沫混凝土 ；无机盐 ；抗压强度 ；吸水率 中图分类号： T U5 2 8 0 4 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 9 0 1 4 2 0 3 R e s e a r c h o n t h e e ffe c t s o f i no r g a n i c s a l t s on t h e b r i c k p o w d e r f o a m c o n c r e t e p e r f o r ma n c e Q， AO Y u s e n ， L I UXi a n g ， DO NGS u f e n ， WA NG We i l u n ( 1 S c h o o l o f Ar c h i t e c t u r a l a n dCi v i l E n g in e e r i n g ， I n n e r Mo n g o l i aU n i v e r s i t yo f S c i e n c e a n dTe c h n o l o g y ， Ba o t o u 0 1 4 0 0 0 ， Ch i n a ； 2 Gu a n g d o n gP r o v i n c i a l Ke yL a b o r a t o r yo f Du r a b i l i t yf o r Ma r i n e Ci v i l E n g i n e e ri n g， S h e n z h e nUn i v e r s i ty， S h e n z h e n 5 1 8 0 6 0 ， Ch i n a ) Ab s t r a ct： Br i c k P o wd e r F o a m C o n c r e t e n o t o n l y C an u s e wa s t e b u t a l s o c a n b e u s e d a s a l l i n o r g a n i c n o n - i n fl a mma b l e ma t e r i a l for i n s u l ati n g， a c h i e v i n g t h e b ui l di n g e n e r g y s a vi n g r e q u i r e me n t ， whi c h h a s g o o d a p pl i c a t i o n p r os pe c t a nd r e s e arc h va l ue Be c a u s e of bi n di n g ma t e r i a l s y s t e m s p e c i a l ty， i t n e e d s a d d t h e i n o r g a n i c s a l t s wh i c h h a v e t h e e arl y s t r e n g t h and q u i c k s e t t i n g e ffe c t s t o e n s ure i t s s t r e n gth and v o l u me s t a b i l i tyT h r o u g h r e s e arc h i n g L i 2 CO3 ， Ca C1 2 ， M：g S 0 4 and Na 2 CO3 t h a t a ffe c t b r i c k p o wd e r foa m c o n c r e t e d r y d e n s i ty， s t r e n gth， mo i s t u r e c o n t e n t and wa t e r a b s o r p t i o n， e x p e r i me n t a l r e s u l t s s h o w tha t ， Ca C1 2 h a s n o o b v i o u s e ffe c t ； Mg S O 4 ma k e s t h e d r y d e n s i ty i n c r e a s e mo r e ； L i 2 c 03 i s the b e t t e r i n o r g a n i c s a l t wh i c h h a s t h e e x c e l l e nt p e r f o r manc e c o mp a r i n g t o Mg S O4 a n d Ca C 1 2 ； wh e n t h e c o n t e n t o f Na ： CO3 i s 0 3 ， b ric kp o wd e r foa m c o n c r e t e d e n s i ty i s 6 8 0k g m3 ， c o mp r e s s i v e s t r e n gthi s 3 8MP a ， wa t e r a b s o rpt i o n r a t ei s 4 9 a n dt h emo i s t u r e c o n t e n t i s 1 4 Ke y wo r d s ： b r i c k p o wd e r foa m c o n c r e t e ； i n o r g a n i c s a l t ； c o mp r e s s i v e s t r e n gth ； wa t e r a b s o rpt i o n r a t e ( 】 引 言 自2 0 1 1 年公安部下发关于 A级不燃墙体保温隔热材 料的要求后 ， 泡沫混凝土 因具有轻质 、 保温 、 隔热 、 隔音等 优异性 能 ， 且生产投 资少 、 施工方便 、 可大量利用 工业废 渣 ， 对建筑节能及环保有重要意义 ， 成为最具有发展前景的 轻质无机保温隔热材料 1 。 泡沫混凝土中的水泥用量高， 收 缩率和吸水率大 ， 强度低且易开裂 ， 严重制约了它 的发展 。 与此同时， 旧建筑的不断拆迁产生大量建筑垃圾 ， 其 中废砖 和废混凝土块约 占6 0 ， 废砖 中因含有大量活性二 氧化硅和三氧化二铝， 可作为活性矿物掺合料使用圆 ， 如果 将其磨成细粉代替部分水泥来配制泡沫混凝土 ， 既可降低 泡沫混凝土的成本 ， 又可利废 ， 符合可持续发展的基本国 策 。 为保 证砖粉 泡沫混凝 土的强度和体积稳定性 ， 应使其 内部泡沫稳定存在， 并形成较少的开口孑 L 隙， 加入能够起 到早强和速凝作用 的无机盐成为必要 的措施之一。 本试验 研究 了 L i 2 C O 3 、 C a C 1 2 、 Mg S O 4 和 N a 2 C O 3 对砖 粉泡 沫混凝 土干密度、 强度、 含水率及吸水率的影响。 1 原材料和试验方法， 1 1 原材料 ( 1 ) 水泥 ： 包头草原牌 P O 4 2 5 级水泥。 ( 2 ) 粉煤灰 ： I I 级 ， 包头希望铝业 自备电厂干排粉煤灰 。 ( 3 ) 砖粉 ： 将试 验室废砖用颚式破碎机粉碎到 1 5 mm 的颗粒 ， 再用球磨机进行磨细 。 ( 4 ) 激发剂： 市售生石灰和石膏粉， 以占砖粉的百分比 加入。 ( 5 ) 泡沫剂 ： 试验室 自制复配泡沫剂 ， 主要成分是 L A S 收稿 日期 ：2 0 1 4 - 0 3 1 5 基金项目：广东省滨海土木工程耐久性重点实验室开放基金( G D D C E 1 2 0 8 ) 1 4 2 表 1 水泥、 粉煤灰及砖粉的主要组成 和 A E S ， 稀释比例为 1 ： 1 0 0 ； 稳泡剂采用 H P MC 。 ( 6 ) 外加剂 ： 聚羧酸系高效减水剂， L i 2 C O 3 , Na 2 C O 3 、 C a C I 、 Mg S O ， 两者均 以占胶凝材料质量的百分比掺入 ； 使用 6 1 T I 1 T I 聚丙烯纤维。 1 2试验 方 法 ( 1 ) 砖 粉泡沫混凝土配合 比参照李应权3 的泡沫混凝 土配合 比设计方案进行设计 。 ( 2 ) 抗压强度试验参照 J G T 2 6 6 r _ _ 2 0 1 1 泡沫混凝土 。 ( 3 ) 干密度 、 含水率、 吸水率试验参照 G B T l 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 J G T 2 6 6 2 0 1 1 泡沫混凝土 。 该砖粉 泡沫混凝土选用 的泡 沫剂为发泡倍数 为 2 7 5 倍 ， 1 h 泌水量为 1 9 mL ， 1 h 沉陷距为 3 1 T L IT I 。 设计干密度为 6 0 0 k g m3 ， 砖粉作为胶凝材料掺人， 胶凝材料体系为水泥： 砖粉： 粉煤灰 = 6 0 ： 2 0 ： 2 0 ， 试验时保证水胶 比为 0 3 5 ， 激发剂 石灰 、 石膏分别 占砖粉质量 的 2 0 和 2 5 ， 减水 剂 占胶凝 材料质量的 1 2 ， 聚丙烯纤维掺量为 1 2 k g m ， 分别加 入 不同种类的无机盐 ， 通过单因素试验来分析其对砖粉泡沫 混凝 土的性能影 响。 2 无机 盐对砖粉 泡沫混凝土性 能的影响 起到早强和速凝作用的外加剂分为无机物 、 有机物 、 复 合 型三类 ， 无机盐类主要有氯盐 、 硫酸盐 、 硝酸盐 、 亚硝 酸 盐和碳酸盐等。 本试验选取 C a C 1 2 、 Mg S O 4 、 L i 2 C O 3 和N a 2 C O 3 代表三种不同的无机盐 ， 研究 了其对砖粉泡沫混凝土干密 度 、 强度 、 含水率和吸水率的影响。 2 1 不 同无机 盐对砖 粉 泡沫混凝 土千 密度 和强度 的影响 砖粉泡沫混凝土成型时， 先干拌粉料 ， 加水后形成浆体 ， 再加入经过空气压缩机形成 的泡沫 ， 搅拌 3 m i n ， 其流动度 可保持在 1 5 0 1 7 0 mm， 成型 、 养护 。 C a C 1 2 、 Mg S O 4 及 L i 2 C O 3 对砖粉泡沫混凝 土干密度和强度的影响如图 1 、 2 所示 。 未使用无机盐时， 砖粉泡沫混凝土的干密度为 5 5 0 k g m ， 8OO ， 、 壹 0 0 埋 6 o o 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 30 无 机盐 掺量 ， 图 1 不同无机盐对砖粉泡沫混凝土干密度的影响 +L i 2 CO3+Ca CI 2+Mg S O4 尢 机 盐 掺 量 ， 图 2 不同无机盐对砖粉泡沫混土抗压强度的影响 2 8 d 抗压强度 为 2 1 MP a 。 由图 1 和图 2可知 ， 随着掺量的 增加 ， C a C 1 2 对砖粉泡沫混凝 土的干密度和 2 8 d 抗 压强度 基本无影响， 掺量大于 2 5 时， 2 8 d抗压强度急剧下降； Mg S O 使得砖粉泡沫混凝土的干密度和抗压强度均有大幅 度提高， 干密度在 6 8 0 7 5 0 k g m3 , 抗压强度最高可达 4 3 MP a ， 这是 由于 s o l 一 在水 中能较快 地与氢 氧化钙反应生成颗粒 细小 的二水石膏 ， 细小的二水石膏不仅可以促进水泥的反 应 ， 而且还可 以结合氢氧化钙与砖粉 中活性 的氧化铝和二 氧化硅进行反应生成钙矾石 ， 这些都大大地加快 了反应速 度圈 ， 但 水消耗 量的增 加破坏 了泡沫表 面液膜 的稳定性和 黏度 ， 泡沫破灭较多 ， 干密度随之提高 ， 且成型时发现相 同 泡沫用量时时， 其浆体量较少； L i C O 对于密度的影响不 明 显 ， 可控制在 6 2 0 k g m 以下 ， 随着掺量增 加 ， 抗压强度不 断增大 ， 最高为 3 - 3 MP a 。 2 2 不 同无机盐对砖粉泡沫混凝土含水率和吸水 率的影响 泡沫混凝 土含水率 的大小在一定程度上决定 了其保 温隔热效果 ， 吸水率 的大小则反映 了其耐久性 ， 较好 的泡 沫混凝土应有较小的含水率和吸水率。 不同种类的无机盐 对砖粉泡沫混凝土含水率和吸水率的影响如图 3 、 4所示。 无机盐 掺量 图 3 不 同无机盐对砖粉泡沫混凝土含水率的影响 无 机盐掺 量 图 4 不同无机盐对砖粉泡沫混凝土吸水率的影响 1 4 3 由图 3 、 4 可知 ， 未使用无机 盐时 ， 砖粉泡沫混凝土 的 含水率为 2 0 1 ， 吸水率高达 1 0 2 ， 说 明在凝结硬化过程 中 ， 随着 时间的延长 ， 泡沫液膜在表面张力和 自重作用 下 逐渐变薄6 1 ， 气泡之间相互联通 ， 并不断破裂 ， 后期水分蒸 发多 ， 留下的开 口孔隙多 ， 吸水率大。 当加入 C a C 1 时 ， 砖粉泡沫混凝土 的含水率和吸水率 均有所降低 ， 但变化幅度较小 ， 数值 在 8 5 9 5 之间浮动 ， 说明其在前期基本未起到速凝的作用， 含水率的降低主要 是蒸发的结果 ； 随着 Mg S O 使用量的增加 ， 砖粉泡沫混凝 土 的吸水率不断降低 ， 数值为 4 5 5 8 ， 这与其干密度和 强度增 大正好对应 ， 即结构密实度增大 ， 但与干密度设计 目标不符 ； L i 2 C 0 的掺入使砖粉泡沫混凝土在保证设计干 密度 的基础上 ， 含水率降低 ， 吸水率为 5 7 6 2 ， 抗 压强 度提高， 说明其凝结硬化过程中， 泡沫稳定程度较高。 因此， 在三种无机盐 中， 碳酸盐的使用效果较好 。 此时水泥矿物组分 C 就迅速溶解进入溶液 中， 水化生成 六角板状的c AH ， 将加速水泥浆体的凝固7 1 ， 多余水分减 少 ， 形成较少的开 口孔隙 ， 应严格控制 N C O 的用量 ， 以 免凝结硬化过程消耗的水分使泡沫失去稳定的液膜而 破裂 。 N a ： C O 掺量为 0 3 的砖粉泡沫混凝土试块状态 如 图 7所示 图 7 N a 2 C O。 掺量为 0 3 的砖粉泡沫混凝土试块 3 Na C O 对砖粉泡沫混凝土性能的影响 4 结论 为找到经济和性能均较为优良的无机盐 ， 研究了碳 酸钠对砖 粉泡沫混凝 土性能的影响 ， 试验结果见 图 5 、 6 。 试验过程中发现， 随着 N a 2 C O 掺量的增大 ， 浆体逐渐黏 稠 ， 无法顺 利成模 。 因此将 Na 2 C O 的掺量 变化范 围确 定 在 0 - 2 0 。 隧 幽 _ 口 罱 Na C O 掺量 图 5 N a C O 。 对砖粉泡沫混凝土干密度和抗压强度的影响 连 斟 * Na 2 CO 掺 量 图 6 N a 。 C O 。 对砖粉泡沫混凝土含水率和吸水率的影响 由图 5 、 6可知 ， N a ： C 0 对砖粉泡沫混凝 土干密度 、 强 度 、 含水率和吸水率的影响虽然无直线规律， 但使其强度 呈现增大的趋势， 最高可达 3 8 MP a ， 含水率和吸水率均降 低 ， 干密度在 5 5 0 6 8 0 k g m 之间变化 ， N a z C O 掺量为0 3 时 ， 干密度为 6 8 0 k g m ， 抗压强度 3 8 MP a ， 吸水率为4 9 ， 含水 率为 1 4 。 其作用机理在于 ： Na z C O 与水作用生成氢 氧化钠， 氢氧化钠与水泥中的石膏反应生成过渡性的产物 硫酸钠 ， 使水泥浆中起缓凝作用的可溶性的浓度明显降低 ， 1 4 4 无机盐的加入使得砖粉泡沫混凝土的含水率和吸水率 降低 ， 提高了其保温隔热效果和耐久性。 C a C 1 ： 对其干密度 和强度无 明显影 响 ； Mg S O 使其 吸水率 数值在 4 5 5 8 之间变化， 但干密度在 6 8 0 7 5 0 k g m3 与设计目标 6 0 0 k g m。 相差较大 ； L i 2 C O 掺量为 3 0 时 ，干密度为 6 2 0 k g m ， 抗 压强度为 3 3 MP a ， 吸水率为 5 7 ， 即在三种无机盐 中 ， 碳 酸盐的使用效果较好 。 Na 2 C O 掺量为 0 3 时砖粉泡沫混凝土达到较优 的状 态 ， 干密度为 6 8 0 k g m ， 抗压强度 3 8 MP a ， 吸水率为4 9 ， 含水率为 1 4 ， 使用效果和经济性均优于 L i 2 C 0 。 参考文献 ： 1 牛云辉， 卢忠远， 严云， 等 外加剂对泡沫混凝土性能的影响 J J _ 混凝土与水泥制品， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 9 - 1 1 【 2 】王雪 废砖制备新型轻质墙体材料的试验研究【 D 】 昆明 ： 昆明理 工大学硕士学位论文， 2 0 0 9 【 3 】 李应权， 朱立德 泡沫混凝土配合比设计【 J J 徐州工程学院学报 ， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 1 - 5 4 王少武 提高泡沫混凝土抗压强度的研究【 D 】 长沙 ： 中南大学 ， 2 0 0 5 【 5 】俞心刚 ， 魏玉荣 ， 曾康燕 早强剂对煤矸石一 粉煤灰泡沫混凝土 性能的影响【 J 1 新型墙材， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 2 5 2 7 【 6 李琴飞盐类外加剂对引气混凝土气孔结构的影响【 D 】 哈尔滨： 哈尔滨工业大学 ， 2 0 1 0 【 7 1王晓丽， 宋学峰 速凝剂与水泥的适应性及速凝剂的作用机理 研究 西安建筑科技大学学报 ， 2 0 1 0 ( 5 ) 作者简介： 乔禺森( 1 9 9 2 一 ) ， 男， 研究方向： 泡沫混凝土墙体材料。 联系地址： 内蒙古科技大学建筑与土木工程学院( 0 1 4 0 1 0 ) 联系电话 ： 1 8 2 4 7 2 5 7 9 9 0 加 m 褂*扣