泡沫混凝土的掺合料研究.pdf

2 0 1 1年 第 2 期 (总 第2 5 6 期 ) Nu mbe r 2 i n 2 01 1 ( To t a l No 2 5 6) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 PRACTl CAL TE CHNoL0GY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 2 0 4 0 泡沫混凝土的掺合料研究 张喜 ，吴勇生 ，张剑波 ，何娟 ，尚江涛 ( 昆明理工大学固休废弃物资源化 国家工程研究中心 ，云南 昆明 6 5 0 0 9 3 ) 摘要： 试验研 究了高碱玻璃纤维 、 磷渣 、 陶粒 、 建筑废卉 细粉对泡沫混凝土的性能影响 ， 试 验结 果表明 ： 4种不 同掺 合料的活性从大 到 小排列 为建筑废弃物细粉 、 高碱玻璃纤维 、 磷渣 、 陶粒 。 4种不同掺合料对l下泡沫混凝土 的表观密度影 响 ： 高碱玻璃纤维降低 了泡沫混凝土 的表观密度 其余 3 种 掺合料均增大 了表观密度 ， 增大程度从大到小排列为陶粒 、 磷 渣 、 建筑废弃物细粉 综合表观密度和强度评定 4种掺 合料对泡沫混凝 土作川最好 的为建筑废弃物细粉 。 关键词 ： 泡沫混凝土 ；高碱玻璃纤维 ；磷渣 ；陶粒 ；建筑废弃细粉 ；表观密度 ；抗 压强度 中图分 类号 ： T U 5 2 8 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 1 3 1 0 3 Re s e ar c h o f f oam c on cr e t e a dmi x t ur e Z HANG Xi ， WU Yo n g - s h e n g， ZHANG J i a n b o， HE J u a n， S HANG J i a n g t a o ( N a t i o n a l E n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e r o f S o l i d W a s t e R e c o v e r R e s o u r c e ， Ku l1 mi n g Un i V e r s i r y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ， K u n mi n g 6 5 0 0 9 3 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： F r o m t h e e x p e ri me n t of f o a m c o n c r e t e， h i g h a l k a l i g l a s s fib e r ， p h o s p h o r o u s s l a g， c e r a mi c i mp a c t e d o n p e r f o r ma n c e o ffoa m c o n c r e t e Th e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e a c t i v i t y o f f o u r d i ffe r e nt a d m i x tur e p u t t e d i n o r d e r h i g h t o l o w wa s t h e fo a m c o n c r e t e h i g h a lka l i g l a s s fib e r ， p h o s p h o - r o u s s l a g c e r a mi c F o r f o u r d i ff e r e n t a d mi x t u r e o f t h e a p p a r e n t d e n s i t y i mp a c t e d o n t h e foa m c o n c r e t e： h i g h - a l k a l i g l a s s fib e r r e d u c e d t he a p p a r e n t d e ns i t yo f f o a m c o n c r e t e， t h e r e m a i n i n gt h r e ewe r ei nc r e a s e d a d m i x t u r e o f a p p a r e n t d e n s i t y p u e di n o r d e r h i g ht Ol o w wa s ： t he c e r a mi c， p h o s p h o r O U S s l a g， c o n s t r uc t i o n wa s t e p o wd e r I nt e g r a t e d t h e a p p a r e nt d e n s i t y a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h， t h e b e s t a d mi x tu r e wh i c h m a d e t h e b e s t e f f e c t t o t h e foa m c o n c r e t e i s c o n s t r uc t i o n wa s t e d p o wd e r Ke y w or ds ： foa m c o n c r e t e ； h i g h a l k a l i g l a s s f i b e r ； p h o s p h o r o us s l a g； c e r a mi c ； c o ns t ruc t i o nwa s t e dp o wd e r ； a p pa r e n t d e n s i t y； c o mp r e s s i v e s t r e n g t h 0 引 言 泡沫混 凝土足一种 以水泥 、 石灰 、 砂 、 发泡 剂为主要原 料 ， 经过配合比设计采用物理搅拌的方法发泡的新型轻质建材。 具 有隔热 、 保温、 隔音 、 轻质等特点。 随着社会T业化进程速度加快 ， 人们更趋向于将一些不同材料添加到泡沫混凝土 中， 已达到节 约资源的效果 ， 日前粉煤灰泡沫混凝 土已经得 到广泛应用。 本试 验以4种不同材料作为泡沫混凝土的掺合料， 研究不同掺合料 对泡沫混凝土 的性能影响。 1试 验 方 案 1 1 试验 材料 4 种掺合料： 经过球磨机细磨后的高碱玻璃纤维( 日数达到 1 2 0目) ； 昆 明磷肥厂排放 的磷渣 ( 目数 9 0日) ； 由污泥 和 粉煤 灰烧 制而成 的陶粒 ； 废弃近 1 年龄期 的混凝土 ， 利用破 碎机的除尘系统收集 ， 通过 1 4 0日的筛( 细粉粒径小于 O 1 0 6 ram) ， 收集废弃混凝土细粉。 4 2 5级硅 酸盐水泥 ， 生石灰 ， 细砂 ， 发 泡剂 ( 十二烷 基硅酸 钠 ) ， 气泡稳定剂( 可溶 油 ) 。 1 2试验 方 案 生产 泡沫混凝 土的配合 比： P 0 4 2 5级水 泥 7 0 k g ， 生石灰 7 0 ， 细砂 5 9 0 k g ， 发泡剂 ( 十二烷 基硅酸钠 ) 按 照 1 mL k g定 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 0 9 0 7 量加入 ， 气泡稳定剂( 可溶 油 ) 少量 ， 水料 比 0 _ 3 8 ， 将 制备好的料 浆倒入 1 0 0 minx 1 0 0 mmx 1 0 0 iT l r n的模具 中， 脱模后养护至适 当 的龄期 ， 制备成标准泡沫混凝土样品。 将掺合料按替代率 5 、 1 O 、 2 0 、 3 0 、 4 0 掺加入混料中 ， 按 照同样丁艺制备成泡沫混 凝土。 2 试验结果分析 2 1 以玻璃 纤维 为掺合 料 的 泡沫混 凝土 近几年新型高强纤维材料尤其是玻璃纤维价格较 低 ， 并且 玻璃纤 维具 有较高的抗拉强度和弹性模量 ， 玻璃纤维有较好 的 亲水性 ， 高抗拉强度、 耐腐蚀 、 高弹性模量、 与水泥结合具有黏 结性能好的特点 ， 所以玻璃纤维水泥基材料 日益得到广泛运用 。 以玻璃纤维配制的纤维泡沫混凝土， 能提高泡沫混凝土的韧性、 抗 拉强度、 刚度和承担动荷载的能力。 本试验采用高碱玻璃纤维。 表 1 高碱玻璃纤维的化学组成 化学组成 S i O2 AI 2 O B ! O3 C a O Mg O Na 2O K O其他 含量 6 5 6 3 5 4 7 6 7 2 9 8 3 5 1 3 2 由于高碱玻璃纤维相对泡沫混凝土 主料较轻 ， 所 以表观密 度随掺量增加而减小 ， 在 泡沫混凝土中掺人高碱玻璃 做纤 维能 改善混凝 土的脆性破 坏特 征 ， 减 少混凝土 的收缩裂缝 ， 提高韧 性 ， 还 能提高 混凝土 的抗 冻等特 征 ， 所 以高碱玻璃纤 维掺量 在 0 2 0 之间时 ， 泡沫混凝土 7 、 2 8 d抗压强度呈现上升趋势 ， 随着 1 3l 表 2 不同掺量高碱玻璃纤维对泡沫混凝土性能影 响 量 玉 、 静 曩 8l 0 O 0 9 0 8 O 7 O 6 0 O 图 1 5 4 乏3 藿2 l 1 O 20 3 O 掺量 高碱玻璃纤维掺量与表观密度关系 U l 0 20 3U 掺量 图 2 高碱 玻璃 纤维掺量与抗压强度关系 掺量的增大， 胶凝材料对高碱玻璃纤维结合量达到饱和， 所以 在 掺量超过 2 0 的时候 ， 7、 2 8 d抗压强 度呈 现下降趋 势 。在 掺 合量 超过 2 0 t 7 、 2 8 d抗压 强度 小于标 注泡 沫混凝 土抗 压 强度 。 2 2 以磷渣为掺合料的泡沫混凝土 磷渣具有 良好的水化 活ll生可以作为水泥混合材料 ， 由于 C a O 的含量大于 S i O ， 因此磷渣能代替 部分石灰 提供熟料成分 中的 C a O和 S i O 。 掺人到水泥与石灰 中时 ， 内部将发生一系列 的重新 排 列和化学反应 ， 生成 水化硅酸钙 和水化铝酸钙 ， 从而表 现出 较强的水硬性。 因此， 磷渣作为活性混合材可取代部分水泥。 磷 渣水泥主要的缺点是早期缓凝， 所以作为水泥掺合料早期强度 并 不高 ， 但 晚期 强度仍能达到标准 。 磷渣 的掺入 可以改善泡沫 混凝土的微观结构， 提高其耐久性 ， 降低的弹性模量， 提高极限 拉伸值 ， 从 而提高 了泡沫混凝 土的寿命 。 表 3 磷渣的化学组成 掺量 表观密度 抗压强度 MP a ( k g m ) 7 d 2 8 d 磷渣密度 大于水泥 、 石灰等 胶凝材料 ， 所以表观密度 随着 掺量增加而增大。 磷渣泡沫混凝土 2 8 d 强度随磷渣掺量的增加 l 3 2 8 30 820 蛰8 1 0 梅 震 8 0 0 790 苫 0 掺量 图 3磷渣掺量 与抗压强度关系 U l 0 2 U 3U 掺量 图 4磷渣掺量 与抗压强度关 系 而降低 ， 并且早期强度发展较慢。 2 8 d强度基本达到标准试块 的 9 0 以上 ， 并且有继续发展的趋势 ， 可见磷渣掺量对后期强 度的 影响较小。 7 d抗压强度在掺量 0 1 0 之 间下 降比较 明显 ， 随掺 量的增加 7 d抗压强度呈现平稳趋势 。 2 3 以 陶粒 为掺 合料 的泡 沫混凝 土 陶粒是以淤泥和粉煤灰为主要原料， 经机械造粒， 旋窑焙 烧而成 ， 其不光滑的外表层氧化硅、 三氧化二铁等稳定材料形 成了保护膜， 膜内部由多个互不惯穿的孔组成了蜂窝状体， 使陶 粒具有密度轻 、 强度高、 吸水率小、 耐火保温 、 性能稳定等优点。 利用 陶粒 制备成 的泡 沫混凝土具有 密度轻 、 保温效果好 、 强度 高 、 防火 、 隔音等优点 ， 并且 陶粒泡沫混凝土有效地克服泡沫混 凝土的收缩 、 吸水等缺陷 。 表 5 不 同掺量陶粒对泡沫混凝土性能影响 。 。 。 820 篓8 lo 800 O 掺量 ， 图 5陶粒掺 量与表观密度关 系 0 l 0 20 3 0 掺 量 图 6 陶粒掺量与抗压 强度关 系 2 4 以建筑废弃细粉为掺合料的泡沫混凝土 再生混凝土细粉是将废弃建筑垃圾取 出杂料 ， 经过球磨机 细磨， 达到一定目数。 在建筑废弃物细粉中含有部分未水化的水 泥颗粒 ， 通过细磨或者加热的发放， 可以使这部分未水化的水 泥颗粒达到再利用， 实现资源最大化再利用。 废弃混凝土细粉再 加热的条件下， 会使 C S H受热分解， 不同温度产生不同产物， 会产生不同硅钙 比化合物和 C H。 废弃混凝 土细粉在 6 0 0下未 水化的水泥颗粒脱水形成硅、 钙 、 铁的氧化物最彻底， 细粉在高 温下分解产生更多具有水化 活性 的产物 。 表 6建筑 细粉 的化学组成 望 坌 ! ! ! 垒 ! ! ! ! ! ! 兰 墨 含量4 8 _3 3 0 5 7 l O 1 3 4 1 4 4 2 8 8 8 1 3 9 5 0 7 1 7 O 7 1 7 0 5 0 3 O 6 3 4 吕 、 谁 露 0 l 0 2 0 30 40 掺 量 图 7 建筑细粉掺置与表观密度关系 5 4 3 詈 1 0 1 0 2 0 3 0 4 0 掺量 ， 图 8建筑细粉掺量与抗压强度关 系 建筑废弃细粉 中含有部分砖石瓦块粉粒 ， 密度大于水 泥石 灰等胶凝材料 ， 所以表观密度随掺合量的增加而增大 ， 从表 7 和 图 8 可以看 出， 当用细粉替代水泥为 5 0 o 1 0 的泡沫混凝土， 2 8 d 抗压强度总体呈现上升趋势； 替代为2 0 3 0 时2 8 d强度降低 ； 替代 0 - 3 0 的时 ， 2 8 d强度都基本高于标准泡沫混凝土 2 8 d 抗压 强度。 由于建筑细粉 与胶凝材料在 掺量 3 0 达 到饱 和 ， 所 上接第 1 3 O页 南京工业大学学报： 自然科学版， 2 0 0 4 ， 2 6 ( 5 ) ： 5 - 8 3 徐浩 超细磷矿粉对混凝土性能的影响 J 1 施工技术， 2 0 0 3 ， 3 2 ( 4 ) ： 2 2 2 3 【 4 韩开梅掺磷渣粉机制砂混凝土研究与应用 公路交通科技， 2 0 0 9 ( 7 ) ： 7 2 7 4 5 】 冷发光 磷渣掺合料对水泥混凝土性能影响的试验研究l J J 四川水利 发 电， 2 0 0 1 ， 2 0 ( 4 ) ： 7 5 7 8 以建筑细粉掺量超 3 0 ， 2 8 d强度继续降低并且小于标准泡沫混 凝土强度。 7 d 抗压强度总体与 2 8 d 抗压强度相比， 掺量在 0 - 2 0 呈现上升趋势 ， 在 2 0 3 0 呈现下降趋势， 掺量超过 3 0 同样 低于标准泡沫混凝 土 7 d强度 。 3结 论 ( 1 ) 通过 4 种不同掺合料制成的泡沫混凝土的抗压强度对 比， 4种不同掺合料的活性从 大到小排列为建筑废弃物细粉 、 高 碱玻璃纤维 、 磷渣 、 陶粒 。 ( 2 ) 4种不同掺合料对于泡沫混凝土的表观密度影响 ： 高碱 玻璃纤维降低了泡沫混凝土的表观密度， 其余 3种掺合料均增 ：大了表观密度， 增大程度从大到小排列为陶粒、 磷渣、 建筑废弃 物 细粉 。 ( 3 ) 由于泡沫混凝 土 以轻质 特点作为墙 体材料 ， 屋 面材料 等 ， 并且要求强度要达到一定标准。 综合表观密度和强度评定 4种掺合料对泡沫混凝 土作用最好 的为建筑废弃物细粉 。 参考文献 ： 1 吕林女 ， 刘秀梅， 等刑用钢渣粉制备干粉砂浆的研究 新型建筑材 料 ， 2 0 0 8 ， 3 5 ( 9 ) ： 1 2 1 5 f 2 乔欢欢 利用普通水泥制备免蒸养泡沫混凝土的研究 D 绵阳： 西南 科技大学 ， 2 0 0 8 ： 3 6 3 9 【 3 盖 厂清 陶 粒泡沫 混凝土孔 结构 及其对 性能 影响研究 J _ 房材与应 用 ， 1 9 9 5 ( 5 ) ： 1 3 1 5 【 4 】 重庆建筑工程学院， 南京工学院 混凝土学 M 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 1 9 8 1 【 5 j 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f J 1 混凝土与水泥制品 ， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 4 3 4 5 6 张忠球， 谢朝学 纤维混凝土轻质保温砌块研究 J J _科技纵横研究与 探讨 ， 2 0 0 0 ( 3 ) ： 4 4 4 6 【 7 俞心刚， 李德军， 田学春 ， 等 煤矸石泡沫混凝土的研究 J J _新型建筑 材 料 ， 2 0 0 8 ( 1 ) ： 1 6 一 l 9 【 8 】谢明辉 大掺量粉煤灰泡沫混凝土的研究 D l1 长春 ： 吉林大学 ， 2 0 0 6 9 P A RK S B E f f e c t s o f p r o c e s s i n g a n d ma t e r i a l s v a r i a t i o n s o n me c h a n i c a l p r o p e i e s o f l i g h t w e i g h t c e me n t c o mp o s i t e s 【 J 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 ， 1 9 9 9 ， 2 9 ( 2 ) ： 1 9 3 2 0 0 1 0 沈荣 喜 国际纤 维水泥 制品 的发展 及动 向 ( ) f J 1 建材 工业信 息 ， 2 0 01 ( 5 ) ： 1 0 1 1 作者简介 单位地 址 联系电话 张喜( 1 9 8 5 一 ) ， 男 ， 硕士研究生在读 。 云南省 昆明市昆明理工大学莲花校区 1 栋 B座 2 0 2 ( 6 5 0 0 9 3 ) 1 3 7 5 9 4 2 0 7 7 1 6 P 梅泰 混凝土的结构、 性能与材 M 祝永年， 等译 上海： 同济大学 出版社 ， 1 9 9 9 作者简介 单位地址 联系电话 李北星( 1 9 7 0 一 ) ， 男 ， 博士 ， 教授 ， 研究方向 ： 混凝土材料 。 武汉市洪山区珞狮路 1 2 2 号 武汉理工大学硅酸盐材料工 程教育部重点实验室( 4 3 0 0 7 0 ) 0 2 7 - 8 7 8 7 7 5 1 2 1 3 3 渤