保温混凝土性能影响因素试验研究.pdf

8 低温建筑技术 2 0 1 5 年第9 期( 总第2 0 7期) D OI ： 1 0 1 3 9 0 5 j c n k i d w j z 2 0 1 5 0 9 0 0 4 保温混凝土性 能影 响 因素试 验研 究 孙帅 ， 胡夏闽 ， 尹红宇 I 1 南京工业大学土木3 - 程学院 。 南京2 1 1 8 1 6； 2 盐城 - r 学院土木工程学院 ， 江苏盐城2 2 4 0 5 1 ) 【 摘要】 为了保温混凝土研究水灰比、 胶凝材料、 陶粒掺量三种因素的变化对保温混凝土的影响， 设计了 3 组 9种不同配合比进行试验， 测试了保温混凝土的抗压强度、 抗折强度 、 导热系数和干密度 ， 分析了三种因素对保 温混凝土的影响关系。试验结果表明： 采用陶粒体积掺量为 4 0 ， 其抗压、 抗折强度下降不明显， 但导热系数和干 密度有较明显的降低； 在水灰比为0 3 时， 干密度达到 1 2 0 0 k g m一， 但抗压、 抗折强度达到最大值 ； 随着胶凝材料 掺量降低， 强度明显下降， 干密度和导热系数变化不大； 在试验研究的基础上给出了保温混凝土的合理水灰比为 0 3 ； 相对陶粒的合理的体积掺量为4 0 ； 胶凝材料合理掺量为6 0 一 8 0 。为保温混凝土工程实践得到了建设 性试验经验。 【 关键词】 玻化微珠； 4 g 温混凝土； 陶粒掺量； 导热系数； 抗压强度 ； 抗折强度 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 0 9 0 0 0 8 0 4 EXPE R姗NTAL S TUDY oN I NF LUENCI NG FAC ToRS oF THERMAL I NS ULAT I ON CONCRET E S UN S h u a i ，HU Xi a mi n ，YI N Ha n g y u ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i ， N a n j i n g T e c h U n i w ， N a n j i n g 2 1 1 8 1 6 ， C h i n a ； 2 S c h o o l o f C i v i l E n g i ， Y a n c h e n g I n s t i t u t e o f T e c h ， J i a n g s u Y a n c h e n g 2 2 4 0 5 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e i n fl u e n c e s o f t h e r ma li n s u l a t i o n c o n c r e t e a l e s t u d i e d b y t h e c h a n g e o f w a t e r c e me n t r a t i o ，c e me n t i t i o u s ma t e r i a l s ，a n d c e r a ms i t e c o n t e n t I n o r d e r t o t e s t c o mp r e s s i v e s t r e n g t h，fl e x u r a l s t r e n gth，t h e r ma l c o n d u c t i v i t y， d r y印p a r e n t d e n s i t y ，t h e t e s t d e s i g n e d 3 g r o u p s o f 9 k i n d s o f mi x t u r e r a - t i o a n d a naly z e d t h e i n flu e n c e s o f t h r e e f a c t o r s Th e r e s u l t s s h o w t ha t u s i n g 4 0c e r a ms i t e s u b s t i t u t i o n r a t e，i t s s t r e n g t h d e c r e a s e s l i t t l e ，b u t the r mal c o n d u c t i v i t y a n d d ry a p p a r e n t d e n s i t y d e c r e a s e s o b v i o u s l y； d ry a p p a r e n t d e n s i t y a n d t h e r ma l c o n d u c t i v i t y c h ang e s l i t t l e a s t h e c e me n t i t i o u s ma t e r i a l c o n t e n t d e c r e a s e d T h e r e c o mme n d e d mi x t u r e p r o p o r t i o n i s t h a t t h e r e a s o n a b l e w a t e r c e me n t r a t i o o f r e c y c l e d t h e r - ma l i n s u l a t i o n c o n c r e t e w i t h l i g h t a d d i t i v e s i S 0 3 r e l a t i v e c e r a ms i t e r e a s o n a b l e r e p l a c e me n t r a t e i S 4 0 the rea s o n a b l e a d mi x t u r e o f c e me n t i t i o u s ma t e r i als i s 6 0 8 0 Ke y wo r d s ： g l a z e d h o l l o w b e a d； t h e rm al i n s u l a t i o n c o n c r e t e； c e r a ms i t e c o n t e n t ；t h e rm a l c o n d u c t i v - i t y；c o mp r e s s i v e s t r e n g t h；fl e x u r al s t r e n gth 保温混凝土是指将陶粒、 玻化微珠、 水泥等材料 混合而成。随着急剧增加的建筑能耗u j ， 建筑节能环 保成了重要组成部分 ， 研究开发符合绿色保温节能建 筑材料是十分重要课题 。民用建筑外墙保温系统 及外墙装饰防火暂行规定， 对传统的有机保温材料加 以限制， 采用不燃材料或难燃材料作保温层 ， 使得无 机保温混凝土有 了更为广阔的应用空间。混凝土废 料、 建筑陶粒等变废为宝， 外掺闭孔玻化微珠， 配置保 温混凝土， 由于 自重轻、 导热系数低、 材料用量少 ， 符 合我 国的建 筑 节能 要求 。国 内外不 少学 者 对再 生保 温砂浆进行力学性能 和保温性 能 试验研究 。文 中在前人的研究基础上， 参照 J G J 5 1 2 0 0 2轻集料混 凝土技术规程， 将用于制备轻集料混凝土主要技术要 求应用于拌制保温混凝土。文章考虑了玻化微珠、 陶 粒掺量等混合料， 以及水灰比、 胶凝材料等影响因素。 试验对 比分析了各配合 比试件抗压强度、 抗折强度、 导热系数、 干密度等之间的变化关系。 1 试验概况 ( 1 ) 材料参数。本次试验采用江苏八菱海螺 P 0 5 2 5普通硅酸盐水泥； 盐城市发电厂生产 的级 粉煤灰； 外加剂为可分散胶粉、 纤维、 保水剂、 聚羧酸 减水 剂等 按一 定 比例混合 ； 玻化 微珠 采用 闭孔 型 ， 堆 积密度 9 0 k g m一； 陶粒堆积密度 3 4 0 k g m一， 粒径 5 1 2 m m， 筒压强度0 9 M P a ； 采用和创新天( 北京) 环保科 孙帅等： 保温混凝土性能影响因素试验研究 9 技有限公司生产的聚羧酸减水剂 ， 型号 B T C一1 0 0 。 ( 2 ) 配合比设计。本试验考虑了 3组 9种配合 比设计 ， 分别基于水灰比、 胶凝材料、 陶粒掺量因素变 化制配。水灰比 A组分别为 0 4 、 0 3 5 、 0 3 ； 胶凝材料 掺量 B组 占A组掺量分别为8 0 、 6 0 q o 、 4 0 ； 陶粒取 代率 C组 占 B组混凝土废料分别 2 0 、 4 0 、 6 0 。 配合比按质量分配及主要参数见表 1 。 ( 3 ) 试件制备及养护 ： 首先将粉煤灰与聚丙 烯纤维通过净浆搅拌机高速搅拌 1 m i n ； 筛分陶粒， 加水浸泡( l h ) ； 将水泥、 矿粉、 外加剂， 倒入 1 5 L 立式搅拌机， 搅拌 1 m i n后 ， 将粉煤灰与纤维混合料倒 入缸内； 加水及聚羧酸减水剂 ， 继续搅拌 1 m i n ； 混凝土 废料吸水率高 ， 须对其进行补偿， 此部分水称为附加 水 ； 在之后的搅拌 中不断加入玻化微珠 l m i n ； 材料 出缸前 0 5 m i n倒入陶粒； 将制备的保温混凝土入模成 型， 成型过程中预加荷载。2 4 h 后拆模 ， 将试件放置于 2 0 、 湿度为 6 0 左右的环境中养护至 2 8 d后， 进行 相关性能测试 。 ( 4 ) 性能测试。本试验采用 3组 9种不同配合 比试件， 试件个数 l 2 ， 立方体抗压尺寸 7 0 m m7 0 m m 7 0 ra m， 分别测量 3 d 7 d 、 2 8 d 强度 ， 采 用 Y A W 一 3 0 0 B 全 自动压力试验机， 无锡建仪仪 器机械有限公司， 试 验过程位移加载 1 m m m i n ； 抗折强度尺寸为 4 0 ra m 4 0 m m 1 6 0 m m， 分别测量 3 d 、 7 d 、 2 8 d强度， 测试仪器 为无锡建议抗折试验机仪器 ( K Z一 5 0 0 0型 ) ， 测试方 法参照 J G 7 0 9 0建筑砂浆基本性能试验方法。 表 1 保温混凝土配合比及主要参数 注： A组、 B组、 C 组配合比分别表示各材料 、 k -,o d 分别为保温混凝土立方体抗压强度、 抗折强度、 导热系数、 干密度。 干密度测试 ： 试样尺寸 3 0 0 ra m3 0 0 m m 2 5 m m。 参照 J G J 5 1 2 0 0 2轻集料混凝土技术规程。 导热系数测定通过稳态法测量原理， 试件尺寸半 1 4 l 2 l O 8 6 4 2 0 04 0 0 3 5 0 3 0 水灰 比 ( a )抗压、抗折强度变化曲线 导o l 曩 ： 径 5 e m、 厚度 1 5 e m， 采用湖南仪器仪表有限公司生产 的 D R X L一 1导热系数测试仪。 04 0 0 3 5 O 3 0 水灰 比 1 l 6 0 l昌 1 1 4 0 1 1 2 0 褰 1啪100 舔1 0 6 0 I1 -1 0 4 0 l 0 2 0 0 4 0 0 - 3 5 水灰 比 ( b )导热系数变化曲线 ( c )干密度变化曲线 图 1 水灰比影响 2 试验结果分析 比影响下各性能变化曲线。图 1 ( a ) 表示抗压、 抗折强 ( 1 ) 水灰 比对保温混凝土的影响。图 1 为水灰 度关系曲线； 图 1 ( b ) 表示导热系数关系 曲线。图 1 譬 d 善骣靼 鹱 l O 低温建筑技术 2 0 1 5年第 9期 ( 总第 2 0 7期 ) ( C ) 表示干密度变化 曲线。分析试验结果可知： 水灰 比越小， 强度越高； 同样观察到干密度越大， 导热系数 也越低。水灰比A ： 、A 。 ， 相对于 A l 。 抗压强度分别提高 了 6 9 、 1 3 8 ； 导热系数降低了 1 3 4 、 1 5 9 ； 干密 度分别提高了 5 2 1 、 1 2 5 。其主要原因： 随着水 灰比降低， 干密度的增加， 单位体积内保温混凝土用 量的增加， 改善了保温材料的保温性能。由此可见， 水灰比对保温混凝土抗压、 抗折强度的提高和导热系 数降低有重要的影响。 ( 2 ) 胶凝材料掺 量对 保温混 凝 土 的影 响 。图 2 为胶凝材料掺量影响下各性能变化曲线。图2 ( a ) 表 1 4 1 2 1 0 8 6 4 2 0 50 40 罨 3 0 2 0 1 0 l 4 1 2 l 0 8 6 4 2 4 0 6 0 8 o 1 0 0 胶凝材料相对A 组掺量 ( a ) 抗压、抗折强度变化曲线 O 2 0 40 6 0 商粒对发泡混凝土废料取代率 ( a ) 抗压、抗折强度变化曲线 1 l |B1 1 t 1 2 2 1 3 C 1 l C a 3 试件缩号 ( a )总抗压、抗折强度变化曲线 0 1 4 0 1 3 0 1 2 0 1 1 霰0 1 0 曲 0 0 9 导 鬓 曲 示抗 压、 抗折强度关系 曲线 ； 图 2 ( b ) 表示 导热 系数关 系曲线。图2 ( C ) 表示干密度变化曲线。分析试验结 果可知 ： 胶凝材料掺量的降低， 抗压强度和导热系数 变化较为明显。其主要原因： 相对保温材料的增加， 胶凝材料包裹性较差 ， 同时对试件 的成型 也带来 了麻 烦。B 3 3 相对于 B 。 。 强抗压度降低 了5 2 5 ； B 2 2 B ” 相 对于 B 。 。 抗折强度分别降低了 1 0 5 、 1 5 8 ； 但导热 系数降低 了 1 1 2 、 2 4 ； 干 的表观密度仅 降低 了 5 2 1 、 7 5 。由此可见 ， 胶凝 材料掺 量对 抗压强 度 及导 热系数影 响较为显著 。 0 1 0 0 0 0 9 8 0 O 9 6 O 0 9 4 0 o 9 2 0 1 7 k 0 1 5 旦 壤 m 0O 9 40 6 0 8 0 1 o 0 胶凝材料相对A 组掺量 ( b )导热系数变化 曲线 图2 胶凝材料影响 0 2 0 40 6 0 陶粒对发泡混凝土废料取代率 ( b ) 导热系数变化曲线 图 3 陶粒掺量影响 Al 1 2 2 脚m l Z 圈 3 Q l c 2 2 C 站 试僻编号 ( b)总导热系数变化曲线 图4总变化曲线 1 2 0 0 1 l 5 O 1 l 0 0 l 0 5 0 l 0 () 0 9 5 0 9 0 0 8 5 0 n 目 8 8 0 8 4 O 餐 8 0 0 暴 7 6 o H - 7 2 0 1 2 0 0 l吕 1 1 0 0 1 0 0 0 嚣 咖 舔 懈8 0 O 7 0 0 4 0 6 0 8 0 1 0 o 胶凝材料相对A 组掺量 ( c )干密度变化曲线 0 2 0 40 6 0 陶粒对发泡混凝土废料取代率 ( c ) 干密度变化曲线 Al l 2 2 A 站 B 1 1 B 2 2 圈 3 Q 1 C砌 试件编号 ( c )总干密度变化曲线 日 毯糖舔 口 d 善馨 毯熊 善鞲船雠嚼 孙帅等 ： 保温混凝土性能影响因素试验研究 ( 3 ) 陶粒对保温混凝土取代率对保温混凝土的 影响。图3为陶粒掺量影响下各性能变化曲线。图 3 ( 8 1 ) 表示抗压、 抗折强度关系曲线； 图 3 ( b ) 表示导热 系数关系曲线。图 3 ( C ) 表示干密度变化曲线。分析 试验结果可知： 陶粒取代率 的逐步加大， 抗压 、 抗折强 度 由提升到降低 ， 导热系数 由降低到增加 ， 干密度减 小不明显。其主要原因： 陶粒经过浸泡过加入搅拌， 加上自身吸水率较低的优点 ， 使得保温混凝土的流动 性、 和易性得到较好 的改善 ， 便于浇注成型。但 由于 陶粒的筒压强度较低 ， 所 以在取代率达到 6 0 时， 抗 压、 抗折强度降低。由此可见， 陶粒掺量对保温混凝 土导热系数和干密度影响较为明显， 改善低水灰比下 保温混凝土流动性、 和易性。4 0 取代率为 C组的最 优配比。 ( 4 ) 总曲线变化。图 4为各性能总变化 曲线。 结合图4 ( a )一 4 ( c ) ， 可以得到最优的强度指标配合比 A ”； 最优的导热系数配合比C ； 最优的干密度配合比 C 舯 进一步得到保温混凝土的合理水灰 比为 0 3 ； 相 对陶粒的合理取代率为4 0 ； 胶凝材料合理掺量 目前 还无法确定 ， 但从曲线图中可以给出合理掺量为 6 0 一 8 0 。 3结语 ( 1 ) 试验结果表明： 采用4 0 陶粒体积掺量， 其 抗压、 抗折强度下降不明显 ， 但导热系数和干密度有 较明显 的降低 ； 在水 灰 比为 0 3时， 干 密度 达 到 1 2 0 0 k g m， 但抗压、 抗折强度达到最大值； 随着胶凝 材料掺量降低 ， 强度明显下降， 干密度和导热系数变 化不 大。 ( 上接第2页) 参考文献 李兵兵 磷石 膏新 型墙体 材料 研究 D 昆明 ： 昆 明理工 大 学 ， 2 0 1 2 李国昌， 王萍 无机纤维对纤维石膏保温板某些性能的影响 J 非金属矿， 1 9 9 9 ， ( 4 ) ： 7 9 刘青 适合 于 高 原环 境 的 高强 耐 水 复合 石 膏 的试 验 研 究 D 南昌： 南昌大学， 2 0 1 0 赵敏 ， 彭家惠 ， 张明涛 ， 李志新 ， 朱 登玲 铝酸 盐水泥提高 陶瓷 模具石膏性能及机理 J 。 东南大学学报(自然科学版 ) ， 2 0 1 4 ， ( 5 ) ： 1 0 3 01 0 3 6 许国东， 李宁， 林平 水泥一 粉煤灰改性脱硫石膏基 自 保温砌 块的研究 J 混凝土与水泥制品， 2 0 1 4 ， ( 1 2 ) ： 8 0 8 1 茹晓红， 汤琦 ， 马保国， 邹开波 磷高强石膏 一粉煤灰 一 石灰 的耐水性研究【 J 广州化工 ， 2 0 1 5 ， ( 2 ) ： 4 O 一 4 2 刘研， 李国忠 粉煤灰、 激发剂和防水剂对石膏自保温砌块性 能的影响 J 砖瓦， 2 0 1 5 ， ( 1 ) ： 4 6 4 9 陈莹， 张志国， 刘洪杰 ， 等 石蜡乳液用于石膏砌块防水剂的 ( 2 ) 本试验给出了保温混凝土的合理水灰比为 0 3 ； 相对陶粒的合理体积掺量为 4 0 ； 胶凝材料合理 掺量目前还无法确定， 但从曲线图中可以给出合理的 掺量为 6 0 8 0 。为保温混凝土工程实践得到 了 建设性试验经验。 ( 3 ) 文中参照 J G J 5 1 2 0 0 2轻集料混凝土技术 规程， 制配保温混凝土， 符合建筑节能环保要求。但 也存在不足之处 ， 仍需进步研究。 参 考文献 1 李兆坚我国广义建筑能耗状况的分析与思考 J 建筑学 报 ， 2 0 0 6， ( 7 )： 3 03 3 2 张泽平， 董彦莉 ， 李珠 玻化微珠保温砂浆试验研究 J 新型 建筑材料 ， 2 0 0 7 ， ( 1 1 )： 7 37 5 【 3 许家文， 刘元珍 ， 李珠 再生保温砂浆抗压和抗折试验研究 J 混凝土 ， 2 0 1 3 ， ( 1 2 ) ： 3 84 5 4 张会芝， 连跃宗 再生保温砂浆的力学性能试验研究 J 新 型建筑材料 ， 2 0 1 3， ( 2 ) ： 6 8 7 4 5 S a mi W T a b s h I n fl u e n c e o f r e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e 8 o n s t r e n g t h p r o p e r ti e s o f c o n c ret e J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma te r i a l s ， 2 0 0 9， ( 2 ) ： 1 1 6 31 1 6 7 6 李舒 再生混凝土的抗压强度和保温性能研究 J 2 1世纪 建筑材料 ， 2 0 1 0， 0 2， ( 4 ) ： 1 6一l 8 收稿日期】 2 0 1 5 0 4 2 8 作者简介】 孙帅( 1 9 8 8 一 ) ， 男， 江苏徐州人， 硕士， 研究方 向： T R C叠合再生轻集料混凝土夹芯复合墙体 研究。 研究 J 墙材革新与建筑节能， 2 0 1 1 ， ( 1 ) ： 3 0 3 2 9 张南， 李家和 有机硅对脱硫石膏硬化体耐水性能影响 J 低温建筑技术 ， 2 0 1 0， ( 1 2 ) ： 1 61 8 1 O 徐亚丽， 刘东辉， 惠泊宁 提高建筑石膏防水性能和表面硬度 的研究 J 硅酸通报， 2 0 1 2 ， ( 1 ) ： 6 2 6 6 1 1 关淑君 耐水建筑 石膏 的试验研究 J 新型建筑材料， 2 0 0 5 ， 一 ( 2 ) ： 1 3 1 2 G B T 1 7 6 6 9 31 9 9 9 ， 建 筑石膏力学性 能的测定 s 1 3 陈燕 ， 岳文海 ， 董若 兰 石膏建筑 材料 M 中 国建 材工业 出 版社 ， 2 0 0 3 ： 3 1 4 赵建敏 石膏基复合胶凝材料试验研究 D 西安： 长安大 学 2 0 1 3 收稿 日期】 作者简介 通讯作者】 2 0 1 5 0 5 一l 1 张付奇 ( 1 9 8 8一) ， 男 ， 安徽 涡 阳人 ， 硕士研 究生 ， 研究方向： 建筑材料。 李刚( 1 9 7 5一 ) 。 男， 陕西丹凤人， 博士， 副教授， 研究方 向： 建筑材料 。 1j 1J 1 1 J nu