早强剂对泡沫轻质混凝土抗压强度及弹性模量的影响试验研究.pdf

1 3 8 铁道建筑 Ra i l wa y En gi n e e r i ng 文章 编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 5 ) 1 2 - 0 1 3 8 0 4 早强剂对泡沫轻质混凝土抗压 强度及 弹性模量 的影响试验研究 苏 谦 ， 王 亚威 ， 赵 文辉 ， 朱俊 杰。 ， 刘 杰 ， ( 1 西南交通大学 土木工程学 院， 四川 成 都6 1 0 0 3 1 ； 2 西南交通大学 高速铁路线路工程教育部 重点实验室 ， 四川 成都6 1 0 0 3 1 ； 3 西南科技大学 土木工程 与建筑学 院， 四川 绵 阳 6 2 1 0 1 0 ) 摘要 ： 采 用微 机控 制 电子 万能试验机 ， 对 湿 密度 分 别 为 4 0 0 ， 7 0 0和 1 0 0 0 k g m 的 复合 发 泡 剂泡 沫轻 质 混凝土试样进行室内单轴压缩试验 ， 研 究了氯化钙和硫 酸钠两种早强剂对泡沫轻质混凝土抗压强度及 弹性模量的影响。结果表明 ： 不同密度泡沫轻质混凝土试样的抗压强度和弹性模量均随着养护龄期 的 增长 而增 大 ， 且早 期增 长较快 ， 后期 增速逐 渐 降低 ； 两种早 强 荆均 可 显著提 高泡 沫轻 质 混 凝 土的早 期 抗 压强度 和弹 性模量 ， 尤其 是硫 酸钠早 强 剂早强效 果更 显著 ； 两种早 强 剂对泡 沫轻质 混凝 土的后 期抗压 强 度 和 弹性模 量影 响不 大。 关键词： 泡沫轻质混凝土 早强剂 抗压强度 弹性模量 养护龄期 中图 分类号 ： T U 5 2 8 2 文献标 识码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 i i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 5 1 2 3 6 泡 沫 轻质 混凝 土 是 由水 泥 、 水 与 原料 土 ( 砂 、 砂性 土或低液限土) 按 比例 充分混合形成浆体 ， 然 后再 与 由发泡剂制成的稳定细小气泡群充分混合搅拌均匀形 成流体 ， 并最终凝 固成型的一种轻 型填筑材料u 。作 为一种新型材料 ， 该材料具有轻质 高强 、 流动性好 、 直 立性强 、 性 能 稳 定 、 对 环 境 影 响小 等 优 点 。 ， 近 年 来 在岩 土工程 中得 到 了广 泛应 用 ， 如 软 土 地基 处 理 、 路基加宽 、 桥台台背回填及沿海地基填充 等。 然而 ， 泡沫轻质混凝土在施工过程中， 从浇筑完成 到凝 结硬 化至预 期强 度 需要 一 段 较 长 的 时 间 ， 这 无 疑 延缓 了施工进度。为了缩短泡沫轻质混凝土的养护时 间 ， 加快施工进度 ， 提高工程作业 的周转率 ， 有必要添 加早强剂以提高泡沫轻质 昆凝土的早期强度 。早强剂 是一种重要的混凝土外加剂 ， 对泡沫混凝土的性能有 显著 影响 。为此 ， 许 多学 者 就 掺加 早 强 剂 对 泡沫 混 凝 土性 能 的影 响进 行 了 相 关研 究 。俞 心 刚等 研 究 了 掺 加不 同 的早 强 剂 ( 硫 酸 钠 和 硫 酸 钙 ) 对 煤 矸 石一 粉 煤灰泡沫混凝土强度 、 吸水率 以及孔结构 的影响。邵 洪江等 叫 研究 了在粉煤灰泡沫混凝土中掺加氯化钙 早强 剂对 其重 度 、 吸水率 和强度 的影 响 ， 认 为掺加早 强 收稿 日期： 2 0 1 5 - 0 5 2 4 ； 修 回日期 ： 2 0 1 5 0 8 O 4 基金项 目： 中国铁路总公司科技研究开发计划课题( 2 0 1 4 G 0 0 3 - E ) ； 教 育 部 新 世 纪 人 才 计 划项 目( N C E T 一 1 2 0 9 4 1 ) 作者简介： 苏谦 ( 1 9 7 2 一) ， 男 ， 教授 ， 博 士。 剂对粉煤灰泡沫混凝土的重度和吸水率影响不大 ， 但 却能显著提高 7 d抗压强度 ； 谢慧东等 研 究了 3种 早强剂( 氯化钙 、 硫酸钠、 碳酸钠) 对化学发泡混凝土 发泡倍数 、 浆体稳定性、 抗压强度 、 干表观密度和体积 吸水率的影 响。但是 ， 关 于早强剂对 目前应用较多的 复合 发泡剂 泡沫 轻质 混凝土 抗压 强度 和弹性模 量影 响 的 研 究 却 很 少 。本 文 对 湿 密 度 分 别 为 4 0 0， 7 0 0和 1 0 0 0 k g m 的复合发泡剂泡沫轻质混凝土试样进行 室内单轴压缩试验 ， 研究不 同早强剂 ( 氯化钙和硫酸 钠 ) 对泡 沫混凝 土不 同龄期 无 侧 限抗 压 强度 及 弹性 模 量 的影 响 。 l 试验原材料及方法 1 1原材 料 制备泡沫轻质混凝土试样的水泥为四川拉法基集 团的 P 0 4 2 5普 通硅酸盐 水 泥 ； 发 泡 剂采 用河 南 华泰 开 发有 限公 司 的 H T w I型 ( 普 通 型 ) 复合 发 泡 剂 ； 水 为成都 自来水 ； 两种早强剂分别为氯化钙早强剂和硫 酸钠早强剂。 1 2试样 制备 首先 按 照设计 的配合 比要 求分别 称取 水泥 和外加 剂 ， 并将二者混合均匀 ， 按照水 固比( 水与水泥的质量 比) 为 0 6 5的要求称取水， 并和水泥充分搅拌均匀 ， 然 后 立 即加 入 已 由发 泡装 置 制 备 好 的 泡沫 ， 搅 拌 至符 合 要求 ， 将 调 制好 的泡 沫混 凝 土 浆液 浇 筑 到 尺寸 为 2 0 1 5年第 1 2期 苏 谦 等 ： 早强剂对泡沫轻质 混凝 土抗 压强度及弹性模量 的影 响试验研究 1 3 9 1 0 0 mm1 0 0 m m 1 0 0 m m 的模 具 中 。需 要 注 意 的 是 ， 为 了得 到标 准 尺寸 的试样 ， 浇 筑 时浆液 要溢 出模 具 表 面一 定 高度 。浇 筑完 成后 ， 需人 工 振捣 均匀 ， 使浆 液 均 匀填 充 到模具 的各 个 角落 ， 并 避 免浆 液 中存 在 过 大 的气 泡 ， 然后 将 表 面 覆 盖一 层 塑料 薄 膜 。试 件 静 置 于 实验室 中 2 4 h后 ， 刮除模 具顶面多余 的泡沫混凝土 ， 脱模并送入标准养护室养护至规定龄期。试验中要求 试样 的 湿 密度 误 差 不 超 过 1 ， 故 下 述 抗 压 强 度 及 弹 性模 量 分析 中 ， 忽 略 同一 密 度 试 样 因质 量 差 异 对 结 果 造成 的影 响 。 1 3试 验 方法 为 了研究早强剂对复合发泡剂泡沫轻质混凝土抗 压 强度 和 弹性模 量 的影 响 ， 试 验设 计 了 3种 湿 密度 ， 分 别为 4 0 0， 7 0 0和 1 0 0 0 k g m ， 掺加两种早强剂 ( 氯化 钙 和硫 酸钠 ) ， 掺 量 为水 泥用 量 的 2 ( 大量 研究 表 明 ， 对 于 氯 化 钙 和 硫 酸 钠 这 两 种 早 强 剂 ， 掺 量 为 水 泥 的 2 左右比较合理 ) 。对 于每一种密度都有 3组试样 ， 一 组掺加氯化钙早强剂 ， 一组掺加硫酸钠早强剂 ， 还有 一 组 不 掺加 任何 早 强剂 。 为 了尽 量减 小外 部环 境 因素 差 异对 结果 的影 响 ， 对 同一 密 度 的试 样 采 用 一 次 性 浇 筑完成 ， 且对不同密度的试样在 同一条件下养护。采 用 WD W 系列微 机 控 制 电子 万 能试 验 机 分 别 对 其 3 ， 7， 1 4 ， 2 8 d的试样进行单轴压缩试验 ， 其中每组试验有 3个试样 ， 取其平均值作为结果 。有关 泡沫轻质混凝 土试验参照 蒸压加气混凝 土性能试验方法( G B T 1 1 9 6 9 -2 0 0 8 ) 进 行 。 2试验 结果和分析 2 1 早 强剂 对 泡沫轻 质 混凝 土抗 压强 度 的影 响 图 1为不同湿密度时各配 比泡沫轻质混凝土的抗 压强 度 与养 护龄 期 的关 系 曲线 。 从图 1可以看出： 各配 比泡沫轻质混凝土试样 的抗 压 强度 均 随着 养 护龄 期 的增 长 而 增 大 ， 且 早 期增 长速度较快 ， 后期增速逐渐降低。对于 同一湿密度 的泡沫轻质混凝土试样 ， 掺 加早强剂 的试样与未掺加 早强剂的相 比， 其早期强度明显提高 ， 尤其是硫酸钠早 强剂 的早 强效 果更 明显 ， 但 两 种 早 强 剂 对 泡 沫 轻质 混 凝 土 的后 期强 度影 响不 大 。 由 图 1 可 知 ， 掺加 硫 酸 钠 早 强 剂 的 泡 沫 轻质 混 凝 土试样 的 3 d抗压强度较未掺加早强剂试样 的抗压强 度 提 高 幅度达 3 8 4 5 5 1 ， 7 d抗 压 强 度 较 未 掺 加早强剂的试样提高 2 1 1 3 0 0 ， 1 4 d抗压强度 较未掺加早强剂 的试样提 高 8 6 1 2 3 。可见 ， 硫酸钠早强剂对泡沫轻质混凝土的早期强度有很大提 高 ， 尤其是 3 d抗压强度 ， 提高幅度最大。这主要是 因 龄 期， d ( a ) 湿密度 为4 0 0 k m 龄期， d ( b ) 湿密度 为7 0 0 k g ， m 0 7 l 4 2 1 龄期， d ( c ) 湿密度 为l 0 0 0 k g m 图 1 泡沫轻质混凝 土抗 压强 度与养护龄期 的关 系曲线 为 在早 期水 泥水 化过 程 中 ， 硫 酸 钠 能较 快 地 与 水 化 产 物氢氧化钙作用生成硫酸钙 ， 这种反应生成的硫 酸钙 比生产水泥时掺入 的石膏细度更大 ， 活性也就更大， 其 与水 泥 中 的铝 酸钙 反 应 速 度也 快 得 多 ， 因此 早期 生成 大量 的钙矾石 。而钙矾 石 的大量 形成 消耗 了很多 氢 氧 化钙 ， 使得溶液 中的氢氧化钙浓度 降低 ， 导致 c s和 c s包覆 层 内外存 在 较 大 的浓 度 差 ， 从 而 大 大加 速 了 C S和 c ： s的 水 化 。大 量 的 钙 矾 石 晶体 相 互 交 错 搭 接 ， 水化 硅酸 钙凝胶 填 充其 问 ， 提 高 了泡 沫混 凝土 的早 期强 度 。 需要 特别 注意 的是 ， 硫 酸 钠早 强 剂 对 泡 沫轻 质 混 凝土的后期强度不仅没有提高， 反而有降低趋势 ， 试验 测得 2 8 d抗压强度降低幅度最高达 3 6 。这是因为 早 期 水化反 应 速度 太快 ， 形成 的水 泥 石 结 构本 身 不 够 密实 ； 另外 ， 大量钙矾石晶体长大也会产生很大的膨胀 压力 ， 使得前期形成的水泥石结构受到破坏 ， 导致泡沫 混凝土后期强度降低。 6 6 6 6 6 6 6 5 4 3 2 1 日 黾苣越嘿 1 4 0 铁道建筑 由图 1还可 看 出 ， 掺 加 氯 化 钙早 强 剂 的泡 沫 轻 质 混凝土试样早期抗压强度提高幅度也较大 ， 3 d抗压 强度较未 掺加早 强 剂 的试 样 提 高幅 度达 3 0 7 4 6 2 ， 7 d抗 压 强度 较未 掺 加早 强 剂 的试 样提 高 1 7 2 3 3 3 ， 1 4 d抗 压 强度 较 未 掺加 早 强剂 的试 样 提高 1 0 1 一1 3 6 ， 而 2 8 d抗压 强度 较未掺 加早 强 剂 的试 样 最 多 仅 提 高 4 5 ， 影 响 不 大 。氯 化 钙 的 早 强作 用主要 是 因为水化 反应 时它能 够 与水泥 中 的铝 酸 三钙 反应 ， 生成不 溶 于 水 的水 化 氯 铝 酸钙 ； 另 外 ， 氯 化钙还能与水泥水化产生 的 c a ( O H) 反应生成难溶 于水 的氧氯化 钙 。大量 水 化 产 物 的生 成 ， 增 大 了水 泥 浆 中的固相 比例 ， 有利于水泥石结构的形成， 进而提高 混凝土的早期强度。同时， 由于液相 中 C a ( O H) 浓度 降低 ， 也使 c s和 c ， s的水化加速 ， 提高了泡沫轻质混 凝 土 的早期 强度 。 2 2 早 强剂 对泡沫 轻质 混凝土 弹性模 量 的影响 图 2为不 同湿 密度 时各配 比泡 沫轻 质混凝 土 的弹 性 模 量与养 护龄期 的关 系 曲线 。 皇 删 掣 欲 叟 面 j翻 i 掣 被 龄期， d ( a ) 湿密度为4 O O k g m 龄 期， d ( b ) 湿 密度为7 0 o k g m 龄 期， d ( c ) 湿密度为1 0 0 0 k g m。 图 2 泡沫轻质混凝土弹性模量与养护龄期的关系曲线 从 图 2可 以看 出 ： 各 配 比泡沫 轻 质 混 凝 土试 样 的弹性模量均随着养护龄期的增长而增大， 且早期 弹 性模量增长速度较快 ， 后期增 幅逐渐降低 。对于 同 一 湿密度 的泡沫轻质混凝土试样 ， 掺加早强剂的试样 与未掺加早强剂 的试样相 比， 其早期弹性模量明显提 高 。掺 加氯化 钙早 强剂 的试样其 3 d弹性 模量 较 未掺 加 早强 剂 的试 样 提 高 幅度 达 3 0 6 3 9 2 ， 7 d弹 性 模量 较未 掺 加早 强剂 的试 样 提 高 幅度 达 1 3 5 2 1 2 ； 掺 加硫 酸钠 早 强 剂 的试 样 其 3 d弹性 模 量 较 未掺加 早强剂 的试 样提 高幅度 达 3 8 9 4 6 9 ， 7 d 弹性模量较未掺加早强剂 的试样提高 幅度达 1 4 7 1 9 6 。两种早强剂对泡沫轻质混凝土试样后期 的弹性模量影响不大。掺加氯化钙早强剂的试样 2 8 d 弹性模量稍有提高， 但最大提高幅度仅为 5 2 ， 而掺 硫酸钠早强剂的试样后期弹性模量有降低趋势 ， 降低 幅度 约为 2 8 3 7 。 可见 ， 早强剂 对 泡沫 轻 质 混凝 土 弹 性 模量 的影 响 规律 与对抗 压强 度 的影 响规 律是一 致 的。 3 结 论 本文 对湿 密度 分别 为 4 0 0 ， 7 0 0和 1 0 0 0 k g m ， 掺 加两种不 同早强剂 ( 氯化钙和硫酸钠 ) 的泡沫轻质混 凝土试样进行单轴压缩试验 ， 研究 了不 同类型早强剂 对 泡沫 轻质混 凝土 各个龄 期抗 压强 度和 弹性 模量 的影 响 。主要得 到如下 结论 ： 1 ) 各配 比泡沫轻质混凝土试样 的抗 压强度 和弹 性模 量均 随着养 护龄 期 的增 长 而 增 大 ， 且 早 期 增 长 速 度较快 ， 后期增长速度较慢。 2 ) 掺入 的两 种 早 强 剂 均 可 显 著 提 高 泡 沫 轻 质 混 凝土的早期强度 ， 硫酸钠早强剂可使 3 d抗压强度提 高幅度达 3 8 4 5 5 1 ， 氯化钙早强剂可使 3 d抗 压强度提高幅度达 3 0 7 4 6 2 。 3 ) 两种早强剂对泡沫轻质 昆凝土 的后期强度影 响不大 ， 掺加 氯化钙 早 强剂 试 样 的强度 较 未 掺 加早 强 剂 的试样 稍有 提高 ， 而 掺加 硫 酸 钠 早强 剂 试 样 的强 度 较未掺加早强剂的试样有降低趋势。 4 ) 掺人不同的早 强剂 均可提高泡沫轻质混凝 土 早 期 的弹性模 量 ， 硫 酸 钠早 强 剂 可 使 3 d弹 性 模 量 提 高幅度达 3 8 9 4 6 9 ， 氯化钙早强剂可使 3 d弹 性模 量提 高 幅 度 达 3 0 6 3 9 2 。但 两 种早 强 剂 对泡 沫轻质 混凝 土 的后 期 弹性 模 量 影 响不 大 ， 掺 加 氯 化钙早强剂试样的弹性模量较未掺加早强剂的试样稍 有提 高 ， 而 掺加硫 酸 钠早 强 剂 试 样 的 弹性模 量较 未 掺 加早强剂的试样却有所降低 。 2 0 1 5年第 1 2期 苏 谦 等 ： 早强剂对泡沫轻质 混凝 土抗 压强度及弹性模量 的影响试验研究 1 4 1 参 考 文 献 1 蔡力 ， 陈忠平 ， 吴立 坚 气泡混合轻质 土的主要力学特性及 应用综述 J 公路交 通科 技 ， 2 0 0 5 ， 2 2 ( 1 2 ) ： 7 1 7 4 2 何 国杰 ， 郑颖人 ， 杨晨曦 气泡 混合 轻质土的吸水特性 和抗 冻融循环性 能 J 后 勤工程学 院学报 ， 2 0 0 8 ， 2 4( 4 ) ： 6 8 ， 3 4 3 土 田孝 ， 藤崎治男 ， 卷 浏正 治 ， 等 建 彀凳生 土 老原 料 土 寸 为轻量 混合魍 理土 鼗 岸工 事一 逋用 C 土木 学 会输 文集 2 0 0 0 ： 1 3 2 3 4 横 田墼哉 ， 三峙 信雄 氖泡混合 轻量土 老用 、 人工 柽量 地监 J 土 基磋 ， 1 9 9 6 ， 4 4 ( 5 ) ： 5 8 5 李英 姿 气泡混合轻 质土在加固软土地基 中的应用 J 岩 土工 程 界 ， 2 0 0 8， 1 1 ( 4) ： 6 6 6 8 6 张小平 ， 包承纲 ， 李进军 泡沫轻质材料在岩土工程 中的应 用 J 岩土 工程 技术 ， 2 0 0 0 ( 1 ) ： 5 8 6 2 7 李思 清 ， 陈达章 ， 谭少 华 ， 等 气泡混 合轻质 土技 术在 高速 公路扩建工程 中的应用研究 J 公路 ， 2 0 0 7 ( 7 ) ： 1 2 3 1 2 7 8 0 T A N I J ， MU K U N O K I T， K I K U C H I Y， e t a 1 V i s u a l i z a t i o n f o r En g i n e e r i n g P r o pe rty o f i n s i t u L i g h t W e i g ht S o i l s wi t h Ai r F o a m s J S o i l s a n d F o u n d a t i o n s ， 2 0 0 2， 4 2 ( 3 ) ： 9 3 1 0 5 9 S A T O H T ， T S U C H I D A T ， M I T S U K U R I K， e t a 1 F i e l d P l a c i n g Te s t o f L i g h t we i g h t Tr e a t e d So i l u nd e r Se a wa t e r i n Kuma mo t o P o r t J S o i l s a n d F o u n d a t i o n s ， 2 0 0 1 ， 4 1 ( 5 ) ： 1 4 5 1 5 3 1 0 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 墙体 革新 与建筑 节能 ， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 2 5 2 6 1 1 邵洪 江 ， 丁铸 ， 孙 风金 ， 等 早 强剂 和蒸养对 粉煤灰 泡沫 混 凝 土性 能影响 J 吉林建材 ， 1 9 9 9 ( 1 ) ： 1 6 2 0 1 2 谢 慧东 ， 郭 中光 ， 于宁 ， 等 早强剂对 化学 发泡泡 沫混凝 土 性能影响的研究 J 新 型建 筑材 料 ， 2 0 1 3 ( 8 ) ： 3 5 3 7 1 3 施 惠生 ， 孙振平 ， 邓恺 ， 等 混凝土外加剂技术 大全 M 北 京 ： 化学工业 出版社 ， 2 0 1 3 Ex pe r i me n t a l s t u d y o n i n f l u e n c e o f h a r d e n i ng a c c e l e r a t o r o n c o mp r e s s i v e s t r e ng t h a n d e l a s t i c mo d u l u s o f f o a me d l i g h t we i g h t c o n c r e t e S U Q i a n ， WA N G Y a w e i 一 ， Z H A O We n h u i ， Z H U J u n j i e ， L I U J i e ， ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， S o u t h w e s t J i a o t o n g U n i v e r s i t y ， C h e n g d u S i c h u a n 6 1 0 0 3 1 ， C h i n a ； 2MOE Ke y La b o r a t o r y o f Hi g h Sp e e d Ra i l wa y En g i n e e r i n g， S o ut h we s t J i a o t o ng Un i v e r s i t y， Che ng d u S i c h ua n 61 003 1， Chi na； 3 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ， S o u t h w e s t U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， M i a n y a n g S i c h u a n 6 2 1 0 1 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t： W i t h th e h e l p o f m i c r o c o nt r o l l e d e l e c tro ni c un i ve r s a l t e s ti ng ma c hi ne， the p a p e r c a r r i e s o ut i n do o r un i a xi a l c o mpr e s s i ve t e s t t o the f o a m l i g ht we i g h t c o nc r e t e s a mp l e s a t ha nd wi th t he int e g r a t e d f o a ming a g e nt s di s p l a yi ng a m o i s t ur e de ns i t y of 40 0， 7 0 0 a nd 1 0 0 0 kg m I t a i m s t o u nv e i l th e in f l ue nc e o f t wo h a r d e n i ng a c c e l e r a t o r - c a l c i um c hl o r i d e a nd s od i um s u l f a t e - o n th e c o m p r e s s i ve s t r e n g t h a n d e l a s ti c mod ul us of the s pe c i me ns The r e s u l t s s ho w tha t the i nc r e a s e of m a i n t e n a nc e a g e b r ing s up th e c o m p r e s s i ve s t r e n g th a nd the e l a s ti c m o d ul us of th e s a mpl e s Th e r i s e r a ti o pr oc e e ds a t a f a s t e r s p e e d in th e e a r l y s t a g e a nd th e n d e c r e a s e s g r a d ua l l y i n l a t e r s t a g e Tho ug h bo th ha r d e n i ng a c c e l e r a t o r l a r g e l y im pr o v e the p e r f o r m a n c e o f the c on c r e t e a t the b e g i nn i n g o f the e xp e r i me n t ， s od i um s ul f a t e in pa r tic u l a r ， th e i r i n f l ue nc e i s ha r dl y n ot i c e a bl e a t the e nd K e y wo r d s： Fo a m l i g htw e i g ht c o nc r e t e； H a r de ning a c c e l e r a t o r； Co mpr e s s i ve s tre ng t h； El a s ti c mod u l us ； M a int e na nc e a g e ( 责任审编周彦彦)