纤维泡沫混凝土强度的正交试验.pdf

2 0 1 4年第 3 期 3月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 01 4 No 3 Ma r c h 纤维泡沫混凝土强度的正交试验 杨瑞环 ， 霍冀川 ， 赵 星 ， 邓 均 ， 高 亚 ( 西南科技大学 ， 四川省非金属复合与功能材料重点实验室 ， 绵 阳 6 2 1 0 1 0 ) 摘 要 ： 采用正交试验 法对 9组 纤维泡沫混凝土和 1组泡 沫混凝 土进行 强度试验 ， 考察的 因素有纤 维种 类、 纤 维掺量和纤维长度 ， 同时对 不 同纤维与浆体基体 的结合 进行 微观分析。通过正 交试验 的直观分析法 比较各 因素对 纤维泡沫混凝土强度的影响 。结果表 明： 在纤 维种 类、 掺量 以及 长度三 因素 中， 纤维掺 量对纤维泡沫混凝 土的强度 影响最 大， 纤维长度影响 最小 ； 同时 ， 加入 适量的 纤维可以提 高泡沫混凝土 的强度 ， 抗折 强度 比抗压 强度 提 高更为 显 著 。 关 键 词 ： 纤 维 ； 强 度 ： 正 交试 验 ： 泡 沫 混 凝 土 Ab s t r a c t ： F h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d fl e x u r a l s t r e n g t h o f 9 g r o u p s o f f o a m c o n c r e t e s p e c i me n s a n d l g r o u p o f f o a m c o n c r e t e s p e c i me n a r e t e s t e d u s i n g t h e o r t h o g o n a l e x p e r i me n t a l me t h o d t o s t u d y t h e a f f e c t o f fi b e r t y p e s ，fi b e r c o n t e n t s a n d fi b e r l e n g t h s o n t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f f o a m c o n c r e t e ， a n d a n a l y z e t h e b i n d i n g p e r f o r ma n c e o f fi b e r a n d c e me n t mo r t a r T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e fib e r c o n t e n t s p l a y t h e mo s t i mp o r t a n t r o l e i n i mp r o v i n g s t r e n g t h s o f fi b e r f o a m c o n c r e t e ， a n d t h e r o l e of fi b e r l e n g t h s i s t h e s ma l l e s t i n t h e t h r e e f a c t o r s I n a d d i t i o n ， a d d i n g t h e ri g h t c o n t e n t o f fi b e r c a n i m p r o v e t h e s t r e n g t h o f foa m c o n c r e t e ， a n d t h e fle x u r a l s t r e n gth o f f o a m c o n c r e t e i mp r o v e s h i g h e r t h a n t h a t o f i t s c o mp r e s s i v e s t r e ng t h Ke y wo r ds： Fi be r ；S t r e ng t h；Or t h o g o na l e x p e r i me nt a l ；F o a m c o n c r e t e 中图分 类号 ： T U 5 2 8 2 文献标识码 ： A 文章编 号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 4】 0 3 6 2 0 4 0前 言 2 0 0 5年开始我国推行建筑保温节能工程 ， 要求 新建建筑必须实行 5 0 的节能 目标 ， 该项工程加快 了保温隔热材料的发展 。2 0 1 1年 3月公安部发布 关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管 理有关要求 的通知 ( 公消 f 2 0 1 1 1 6 5号) ( 简称 6 5号 文 ) ， 泡沫混凝土作为一种防火安全性保温材料 ， 得 到了全社会越来越广泛的认知和重视 ， 使其在各个 领 域得 到大 量应 用2 1 。 泡沫混凝土通常是用机械方法将发泡剂水溶 液制成泡沫 ， 加入到含硅 、 钙 的材料 、 外加 剂 、 纤维 及水等制成 的料浆 中，经混合搅拌制成泡沫料浆 ， 然后浇注成型或现场浇注 经养护所形成 的一种轻 质微孔材料I 。因此 ， 泡沫混凝土具有轻质 、 热工性 能优越 、 隔音耐火性能 良好 、 可泵送性能好 、 防水能 力强和冲击能量吸收性能好等优点I7 。但是 ， 泡沫混 凝土也存 在一定的问题 ，主要 表现在强度严 重偏 低 ； 吸水率较大 ； 最为重要的是开裂问题8 。为 了改 善这些性能 人们试图在泡沫混凝 土中添加纤维来 改 变这种 现 状 。纤 维具 有化学 稳定 性强 、 不 吸水 、 抗 基金项 目：国家 _卜 二五科技支撑计划子课题( 2 0 l I B A E 1 4 B 0 5 ) ， 四川 I 省建设厅新型墙体材料专项基金项 目。 一 6 2一 酸 碱 能 力 强 在 水 泥 基材 料 中呈 j 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 ，从而改善 泡沫混凝 土的力学性 能 。 大量实践证明 ： “ 正交试验法” 是安排多因素试 验问题 比较有效的一种数学方法 ， 具体来说就是利 用 数 理 统 计 学 观 点 ， 应 用 正 交 性 原 理 ， 从 大 量 的试 验点中挑选具有代表性 、 典型性 的试验点 ， 用“ 正交 表 ” 来合 理安 排试 验 的一种方 法 。 本 文 主要 通 过采 用 正交 试 验 法 对 9组 纤 维 泡 沫混凝土和 1 组泡沫混凝土进行强度试验 ， 具体分 析 纤 维种 类 、 纤 维 掺量 和纤 维 长 度对 纤 维 泡 沫 混凝 土强度的影响。同时对不同纤维与浆体基体的结合 进 行微 观分 析 。 1 试验 1 1 原 材料 水泥 ： 4 2 5级普通硅酸盐水泥 ，密度为 3 1 5 k g m 其各项性 能指标均符合 G B l 7 5 2 0 0 7 通 用硅 酸盐 水泥 标 准 的要 求 。 发泡剂 ： 稀释倍数 2 O ， 发泡倍 数 2 8 稳 泡时间 1 5 6 h。 玄武岩纤维 ( B F ) ： 上海某公 司提供 ； 聚 乙烯醇 杨瑞环， 霍冀川 ， 赵星 ， 等 纤维泡沫混凝土强度的正交试验 纤维( P V A ) 、 聚丙烯纤维 ( P P ) ： 由重 庆某公 司提供 ， 其有关性能见表 1 。 水 ： 普通 自来水。 1 2 工艺 流程 试 验工 艺 流程见 图 1 。 1 发泡剂 l L 一 l l r L _ J I r r r 1 浇注成型 H 养护H 性能测试 ! r 一L 一L 一 1 3 配合 比设计 利 用 “ 正 交 试 验 法 ” 可 以 达 到 以 少 量 试 验 取 代 全面试验 ， 节省人力 、 物力的 目的。为了全面考察纤 维 对 泡 沫 混 凝 土 强 度 的 影 响 找 出较 优 配 比 ， 根 据 正交 试 验法 ， 采 用 了 ( 3 ) 正 交表 安排 试 验 。 本实 验 通过前期试验筛选 ， 采 用水灰 比为 0 5 4 考虑三种 因素 ： 纤维种类 ： 玄武岩纤维 、 聚乙烯醇纤维和聚 丙烯纤维三个水平 ； 纤维长度 ： 6 m m、 1 2 ra m和 1 9 ra m三个水平 ； 纤维掺量 ： 0 5 k g m 、 1 O k g m 和 1 5 k g m 三个水平。正交试验方案及结果见表 2 。 1 4性 能测 试 图1 泡沫混凝土工艺流程 测试方法 ：采用 4 0 m mx 4 0 mmx 1 6 0 ram成型试 表 2每 IT I 。 泡 沫混凝 土的正交试 验方案及结果 件 ， 标准养护 2 8 d ， 在 D Z K 一 6 0 0 0水泥抗折试验机上 进行抗折强度 的测试 ； 标准养护后试件放入温度为 ( 6 0 5 ) 干燥箱 内烘干至前后两次相 隔 4 h质量相 差不大于 1 g的恒质量时，在 C MT 5 1 0 5微机控制电 子 万 能试 验 机 上 进行 抗 压 强度 的测 试 ； 在 T M一 1 0 0 0 微观扫面电镜上进行微观分析。 2结果 及分 析 2 1 强度 测试 值 试 验 测 得 9组 纤 维 泡 沫 混 凝 土 和 1组 泡 沫 混 凝土试件的强度值如表 2所示 。 2 2 试验结果分析 利用直观分析法可 以很方便地分 析各因素对 泡沫混凝土强度的影响 ， 该影响主要通过极差的大 小进行判断。极差就是平均效果中的最大值与最小 值之差 ， 极差越大 表 明该 因素对试验指标的影响 越大。 直观分析计算结果见表 3 。 表 3中 。 、 ： 和 ， 表示各 因素取水 平 l 、 2 、 3时对应的试验结果之和 的平均值。 表 3正交试 验结果的直观分析 由表 2的试验 结果及表 3的直观分析结果看 出 各 因素对于抗压强度和抗折强度 的影响大小是 一 致 的， 均为 ： 纤维掺量 纤维种类 纤维长度。表 3 中当纤维长度为 6 m m、 1 2 mm和 1 9 ra m时 试件的抗 一 6 3 2 0 1 4年 第 3期 混凝 土与水 泥制 品 总第 2 1 5期 压强度平均 比未掺纤维时分别提高 5 0 1 、 6 3 8 和 3 8 7 ：抗折强度平均比未掺纤维时提高 1 0 3 4 、 1 4 2 8 和 8 4 8 。当纤维掺量为 O 5 k g m 和 1 0 k g m 时 试 件 的抗 压 强度 比未掺纤 维 时平均 增 强 8 2 0 和 9 3 4 ：抗折强度 比未掺纤维 时平均增强 1 4 6 9 和 2 7 5 9 。当纤维掺量为 1 5 k m 时， 试件 的抗压强度和抗折强度均比未掺纤维时低 ， 说明当 纤维掺量超过某一特定值时 ， 将对泡沫混凝土 的强 度起到削弱的作用。 2 _ 3 影响因素水平分析及讨论 根据表 2和表 3中样 品的强度结果做强度随 纤维种类变化 曲线图 2 ，强度随纤维长度变化曲线 图 3和强度随纤维掺量的变化 曲线 图 4 ，纤维与浆 体基体结合的 S E M照片见图 5 。 骥 辖 罨 骥 邕 图 2强 度 随纤 维 种 类 变 化 情 况 由图 2看 出 ， 泡 沫混 凝 土 的强 度 随着 纤 维 种类 的不 同而 不 同 。其 中 。 聚 乙烯 醇纤 维 泡 沫混 凝 土 的 强 度最 高 ， 原 因 可能 是 聚 乙烯 醇纤 维 的 弹性 模 量 较 大 ， 表面疏水性较大 ， 力学性能较好的缘故 ， 也可能 是聚乙烯醇纤维充分分散在浆体 中( 图 5 - b ) 并且 纤维本身粘附很多浆体基体 ， 与浆体结合紧密 的缘 故 。聚丙烯纤维泡沫混凝土的强度最低 因为聚丙 烯纤维的等效直径相对于另外两种纤维亦较大 从 图 5 - c中明显看出 聚丙烯纤维没有很好 的填充浆 体内部空隙， 致使浆体内部结构相对疏松 。同时 聚 丙烯纤维 的弹性模量较小 ，增加 了浆体 的脆性 ， 降 低 了其力学性 能。玄武岩纤维虽然其弹性模量最 大 ， 但其 自身彼此粘连较为严重 ， 从 图 5 - a中明显 6 4 图 3强度 随纤 维 长 度 变 化 情 况 看出玄武岩纤维结 团， 没有分散在浆 体 中， 导致部 分浆体的局部空隙增大 ， 从而使其泡沫混凝土的力 学性能下降 ， 即强度下降。因此 ， 对 于纤维种类 ， 其 影 响为 ： 聚 乙烯 醇纤 维 玄武岩纤 维 聚丙烯 纤维 。 由 图 3得 出 ， 随着 纤 维 长度 的增 加 ， 纤 维 泡 沫 混 凝 土 的 强 度 先 增 大后 减 小 。 其 中 ，纤 维 长 度 为 I 2 mm时 ， 纤维 泡沫 混凝 土的 强度达 到最 大 。当纤 维 长 度小 于 1 2 ra m 时 ， 随着纤 维长 度 的增加 ， 强 度呈 现 增长 的趋势 ， 说明随着纤 维长度 的增加 ， 纤维能更 骥 辖 皇 骥 出 A B C 图 4 强度 随纤维掺量变化情况 舶 位 舢 L L L L L 4 4 4 4 4 4 4 w 鼎培 B d 暖 辗 加 能 鲫 加 如