聚苯乙烯泡沫加气混凝土保温砌块的性能研究.pdf

斩癯 建巍耔 全 国 中 文 核 心 期 刊 聚苯乙烯 泡沫力 口 号混凝土保温砌块的性雒研究 郭鹏 ， 冯敏 ( 1 重庆交通大学 ， 重庆 4 0 0 0 7 4 ； 2 西南石油大学 ， 四川 成都6 1 0 5 0 0 ) 摘要 ： 将废弃聚苯乙烯泡沫塑料回收并用于生产建筑保温隔热材料， 既可解决它所带来的白色污染， 又有利于资源的再生利 用 ， 具有很好 的经济效益和环保效益 。以聚苯乙烯泡沫颗粒为填充料 ， 制备 聚苯乙烯泡沫颗粒加气 混凝土， 研究聚苯 乙烯泡沫 加气 混凝土结构形成机理及性能。 关键词 ： 废弃聚苯乙烯泡沫颗粒； 加气混凝土； 结构机理 中图分类号： T U 5 2 2 3 * 2 文献标识码 ： A 文 章编号 ： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 4 1 0 2 A r e s e ar c h on pe r f or m a nc e o f p ol ys t yr e ne a e r a t e d c o nc r e t e i ns u l a t i o n bl o c k GUO ， ， FENG M i n ( 1 Ch o n g q i n g J i a o t o n g Un i v e r s i t y， Ch o n g q i n g 4 0 0 0 7 4， C hi n a ： 2S o u t h we s t Pe t r o l e u m Un i v e r s i t y ， Ch e n g d u 61 0 5 0 0， S i c h u a n ， Ch i n a ) 掺废弃聚苯乙烯泡沫加气混凝土保温砌块密度小、导热 系数低， 能抵抗一定的冲击， 是一种市场前景良 好的新型墙体 材料。由于密度小， 可大大降低建筑结构白 重， 减小结构断面 面积和结构材料用量， 降低地震惯性力， 提高建筑物的抗震性 能， 并且有利于地基的处理， 有效降低工程成本和建筑使用过 程中的能耗。 根据国家“ 十一五” 规划和 重庆建筑节能十一五 发展规划纲要 ， 全面推广新型墙体材料的使用。大量利用废 弃泡沫塑料， 对消除A色污染起到了积极作用， 有利于环境保 护。聚苯乙烯泡沫加气混凝土主要适用于工业厂房和民用建 筑框架结构的填充墙。本文着重介绍聚苯乙烯泡沫加气混凝 土的结构形成机理及技术性能。 1 原材料 ( 1 ) 水泥： 采用重庆拉法基4 2 5 R普通硅酸盐水泥， 2 8 d 抗压、 抗折强度分别为4 6 0 、 8 0 M P a ， 满足G B 1 7 5 2 0 0 7 普 通硅酸盐水泥 性能要求。 ( 2 ) 粉煤灰： 重庆电厂级粉煤灰， 表观密度2 2 0 0 k g m ， 化学成分见表 1 。 表 1 重 庆 电厂粉煤灰 的化 学成 分 S i O A 1 O F e ： O ， C a O Mg O T i O S O 烧 失量 6 0 2 5 2 09 7 6 O 5 】 _ 4 8 1 2 0 04 6 3 5 2 5 9 R 基金项 目： 重庆交通大学研究生创新基金资助项 目( 2 0 0 9 0 0 1 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 9 1 0 作者简介 ： 郭鹏 ， 男 ， 1 9 8 2年生， 河南商丘人， 博士研 究生， 从事新型材 料 的开发与应用研 究。地址 ：重庆 交通大学土 木建筑学 院， 电话 ： 1 5 8 2 3 0 4 3 8 8 4， E- ma i l ： hn g u o pe n g 1 2 6 t o m。 ( 3 ) 铝粉膏： 采用油剂型， 符合J C 4 0 7 -2 0 0 0 力 口 气混凝土 用铝粉膏 要求。 ( 4 ) 生石灰： 有效氧化钙含量符合J C T 6 2 1 1 9 9 6 硅酸 盐建筑制品用生石灰 要求。 ( 5 ) 废弃聚苯乙烯泡沫塑料颗粒： 将废弃聚苯乙烯泡沫机 械粉碎， 最大粒径为5 m m。 ( 6 ) 水： 饮用自来水。 2 试验及分析 采用L 8 ( 3 0 正交试验， 方案、 结果及分析见表2 表4 。 聚苯 乙烯泡沫颗粒按体积百分数计算( 假定浆体密度7 0 0 k g m ， 聚 苯乙烯泡沫密度 1 2 k g m ) ， 其它材料用量按质量百分数计。 表 2 正交试验 因素水平 正交分析结果如下： ( 1 ) 通过分析3 d 和 1 4 d 抗压强度的影响有所不同。 由于 3 d时水泥及粉煤灰水化不充分， 致使3 d 的强度较低。本次 试验只分析各因素对 1 4 d抗压强度的影响，影响从大到小 为： 水料比一粉煤灰一聚苯乙烯泡沫一m( 水泥) ： m( 石灰) 一 石膏。 水料比是影响聚苯乙烯加气混凝土强度的主要因素， 随着水料比的增大强度呈降低趋势 粉煤灰掺量也是影响强度的重要因素，随着粉煤灰用 量的增加强度呈降低趋势。 N E W BUl L DI NG M ATE RI AL S 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 郭鹏， 等： 聚苯乙 烯泡沫加气混凝土保温砌块的性能研究 1 8 1 1 2 5 0 6 0 5 0 7 4 9 随 着聚苯乙 烯泡沫 颗粒 用量的 增加， 强 度呈升高趋势。 随m ( 水泥) ：m ( 石灰) 增大， 强度呈升高趋势。 ( 2 ) 经过对干密度和湿密度的分析， 两者的各影响因素变 化趋势大体相同。 本次研究只对干密度的影响因素进行分析， 影响从大到小依次是： 水料比一m( 水泥) ： m( 石灰) 一粉煤 4 2 新型建筑材料 2 0 1 1 1 灰一石膏一聚苯乙烯泡沫。 水料比是影响聚苯乙烯加气混凝土干密度的主要因 素， 随着水料比的增大， 干密度呈降低趋势。 随m ( 水泥) I m( 石灰) 增大， 干密度呈增大趋势。 粉煤灰掺量也是影响干密度的重要因素，随着粉煤灰 掺量的增加， 干密度具有先增大后降低的趋势。 随 着聚苯乙 烯泡沫颗 粒用量的 增加， 干密度总体 变化 不大。 综合聚苯乙烯泡沫加气混凝土抗压强度和密度，较佳配 比为： 水料比0 4 ， 粉煤灰4 0 ， 聚苯乙烯泡沫颗粒 1 5 ， m( 水 泥) ： m( 石灰) = 6 ： 1 ， 石膏1 。 3 聚苯乙烯泡沫加气混凝土结构形成机理 聚苯乙烯泡沫颗粒加气混凝土的生产过程可以 分3 个阶 段： ( 1 ) 料浆问的物化反应过程； ( 2 ) 料浆的稠化和凝结过程； ( 3 ) 坯体的硬化。 3 1 料浆发气的物化反应 试验时将经称量的粉料、聚苯乙烯泡沫颗粒和水搅拌均 匀， 再加入铝粉， 搅拌3 0 6 0 s 后进行浇注。 在水的作用下， 产 生水化反应，放出热量，特别是石灰在消解时释放出大量的 热， 使逐渐变稠的料浆呈碱性， 为铝粉与氢氧化钙和水反应提 供了适宜的条件。此时， 水的温度直接影响发气的速度， 水温 越高发气速度越快， 水温一般控制在2 5 左右。浇筑完成到 开始发气时间为1 - 3 m i n 。其反应如下 I l： 2 A I + 3 C a ( O H ) 2 + 6 H 2 O 3 C a O A 1 2 0 3 6 H 2O + 3 H 2 f 2 A l + 6 H 2 O - - * 2 A 1 ( O H ) 3 + 3 H 2 f 2 A1 + 3 C a( 0 H) 2 + 3 C a S O 4 2 H 2 O + mH 2 0 3 C a O A 1 2 0 3 C A S 0 4 n H 2O + 3 H 2 f 铝粉与碱性溶液发生反应放出氢气，放出的氢气在料浆 中形成大量的细微气孔， 使得料浆的体积逐渐膨胀， 形成疏松 的结构。 3 2 料浆膨胀、 凝结 的物理化学反应 料浆发气时最初生成的氢气立即溶解于液相中，由 于氢 气的溶解度不大， 溶液很快达到饱和。 当达到一定的饱和度时，在铝粉颗粒表面形成一个或数 个泡核， 由于氢气的逐渐积累， 气泡内压力逐渐增大， 当内压 力克服上层料浆对它的重力和料浆的极限剪应力之后，气泡 膨胀推动料浆的膨胀。铝粉与氢氧化钙、 水反应产生氢气， 料 浆膨胀始终处于动态平衡。 料浆膨胀的动力来自 气泡的内压力，料浆膨胀的阻力是 上层料浆的重力和料浆极限剪应力。 发气初期， 铝浆不断产生 ( 下转第 8 0页) 一 酸 量耋 仍 眦 鲫 渤 一 湿 n n n n n n n n n n叫 一一 一 一一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一一 一 粥 如 如 鲫 疆 l 一 一 一 慨 一 舶 勰 如 一 一 一 ， 4 m n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 赵维霞， 等： 多孔膨胀珍珠岩混凝土比热容与导热系数测定及其保温性能评价 其表达式如下： D= S 由于热阻 表达了材料层抵抗热流波的能力， 而蓄热系 数表达材料层抵抗温度波的能力， 所以热惰性指标D则是表 达了围护结构抵抗热流波和温度波在材料层传播的指标。 3 混凝土保温隔热性能 为了更好地评价多孔膨胀珍珠岩混凝土的保温隔热性 能，本文把3 种混凝土与常用几种材料砌体保温隔热性能列 表进行对比 ， 详见表 5 。 表 5 3 种混凝土与几种常用材料砌体的 保温隔热性能对 比 由表5 可见，多孔膨胀珍珠岩混凝土F C和L A C的导热 系数值为耐火黏土砖的l 6 0 、 1 2 3 ， 因而相同厚度时， 可获 得较大热阻， 这是轻骨料混凝土的突出优点； 材料的蓄热系数 除与材料的导热系统的比热容有关外， 还与表观密度有关， 轻 ， t _ - _ J _ _ _ 。 骨料混凝土的蓄热系数较小， 加之结构轻薄， 故其热稳定性不 足。但是评价轻型结构的保温隔热性能主要是考虑其热阻和 热稳定性两方面， 由表 5 还可看出， L A C和 F C的D值分别 达到t 0 1 1 和5 8 4 ， 远高于其它的常用砌体材料。 D值越大， 说明外来热波穿透围护结构需要的时间越长，波动幅度被减 弱的程度也越大， 围护结构的热惰性越好， 越有利于房间的整 体稳定性， 所以， 对于一般建筑围护结构来说， 用热惰性指标 D作为评价值是比较全面的。 参考文献 ： 1 徐雅 芳 陶粒 混凝 土在高 效屋面保温 工程 中的技 术性能及 经济 比较叨 建筑施工 ， 2 0 0 2 ， 2 4( 6 ) ： 4 7 1 4 7 2 【 2 马眷荣 建筑材料辞典【 M 】 北京： 化学工业出版社， 2 0 0 3 ： 3 4 0 【 3 柳孝图 建筑物蛐 M 北京： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 0 ： 3 6 9 3 7 2 【 4 K D i 福庚 房屋围护 部分的建筑热工学 M 谭天佑 ，梁绍俭， 译 北京： 建筑 工程 出版社 ， 1 9 5 7 【 5 朱盈豹 保 温材料在建筑墙 体节能中 的应用 M】 j t 京 ： 中国建材 工业 出版社， 2 0 0 3 ： 9 【 6 G B 1 0 2 9 7 - 1 9 9 8 ， 非金属 固体材料导热系数的测定【 S 【 7 王秀 芬_ 力 口 气 混凝土性 能及优化 的试验研 究 D 】 西 安： 西安建筑 科技大学 f 8 高连玉， 郭福胜 加气混凝土应用及其关键技术 J J 房材与应用， 2 0 0 2( 1 ) ： 3 8 A 。 ( 上接第 4 2页) 氢气， 内压力不断得到补充， 因而迅速膨胀。随着石灰、 水泥 不断水化， 极限剪应力不断增大， 这时铝粉的反应仍在继续进 行， 只要气泡内压力继续大于上层料浆的重力和极限剪应力， 膨胀就会继续下去。当料浆迅速稠化， 极限剪应力急剧增大， 膨胀才会逐渐缓慢下来。当铝粉反应结束， 气泡内不再增加 内压力， 或者这种内压力不足以克服上层料浆的重力和料浆 的极限剪应力时， 膨胀过程停止。 3 3 坯体 的硬 化 具有一定结构强度的坯体经过切割后， 还要进行室温静 养， 即完成水化合成过程， 这主要是钙质材料与硅质材料的水 化合成硬化后的产品。 水泥水化生成的C a ( O H ) ： 与粉煤灰中的活性S i O 反应， 生成碱度较高的水化硅酸钙， 随着 S i O 的不断溶解， 水泥水 化的C S H凝胶与石灰、粉煤灰合成的C S H等水化硅酸 钙的碱度不断降低， 开始变成半结晶的低钙水化硅酸钙。 8 0 新型建筑材料 2 0 1 1 1 4 聚苯乙稀泡沫加气混凝土砌块的性能 聚苯乙烯泡沫加气混凝土砌块的较佳配合比为：水料比 0 4 ， 粉煤灰4 0 ， 聚苯乙烯 1 5 ， 7 , ( 水泥) ： m( 石灰) = 6 ： 1 ， 石膏 1 ，经测试其密度级别为B 0 6 ， 1 4 d 抗压强度为4 1 M P a ， 导 热系数为0 1 3 W ( m K ) 。 5 结语 ( 1 ) 利用废弃的聚苯乙 烯泡沫颗粒以及工业废料为原料， 减少环境污染， 能够达到资源的再生利用。 ( 2 ) 掺废弃聚苯乙烯制备的免蒸压加气混凝土保温砌块 密度小， 导热系数低， 保温性能好。 采用较佳的配合比， 其密度 等级为B 0 6 ， 1 4 d 抗压强度为4 1 M P a ， 导热系数为0 1 3 W ( m K ) ， 符合G B T 1 1 9 6 8 -2 0 0 6 蒸压加气混凝土砌块 要求。 参考文献 ： 1 钱觉时粉煤灰特性与粉煤灰混凝土 E 京： 科 学出版社 ， 2 0 0 2 A 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m