水胶比对化学发泡法泡沫混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 5 年 第 1 2 期 (总 第 3 1 4 期) N u mb e r 1 2 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 1 4 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORE TI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 1 2 0 0 9 水胶 比对化学发泡法泡沫混凝 土性 能的影响 张运华，冷文辉， 陈仕强，罗战， 王兰，蔡伟 ( 湖北工业大学 化学与化工学院， 湖北 武汉 4 3 0 0 6 8 ) 摘要： 采用化学发泡法制备了普通硅酸盐与硫铝酸盐水泥两种胶凝材料体系的泡沫混凝土， 研究 了水胶比对泡沫混凝土流动 度 、 干密度、 孔结构与抗压强度的影响规律。 结果表明： 当水胶比由0 4 5 增大到 0 6 5时， 普通硅酸盐水泥体系泡沫混凝土的干密 度与抗压强度先增加后减小 ， 而 f e r e t ( me a n ) 孑 L 径先减小后增大 ； 硫铝酸盐水泥体系泡沫混凝土的抗压强度与 f e r e t ( me a n ) 孔径 先增加后减小， 而干密度先减小后增加； 当水胶 比为 0 5 5时， 两种胶凝材料体系泡沫混凝土干密度、 f e r e t ( m e a n ) 孔径与抗压强度 都达到极值。 关键词： 化学发泡法； 泡沫混凝土； 干密度； 孔结构 ； 抗压强度 中图分类号 ： T U 5 2 8 O 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 1 2 0 0 3 0 0 4 Effec t of wa t erbi nder r a t i o on ch em i c al f oami ng f oam c on cr e t e c oncr e t e ZHANG Yu n hu a，LENG We n h u i，CHEN S h i q i a ng，LUO Zh a n，WANG La 力，CAI We i ( S c h o o l o f Ch e mi s t r y a n d C h e mi c a l E n g i n e e r i n g， Hu b e i Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Wu h a n 4 3 0 0 6 8， C h i n a ) Abs t r a ct ： Or d i n a r y Po r t l a n d c e me n t a n d s u l ph oa l u mi n a t e c e me n t f o a m c o n c r e t e v i a c h e mi c a l f o a mi n g we r e p r e pa r e d， a n d t h e e f f e c t o f wa t e r b i n d e r r a t i o o n fl u i d i t y ， d r y d e n s i t y， p o r e s t r u c tu r e a n d c o mp r e s s i v e s tr e n g t h o f foa m c o n c r e m we re s tud i e d T h e res u l t s s h o w t h a t d r y d e n s i ty a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g th o f P o r t l and c e me n t foa m c o n c r e t e i n c r e a s e fi r s t l y m a d t h e n d e c r e a s e wi th t h e i n c r e a s e of wa t e r b i n d e r r a t i o ( 0 4 5 t O 0 6 5 ) a n d the f e r e t ( me a n ) p o r e d i a me t e r fi r s t l y d e c r e a s e s a n d the n i n c r e a s e s T h e f e r r e t ( me a n ) p o r e d i a me t e r a n d c o mpr e s s i v e s t r e n g th of s u l ph o a l u mi n a t e c e me n t foa m c o n c r e t e i n c r e a s e fir s tly a n d t h e n d e c r e a s e wi th the i n c r e a s e o f wa t e r -b i n d e r r a t i o ( O 4 5 t o O 6 5 ) a n d the d r y d e n s i t y f i r s t t y d e c r e a s e s a n d the n i n c r e a s e s Wh i l e t h e wa t e rc e me n t r a t i o i s 0 5 5， t h e d r y d e n s i t y， f e r e t ( me an ) p o r e d i a me t e r a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h h a v e rea c h e d the e x t r e me Key wor ds： c he mi c a l f o a mi ng； f o a m c on c r e t e； c h - y d e n s i t y； p o r e s t r u c tur e； c o mp r e s s i v e s tre n g t h 近年来 ， 基于国家对节能减排 ， 废物利用 ， 实现国民经 济可持续发展的新要求， 节能材料的研究越来越受到关 注 。 泡沫混凝土具 有体积 密度小 ， 且保 温 、 隔热 与耐火 性 、 隔音性和抗震 性优 良的特点 ， 既可工厂化生产 成各种 形状的预制品 ， 又可现场浇筑 ， 在各类建筑、 尤其是建筑节 能中具有广泛 的应用前 景 。 根据制备工 艺不 同， 泡沫 混凝土可分为物理发泡与化学发泡 ， 化学发泡泡沫混凝土 因不需要专用发泡设备 ， 制备工艺相对简单 ， 受 到越来越 多的关注 。 目前 ， 有学者开展了大量发泡剂对泡沫混凝土影响的 研究 - 6 i ， 刘立华等 研究 了发泡剂用量对泡沫混凝土性 能的影响 ； 李博等 研究 了水温 、 发泡剂 、 稳定 剂、 速凝剂 对发泡时间的影响。 毛晓红等 研究了水料比对物理发泡 泡沫混凝土性能影响， 谭伟等 研究了水灰 比对内掺 2 0 粉煤灰普通硅酸盐体系双氧水发泡剂法泡沫混凝土力 学性能 的影响。 但水胶 比对化学发泡制备泡沫混凝土的力 学性能 、 干密度与孔结构等性能的影响研究较少 。 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 2 1 8 30 由于双氧水在碱性较 高条件下发气速率较快 ， 水泥浆 体发泡易坍塌， 为了降低双氧水发泡速率， 采用水泥加粉 煤灰与硫铝酸盐水泥两种低碱胶凝材料体系 ， 研究水胶 比 化学发泡法泡沫混凝土干密度 、 孔结构与力 学性能 的影响 规律。 1 试验原材料及 试验 方法 1 1 原材料 与配合 比 选用了华新 P O 4 2 5级水泥 ， 青山电厂 I 级粉煤灰 ， 湖北凤凰硫铝 酸盐水 泥 ， 各种胶 凝材料 物理性 能分 别如 表 1 3所示 。 发泡剂为工业用 3 0 浓度 双氧水 ， 憎水剂为 硬脂酸钙 ， 水 为 自来水 。 试验采用两种低碱度体系 ， 普通硅 酸盐水 泥体系 ( P ) 中粉煤灰内掺 4 0 ， 硬脂酸钙用量为水 泥的 1 ， 纯双氧水掺量为水泥的 3 7 5 ， 工业用 3 0 浓度双 氧水中水算为外加水， 硫铝酸盐水泥体系( s ) 中胶凝材料全为 硫铝酸盐水泥， 其他原材料配合比同普通硅酸盐水泥体系。 1 2 化学法泡沫混凝土制备工艺与试验方法 1 2 1 制备工艺 将 干料 ( 水泥 、 粉煤灰 、 硬脂酸钙 ) 加入锅 中干拌至均 加 ， 而硫铝酸盐水泥体 系泡沫混凝土 的 f e r e t ( m e a n ) 孔径 随水胶 比的增加先增大后减小 。 其原因是在水胶 比 0 5 5时， 浆体黏度降低， 普通硅酸盐水 泥体系泡沫混凝土 中的气泡阻力减小 ， 宜 于气泡 长大， f e r e t ( m e a n ) 孔径增大 ； 而硫铝酸盐水泥 的水胶 比增加时 ， 在 不凝结 时可能会导致大气泡溢 出， 不能形成大气泡 ， 所 以， 在水胶 比 0 5 5时 ， 硫铝酸 盐水泥的 f e r e t ( m e a n ) 孔径 减 j 、 水 胶 比 图3水胶比与干密度的关系 图4水胶比与 f e r e t ( m e a n ) 孔径的关系 由图5和图 6可 以看 出， 对 于普通硅酸盐水泥体系泡 沫混凝土 ， 每 个水胶 比下胶体材料 的孔径 分布集 中， 最高 分率在 2 0 4 0 之间。 而硫铝酸盐水泥 ， 每个水胶 比下胶 体材料的孔径分布较分散 ， 最高分率在 2 0 3 0 之间。 说 明普通硅酸盐水泥的孔径分布较集 中， 而硫铝酸盐水 泥的 孔径分布较分散。 2 3 水胶 比对抗压 强度 的影响 测试了不 同水胶 比下两种胶凝材料体 系泡沫混凝土 抗压强度( 如图 7所示 ) 。 由图 7可知 ， 当水胶 比在0 4 5 0 6 5 范围内时， 随着水胶比的增大， 两种胶凝材料体系泡 沫混凝土的抗压强度先增加后降低 ， 两种胶凝材料体系泡 沫混凝土抗压强度均在水胶 比 O 5 5时强 度达到最大值 。 水胶 比较低时 ( 0 4 5 ) ， 虽然能 减少气 孔壁中毛细孔孔隙 ， 提 高气孔壁密实度 ， 但料浆稠度很大 ( 图 2 ) ， 搅拌 过程 中 摩擦阻力使泡沫变形较大 ， 气孔受力不均衡 ， 导致 强度降 2 低。 当水胶比增大到 0 5 5时 ， 浆体 流动性改善 ， 泡 沫在料 浆中更容易分散均匀 ， 气孔趋 于圆滑 ， 抵抗 荷载 的能力增 强 ， 抗压强度提高。 水胶 比大于 0 5 5后 ， 泡 沫混凝土 的强 度又下降 ， 因为水胶 比过 大会 增加 气孔 壁 中连通 孔 的数 量 ， 降低气孔壁密实度 ， 降低抗压强度 。 因此 ， 泡沫混 凝土水胶 比存在着一个适宜范围 ， 过高或过低 的水胶 比均 会致强度降低 。 而且 ， 普通硅酸盐水泥体系泡沫混凝土 抗压强度明显高于低碱度硫铝酸盐水泥体系泡沫混凝土 。 这是因为当硫铝酸盐水泥胶浆与泡沫混合后 ， 由于相同水 胶比下， 硫铝酸盐水泥稠度小， 双氧水发气阻力小， 气孔孔 径大， 气孔壁变薄 ， 降低了泡沫混凝土强度 。 40 35 30 琶 2 5 -= 2 0 1 5 l O 5 2 之 5 3 - 3 5 4 5 5 - 5 5 6 6 5 7 7 5 孔径 mm 图 5普通硅 酸盐 水泥 子 L 径分 布关 系 3 O 2 5 避 2 0 掌 1 5 1 0 茎 越 憩 1 5 2 2 5 3 2 5 4 4 5 5 5 5 6 6 5 7 孔径 mm 图 6 硫 铝酸盐 水泥 孔径 分布关 系 水 胺 比 图7 水胶比与抗压强度的关系 综上所述 ， 可 以看出干密度 、 孔径 、 水胶 比及孔径分布 都会引起泡沫混凝土强度 的变化 。 干密度的增大会引起抗 压强度的增大 ， 孔径的增大会引起抗压强度 的减小 ， 而水 胶比也有适宜的范围， 过大或过小都会造成抗压强度的下 降。 3 结论 ( 1 ) 当水胶 比在 0 4 5 0 6 5范 围 内时 ， 随水胶 比的增 加 ， 普通硅酸盐水泥体系泡沫混凝土的干密度先增加后减 小， 而硫铝酸盐水泥体系泡沫混凝土干密度先减小后增 加 ， 两者在 0 5 5 左右时分别达到极值 。 ( 2 ) 当水胶 比 0 4 5 0 5 5时 ， 随水 胶 比的增加 ， 普通硅 酸盐水泥体系泡沫混凝土的 f e r e t ( m e a n ) 孔径减小， 而硫 铝酸盐水泥体系泡沫混凝 土 的 f e ,r e t ( m e a n ) 孔径增加 ； 当 水胶 比0 5 5 0 6 5时 ， 水胶 比增加 ， 普通硅酸盐水泥体系泡 沫混凝 土的 f e r e t ( m e a n ) 孔径 增加 ， 硫铝酸 盐水泥体 系泡 沫混凝 土的 f e r e t ( m e an) 孔径减小 。 ( 3 ) 当水胶 比在 0 4 5 0 6 5范 围内时， 随着水胶 比的 增大 ， 两种胶凝材料体系泡沫混凝 土的抗压强度先增加后 降低， 均在水胶比为 0 5 5时强度达到最大值。 参考文献： 1 R AMA MU R T H Y K， K U N H A N A N D A N E K， N A MB I A R G， e t a 1 A c l a s s i fi c a t i o n o f s t u d i e s o n p r o p e r t i e s o f f o a m c o n c r e t e J 3 Ce me nt a n d Co n c r e t e Co mp os i t e s ， 2 0 0 9， 31： 3 8 83 9 6 2 邱军付 ， 罗淑湘， 鲁虹 ， 等 普通硅酸盐水泥超轻泡沫混凝土的 试验研究 J 混凝土， 2 0 1 4 ( 1 ) ： 3 一 4 0 3 王朝强， 谭克锋 ， 徐秀霞 我国泡沫混凝土的研究现状 J 混凝 土 ， 2 0 1 3 ( 1 2 ) ： 5 7 6 2 4 谷亚新， 王延钊， 王小萌 不同工艺泡沫混凝土的研究进展 J 混 凝土， 2 0 1 3 ( 1 2 ) ： 1 4 8 1 5 2 5 刘大庆， 陈博 ， 周文 化学发泡剂应 用技术 J 新型材料 ， 2 0 1 2 ( 2 )： 1 51 7 6 Y A N G Q， Z H U P ， wu X， e t a 1 P r o p e r t i e s o f c o n c r e m w i t h a n e w t y p e o f s a p o n i n a i r e n t r a i n i n g a g e n t J C e m e n t a n d C o n c r e t e 上接第 2 9页 瓤 莨 血i 融 话 孔 径尺 寸对数 图 4 常温、 3 0 0 o C下掺量 5 橼胶混凝土的孔径分布 3 结 论 ( 1 ) 随着橡胶粉掺量 的增加 ， 橡胶混凝土抗压强度逐 渐降低 ， 但在 5 以内， 强度 降低在 1 5 左右 。 ( 2 ) 随着温度 的升高 ， 橡胶混凝土强度逐渐降低 ， 但在 7 0 0 o C时 ， 三者的强度相近。 ( 3 ) 由双因素可看 ， 掺量对橡胶混凝土强度 的影 响小 于高温对橡胶混凝土强度的影响 。 ( 4 ) 橡胶混凝土最可几孔径随着掺量的增加而增大， 随着温度的升高而增大 ， 且高温后橡胶混凝土孔径分布趋 于均匀。 参考 文献 ： 1 毛寿昌 常温法处理废胎制造精细胶粉废橡 胶综合利用 新途径 J 中国橡胶， 2 0 0 3 ( 5 ) ： 4 6 R e s e a r c h ， 2 0 0 0 ， 3 0 ( 8 ) ： 1 3 1 3 1 3 1 7 7 3刘立华， 邢丹 发泡剂掺入量对泡沫混凝土性能的影响 J 唐 山师范学院学报 ， 2 0 1 4 ， 3 6 ( 2 ) ： 3 6 3 8 8 李博， 张晏清 化学发泡泡沫混凝士制备及力学性能研究 J 粉煤灰综合利用 ， 2 0 1 4 ( 2 ) ： 1 7 2 O 9 3毛晓红， 张婷， 张丹 水料比对泡沫混凝土性能影响的试验研 究 J 水科学与工程技术 ， 2 0 1 2 ( 3 ) ： 6 7 6 8 1 0 谭伟 ， 魏天伟 ， 陈明 对 以双氧水为发泡剂的泡沫混凝土的探 究 J 山西建筑， 2 0 1 3 ， 3 9 ( 2 4 ) ： 1 2 9 1 3 1 1 1 郭明洋， 杨荣俊， 张金喜 水灰比对混凝土气泡特征参数影响 的试验研究 J 混凝土， 2 0 0 7 ( 1 2 ) ： 1 3 1 6 1 2 王燕谋， 苏慕珍 ， 张量 硫铝酸盐水泥的分类及其各品种间的 区Y U E J 中国水泥 ， 2 0 1 1 ( 1 2 ) ： 9 1 1 1 3 - 1 刘润清， 欧阳鹏 ， 黄紫妍， 等 气孔特征对泡沫混凝土耐干湿循 环能力的影响 J 混凝土， 2 0 1 4 ( 1 1 ) ： 3 8 4 3 1 4 3 王立霞 混凝土内养护技术国内外研究进展 J 混凝土 ， 2 0 1 4 ( 5 ) ： 3 O 一 3 4 1 5 徐福纯， 倪宇光 浅谈混凝土强度与水灰比的关系 J 水利天 地 ， 2 0 0 2 ( 6 ) ： 4 7 第 一作 者 联 系地 址 联 系 电话 张运华( 1 9 8 3一) ， 男 ， 博士 ， 研究方向： 先进水泥基材 料。 湖北工业大学化学与化工学院( 4 3 0 0 6 8 ) 1 3 4 7 7 01 2 7 9 2 2 P H A N L T， C A R I N O J N Me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f h i g h s e n g t h c o n c r e t e a t e l e va t e d t e mp e r a t u r e， 1 S TI R6 7 2 6， Na t i o n a l I n s t i t u t e o f S t a n da r d s a n d Te c h no l o g y， W a s h i n g t o n， D C ， 2 0 01 3 成聪慧 ， 阎蕊珍 ， 杜红秀 基于超声检测研究高温后高强混凝 土轴心抗压强度 J 太原理工大学学报， 2 0 1 4 ( 5 ) ： 6 5 7 6 6 0 - 4 3李悦， 王玲 橡胶集料混凝土研究进展综述 J 混凝土， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 9 1 9 3 5 3于利刚 废橡胶粉的杂化改性及其对水泥基材料结构与性能 的影响 D 厂东 ： 华南理工大学 ， 2 0 1 0 6 3李丽娟， 谢伟锋， 刘锋， 等 高温作用后高强橡胶混凝土的性能 研究 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 6 9 2 6 9 8 7 3周玉民 高性能橡胶混凝土在道路桥梁维修中的应用 c 中 国公路学会桥梁和结构工程分会全国桥梁学术会议， 2 0 0 4 8 3金南国， 金贤玉， 郭剑飞混凝土孔结构与强度关系模型研究 n 浙江大学学报 ： 工学版 ， 2 0 0 5 ( 1 1 ) 9 孙伟， 缪昌文 现代混凝土理论与技术 M 北京： 科学出版社 ， 2 01 3 i o 秦李波 昆 凝土的高温试验技术和高温力学性能研究 D 西 南科技大学 ， 2 0 0 9 1 1 骆冰冰， 毕巧巍 混杂纤维自密实混凝土孔结构对抗压强度影 响的试验研究r J - 硅酸盐通报 ， 2 0 1 2 ( 3 ) 第一作者： 姚新红( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 讲师。 联 系地址： 山西建筑职业技术学院( 0 3 0 0 0 6 ) 联 系 电话 ： 1 5 1 0 3 5 1 2 0 0 8 3 3