水胶比对泡沫混凝土性能影响试验.pdf

1 2 低温建筑技术 2 0 1 4年第 l O期( 总第 1 9 6期 ) 水胶 比对泡 沫混凝土性能影响试 验 郑秀梅 ， 付丽艳 ， 刘晓丹 ， 王琦 ， 陈思远 ( 佳木斯大学 建筑工程学院 黑龙江佳 木斯1 5 4 0 0 2l 【 摘要】 使用 4 种水胶比( 0 3 5 、 0 4 0 、 0 4 5 、 0 5 0 ) 配制泡沫混凝土， 并对成型后的混凝土试件进行了密 度、 吸水率及抗压强度试验， 得出水胶比对泡沫混凝土性能的影响规律。文 中从经济性及适应性考虑， 建议工程 用水胶比为0 4 5 0 5 。 【 关键词】 泡沫混凝土； 水胶比； 吸水率； 抗压强度 【 中图分类号】 T U 5 2 8 2 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 4 ) 1 0 0 0 1 2 0 3 E XP ER1 、 ENT ON EF F ECT oF W ATE R To BD旺I ER RATI o oN P RoP ERTI ES oF F oAM ED CoNCRETE Z HE NG X i ume i ， F U L i y a n， L I U Xi a od a n， WAN G q i ， CHEN S i y u a n ( I n s t i t u t e o f C i v i l E n g i n e e r i n g J i a m u s i U n i v ， H e i l o n g j i a n g J i a m u s i 1 5 4 0 0 7 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： T hi s p a p e r u s e d f o u r k i n ds o f wa t e r t o b i n d e r r a t i o to p r e p r a r e t h e f o a me d c o n c r e t e， the y we r e 0 3 5， 0 4 0， 0 4 5 a n d 0 5 0 B y t e s t i n g o n d e n s i t y ，w a t e r a b s o r p t i o n r a t e a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f f o r mi n g f o a m c o n c r e t e ，d r a w e d t h e r e g u l a r i t y o f t h e e f f e c t s o f w a t e r t o b i n d e r r a ti o o n e f f e c t s p r o p e r t i e s o f f o a me d c o nc e rte Co ns i d e r a tio n f r o m t he e c o n o mi c a n d a d a p t a b i l i t y，t h i s pa p e r s u g g e s t t h e e n g i n e e r i n g wa t e r c e me n t r a t i o i s 0 4 5 0 5 Ke y wo r d s： f o a me d c o nc r e t e； wa t e r t o bi n d e r r a t i o； wa t e r a bs o r p tio n r a t e； c o mp r e s s i u e s t r e n g t h 0引言 泡沫混凝 土是一种 利废 、 环保 、 节 能、 经 济且具 有 不燃性 的新 型建筑 节能材料 ， 通 过化学 或物理 的方 式 根据实际工程需要将某种气体引入水泥砂浆中， 经过 合理养护成型， 而形成的含有大量细小的封闭气孔， 并 具有相当强度的混凝土制品 。由于具有低密、 轻质、 保温、 隔声、 抗震性能好、 成本低及施工方便等优点， 泡 沫混凝 土广 泛应用 于墙体材料及屋面材料 的施工 中。 国内外众多学者对泡沫混凝土性能做了大量的 试验研究与开发 】 【 ， 但其还存在强度偏低、 容易开 裂、 收缩率大、 吸水率高等缺点， 严重阻碍了泡沫混凝 土在工程中的应用范围， 因而要进一步扩大其应用领 域还应在发泡剂的使用、 配合 比的设计、 工艺流程的优 化及设备合理化等方面做更进一步的研究与探讨。文 中对不同水胶比的泡沫混凝土密度、 吸水率及抗压强 度进行了试验研究， 以期为泡沫混凝土的进一步深人 研究提供有力的参考数据。 1 试验方 案 1 1 试验材料 考虑普通硅酸水泥的价格低廉、 强度高、 耐久性能 基金项 目 黑 龙江省教育厅科技项 目基金资助( 1 2 5 4 1 8 0 7 ) 好 ， 本试验主要使用 P 0 4 2 5级普通硅酸盐水泥。 但由于普硅水泥的浆体稠度小 ， 使得制备的泡沫混凝 土凝结时间较长、 浆体容易塌陷， 而铝酸盐水泥是一种 快硬、 高强水泥 ， 因此在本试验中， 通过在普通硅酸盐 水泥中掺加适量的铝酸盐水泥来缩短泡沫混凝土的 凝结时 间。本试验所采用的是 C A 5 0级铝酸盐水泥 。 发泡剂采用复合型 J Z一1 泡沫混凝土发泡剂， 基 本发气 量为 2 4 0 m l g ， 此 发泡剂发 泡量较 大 ， 泡沫优 质 稳定性好 。 为了有效改善泡沫混凝土的早期抗裂性及韧性， 在试验 中在泡 沫混凝 土制备 中加入 聚丙烯纤维 ( P P ) ， 其主要强度值为 3 5 0 7 0 0 MP a ， 比重约为 0 9 1 g c m ， 极限伸长率可达2 5 ， 且吸湿性极小。 减水剂选用哈尔滨生产的天嘉牌聚羧酸减水剂， 其减水率达4 0 以上， 掺量低， 流动性好 ， 净浆流动度 2 8 0 m m， 塌落度经时损失小。 试验中采用 的细骨料为细度模数 2 7的中砂， 粗 骨料为粒径范 围 5一l O m m的 天然碎石 及再 生混凝 土 骨料， 级配良好。使用时， 粗骨料均为饱和面干状态。 试验用水 ， 采用佳木斯市居 民饮用水。 郑秀梅等 ： 水胶 比对 泡沫混凝 土性能影响试验 1 3 1 2 泡沫混凝土的制作与养护 本试验采用预制泡沫混合法制备泡沫混凝土。首 先根据试验配合比， 将混凝土发泡剂按 1 ： 2 5的比例稀 释成水 溶液 ， 然后投入 到乳化 机制泡机 中 ， 逐 步调整转 速至7 0 0 0 r ra i n左右， 发泡过程随时观察发泡情况 ， 随 时调整 ， 直至制均匀稳定的泡沫。在制备泡沫的同时 ， 将配合好的水泥 、 细骨料、 水、 外加剂等按着顺序投入 混凝土搅拌机进行搅拌。待泡沫准备好后 ， 将泡沫逐 渐加入搅拌机中， 且每搅拌 6 0 s 进行人工翻拌一次， 这 样可使泡沫能与水泥浆体更好 的混合， 搅拌约 1 8 0 s ， 即可形成均匀的泡沫混凝土 。 采用人工浇注的方式， 将泡沫混凝土投入 l O O m m l O O m ml O O m m 立方 体试模 内， 编号后 用塑 料布 覆 盖， 在室内密封条件下进行 自然养护 ， 3 5 d脱模后 ， 继续养护达规定时间即可进行相应试验。 1 3 试验 方法 本研 究主对泡沫混 凝 土进行 干密 度 ( ) 、 抗 压 强 度 ( 及 吸水 率( ) 试 验 ， 每 试验 组均 选取 3块 试 块 ， 且试 块表面需平整 ， 不得有裂缝或 明显 缺陷 。 干密度试验 ： 选取试件 3块， 逐块量取长、 宽、 高三 个方向的轴线尺寸， 精确至 l m m， 计算试件的体积 ， 再将 3块试件放进温度为 8 0 o C5 C 干燥箱内烘干至 恒质量 ( ) ， 精确至 l g 。按 P 。 = l 0 式进行计 算 ， 精确到 l k g m 。 吸水率试验 ： 先将选取的 3块试件放人电热鼓风 干燥箱内， 在 8 0 C5 C 下烘干至恒质量 ( ) 。待试 件 冷却 至室 温后 ， 取 出试件放 入 2 0 C5 C的恒温 水 槽内， 然后加水至试件高度的 1 3 ， 并保持2 4 h ， 再加水 至试件高度的2 3 ， 经 2 4 h 后 ， 加水高出试件 3 0 m m以 上 ， 并保持 2 4 h 然后将试件从水中取出， 用湿布抹去 表 面水分 ， 立 即称取每块试件重量( 。 ) ， 精确至 1 g 。 每块试件按式 WR ：M g Mo 1 0 0计算泡沫混凝土试件 r J0 的质量吸水率 ， 按 W v= I r l g i r l 0 1 0 0计算体积吸水率 ， 均精 确 到 0 0 1 ， 取 3块 计算 所 得平 均 值 ， 精 确 到 0 1 。 抗压强度试验 ： 将选取 的 3块试件放在 8 0 5 C干燥箱内烘干至恒质量( ) ， 测量试件受压面尺 寸精确至 1 I T t l n ， 按测量得到的尺寸计算试件的受压面 积 ( A ) 。以 2 k N s - I- 0 5 k N s的速度 连续 而 均 匀 的加 荷( F) ， 直至试件破坏 ， 并记录破坏荷载。按式计算抗 压强度， 精确到 0 0 0 1 MP a 。 2试验结 果与分析 水胶 比对泡 沫混凝 土性能的影响。为分析不 同水 胶比对 泡沫 混凝 土性能 的影 响， 本试 验分别 采用 0 3 5 、 0 4 0 、 0 4 5 、 0 5 0的水胶 比， 使用由 1 0 铝酸盐 水泥与9 0 普通硅酸盐水泥复合的胶凝材料、 水泥质 量 0 8 的复合型 J Z一1泡沫混凝土发泡剂、 水泥质 量 0 8 的聚丙烯纤维及水泥质量 1 0 的聚羧酸减 水剂， 配制泡沫混凝土 ， 制作试件 ， 并养护至相应龄期， 进行密度、 抗压强度及吸水率试验。得出如表 1 所示 的试验结果 。 表 1 水胶 比的泡沫 混凝 土性 能的影响 注 p = x l 综合表中数据， 可知此试验中泡沫混凝土的干密 度均在 A 0 5及 A 0 6之间， 吸水率在 3 5 以上 ， 抗压强 度均大于 1 O M P a ， 在 C 1 5至 C 2 5 左右 。从图 1可看 出泡沫混凝土的干密度及湿密度均随水胶 比的增加 呈现出先增大后减少的趋势， 当水胶比在0 4时， 泡沫 混凝土的干密度及湿密度均达最 大值， 当水胶 比为 0 5时， 干密度达最小值。而混凝土的吸水率随水胶 比的增加呈现 出先增 加后 略有减小趋 势 ， 当水胶 比为 0 4 5时达最大， 而后降低 ， 但降低幅度不大。随养护 龄期 的增 加 ， 泡 沫混 凝 土 的早 期 强度也 明显增 高 ， 在 3 d时 各水胶比的抗压强度均较低， 且相差不大 ， 在 7 d 时， 除0 4 5水胶比的抗压强度较低， 其它三种水胶 比 的抗压强度均有较大增长 ， 当 2 8 d时， 0 3 5水胶 比的 泡沫混凝土 的抗 压强度 最高 ， 达 2 3 0 4 MP a ， 0 4 5水 胶 比的最低， 为 1 3 6 4 MP a 。 分析 以上结果 的原 因， 由于泡沫混 凝土 内部含 有 丰富泡沫， 孔隙率较大， 故显示出低强度、 低密度、 高吸 水率的现象。当水胶比较小时， 混凝土内部的游离水 也较少， 在水泥浆硬化过程中， 会吸收泡沫中的一部分 水分而使泡沫发生破裂 ， 水泥浆体进行填充， 从而使泡 沫混凝土内部孔隙率减小， 抗压强度增加。但水胶 比 过小时， 泡沫混凝土的流动性变差 ， 在搅拌过程中也会 破坏一部分的泡沫， 使得混凝土内部的泡沫减少较多， 干密度增加。而水胶比过大时， 混凝土内部的游离水 分过多， 在混凝土硬化过程中不断蒸发， 而形成较多的 连通孑 L ， 吸水率大大增加， 对混凝土的强度、 耐久性能 均不利 引。 ( 下转 第 3 0页) 3 0 低温建筑技术 2 0 1 4年第 1 O 期( 总第 1 9 6 期) 社 1 9 9 7 2 E T a z a w a ， S Miy a z a w a E x p e ri me n t s t u d y o n m e c h a n i s m o f a u t o g - e n o n s s h r i n k a g e o f c o n c r e t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 8 ， 2 8 ( 1 8 ) ： 1 6 3 31 6 3 8 3 T C H o l l a n d ， e t c U s e o f s i l i c a f u m e c o n c re t e t o r e p a i r a b r a s i o n e r - esi o n d a m ag e o n t h e r i z a n a d a m s t i ll i n g b a s i n C 2 t h C e m e n t AC I I n t e r n a t i o n a l Co n f e ren t c e o f F l y As h，S i l i c a F u me，S l ag an d Na t u r a l P o z z o l an s i n Co n c r e t e 1 98 6： 8 4 18 6 3 4 B u r r o w s RW，K e p l e r W F， H u reo m bD， e t a1 T h ree s i m p l et e s t s f o r s e l e c t i n g l o w c r a c k c e m e n t J C e m e n t and C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 4 ， 2 6( 5 )： 5 0 9 5 1 9 5 J u e n g e r M C， J e n n i n g s H ME x a m i n i n g t h e rel a ti o n s h i p b e t w e e n t h e mi c r o s t r u e t u r e o f c a l c i u m s il i c a t e h y d r a t e a n d d r y i n g s h r i n k age o f c e m e n t p a s t e s J C e m e n t and C o n c re t e R e s e a r c h 。 2 0 0 2 ， 3 2 ( 2 ) ： 2 8 92 9 6 6 孙振平， 蒋正武， 王培铭， 等 水泥混凝土路面裂缝成因及预 防措施 J 公路交通科技， 2 0 0 5 ， 2 2( 4 )： 1 5 1 9 7 张鑫 现代混 凝土抗裂 等级 及其评 价方法 研究 D 南 京 ： 河海大学 ， 2 0 1 4 8 D a v i s H E A u t o g e n o u s v o l u m e c h ang e o f c o n c re t e C P r o c e e d i n g o f t h e 4 3 t h An n u al Ame ric a n S o c i e t y for T e s t i n g Ma t e r i a l s At l an t i c c i t y：AS TM 1 9 4 0 1 1 0 3一 l l l 3 9 L y m a n C G G r o w t h and m o v e m e n t i n P o r t l and c e m e n t c o n c r e t e D L o n d o n ， O x f o r d U n iv e r s i t y P r e s s ， 1 9 3 4 ， 1 1 3 9 1 0 T a z a w a E ， M i y a z a w a S ，K a s a i I n fl u e n c e o f c e m e n t a n d a d - m i x t u re o n a u t o g e n o u s s h r i n k a g e o f c e m e n t p a s t e J c c R ， 1 9 9 5， 2 5( 2 ) ： 2 8 1 2 8 7 沈洋 硅灰对硬化水泥浆体早期收缩的影响 J 建筑材料 学 报， 2 0 0 2 ， 5 ( 4 ) ： 3 7 53 7 8 1 2 E i i c h i T a z a w a ， S h i n gn M i y a z a w & I nflu e n c e o f c e m e n t a n d a d m i x t u re o n a u t o g e n o u s s h r i n k a g e o f c e m e n t p a s t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 2 )： 2 8 3 2 8 7 1 3 巴恒静， 高小建 高性能混凝土早期 自收缩测试方法研究 J 工业建筑 2 0 0 3 ， 3 3 ( 8 ) ： 1 4 1 4 Z h a n g J u n ， H o u D o n g w e i ， H an Y u d o n g M i c re m e c h a n i c a l m o d e l i n g o n a u to g e n o u s a n d d r y i n g s h ri n k a g e s o f c o n c re t e J C o n s t r u c t B u i l d Ma t e r ， 2 0 1 2， 2 9 ( 3 )： 2 3 02 4 0 1 5 J a m e s A n d r e w G il l i l a n ， T h e r m a l a n d S h ri n k a g e E ff ect s i n H i g h P e r f o r m anc e C o n c re t e S t r u c t u re s d u ri n g C o n s t r u c t i o n D ： U n i v e ri ty o f Calg a r y， 2 0 0 0 1 6 E N 1 9 9 2 1 1 E u r o c ode 2 ： D esi g nof c o n c re t e s t r u c tu res ： P a r t 1 1 ： G e n e r a l r u l e s a n d r u l es fo r b u i l d i n g s S 1 7 S M i y a z a w a and E T a z a w a P r e d i c t i o n m ode l fo r s h ri n k age o f c o n c re t e i n c l u d i n g a u t o g e n o u s s h r i n k age J C re e p ， S h r i n k a g e and D u r a b i l i t y Me c h ani c s o f C o n c ret e and o t h e r Q u a s i B ri t t l e Ma t e ri a l s ， e d i t e d b y F 一J Ul m，乙 Ba z a n t and HWi t t ma n n，2 0 01：7 3 57 4 0 1 8 l n y e o p C h u ， S e u n g H ee K w o n E s ti m a ti o n oft e mp e rature e ff e c t s o n a u t o g e n o u s s h ri n k a g e o f c o n c ret e b y a n e w p r e d i c ti o n mod e l J C o n s t r u c t i o n and B u i l d i n g M a t e ri a l s ， 2 0 1 2 ， 3 5 ： 1 7 1 1 8 2 1 9 钱晓倩， 孟涛， 詹树林 减缩剂对混凝土早期白收缩的影响 J 化学建材， 2 0 0 4 ， ( 4 ) ： 5 0 5 3 2 O 王雪芳， 郑建岚 矿物掺合料对高性能混凝土 自收缩影响 及计算模型研究 J 建筑结构学报， 2 0 1 0 ， 3 1 ( 2 ) ： 9 3 9 8 _ 收稿日期 2 0 1 4 0 6- 2 3 作者 简介 成大宝( 1 9 8 9一) ， 女 ， 江苏盐城人 ， 硕士研究 生 ， 从事混凝土早龄期裂缝研究。 ( 上接 第 1 3页) 综合本试验结果及经济效益与实际应用的考虑 ， 当泡沫混凝土作为保温材料或填充材料使用时， 最佳 水胶 比为 O 4 5 0 5 ， 在这 个范 围内 ， 泡沫混 凝土 的于 密度等级可达到 5 0 0级 以上 ， 抗压强度也达到 1 M P a 以上 ， 完全满足工程对泡沫混凝土的要求 。 3结语 水胶 比对泡沫混凝 土 的性 能有 一定 的影响 ， 当水 胶 比过低时， 在泡沫混凝土搅拌及硬化过程中会破坏 一 部分泡沫 ， 而使得混凝土内部的孔隙率低， 干密度 大， 吸水离低 ， 抗压强度大。而水胶 比过大时， 泡沫混 凝土内部的游离水过多， 硬化蒸发后形成连通的孔结 构， 增加混凝土内部的也隙率 ， 干密度小 ， 吸水率大， 但 对泡沫混凝土的强度及耐久性不利。因此， 当泡沫混 凝土用作保温及填充材料时， 建议使用水胶 比为 0 4 5 0 5。 为了使 泡沫混 凝 土更 好更 广 泛 的应 用 于建 筑 工 程中， 还应对泡沫混凝土的其它性能进行深入研究， 主 要包括改性掺料及掺量对各项基本性能的影响、 泡沫 参考文献 李龙珠， 夏永涛， 刘文斌， 等 泡沫混凝土的发展现状及应用 前景 J 商品混凝土， 2 o o 9 ， ( 7 ) ： 2 2 2 3 ， 4 4 才红 ， 刘殿忠 ， 黄伟东 泡沫混凝土力学性能研究方 案的可行 性分析 J 吉林建筑工程学院学报， 2 0 1 3 ， 3 0 ( 5 ) ： 8 1 1 陈兵 ， 刘睫 纤维增强泡沫混凝 土性能试 验研究 J 建 筑材 料学报 ， 2 0 1 0 ， 1 3 ( 3 ) ： 2 8 62 40 范丽龙 基于高性能泡沫混凝土的复合自保温砌块的实验研 究 D 杭州： 浙江工业大学 ， 2 0 1 2 J G T 2 6 6 2 0 1 1 ， 泡沫混凝土 s 李应权 。 朱立德， 李菊丽泡沫混凝土配合比设计 J 徐州工 程学院学报( 自然科学版) ， 2 0 1 1 ， ( 2 ) ： 15 刘文坤 ， 陈宇申， 徐明， 等 再生混凝土 自 保温承重砌块砌体 抗压性能试验研究 J 工业建筑， 2 0 1 4 ， 4 4 ( 1 ) ： 8 4 8 9 收稿日期 2 0 1 4 一 o 5 1 6 【 作者简介】 郑秀梅( 1 9 7 6 一) ， 女， 黑龙江兰西人， 副教授， 硕 士， 主要从事高性能与智能混凝 土研究 。 11 ；1j = J