轻骨料多孔混凝土的制备与性能.pdf

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2016年第8期混凝土与水泥制品2016No.88月CHINACONCRETEANDCEMENTPRODUCTSAugust轻骨料多孔混凝土的制备与性能孙友康,庞超明,王少华,徐世豪(东南大学材料科学与工程学院,南京211189)摘要：研究了轻骨料种类、粒径、掺量对轻骨料多孔混凝土抗压强度、导热系数、吸水率、干燥收缩的影响。研究结果表明,轻骨料的筒压强度越高,轻骨料多孔混凝土的抗压强度越高；粒径较小的轻骨料在浆体中分布更为均匀,不易出现上浮现象,抗压强度更高；适量的轻骨料可增加轻骨料混凝土的抗压强度、降低多孔混凝土的导热系数；轻骨料的合理使用可以降低多孔混凝土吸水率与干燥收缩值,提高轻骨料多孔混凝土的耐久性。关键词：轻骨料多孔混凝土；强度；导热系数；干燥收缩Abstract:Theeffectoflightweightaggregatetype,particlesize,contentonthecompressivestrength,thermalcon-ductivity,waterabsorption,dryingshrinkageofthelightweightaggregateporousconcretewerestudied.Comparedwithlightweightaggregateconcrete,theresultsshowedthat,thecompressivestrengthoflightweightaggregateisincreasedwiththeincreaseofthecylinderpressurestrengthofthelightweightaggregateporousconcrete.Thelightaggregatewithsmallerparticlesizedistributesuniformlycanincreasethecompressivestrength.Appropriatelightweightaggregateconcretecanincreasethecompressivestrengthoflightweightaggregateconcreteandreducethethermalconductivityofporousconcrete.Thereasonableuseoflightweightaggregatecanreducethewaterabsorptionanddryingshrinkageoftheporousconcreteandimprovethedurabilityoflightweightaggregateconcrete.Keywords:Lightweightaggregateconcrete;Strength;Thermalconductivity;Dryingshrinkage中图分类号：TU528.2文献标识码：A文章编号：1000-4637(2016)08-70-030前言土抗压强度、导热系数、吸水率、干燥收缩等的影响。中国建筑材料联合会提出墙体材料的转型升1原材料及试验方法级目标为：发展轻质、高强、节土、利废多元功能合1.1原材料一的新型墙体材料,满足建筑工业化、住宅产业化水泥为P•O42.5级普通硅酸盐水泥；动物蛋白[1]要求。实现轻质的技术主要通过引入气泡和使用型发泡剂,稀释倍数30,发泡倍数16,1h泌水量为3轻骨料,从而制备出泡沫混凝土、轻骨料混凝土等。45mL,密度84kg/m左右；自制稳泡剂,掺量0.3%；泡沫混凝土的密度、导热系数一般较低,当体积密聚羧酸系高效减水剂JM-PCA；轻骨料基本性能见3度为200~1500kg/m时,其抗压强度一般为0.3~表1,其中YⅠ、YⅡ和YⅢ为同批次材料。[2]15.0MPa,导热系数一般在0.05~0.43W/(m•K)。现1.2试验方法有泡沫混凝土强度低、收缩大、吸水率高、易开裂,采用预制泡沫的方法制备轻骨料多孔混凝土,[3]具体工艺流程如下：提前将轻骨料预湿1h,再将水一般不能作为结构材料,耐久性问题也有待解决。轻骨料混凝土具有较高的密度、强度和导热系数,泥、稳泡剂、水(扣除制备泡沫用水)、减水剂、预湿的可作为结构材料使用,并兼具保温功能,其缺点是轻骨料混合搅拌均匀,搅拌时间为2min；利用预制[4]成型过程中轻骨料易上浮,需协表1轻骨料的基本性能调轻骨料与浆体的密度。轻骨料多粒径表观密度堆积密度筒压强度吸水孔混凝土是在轻骨料混凝土中掺轻骨料类型/mm/(kg/m3)/(kg/m3)/MPa率/%入适当泡沫微孔,使之兼具轻骨料圆球YⅠ型2.36~4.75(36.1%)10245603.29.3混凝土和泡沫混凝土的特点,成为4.75~9(63.9)表观密度小、强度高、热工性能好圆球YⅡ型4.75~99305212.87.6[5]圆球YⅢ型9~168604431.95.2的轻质材料。本文以轻骨料多孔混凝土为碎石SI型(宜昌)2.36~4.75(41%)11725835.85.4重点,研究了轻骨料筒压强度、粒4.75~16(59%)碎石SⅡ型(宜昌)0.06-4.7516828766.36.5径大小及掺量对轻骨料多孔混凝-70- 孙友康,庞超明,王少华,等轻骨料多孔混凝土的制备与性能发泡,将制备成的泡沫加到料浆中搅拌,搅拌时间有关特性的测定-防护热板法》进行。为2min,控制实际湿表观密度与理论湿表观密度的2试验结果与分析3差值在±50kg/m之内,入模。各轻骨料混凝土以及轻骨料多孔混凝土的配3抗压强度、吸水率的测试依据JG/T266—2011合比见表2,设计干密度为1400kg/m。以20%粉煤《多孔混凝土》进行,干燥收缩参照行JGJ/T70—灰替代水泥,各组轻骨料和泡沫掺量均为体积掺2009《建筑砂浆基本性能试验方法》进行,导热系数量,其余为质量掺量；所测得的各组轻骨料多孔混试验依据GB/T10294—2008《绝热材料稳态热阻及凝土强度、吸水率、导热系数等性能如表3所示。表2轻骨料多孔混凝土配合比FA减水剂骨料类型泡沫掺量干密度组别水胶比/%掺量/%SISIIYIYIIYIII/%/(kg/m3)S10.35200.40.32V0.26V////1413Y20.35200.4//0.22V/0.34V/1380Y30.35200.4//0.2V//121473Y40.35200.4///0.2V/111410Y50.35200.4////0.2V101398Y60.35200.4//0.3V//1444Y60.35200.4///0.3V/61479P80.35200.4/////91430表3轻骨料多孔混凝土强度、吸水率、导热系数测试结果轻骨料7d抗压28d抗质量体积导热组掺量强度压强度吸水率吸水率系数别/%/MPa/MPa/%/%/[W/(m•K)]S15829.533.7//0.295Y25623.324.1//0.306图1轻骨料多孔混凝土破坏示意图Y32031.437.68.512.80.328Y42027.029.98.913.00.339知,同批次的轻骨料粒径越低筒压强度越高；在Y52022.827.58.111.60.344掺量一定时,粒径增大,由于“尺寸效应”,单颗Y63032.234.47.711.30.315粒的缺陷作用更加明显[6]。两个因素共同作用,Y73026.329.56.811.00.310其抗压强度降低。由于Y3组所用轻骨料粒径P8026.234.410.314.50.389小,表观密度大,与浆体的密度差别小,因此,在2.1轻骨料对多孔混凝土抗压强度的影响泡沫基体中分布越均匀,而轻骨料粒径较大的Y5对比未掺泡沫的S1、Y2组发现,由于S1碎石组,出现上浮现象,轻骨料分布不均匀,见图2。型轻骨料的筒压强度较高,其7d、28d抗压强度均对比Y3、Y6、P8轻骨料体积掺量分别为0、高于Y2。普通混凝土在受到外力时,由于其界面处20%、30%,可以看出,圆球Ⅰ型轻骨料体积掺量在黏结力和强度较弱,试件的破坏通常是沿着骨料与20%时,强度最高。这是因为水泥的水化产物能够部水泥石的界面进行。而对于轻骨料混凝土,由于轻分渗入表面粗糙且多孔的轻骨料中,水泥硬化后两骨料自身的强度较低,当试块受压时,破坏通常发者紧密地啮合在一起,因而水泥-轻骨料界面的黏生在轻骨料处,即从骨料中间破坏,且断面清晰,如结强度较高；其次,疏松多孔的轻骨料经预吸水处图1所示。因此,轻骨料混凝土的设计尤其要关注其自身的筒压强度。比较Y3、Y3、Y5组,分析轻骨料粒径和筒压强度对轻骨料多孔混凝土性能的影响,可以看出,骨料的粒径和筒压强度影响较大：受压过程中,裂纹从(a)Y3(b)Y4(c)Y5轻骨料颗粒中产生后并扩展,由表1可图2轻骨料在混凝土中的分布情况-71- 2016年第8期混凝土与水泥制品总第244期理后,随着水化反应的进行,外部水分逐渐减少,此料处,即从骨料中间破坏,因此,轻骨料自身的强度时轻骨料吸收的水分就会逐渐被释放出来,为水化直接影响到轻骨料混凝土的强度,轻骨料的筒压强反应的继续进行提供了所需的水分,即轻骨料的内度越高,轻骨料混凝土的抗压强度越高。养护作用。而当轻骨料体积掺量超过一定范围时,(2)骨料的粒径大小是影响轻骨料多孔混凝土强度下降。这是因为轻骨料本身强度不高,掺量过性能的一个关键因素,粒径较小的骨料与水泥石结多时,水泥量减少,包裹在轻骨料表面的浆体层变合的有效面积大,机械啮合作用增强,强度提高；粒薄,约束轻骨料变形的能力降低,当受到外力作用径较小,表观密度较大的轻骨料在浆体中分布更为时,轻骨料易因产生裂纹而破坏。均匀,不容易出现上浮现象。2.2轻骨料对多孔混凝土吸水率的影响(3)轻骨料掺量较低时,随着轻骨料掺量增加,吸水率的大小在一定程度上能够反映混凝土轻骨料多孔混凝土的强度提高,但是“内养护”增强的孔结构状况,也是衡量耐久性的一个重要技术指效果有限,当超过一定量的时候,增加轻骨料的量标。从表3可以看出,增加轻骨料掺量,轻骨料多孔反而会因轻骨料自身强度低的原因而降低轻骨料混凝土的吸水率随之降低。这是因为在相同的密度多孔混凝土的强度。3等级要求下,轻骨料掺量的增加使所需掺入的泡沫(4)当多孔混凝土密度等级在1400kg/m时,掺体积掺量降低,而Y型轻骨料的质量吸水率(5.2%~入轻骨料可以提高多孔混凝土的孔隙率,进而降低9.3%)低于相同密度等级下的多孔混凝土(P8组多孔混凝土的导热系数。10.3%)；掺入轻骨料减少了泡沫的掺量,使得基体(5)轻骨料的合理使用可以降低多孔混凝土吸孔隙率也随之降低,多孔混凝土基体吸水率降低。水率与干燥收缩,提高轻骨料掺量和使用低粒径的双重因素共同降低轻骨料多孔混凝土的吸水率。轻骨料均可显著降低混凝土28d的干燥收缩值,提2.3轻骨料对多孔混凝土导热系数的影响高多孔混凝土的耐久性。3当轻骨料表观密度为920kg/m时,轻骨料导热参考文献：[7]3系数为0.5W/(m•K)。干密度为1400kg/m时,测得[1]中国建筑材料联合会.推动墙体材料转型升级[J].建设科导热系数为0.29~0.39W/(m•K),随着轻骨料掺量的技,2012(23):14.增加,导热系数降低,并且随轻骨料粒径的增大,导[2]周志敏.高强度泡沫混凝土研究[D].长沙:湖南大学,2011.热系数也增加。[3]JonesMR,McCarthyA.Preliminaryviewsonthepotential2.4轻骨料对多孔混凝土干燥收缩值的影响offoamedconcreteasastructuralmaterial[J].Magazineofcon-creteresearch,2005,57(1):21-31.轻骨料多孔混凝土的收缩如图3所示。[4]刘丽芳.轻集料混凝土匀质性的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工20P8Y4业大学,2006.Y715[5]WeiglerH,KarlS.StructurallightweightaggregateconcreteY6withreduceddensity-lightweightaggregatefoamedconcrete[J].10InternationalJournalofCementCompositesandLightweight5Concrete,1980,2(2):101-104.[6]邹定华.掺不同级配轻集料混凝土的力学性能和长期性能007142128[J].混凝土,2011(9):87-89.龄期/d[7]B.NaitAli,KHaberko,H.Vesteghem.Preparationandthermal图3轻骨料多孔混凝土的收缩conduetivitycharacterizationofhighlyporousceramicscol-对比P8、Y4、Y7组可以看出,相同条件下,随着nparisonbetweenexperimentalresults,analyticalealeulationandnumeriealsimulations[J].JoumalofEuroPeanCeralnieSoei-轻骨料掺量的提高,多孔混凝土28d干燥收缩值从ety,2007,27:1345-1350.-4-418.56×10下降到9.85×10,下降幅度达47%；掺[8]丁庆军.高强次轻混凝土的研究与应用[D].武汉:武汉理工量同为30%时,骨料粒径小的Y6组比粒径大的Y7大学,2006.组,28d干燥收缩值降幅达16%。这是由于在拌合前收稿日期：2016-04-01轻骨料经过预湿处理,在外界湿度较低时,内部水作者简介：孙友康(1992-),男,硕士研究生。[8]分释放可补偿混凝土的干缩。通讯作者：庞超明(1977-),女,高级工程师。3结论联系电话：15161471485(1)轻骨料多孔混凝土的破坏通常发生在轻骨E-mail：sunyoukang000@163.com-72-