聚丙烯纖維增強(qiáng)泡沫混凝土性能研究

翟紅俠，楊啟安，廖紹鋒，荊 喆（.安徽建筑大學(xué) 材料與化學(xué)工程學(xué)院， 安徽合肥 300；.安徽建工集團(tuán)，安徽合肥 3060）

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聚丙烯纖維增強(qiáng)泡沫混凝土性能研究

翟紅俠1，楊啟安1，廖紹鋒2，荊 喆1
（1.安徽建筑大學(xué) 材料與化學(xué)工程學(xué)院， 安徽合肥 230022；2.安徽建工集團(tuán)，安徽合肥 230601）

摘要：利用體積法計算出不同干密度聚丙烯纖維增強(qiáng)泡沫混凝土的配合比，制備出聚丙烯纖維增強(qiáng)泡沫混凝土。研究不同等級干密度對其力學(xué)性能、保溫性能和干燥收縮性能的影響，并在良好保溫性能、強(qiáng)度與較低干收縮條件下，探討聚丙烯纖維增強(qiáng)泡沫混凝土的最優(yōu)干密度。結(jié)果表明：干密度等級越高的聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土力學(xué)性能好，干燥收縮值變化較小，但其導(dǎo)熱系數(shù)較大，保溫性能差。具有良好保溫性能、強(qiáng)度與較低干收縮聚丙烯纖維增強(qiáng)泡沫混凝土的最優(yōu)干密度為800-900 Kg/m3。

關(guān)鍵詞：聚丙烯纖維泡沫混凝土；力學(xué)性能；保溫性能；干燥收縮性能；干密度

0　引　言

泡沫混凝土中含有大量細(xì)小的封閉氣孔，使其具有良好的熱工性能，通常作為建筑物墻體及屋面材料，具有良好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益，然而在使用中，無論是泡沫混凝土制品，還是泡沫混凝土的現(xiàn)場澆筑中，普遍存在嚴(yán)重的開裂和低強(qiáng)度問題，嚴(yán)重影響了工程質(zhì)量和正常使用，也嚴(yán)重制約了泡沫混凝土的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。研究表明［1-5］，在泡沫混凝土中加入纖維可起到增強(qiáng)、阻裂和增韌的作用。

本論文主要研究不同等級干密度聚丙烯纖維增強(qiáng)泡沫混凝土對其抗壓強(qiáng)度、保溫性能和干燥收縮性能的影響，并在此基礎(chǔ)上探討了在保證良好保溫性能及較低的收縮值的前提下，獲得泡沫混凝土制品的最佳強(qiáng)度。最佳強(qiáng)度是指在保證良好保溫性能及較低收縮性能情況下，聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土具有的最高強(qiáng)度。經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)知［6-7］，干密度是影響泡沫混凝土強(qiáng)度的主要因素之一，本文通過試驗研究不同干密度對其強(qiáng)度的影響，以得到具有良好保溫性能及較低收縮值的最佳強(qiáng)度下的干密度。

1　原材料與試驗方法

1.1原材料

（1）水泥：巢東東關(guān)水泥廠生產(chǎn)的東關(guān)牌42.5普通硅酸鹽水泥。性能測試如表1。

表1　水泥技術(shù)性能指標(biāo)

（2）粉煤灰：Ⅱ級粉煤灰，技術(shù)性能指標(biāo)，如表2。

表2?、蚣壏勖夯壹夹g(shù)性能指標(biāo)

（3）纖維：聚丙烯纖維，其主要物理力學(xué)性能指標(biāo)，如表3。

表3　聚丙烯纖維的物理力學(xué)性能指標(biāo)

（4）發(fā)泡劑：合肥立創(chuàng)節(jié)能建材開發(fā)有限公司的LC-1環(huán)保型水泥發(fā)泡劑。

（5）自來水：來自自來水廠。

1.2 配合比設(shè)計

本文采用體積法［8］計算聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土的配合比。制備干密度等級［9］為400Kg/ m3、500Kg/m3、600Kg/m3、700Kg/m3、800Kg/m3、900Kg/m3和1000Kg/m3，粉煤灰占粉狀物料質(zhì)量25%的各組配合比，在1m3體積下的各物料量如表4：

表4　1m3泡沫混凝土配合比

1.3試驗方法

（1）力學(xué)性能：力學(xué)性能實驗的試塊尺寸為40mm×40mm×160mm，抗折強(qiáng)度在水泥膠砂強(qiáng)度抗折試驗機(jī)上進(jìn)行，抗壓強(qiáng)度在電子萬能實驗機(jī)上進(jìn)行，依照GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測定。

（2）保溫性能：試塊尺寸300mm×300mm× 30mm，覆蓋保鮮膜，常溫養(yǎng)護(hù)，到達(dá)預(yù)定養(yǎng)護(hù)齡期1天前，將試塊放入干燥箱內(nèi)烘干，在70 士5℃連續(xù)烘干24小時，然后取出試塊，放到干燥器中冷卻至室溫，再把試塊放在導(dǎo)熱系數(shù)測定儀上進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)的測定。

（3）收縮性能：試塊尺寸25mm×25mm×280mm，在試塊兩端中間位置安置銅頭，試塊成型后，用保鮮膜覆蓋于試塊表面，常溫下養(yǎng)護(hù)三天后拆模，然后再標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，達(dá)要求齡期后取出試塊，用水泥比長儀測定試塊長度，參照GB/T11972-1997《加氣混凝土干燥收縮試驗方法》規(guī)定測試方法進(jìn)行測量。

2　試驗結(jié)果分析

2.1不同等級干密度對聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土的力學(xué)性能影響

聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土的力學(xué)性能試驗結(jié)果如圖1、2所示。由圖可知，聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土的力學(xué)性能與其干密度有著直接的關(guān)系，且抗壓強(qiáng)度隨干密度的增大呈提高的趨勢。其中聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度隨干密度的增大而增加的趨勢尤為明顯，是因為干密度等級越大，膠凝材料較多，反應(yīng)充分，混凝土越密實。另外干密度等級高，發(fā)泡劑量少，泡沫混凝土的孔少且孔徑小，泡沫混凝土的強(qiáng)度就高。早期強(qiáng)度變化不是很明顯，后期強(qiáng)度隨聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土干密度增大而遞增的幅度，比早期強(qiáng)度的更加明顯，是因為早期漿料反應(yīng)不充分并且后期粉煤灰也參與反應(yīng)，提高聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土的強(qiáng)度。另外，聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土的抗折強(qiáng)度也隨干密度的增大而增加，而且在養(yǎng)護(hù)的早期抗折強(qiáng)度隨干密度的增加已經(jīng)有明顯的提高。

圖1　抗壓強(qiáng)度與干密度的關(guān)系圖

圖2　抗折強(qiáng)度與干密度的關(guān)系圖

2.2不同等級干密度對聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土保溫性能影響

聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土的保溫性能試驗結(jié)果如圖3所示，由于導(dǎo)熱系數(shù)與保溫性能成負(fù)相關(guān)，導(dǎo)熱系數(shù)越小保溫性能就越好，相反保溫性能較差。由此可用導(dǎo)熱系數(shù)的負(fù)數(shù)，來形象地表征聚丙烯纖維增強(qiáng)泡沫混凝土的保溫性能，并繪制得圖4保溫性能與干密度的關(guān)系。

圖3　導(dǎo)熱系數(shù)與干密度的關(guān)系圖

圖4　保溫性能與干密度的關(guān)系

由圖3、4可知，聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土的保溫性能隨干密度的增大而逐漸降低，保溫性能的降低主要是由于干密度等級的增大，泡沫量少，使聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土內(nèi)氣孔減少，氣孔是聚丙烯泡沫混凝土具有良好保溫性能的主要來源，氣孔減少，保溫性能變差。增加干密度，雖然可以提高聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土的力學(xué)性能，但卻導(dǎo)致了保溫性能的降低，而且必然增加水泥等物料的用量增加，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性差。

2.3不同等級干密度對聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土干燥收縮性能影響

聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土的干縮試驗結(jié)果如表5所示：

表5　干燥收縮性能試驗結(jié)果

由表5可知，在添加聚丙烯纖維的情況下，聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土的早期干燥收縮率均在0.7%-1.0%之間。從表5中可以看出，干密度等級越大7d和14d之間的收縮變化值就越小，聚丙烯纖維增強(qiáng)泡沫混凝土的收縮性能就越好。聚丙烯纖維增強(qiáng)泡沫混凝土中聚丙烯纖維的阻滯干燥收縮機(jī)理：由于纖維是親水性材料，且在混凝土基體中的分布較均勻，所以在泡沫混凝土中，單位體積內(nèi)纖維數(shù)量多且分布均勻，在混凝土中形成了一種相互交織的支撐體系。泡沫混凝土在干燥收縮的過程中必然受到纖維的抑制作用，減小了其收縮力，阻止其進(jìn)一步收縮，從而提高了混凝土的抗縮能力，達(dá)到抑制泡沫混凝土自身的收縮作用［1］。

2.4最佳強(qiáng)度所對應(yīng)的干密度的探討

本論文力求得到最佳強(qiáng)度（在保證良好保溫性能及較低收縮性能情況下，具有最高強(qiáng)度）的聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土的干密度，為此將以上分析的聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土的力學(xué)性能及保溫性能的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，根據(jù)JC/T 1062—2007《泡沫混凝土砌塊》，干密度等級在400—1000Kg/m3其導(dǎo)熱系數(shù)控制在0.1～0.27，收縮值控制在0.9%，并參照干燥收縮性試驗的結(jié)果，材料使用的經(jīng)濟(jì)性，綜合得出最佳強(qiáng)度對應(yīng)的干密度，最佳干密度在800Kg/m3左右，如果對早期強(qiáng)度要求較高，干密度就應(yīng)該設(shè)計較大。干密度等級為800Kg/m3的聚丙烯纖維增強(qiáng)泡沫混凝土的早期干燥收縮率在0.8%，小于收縮值控制在0.9%，符合要求。

綜上，聚丙烯纖維增強(qiáng)泡沫混凝土的最佳強(qiáng)度所對應(yīng)的干密度等級為800Kg/m3-900Kg/m3之間。

3　結(jié)論

（1）利用體積法計算出不同干密度聚丙烯纖維增強(qiáng)泡沫混凝土的配合比，制備出聚丙烯纖維增強(qiáng)泡沫混凝土，該制品力學(xué)性能、保溫性能主要取決于干密度。即干密度等級高的聚丙烯增強(qiáng)泡沫混凝土力學(xué)性能好，干燥收縮值變化較小，但其導(dǎo)熱系數(shù)較大，保溫性能差。

（2）聚丙烯纖維增強(qiáng)泡沫混凝土力學(xué)性能與保溫性能達(dá)到相對最優(yōu)時的干密度范圍為800-900kg/m3。

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Performance Test of Polypropylene Fiber Reinforced Foam Concrete Research

ZHAI Hongxia1，YANG Qian1，LIAO Shaofeng2，JING Zhe1
（1.School of Materials and Chemical Engineering，Anhui Jianzhu University，Hefei 230022，China；2.Anhui Construction Engineering Group，Hefei 230601，China）

Abstract：Volume method is used to calculate the different dry density of polypropylene fiber reinforced foam concrete mixture ratio and polypropylene fiber reinforced foam concrete is prepared. This paper studies the influence that different dry density has on mechanical property， heat-insulating property and dry shrinkage performance；and then this paper investigates the optimum dry density of polypropylene fiber reinforced foam concrete under the condition of good thermal insulation performance， strength and low dry shrinkage. Results show that polypropylene fiber foamed concrete of higher dry density bears better mechanics performance and smaller drying shrinkage value， but with larger thermal conductivity， heat preservation performance is poor. As to olypropylene fber reinforced foam concrete of good thermal insulation performance，and low dry shrinkage ， the optimum dry density is 800-900 Kg/m3.

Keywords：polypropylene fiber foamed concrete；mechanical property；heat-insulating property；dry shrinkage performance；dry density

作者簡介：翟紅俠（1962-），女，教授，主要研究方向：土木工程材料。

基金項目：安徽省墻改辦2015年新型墻材科研項目（項目編號2015FACZ2681）。

收稿日期：2015-10-30

DOI:10.11921/j.issn.2095-8382.20160216

中圖分類號：TU528

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-8382（2016）02-082-05