溫度對泡沫混凝土性能影響

崔玉理，賀鴻珠

（1.同濟大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201804；2.臨沂大學(xué) 建筑學(xué)院，山東 臨沂 276005）

隨著中國建筑墻體材料改革與建筑節(jié)能政策的推行，節(jié)能型建筑材料的開發(fā)與應(yīng)用受到廣泛的重視.泡沫混凝土具有節(jié)能、利廢、保溫、輕質(zhì)、隔熱、耐火等性能，在建筑領(lǐng)域應(yīng)用廣泛［1］.然而，泡沫混凝土的強度、導(dǎo)熱系數(shù)、吸水率等主要性能指標受到生產(chǎn)工藝、養(yǎng)護制度、原材料性能等多因素影響［2－6］，特別是溫度對其性能影響較大，溫度過低會造成保溫性能下降、吸水率增加，這對墻體保溫系統(tǒng)的耐久性非常不利.本文通過改變水溫和環(huán)境溫度對泡沫混凝土性能的影響進行研究，為其優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)提供理論指導(dǎo).

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

水泥（C）：山東沂州水泥集團生產(chǎn)的P·Ⅱ52.5水泥；粉煤灰（FA）：鄒城電廠提供，45μm 方孔篩篩余9%（質(zhì)量分數(shù)），需水量91%（質(zhì)量分數(shù)），燒失量2.8%（質(zhì)量分數(shù)），含水量0.1%（質(zhì)量分數(shù)）；硅灰（SF）：山東宏藝股份有限公司提供，比表面積22m2／g；早強劑（ESA）：實驗室自制，具有早強、穩(wěn)泡、防塌陷等作用；防水劑（WPA）：硬脂酸鈣，白色粉末，不溶于水；發(fā)泡劑：質(zhì)量分數(shù)為27.5%的雙氧水；聚丙烯纖維（PP）：長度規(guī)格6mm；減水劑（SP）：聚羧酸減水劑，灰白色粉末，蘇州興邦化學(xué)建材有限公司生產(chǎn)，減水率25%（質(zhì)量分數(shù)）.硬石膏（AN）：淺灰色粉末狀，80μm 方孔篩篩余≤10%（質(zhì)量分數(shù)），山東宏藝科技股份有限公司提供.

1.2 試驗方法

經(jīng)試驗，選定泡沫混凝土的配合比如表1 所示［7－8］.按照表1中的配合比稱取原材料，然后在攪拌機內(nèi)混合均勻，裝入密封桶備用.

表1 泡沫混凝土的配合比Table 1 Mix proportion（by mass）of foam concrete %

水灰比的大小不僅對泡沫混凝土的澆筑成型有影響，對其性能也有重要影響.在設(shè)定的配合比下，通過試驗確定加水量與粉料的質(zhì)量比為0.5.在滿足泡沫混凝土強度和保溫性能的情況下，通過試驗確定發(fā)泡劑的加入量為粉料質(zhì)量的5%.先將水加入攪拌鍋，再加入粉料攪拌60s，然后加入發(fā)泡劑，攪拌10s，迅速入模，原地靜止24h，脫模，按照表2所示條件養(yǎng)護到規(guī)定的齡期.

表2 泡沫混凝土制備用水溫以及養(yǎng)護環(huán)境條件Table 2 Water temperature and curing conditions for foam concrete preparation

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 凝結(jié)時間

按照GB／T 1346—2011《水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》，測試泡沫混凝土漿料在不同溫度條件下的凝結(jié)時間.漿料凝結(jié)時間（t）與養(yǎng)護溫度（T）的關(guān)系如圖1所示.經(jīng)擬合，漿料初凝時間與養(yǎng)護溫度的關(guān)系為：lg tc＝－0.343 4T＋3.388 2，R2為0.997 4；漿料終凝時間與養(yǎng)護溫度的關(guān)系為：lgtz＝－0.323 9T＋3.434 4，R2為0.995 1.由此可見，在實際生產(chǎn)中，可通過溫度調(diào)節(jié)來控制漿料的凝結(jié)時間.

圖1 漿料凝結(jié)時間與養(yǎng)護溫度的關(guān)系Fig.1 Relationship of setting time and curing temperature

2.2 內(nèi)部形貌

不加發(fā)泡劑時，試塊在不同溫度下養(yǎng)護24h，再放置在標準養(yǎng)護箱內(nèi)養(yǎng)護至齡期28d，然后在105℃烘箱內(nèi)烘干至恒重，磨光切割面，采用Hitachi S－3400N 掃描電鏡進行觀察，其形貌如圖2 所示.由圖2可見，在不同養(yǎng)護條件下，試塊內(nèi)部泡孔大小有一定的變化，當(dāng)養(yǎng)護溫度低時，泡孔孔徑約為0.5mm，較大和較小的泡孔少，隨養(yǎng)護溫度的升高，泡孔數(shù)量逐漸增多，當(dāng)養(yǎng)護溫度為30～40℃時，泡孔孔徑減小，約為0.3mm，泡孔大小較均勻.這一方面是由于溫度低，凝結(jié)時間長，有利于泡孔的形成和生長，另一方面是由于溫度低使混凝土水化速度減慢，限制了泡孔形成與生長.因此溫度過低或過高均不利于泡孔的形成和生長.試驗發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)護溫度為30～40℃時，可獲得數(shù)量較多且相對均勻的泡孔.

加入發(fā)泡劑后，將在不同水溫下制備的泡沫混凝土試塊分別在室內(nèi)、室外養(yǎng)護28d，然后在105℃烘箱內(nèi)烘干至恒重，其內(nèi)部形貌如圖3所示.由圖3可見，試塊的孔徑隨水溫的升高而減小，當(dāng)水溫為20℃時，孔徑平均2～3mm；當(dāng)水溫50℃時，孔徑變小，數(shù)量增多，孔徑平均1～2mm；當(dāng)水溫為40℃時，孔壁較光滑，連通孔減少，封閉孔增多，孔徑大小均勻.

2.3 干密度

水溫對泡沫混凝土干密度的影響見圖4.由圖4可見，通過水溫變化制備的泡沫混凝土試塊，其干密度隨水溫升高而逐漸降低.

2.4 抗壓強度

泡沫混凝土試塊的抗壓強度按照JG／T 266—2011《泡沫混凝土》進行試驗.測試結(jié)果見圖5，6.

試驗結(jié)果表明：養(yǎng)護環(huán)境和水溫對泡沫混凝土的抗壓強度均有影響.在室內(nèi)養(yǎng)護條件下，隨水溫的升高，泡沫混凝土的抗壓強度均隨之減小，對于同一試塊，在水溫低于45℃時，其抗壓強度隨齡期的增加而增加，在溫度高于45℃時，其后期抗壓強度出現(xiàn)倒縮.在室外自然養(yǎng)護條件下，水溫在10～20℃變化波動，相對濕度在50%～75%變化波動，泡沫混凝土試塊的抗壓強度隨水溫升高而降低，隨齡期的增加而出現(xiàn)倒縮.

圖2 養(yǎng)護溫度對漿料硬化后內(nèi)部形貌的影響Fig.2 Influence of curing temperature on internal morphology of pastes after hardening

圖3 水溫對泡沫混凝土內(nèi)部形貌的影響Fig.3 Influence of water temperature on internal morphology of foam concrete

圖4 水溫對干密度的影響Fig.4 Influence of water temperature on dry density of foam concrete

圖5 室內(nèi)環(huán)境下水溫對泡沫混凝土抗壓強度的影響Fig.5 Influence of water temperature on compressive strength of foam concrete in standard condition

圖6 室外環(huán)境下水溫對泡沫混凝土抗壓強度的影響Fig.6 Influence of water temperature on compressive strength of foam concrete in outdoor condition

2.5 導(dǎo)熱系數(shù)

圖7 水溫對導(dǎo)熱系數(shù)的影響Fig.7 Influence of water temperature on thermal conductivity

按照JG／T 266—2011 標準要求，將泡沫混凝土試塊烘干后測試其導(dǎo)熱系數(shù)，結(jié)果如圖7所示.由圖7可見，泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)隨水溫的升高而降低，且在水溫低于40℃時，其導(dǎo)熱系數(shù)降低較明顯.在孔隙率相同的情況下，閉孔增加可有效減小對流傳熱，在水溫高于40℃時，雖然泡沫混凝土的孔隙率增加，密度降低，但由于連通孔有所增加，導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)增大.當(dāng)水溫為35～40℃時，泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)較小，約為0.06W／（m·K）.

3 結(jié)論

（1）養(yǎng)護溫度在5～50℃時，泡沫混凝土漿料的初、終凝時間的對數(shù)與養(yǎng)護溫度呈線性關(guān)系，因此可根據(jù)凝結(jié)時間選擇合適的養(yǎng)護溫度.

（2）水溫在35～40℃時，泡沫混凝土內(nèi)部孔徑分布均勻，連通孔少，保溫性能較好.

（3）水溫對泡沫混凝土的抗壓強度、導(dǎo)熱系數(shù)具有一定的影響，當(dāng)水溫為35～40℃時，試塊的抗壓強度較高，保溫性能較好.

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