不同摻量的粉煤灰對(duì)泡沫混凝土性能的影響

付士峰，　張廣田，　杜淵博

(1.河北工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，天津　300401;2.河北省建筑科學(xué)研究院，河北 石家莊　050021;3.北京科技大學(xué) 土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京　100833；4.河北建研科技有限公司，河北 石家莊　050021;5.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 交通科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱　150001)

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不同摻量的粉煤灰對(duì)泡沫混凝土性能的影響

付士峰1,2，張廣田3,4，杜淵博5

(1.河北工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，天津300401;2.河北省建筑科學(xué)研究院，河北 石家莊050021;3.北京科技大學(xué) 土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京100833；4.河北建研科技有限公司，河北 石家莊050021;5.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 交通科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150001)

研究了不同摻量粉煤灰對(duì)泡沫混凝土性能的影響， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在相同容重下，泡沫混凝土28 d抗壓強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量的增加是呈上升趨勢(shì)，粉煤灰摻量為30%時(shí)抗壓強(qiáng)度最高，而且在設(shè)計(jì)容重越大的情況下強(qiáng)度受水灰比影響越小。而吸水率是隨著粉煤灰摻量的增加而整體趨于下降，并且在設(shè)計(jì)容重為600 kg/m3，水膠比為0.42時(shí)，粉煤灰摻量為30%時(shí)，泡沫混凝土的吸水率最低。導(dǎo)熱系數(shù)在粉煤灰摻量較小時(shí),影響較小;當(dāng)摻量為30% 時(shí),導(dǎo)熱系數(shù)最小，僅為0.55 W/(m·K)。

粉煤灰；摻量;泡沫混凝土；抗壓強(qiáng)度;導(dǎo)熱系數(shù)；吸水率

0　引言

泡沫混凝土是一種新型的建筑節(jié)能保溫材料，具有輕質(zhì)，保溫隔熱，隔音，無(wú)毒，不燃燒的性能[1-2]。具有較好的應(yīng)用前景。但是容重低的泡沫混凝土，存在強(qiáng)度低，吸水率高，易收縮，體積不穩(wěn)定等諸多問(wèn)題。在制備3種不同較低容重的泡沫混凝土的基礎(chǔ)上，把不同摻量的粉煤灰加入到泡沫混凝土中，測(cè)試其對(duì)泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度，吸水率，導(dǎo)熱系數(shù)的影響，為制備容重小，性能好的泡沫混凝土提供一定的參考和借鑒。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1原材料

水泥：一種為鼎鑫牌硫鋁酸鹽水泥，一種為鼎鑫普通硅酸鹽水泥P·O 42.5。粉煤灰：石家莊熱電廠生產(chǎn)的一級(jí)灰。發(fā)泡劑：自己制備的松香型發(fā)泡劑。減水劑：自己制備的聚羧酸型高效減水劑，減水率為25%。穩(wěn)泡劑：自己制備的穩(wěn)定劑，摻量為0.1%。聚丙烯纖維：石家莊盛烽工程材料有限公司生產(chǎn)的聚丙烯纖維。

1.2試驗(yàn)過(guò)程

1.2.1泡沫混凝土的制備

(1) 試驗(yàn)采用氣泵加氣，將按比例稱量的水及發(fā)泡劑加入發(fā)泡機(jī)中，由氣泵加壓至0.8 MPa左右，再由發(fā)泡機(jī)制備細(xì)小、均勻、黏度好并且穩(wěn)定的泡沫。

(2) 泡沫混凝土配合比設(shè)計(jì)。由于泡沫混凝土的密度小，常用于建筑物的內(nèi)外墻體、 樓層面、立柱等結(jié)構(gòu)中。 采用該種材料，一般可使建筑物自重降低25% 左右，常用泡沫混凝土的密度等級(jí)為400～1 200 kg/m3。但是超過(guò)700 kg/m3，泡沫混凝土的保溫性能下降，因此本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的容重有400 kg/m3，500 kg/m3，600 kg/m3,700 kg/m3。按比例稱量好水泥，其中硫鋁酸鹽水泥占普通硅酸的千分之一。粉煤灰摻量為水泥質(zhì)量的0%，10%，20%，30% 。水膠比為0.42,0.44,0.44,0.48，并稱量膠凝材料質(zhì)量5‰的減水劑、膠凝材料質(zhì)量1‰的聚丙烯纖維和膠凝材料質(zhì)量1‰的穩(wěn)泡劑。泡沫混凝土的基準(zhǔn)配合比如表1所示。

(3) 將各種原料按順序加入攪拌鍋中，攪拌60 s左右然后開動(dòng)發(fā)泡機(jī)的閥門將拌制好的泡沫緩慢倒入已經(jīng)拌制好的漿體內(nèi)，再在砂漿攪拌機(jī)快速攪拌30 s左右，制成均勻流態(tài)漿。

(4) 室內(nèi)成型試件，試模灌滿漿后靜置30 s后抹平，靜置1 d后拆模，之后將試件置入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)齡期。

表1　泡沫混凝土基準(zhǔn)配合比設(shè)計(jì)表

1.2.2性能測(cè)試

對(duì)成型好的泡沫混凝土試塊在養(yǎng)護(hù)到28 d，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，并對(duì)設(shè)計(jì)容重為400 kg/m3，600 kg/m3的泡沫混凝土做吸水率實(shí)驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)容重為600 kg/m3的進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

2.1不同粉煤灰摻量對(duì)抗壓強(qiáng)度性能的影響

28 d強(qiáng)度隨粉煤灰摻量而變化試驗(yàn)結(jié)果如圖1～圖4所示。在相同容重下，隨著粉煤灰摻量的增加其28 d抗壓強(qiáng)度是呈上升趨勢(shì)的，而且在設(shè)計(jì)容重越大的情況下強(qiáng)度受水灰比影響越小，如圖4容重700 kg/m3的不同水灰比的28 d強(qiáng)度變化示意圖所示，3個(gè)水灰比下強(qiáng)度差異并不如前3個(gè)圖明顯，這也表明粉煤灰摻量越大，強(qiáng)度差異受水灰比影響也越不明顯。

圖1　設(shè)計(jì)容重400 kg/m3的不同水灰，不同粉煤灰摻量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響圖

圖2　設(shè)計(jì)容重500 kg/m3的不同水灰，不同粉煤灰摻量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響圖

2.2粉煤灰對(duì)泡沫混凝土吸水率的影響結(jié)果分析

本試驗(yàn)所得吸水率變化如圖5和圖6所示。

容重為400 kg/m3，水膠比為0.48,0.42的泡沫混凝土，容重為600 kg/m3的泡沫混凝土吸水率隨著粉煤灰摻量的增大均呈逐漸降低。但是，容重為400 kg/m3，水膠比為0.42的粉煤灰摻量為20%后，又有增加。這是由于粉煤灰顆粒相對(duì)于水泥而言較細(xì)，粉煤灰的摻量越多，粉煤灰填補(bǔ)水泥孔隙也就越密實(shí)，從而整體結(jié)構(gòu)密實(shí)度得以提高，因而吸水率也就越小。而容重為400 kg/m3，水膠比為0.44泡沫混凝土隨粉煤灰的增加先增加，后減小。粉煤灰摻量的變化，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致吸水率發(fā)生變化[3-4]。

圖3　設(shè)計(jì)容重600 kg/m3的不同水灰，不同粉煤灰摻量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響圖

圖4　設(shè)計(jì)容重700 kg/m3的不同水灰，不同粉煤灰摻量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響圖

圖5　容重400 kg/m3的不同水灰比的吸水率變化圖

圖6　容重600 kg/m3的不同水灰比的吸水率變化圖

2.3粉煤灰對(duì)泡沫混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的影響

本試驗(yàn)所得吸水率變化如圖7所示。

圖7　設(shè)計(jì)容重為600 kg/m3的不同水灰比的導(dǎo)熱系數(shù)變化圖

不同粉煤灰摻量對(duì)泡沫混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的影響及其發(fā)展趨勢(shì)。由此得到：泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)隨著粉煤灰摻量的增加不斷發(fā)生變化，當(dāng)粉煤灰摻量不大時(shí)，粉煤灰對(duì)混凝土導(dǎo)熱系數(shù)無(wú)明顯影響；當(dāng)摻量為30%時(shí)，粉煤灰可明顯降低混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)，且導(dǎo)熱系數(shù)最小僅為0.55 W/(m·K)。由于粉煤灰的摻量提高，泡沫混凝土內(nèi)的孔隙發(fā)生變化，其內(nèi)部孔隙得到優(yōu)化，使其導(dǎo)熱系數(shù)下降[5-6]。

3　結(jié)論

(1) 在相同容重下，隨著粉煤灰摻量的增加其28 d抗壓強(qiáng)度是呈上升趨勢(shì)的，而且在設(shè)計(jì)容重越大的情況下強(qiáng)度受水灰比影響越小。而且在設(shè)計(jì)容重為700 kg/m3時(shí)各水膠比下強(qiáng)度相差不大，粉煤灰摻量為30%時(shí)抗壓強(qiáng)度最高，可高達(dá)5.58 MPa。

(2) 泡沫混凝土的吸水率是隨著粉煤灰摻量的增加而整體趨于降低的，并且在設(shè)計(jì)容重為600 kg/m3，水膠比為0.42時(shí)，粉煤灰摻量為30%時(shí)，泡沫混凝土的吸水率最低，僅為18%。

(3) 當(dāng)粉煤灰摻量不大時(shí),粉煤灰對(duì)混凝土導(dǎo)熱系數(shù)無(wú)明顯影響;當(dāng)摻量為30%時(shí),粉煤灰可明顯降低混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)，最小僅為0.55 W/(m·K)。

(4) 隨著粉煤灰摻量的增加，泡沫混凝土的平均孔徑的降低和孔的圓度提高，內(nèi)部孔徑得到優(yōu)化證明了粉煤灰可以改善泡沫混凝土的性能。

[1]李應(yīng)權(quán),朱立德,李菊麗,等.粉煤灰泡沫混凝土穩(wěn)定改性及力學(xué)性能研究[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2011,26(2):21-22.

[2]黃政宇,孫慶豐,周志敏.硅酸鹽-硫鋁酸鹽水泥超輕泡沫混凝土孔結(jié)構(gòu)及性能研究[J]. 硅酸鹽通報(bào),2013(9):1894-1899.

[3]任先艷,張玉榮,劉才林,等.泡沫混凝土的研究現(xiàn)狀與展望[J]. 混凝土,2011(2):139-141+144.

[4]方永浩,王銳,龐二波,等.水泥-粉煤灰泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度與氣孔結(jié)構(gòu)的關(guān)系[J]. 硅酸鹽學(xué)報(bào),2010(4):621-626.

[5] 黃士元，蔣家?jiàn)^，楊南如，等．近代混凝土技術(shù)[M]．西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社,1998.

[6]孔麗娟,許旭棟,杜淵博. 不同集料混凝土抗凍性能與孔結(jié)構(gòu)的關(guān)系[J]. 石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2014，27(1):88-94.

Effect of Different Amount of Fly Ash on the Performance of Foamed Concrete

Fu Shifeng1,2，Zhang Guangtian3,4,Du Yuanbo5

(1.School of Civil Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401，China；2. Hebei Academy of Building Research，Shijiazhuang 050021，China;3. College of Civil and Environmental Engineering, University of Science and Technology Beijing，Beijing100833，China；4. Hebei Institute of Technology Co., Ltd.,Shijiazhuang 050021,China;5. School of Transportation Science and Engineering, Harbin Institute of Technology，Harbin 150001, China )

The effect of different dosage of fly ash on the performance of foamed concrete was studied. Experimental results show that: in the same density, there has been a general go-up trend of foam concrete compressive strength of 28 days with the increase of fly ash content , when the amount of fly ash is 30% it has highest compressive strength. And in the case of the larger design density, the strength is less affected by the water cement ratio .While the water absorption is decreased with the increase of fly ash content, and in the design of bulk density 600, water binder ratio 0.42, mixing amount of the fly ash 30%, the foam concrete water absorption rate is the lowest. Thermal conductivity of foamed concrete has no obvious effect when the content of fly ash is small, and when the content is 30%, the thermal conductivity is the smallest, only 0.55 W/(m·K).

fly ash;admixture;foamed concrete;compressive strength;thermal conductivity;water absorption

2015-03-26責(zé)任編輯:車軒玉DOI:10.13319/j.cnki.sjztddxxbzrb.2016.03.09

河北省建設(shè)科技研究指導(dǎo)性計(jì)劃項(xiàng)目(2015-210)

付士峰(1981-)，男，博士研究生,高級(jí)工程師,從事建筑工程相關(guān)研究。E-mail:18033878005@163.com

TU525

A

2095-0373(2016)03-0049-04

付士峰，張廣田，杜淵博.不同摻量的粉煤灰對(duì)泡沫混凝土性能的影響[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2016,29(3):49-52.