養(yǎng)護(hù)濕度對(duì)發(fā)泡混凝土性能的影響

汪 學(xué) 正， 梅 德 鑫， 高 文 元， 閆 爽， 劉 貴 山， 郝 洪 順

( 大連工業(yè)大學(xué) 紡織與材料工程學(xué)院, 遼寧 大連 116034 )

0 引 言

發(fā)泡混凝土又稱泡沫混凝土，材料中具有多孔結(jié)構(gòu)而具有孔隙率高、密度小、隔音、吸能減震等優(yōu)點(diǎn)[1-2]，因而在建筑行業(yè)的廣泛使用。實(shí)踐證明，養(yǎng)護(hù)條件決定了水泥水化進(jìn)程和微觀結(jié)構(gòu)，從而影響水泥基材料的力學(xué)性能和耐久性[3]。田林杰等[4]研究表明，-3 ℃比20 ℃養(yǎng)護(hù)水泥石早期(28 d)抗壓強(qiáng)度明顯降低；提高養(yǎng)護(hù)溫度能加快其早期水化進(jìn)程[5]。Termkhajomkit等[6]發(fā)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)溫度升高將加速其水化速率；Zdkoutsky等[7]、Kumara等[8]發(fā)現(xiàn)溫度越高，水化放熱峰值出現(xiàn)得越早，并且峰值也越大。張文華等[9]總結(jié)出高溫能加速混凝土早期的水化速率，前期獲得較大強(qiáng)度，但水化產(chǎn)物快速無序地搭接，硬化后強(qiáng)度低、孔隙率大。Gallucci等[10]發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)護(hù)一年后5、20、40和60 ℃的水化程度非常接近。

水泥凝結(jié)硬化后，隨著多余游離水的蒸發(fā)，會(huì)出現(xiàn)不同數(shù)量孔徑的毛細(xì)孔[11]，這些孔的孔隙會(huì)直接影響水泥石物理性能及其耐久性[12]。養(yǎng)護(hù)中濕度過低，水泥基材料往往會(huì)出現(xiàn)裂紋、強(qiáng)度不足、耐久性下降等質(zhì)量問題[4]。

由此可見，養(yǎng)護(hù)濕度對(duì)材料性能的影響尤為重要，而現(xiàn)有研究中關(guān)于養(yǎng)護(hù)濕度對(duì)水泥基材料影響的研究很少。本研究通過改變養(yǎng)護(hù)濕度，探討了不同養(yǎng)護(hù)濕度對(duì)發(fā)泡混凝土性能的影響。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原 料

膠凝劑選用大連小野田水泥有限公司生產(chǎn)P·O 42.5R水泥；砂子采用彰武縣沙漠砂；粉煤灰由臨江市某電廠提供；輕質(zhì)料為臨江市三級(jí)硅藻土；發(fā)泡劑為天津科密歐化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)為30%的H2O2(分析純)。水泥、粉煤灰、硅藻土、沙漠砂的化學(xué)組成見表1。

表1 水泥、粉煤灰、硅藻土、沙漠砂的化學(xué)成分

1.2 制備過程

粉煤灰、沙漠砂和三級(jí)硅藻土經(jīng)過干燥處理后，分別取粒度為180、830和150 μm以下部分作為實(shí)驗(yàn)原料。水泥、沙漠砂、粉煤灰和硅藻土按照質(zhì)量比90∶72∶27∶11的配方稱量后充分混合均勻，加水后攪拌成均勻漿料；加入發(fā)泡劑的質(zhì)量為混合原料的3%，水灰比為0.45，攪拌器均勻攪拌，形成最終的混合漿料；注入預(yù)先涂有機(jī)油的模具中，使?jié){料均勻分散；自漿料倒入模具12 h 后，在成型磚塊表面鋪一層透水布，每隔6 h用噴水壺在樣品表面噴灑1.5 g/cm2的水，共計(jì)36 h；脫去模具后分別在恒溫恒濕箱下繼續(xù)養(yǎng)護(hù)26 d，養(yǎng)護(hù)溫度保持不變(23.5±0.5 ℃)，養(yǎng)護(hù)濕度分別為35%、55%、75%和95%。

1.3 測(cè)試方法

發(fā)泡混凝土的干密度、吸水率通過物理計(jì)算得到；抗壓強(qiáng)度采用萬能試驗(yàn)機(jī)(JHH-500，北京)以50 N/s下降測(cè)得；導(dǎo)熱系數(shù)采用YBF-3型導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀測(cè)得。

采用化學(xué)結(jié)合水法[13]來表示發(fā)泡混凝土的水化程度。先通過XRD(D/max-3B)確定每種濕度養(yǎng)護(hù)下水化產(chǎn)物的名稱和種類，然后采用熱分析儀(DSC-TGA)以10 ℃/min的速率從室溫升到800 ℃，N2氣氛。105 ℃以前水化產(chǎn)物的質(zhì)量損失主要為非化學(xué)結(jié)合水，水化產(chǎn)物在105～800 ℃ 的質(zhì)量損失，是樣品的化學(xué)結(jié)合水含量。硬化時(shí)800 ℃化學(xué)結(jié)合水含量w1和w2為混合原料燒失率。

w1=[(m1-m2)/m2]×100%-w2

(1)

w2=[(m3-m4)/m3]×100%

(2)

式中：m1和m2分別為水化樣品干燥105 ℃和灼燒800 ℃樣品的質(zhì)量；m3和m4為混合原料干燥105 ℃和灼燒800 ℃樣品的質(zhì)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 物理性能分析

圖1為養(yǎng)護(hù)濕度(RH)分別為35%、55%、75%和95%時(shí)樣品的干密度和吸水率。從圖1中可以看出當(dāng)樣品的配方相同時(shí)，改變養(yǎng)護(hù)濕度，樣品的干密度在850～950 kg/m3變化，吸水率在24～29%變化，并且樣品的干密度隨著養(yǎng)護(hù)濕度的增加而增大，吸水率隨著養(yǎng)護(hù)濕度的增加而減小。

圖1 樣品干密度和吸水率曲線

圖2為樣品在不同養(yǎng)護(hù)濕度下的抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)曲線。從圖2中可以看到，在不同養(yǎng)護(hù)濕度下，樣品的抗壓強(qiáng)度為3.5～8.0 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.13～0.18 W/(m·K)，抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)隨養(yǎng)護(hù)濕度的增加而增大。

圖2 樣品的抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)曲線

2.2 XRD分析

圖3為混合原料(a)和養(yǎng)護(hù)濕度35%(b)、55%(c)、75%(d)和95%(e)下樣品的XRD圖譜。從圖中可以看出混合原料成分中主要含有SiO2和硅酸鈣，這與各種原料成分相對(duì)應(yīng)。從圖中3(b)～(e)可以看出樣品主要含有SiO2(石英)、CaCO3、C-S-H(水化硅酸鈣)和AFt(鈣礬石)，混合原料中的硅酸鈣全部水化。不同養(yǎng)護(hù)濕度下樣品的水化產(chǎn)物基本相同，但是隨著養(yǎng)護(hù)濕度的增加，混合原料的水化產(chǎn)物峰數(shù)增加，水化產(chǎn)物峰整體強(qiáng)度增加，增加養(yǎng)護(hù)濕度有利于增強(qiáng)混合原料的水化進(jìn)程。

圖3 樣品的XRD圖譜

2.3 原料和樣品的DSC-TG分析

圖4為混合原料的DSC-TG曲線。隨著煅燒溫度的升高，在100 ℃之前混合原料質(zhì)量的損失主要是由于自由水的揮發(fā)所致，105 ℃前失重約為0.5%。在100～200 ℃，這一吸熱峰對(duì)應(yīng)的是含水礦石的脫水反應(yīng)。在420 ℃附近為混合原料的一個(gè)放熱峰，主要是由于各種原料中的硅酸鈣發(fā)生了分解反應(yīng)，產(chǎn)生了大量的熱量，尤其是在650～685 ℃，質(zhì)量的損失速率最快，105～800 ℃溫度范圍內(nèi)混合原料的失重為4.18%。

圖4 混合原料的DSC-TG曲線

圖5為樣品的DSC曲線。從圖中可以看出不同養(yǎng)護(hù)濕度下第一個(gè)吸熱峰主要發(fā)生在100～200 ℃，主要是產(chǎn)物中的結(jié)構(gòu)脫水吸熱。在700～750 ℃的吸熱反應(yīng)主要是生成物中的水化硅酸鈣的結(jié)構(gòu)脫水和CaCO3的分解反應(yīng)。

圖5 不同養(yǎng)護(hù)濕度下樣品的DSC曲線

圖6為不同養(yǎng)護(hù)濕度下樣品的TG曲線。從圖中可以看出，養(yǎng)護(hù)濕度為35%、55%、75%、95%的樣品主要失重范圍為640～720 ℃、620～720 ℃、500～720 ℃、550～740 ℃，105～800 ℃樣品的失重分別為11.27%、13.86%、14.73%、16.20%。

圖6 不同養(yǎng)護(hù)濕度下樣品的TG曲線

根據(jù)樣品的DSC-TG曲線，結(jié)合式(1)和式(2)計(jì)算出養(yǎng)護(hù)濕度為35%、55%、75%、95%的樣品水化程度為7.09%、9.68%、10.55%和12.02%。由此可見，提高養(yǎng)護(hù)濕度可以增強(qiáng)樣品的水化反應(yīng)進(jìn)程。

3 結(jié) 論

通過增加養(yǎng)護(hù)濕度，樣品中水化產(chǎn)物峰數(shù)增加，水化產(chǎn)物峰整體強(qiáng)度增加，更多的自由水參與到發(fā)泡混凝土的水化反應(yīng)中，發(fā)泡混凝土更加致密，抗壓強(qiáng)度隨之增加；導(dǎo)熱性能變差，水化程度增加。從總體上看，增加養(yǎng)護(hù)濕度有利于增強(qiáng)發(fā)泡混凝土的性能，但養(yǎng)護(hù)濕度也不可能無限制的提高，為了保證發(fā)泡混凝土28 d養(yǎng)護(hù)期間內(nèi)充分水化，實(shí)際生產(chǎn)中盡可能地的提高養(yǎng)護(hù)濕度到95%以上。