雙氧水的發(fā)泡及其在制造輕混凝土中的應(yīng)用

周 鯤,譚 彬,李玉平，虞秀勇

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.湖南經(jīng)研電力設(shè)計(jì)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410114；3.湖南大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410082)

0 前 言

功能性建筑材料現(xiàn)已得到了廣泛應(yīng)用。它們不僅要能滿足強(qiáng)度、韌性、耐久性等傳統(tǒng)建材的要求，還要求容重足夠輕。因而輕混凝土和超輕混凝土備受青睞[1]。

輕質(zhì)混凝土指干表觀密度小于1 950 kg/m3的混凝土，超輕混凝土干表觀密度小于900 kg/m3并且強(qiáng)度不小于3.5 MPa的輕骨料混凝土。輕混凝土對(duì)于結(jié)構(gòu)恒載(即自重)占有較大比例并且對(duì)材料性能有較高要求的高層建筑、大跨度橋梁等工程來(lái)說(shuō)，表現(xiàn)出了明顯優(yōu)越性[2-4]。

制備輕混凝土或超輕混凝土，可從兩方面入手：①使用輕骨料或輕質(zhì)填充料；②使用膠凝材料發(fā)泡或在膠凝材料中引入泡沫。用發(fā)泡劑在膠凝材料中發(fā)泡，達(dá)到降低混凝土重量的辦法，是非常有創(chuàng)意的[5]。雙氧水可在偏堿性的水泥漿中迅速分解出為氧氣和水，可起到發(fā)泡劑的作用，而被嘗試用于制造輕混凝土。雙氧水發(fā)泡在實(shí)際操作中很難控制發(fā)泡極限，隨著發(fā)泡劑量的不斷增加，混凝土的強(qiáng)度會(huì)不斷下降[6-8]。本文，總結(jié)了實(shí)驗(yàn)室中用雙氧水為發(fā)泡劑，制備輕混凝土的一些規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1 硅酸鹽水泥

本實(shí)驗(yàn)所用的水泥為市售長(zhǎng)沙坪塘產(chǎn)的P.C 32.5復(fù)合水泥。

1.2 頁(yè)巖陶粒

實(shí)驗(yàn)采用的原材料取自湖南益陽(yáng)某礦產(chǎn)資源，經(jīng)簡(jiǎn)單破碎篩分后燒制成優(yōu)質(zhì)的頁(yè)巖陶粒。

1.3 粉煤灰

本實(shí)驗(yàn)所選用的粉煤灰為火電廠的副產(chǎn)品，為一級(jí)粉煤灰。

2 超輕混凝土制備工藝

超輕混凝土制備實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1 輕骨料混凝土制備流程圖

3 發(fā)泡劑的發(fā)泡效果

1)在無(wú)骨料情況下雙氧水的發(fā)泡效果試驗(yàn)。此次制作的混凝土試塊沒(méi)有加入骨料，只有粉料，此次對(duì)照試驗(yàn)以改變雙氧水的使用量來(lái)觀察混凝土在不同的使用量下的發(fā)泡效果。無(wú)骨料的雙氧水的發(fā)泡實(shí)驗(yàn)見(jiàn)表1，有骨料的雙氧水的發(fā)泡實(shí)驗(yàn)見(jiàn)表2。

在沒(méi)有加入骨料的試驗(yàn)中我們可以很直觀地看出雙氧水的發(fā)泡效果。

2)有骨料的情況下，試驗(yàn)雙氧水的發(fā)泡效果。本次實(shí)驗(yàn)有兩個(gè)目的，一是觀察不限雙氧水的使用量的發(fā)泡效果，二是找到雙氧水的最佳加入量。

第一階段的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

1)根據(jù)雙氧水的發(fā)泡效果并且根據(jù)多次試驗(yàn)的不斷嘗試，雙氧水作為發(fā)泡劑是可行的。

2)雙氧水以加入水泥量6%左右的發(fā)泡效果最好，1%和3.7%的發(fā)泡效果不是很明顯，但是發(fā)泡速度太快，且時(shí)間不好控制。

3)水與雙氧水混合加入和雙氧水單獨(dú)加入對(duì)混凝土的發(fā)泡效果沒(méi)有明顯影響，必須在偏堿性條件下才能發(fā)生。

表1 無(wú)骨料的雙氧水發(fā)泡實(shí)驗(yàn)

表3 有骨料的雙氧水發(fā)泡實(shí)驗(yàn) 單位：g

4 發(fā)泡劑對(duì)試塊性能的影響

在沒(méi)有摻入雙氧水時(shí)，混凝土具有較高的早期強(qiáng)度，3 d強(qiáng)度達(dá)到28 d強(qiáng)度的72%，7 d強(qiáng)度達(dá)到28 d強(qiáng)度的90%?；炷劣伤酀{體硬化后形成的水泥石、骨料、水泥石-骨料界面過(guò)渡區(qū)三個(gè)環(huán)節(jié)組成，混凝土的性質(zhì)取決于它們各自的性質(zhì)及其相互的關(guān)系和整體的均勻性。經(jīng)過(guò)預(yù)濕處理的輕骨料內(nèi)部?jī)?chǔ)存的水分在水泥水化硬化過(guò)程中逐步釋放出來(lái)，由內(nèi)到外對(duì)周?chē)乃嗍M(jìn)行養(yǎng)護(hù)，即內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用，這樣有利于水泥的水化硬化和改善界面結(jié)構(gòu)提高了混凝土的早期強(qiáng)度,另一方面頁(yè)巖陶粒輕骨料是一種表面結(jié)構(gòu)比較粗糙的多孔材料，水泥水化產(chǎn)物能夠部分滲入骨料表面的孔中，水泥硬化后兩者能緊密地嚙合在一起，提高了水泥石-輕骨料界面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

隨著雙氧水摻量的增大，混凝土的3、7 d抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速度在降低。這是因?yàn)殡S著雙氧水摻量的增大，水泥漿體變得干稠會(huì)從預(yù)濕的骨料吸水，這樣骨料對(duì)水泥石的這種內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用減弱了，在3、7 d這樣的早齡期，水泥石的強(qiáng)度發(fā)展還不夠。到了14、28 d這樣較長(zhǎng)的齡期時(shí)，隨著水泥石強(qiáng)度的逐步提高，水泥石強(qiáng)度對(duì)混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)在增大，這樣在3、7 d只有較低抗壓強(qiáng)度的混凝土的強(qiáng)度有了較大的提高。

隨著雙氧水用量的增加，28 d抗壓強(qiáng)度降低，雙氧水的用量大于16.6 kg/m3后，降低的幅度增大?，F(xiàn)在來(lái)分析由雙氧水分解產(chǎn)生的氣體形成的新生氣孔對(duì)混凝土28 d抗壓強(qiáng)度的影響。經(jīng)分析混凝土的抗壓強(qiáng)度與新生氣孔體積百分?jǐn)?shù)的經(jīng)驗(yàn)公式如式：

fcu=14.4-8.77×10-2P-1.10×10-2P2

超輕混凝土是由輕骨料、水泥水化產(chǎn)物、未水化水泥顆粒、結(jié)晶水、游離水等液體構(gòu)成，以及氣孔和裂隙中的氣體所組成的非均質(zhì)多相多孔材料。硬化后的混凝土中存在數(shù)量不同、大小不等的氣孔。氣孔按來(lái)源可分為成型時(shí)引入的氣孔、水泥漿體中的毛細(xì)孔和膠凝孔、接觸處的孔穴以及水泥漿體在硬化過(guò)程中干燥收縮和溫度變化而引起的微裂紋等。而這些孔缺陷是混凝土總體宏觀性能的根源。它們是混凝土顯微結(jié)構(gòu)的重要組成部分。

混凝土的抗壓強(qiáng)度隨干表觀密度的減小而呈拋物線式加速下降?？箟簭?qiáng)度比干表觀密度下降得更快。超輕混凝土要求具有輕質(zhì)及強(qiáng)度較高的性質(zhì)，但輕質(zhì)與強(qiáng)度高是一對(duì)矛盾的關(guān)系，因此，要根據(jù)實(shí)際情況找到平衡點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中，雙氧水最大用量時(shí)，混凝土的干表觀密度為912 kg/m3，抗壓強(qiáng)度為3.9 MPa，大于標(biāo)準(zhǔn)的限值3.5 MPa。對(duì)于超輕混凝土的“輕”要求接近滿足。

5 結(jié) 論

1)雙氧水用量越多，氣孔總量越大，混凝土干表觀密度、強(qiáng)度不斷減小。強(qiáng)度隨干表觀密度的降低快速下降。在一定范圍內(nèi)，抗壓強(qiáng)度大于3.5 MPa，滿足超輕混凝土強(qiáng)度要求。大量加入雙氧水能使容重達(dá)912 kg/m3，接近超輕混凝土要求(900 kg/m3以下)。

2)雙氧水用量越多，氣孔體積總量增加，干表觀密度和強(qiáng)度下降。干表觀密度小于900 kg/m3后，強(qiáng)度下降加快。

[ID:009090]