粉煤灰对泡沫混凝土物理力学性能的影响.pdf
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1、粉煤灰对泡沫混凝土物理力学性能的影响 刘 军等 1 1 1 粉煤灰对泡沫混凝土物理力学性能 的影响 刘 军 , 齐 玮 , 刘润清。 , 田 悦。 ( 1 沈阳建筑大学材料科学与工程学院,沈阳 1 1 0 1 6 8 ; 2 沈阳理工大学材料科学与工程学院, 沈阳 1 1 0 1 5 9 ; 3 沈阳城市建设学院,沈阳 1 1 0 1 6 7 ) 摘要 研究 了粉煤灰掺量和水灰 比对粉 煤灰掺 量较大的泡 沫混凝 土的干密度 和抗 压强度的影响 , 利用 经验公 式计算泡沫混凝土的孔隙率, 重点研 究泡沫混凝土的孔隙率和干密度、 抗压强度的关系。研 究结果表明随着粉煤灰 掺量的增加泡沫混凝土的
2、干密度和抗压强度均呈下降的趋势。当粉煤灰掺量由 2 5 上升到 3 O 时, 不同水胶比的 泡沫混凝土干 密度 下降均超过 了 6 0 k g m3 ; 粉煤灰掺 量由 3 O 提 高到 4 0 时 , 不 同水胶 比的泡沫混凝 土抗压 强度 下 降的趋势都明显减 小。以粉煤灰取代 水泥后 , 孔 隙率和 干密度 的拟合公 式为 Y一2 7 1 2 6 8 6 4 2 9 5 9 X+3 8 3 3 4 4 X2 , 相关 系数为 0 9 0 9 7 孑 L 隙率和抗压强度的拟合公式为 Y一5 8 7 1 4 2 2 X+8 6 3 , 相 关系数为 0 9 8 0 2 。 关键词 泡沫混凝土
3、粉煤灰孔隙率干密度抗压强度 中图分类号 : TU5 2 8 文献标 识码 : A D O I : 1 O 1 1 8 9 6 j i s s n 1 0 0 5 0 2 3 X 2 0 1 5 1 6 0 2 5 Ef f e c t o f Fl y As h o n Phy s i c a l a nd M e c ha ni c a l Pr o pe r t i e s o f Fo a m Co nc r e t e LI U J u n ,QI W e i ,LI U Ru n q i n g 。 ,TI AN Yu e 。 ( 1 S c h o o l o f Ma t e r
4、 i a l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g,S h e n y a n g J i a n z h u Un i v e r s i t y ,S h e n y a n g 1 1 0 1 6 8 ;2 S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g,S h e n y a n g Li g o n g Un i v e r s i t y,S h e n y a n g 1 1 0 1 5 9 ; 3 S h e n y a n g U
5、r b a n C o n s t r u c t i o n Un i v e r s i t y,S h e n y a n g 1 1 0 1 6 7 ) Ab s t r a c t Th e e f f e c t s o f f l y a s h v o l u me a n d wa t e r - c e me n t r a t i o o n d r y d e n s i t y a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f f o a m c o n c r e t e we r e s t u d i e d ,f o
6、 c u s o n t h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n p o r o s i t y a n d d r y d e n s i t y ,c o mp r e s s i v e s t r e n g t h Th e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e i n c r e a s e o f f l y a s h r e d u c e d d r y d e n s i t y a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f f o a m c
7、 o n c r e t e I n d i f f e r e n t wa t e r - c e me n t r a t i o,wh e n t h e r e p l a c e me n t o f c e me n t wi t h f l y a s h i n c r e a s e d f r o m 2 5 t o 3 0 ,d r y d e n s i t y d e c r e a s e d mo r e t h a n 6 0 k g m。 : wh e n t h e r e p l a c e me n t wa s 3 O -4 0 , d o wn w
8、 a r d t r e n d o f f o a m c o n c r e t e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h h a s a s ig n i f i c a n t d e c r e a s e Th e f i t t i n g f o r mu l a o f p o r o s i t y a n d d r y d e n s i t y i s y= 2 7 1 2 6 8 6 4 2 9 5 9 X+ 3 8 3 3 4 4 X。 。 c o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t
9、i s 0 9 0 9 7 ;t h e f i t t i n g f o rm u l a o f p o r o s i t y a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h i s Y一 5 8 7 1 4 2 2 X + 8 6 3 X ,c o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t i s 0 9 8 0 2 Ke y wo r d s f o a m c o n c r e t e ,f l y a s h,p o r o s i t y ,d r y d e n s i t y,c o mp r
10、e s s i v e s t r e n g t h 0 引言 泡沫混凝土作为墙体保温材料具有质量轻 、 环保性能 好 、 保温隔热 性 能好、 工业 化程 度 高、 施工 便 捷等 许 多优 点 1 。但 目前泡沫混凝土在墙体保温材料 领域 的应用并不 十分广泛 , 主要是强度 、 干密度等方面的不足影响 了其竞争 力。在制备泡沫混凝土时用粉煤灰取代部分水泥 , 一方面减 少了水泥的用量 , 降低 了产品的制备成本; 另一方面在微集 料效应 、 形态效应 、 火 山灰效应的作用下, 掺入的粉煤灰会对 泡沫混凝土的性能有一定的改善作用 2 。 目前 , 学者对于泡沫混凝土的研究 多集中于组成
11、对性能 的影响, 而忽略了结构对性能的影响。泡沫混凝土结构上最 显著的特征就是具有较高的孔隙率 , 这使得它与普通混凝土 在性能方面有 了很大的差别口 4 。所 以, 研究泡沫混凝土孔 隙率和性能之间的关系, 对于提高泡沫混凝土性能有很重要 的意义 。 本实验主要研究了以双氧水为发泡剂 , 用粉煤灰取代部 分水泥 , 采用化学发泡法制备泡沫混凝土的粉煤灰掺量 和水 胶 比对干密度和抗压强度 的影 响, 并利用经验公式计算泡沫 混凝土的孔隙率 , 研究孔隙率和干密度与抗压强度之间的关 系, 并进行数据的拟合 。 1 实验 1 1 实验原材料 水泥, 采用冀东水泥厂生产的 P O4 2 5普通硅酸
12、盐水泥 , 成分和性能见表 1 。粉煤灰, 使用 级粉煤灰 , 成分和性能见 表 2 。发泡剂 , 使用 国药集团化学试剂有 限公司生产 的分析 纯双氧水 ( H: O ) 。 *国际合作 办公 室项 目( 2 O 1 3 D F R 5 O 3 6 O ) 刘军 : 女 , 1 9 6 3年生 , 博 士, 教授 , 主要从事建筑材料方面 的研究E - ma i l : l i u j u n 2 6 9 9 1 2 6 c o rn 1 1 2 材料导报 B: 研究篇 2 0 1 5年 8月( 下) 第 2 9卷第 8期 表 1 4 2 5普通硅酸盐水泥成分和性能 Ta b l e 1 C
13、o mp o s i t i o n a nd p e r f o r ma n c e o f 4 2 5 o r d i n a r y p o r t l a n d c e me n t 表 2 粉煤灰成分和性能 Ta b l e 2 Co mp o s i t i o n a n d p e r f o r ma n c e o f f l y a s h 1 2 泡沫混凝土配合 比及制备 本实验采用化学发泡法制备泡沫混凝土 , 发泡剂为双氧 水 , 掺 量均 为 6 。胶凝材 料 主要 为水 泥, 水胶 比分别 为 0 5 0 、 0 5 5 、 0 6 0 、 0 6 5 、 0
14、 7 0 ; 以粉煤灰部分取代水 泥, 取代 量分别为 2 5 、 3 O 、 3 5 、 4 O 、 4 5 。通过这 2 5 组配合 比 制备相应的泡沫混凝土试块并测试其物理力学性能 。 1 3 干 密度 和抗 压强 度 泡沫混凝土的干密度和抗压强度一般随着水化 时问不 同而发生较大变化 , 本实验测得的泡沫混凝土干密度和抗压 强度以 2 8天为标准 。制备尺寸为 1 0 0 mm1 0 0 mm1 0 0 m m 的泡沫混凝土试件 , 在到达预定养护龄期 3 天前 , 将试件 放入电热鼓风干燥箱 中, 在( 6 O 5 )温度下烘干至前后两 次间隔 4 h质量差小于 1 g, 然后立 即
15、将试件取出, 测定试件 的干密度和抗压强度。具体测试方法按照( 参照) 泡沫混凝 土标准 J G T2 6 6 2 0 1 1 。 2 结果与讨论 2 1 粉煤灰掺量对泡沫混凝土性能的影响 粉煤灰是 火山灰 质活性 材料 , 由各种颗粒机械混合而 成 , 其中大部分是球形玻璃体, 这些玻璃体通常具有较大 的 比表面积。用粉煤灰部分取代水泥, 可以使泡沫混凝土内部 的结构发生微妙的变化, 改善泡沫混凝土的性能 。 2 1 1 粉煤 灰掺 量 对干 密度 的影 响 如图 1所示 , 在不 同水胶 比的情况下 , 随着粉煤灰掺量 的增加 , 泡沫混凝土的干密度都呈现下降 的趋势, 但下降 的 趋势逐
16、渐减缓 , 当粉煤灰掺量 由 2 5 上升到 3 O , 不 同水胶 比的泡沫混凝土干密度下降均超过了 6 0 k g m。 。粉煤灰的 密度小于水泥的密度 , 用粉煤灰取代部分水泥 , 泡沫混凝土 的密度 自然会有所降低。其次, 粉煤灰能够有效地降低浆体 间的摩擦阻力 , 减少了发泡时气泡生成的阻力。 从图 1中还可以看 出, 在同一粉煤灰掺量下, 泡沫混凝 土的干密度随着水胶 比的增加呈现 明显上升趋势, 说 明水分 在泡沫混凝土结构形成过程中起着重要的作用。 2 1 2 粉煤灰掺量对抗压强度的影响 如图 2 所示, 随着粉煤灰掺量的增加 , 泡沫混凝 土的抗 压强度呈现下 降的趋 势。粉
17、煤灰掺 量 由 2 5 上升 至 3 0 时 , 抗压强度 的下降速度较快 , 不同水胶 比平均强度损失达 到 3 1 2 ; 而粉煤灰掺量 由 3 5 上升到 4 5 时抗压强 度下 降的趋势较为平缓 , 不同水胶 比平均强度损失为 4 1 4 。这 可能是由于粉煤灰具有火 山灰效应, 即粉煤 灰中的 A1 : O。 、 S i O e硅质材料与水泥加水搅拌后生成 C a ( OH) 。等碱性激发 剂 , 进一步生成水化硅酸钙凝胶, 这对于泡沫混凝 土水 泥石 的强度也有一定的贡献。 昌 邑 龆 H - 胶 比0 7 0 胶 I: l o 6 5 胶 比0 6 0 胶 比05 5 胶 IZo
18、 5 0 图 I 不同水胶比时粉煤灰掺量对干密度的影响 F i g 1 I nflu e n c e o f fly a s h o n d r y d e n s i t y i n d i f f e r e nt wa t e c e m e n t r a t i o 凸_ 疆 堰 H 比0 7 0 比0 6 5 比O 6 0 比O 5 5 比05 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 粉煤灰 掺量, 图 2 不同水胶 比时粉煤灰掺量对抗压强度的影响 Fi g 2 I n flu e n c e o f f l y a s h o n t h e c o mp r e s s i
19、 v e s t r e n g t h i n d i f f e r e n t wa t e c e me n t r a t i o 从图 2中可以看出, 粉煤灰取代量相同时, 泡沫混凝土 的抗压强度随着水胶 比的增大而减小 。泡沫混凝土 中没有 粗细骨料的支撑 , 强度主要来 自于水泥石, 因此水胶 比对泡 沫混凝土 强度 的影 响应 比对普 通 混凝 土 的 影 响更 加 显 著 。 2 2 泡沫混凝土结构一 陛能数学模型 2 2 1 泡沫 混凝 土的孔 隙 率 泡沫混凝土的孔隙率和抗压强度、 干密度之间都有着密 切的关系_ s , 对于泡沫 昆 凝土孔隙率的定 义, 不 同的学者
20、之 间也有一定的差别 。本实验以文献 1 0 , 1 1 中的泡沫? 昆凝土 理论孔隙率公式计算 , 如式( 1 ) 所示。 一 ! V V + + V + Vn 式中: 为孔隙率( ) ; V 为掺入气泡量 ( mI ) ; 为蒸发水 体积 ( mL) ; Vc为水 泥的体 积 ( mL) ; V 为 加入水 的体 积 ( mI ) ; V 为外掺料的体积( mI ) 。 通过理论孔隙率的计算 , 可以得到两组泡沫 昆凝土在各 种配合 比条件下的孔 隙率 , 从而可 以建立干密度、 抗压强度 粉煤灰对泡沫混凝土物理力学性能的影响 刘 军等 1 1 3 与孔隙率的数学模型。 2 2 2 千密度
21、- q L 隙率数学模 型 对于空白组泡沫混凝土和掺入粉煤灰 的泡沫混凝土, 根 据理论孔隙率公式计算其孔隙率后 , 以孔隙率 7 为横坐标 , 以干密度为纵坐标作 图, 首先得到散点图 , 之后 去掉偏离程 度特别大的个别数据 , 再进行散点 图拟合 , 得到拟合程度较 好的曲线 , 分别见图 3和图 4 。 图 3 空白组泡沫混凝土干密度一 孔隙率模型 Fi g 3 Dr y d e n s i t y - p o r o s i t y m o d e l o f f o a m c o nc r e t e wi t ho ut f l y a s h 0 8 0 0 8 2 0 8
22、4 0 馏6 0 8 8 0 9 O 0 9 2 0 9 4 P o r o s i t y 图 4 掺入粉煤灰泡沫混凝土干密度一 孑 L 隙率模型 F i g 4 Dr y d e n s i t y - p o r o s i t y mod e l o f fo am c o n c r e t e wi t h fly a s h 以上两个模型的相关系数分别为 9 5 5 8 和 9 O 9 7 , 拟合度优 良。图 3中空白组泡沫混凝土 的孔隙率上升, 干密 度在一定范围内下 降, 在达 到 0 8 4以上时 , 孔 隙率 继续升 高, 而干密度也随之提高。在图 4中, 掺入粉煤灰的
23、泡沫混 凝土干密度随着孔隙率的增加而降低 , 孔隙率和干密度 的拟 合公式为 y一2 7 1 2 6 8 -6 4 2 9 5 9 X4 - 3 8 3 3 4 4 X , 相关系数为 0 9 0 9 7 。这在一定程度上说明粉煤灰 的加入使结构保有孔 隙的能力得到提升, 泡沫混凝土的孔隙率增加, 干密度 降低 , 优化了泡沫混凝土的轻质高强性能。 2 2 3 抗压强度一 孔 隙率数学模 型 泡沫混凝土的强度与其内部 的孔结构有着密不可分的 联系 1 , 空 白组泡沫混凝土和掺入粉煤灰的泡沫混凝土 的抗 压强度一 孔隙率拟合曲线分别见图 5和图 6 。 以上两个模型的相关 系数分 别为 9 2
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