新型轻质材料（通用7篇）
新型轻质材料 篇1
1 引言
新型轻质墙体材料是当前墙体材料主要发展趋势之一,利用建筑垃圾(Construction Waste,CW)主要成分之一-废砖制备新型轻质墙体材料可带来显著的经济、社会、环境效益。笔者从废弃物资源化与发展循环经济的战略背景、材料复合的角度出发制备了具有优良物理和广泛实用性能的新型轻质墙体材料(New Light Weight Wall Material,NLWWM)。使用这种材料,不但可以缓解目前建筑垃圾所带来的一系列环境、社会问题,还可以节约大量的天然资源,为社会、经济、环境的可持续发展提供保障。
2 原材料与生产工艺
2.1 主要原材料
2.1.1 废砖粉
本试验所采用废砖来自云南昆明城区建筑拆除建筑垃圾,其主要化学成分和质量百分含量如表1所示。
2.1.2 水泥
采用32.5普通硅酸盐水泥,初凝时问l10 min,终凝时间186 min。
2.1.3 生石灰
含Ca O80%以上,0.126 mm筛筛余l8%。
2.1.4 脱硫石膏
采用昆明市电厂脱硫石膏,其主要成分Ca SO4﹒2H2O。
2.1.5 烧碱
实验所用的烧碱为市售片状工业级烧碱,其Na OH含量大于96%。
2.1.6 废泡沫塑料
由废弃的泡沫塑料包装物经机械破碎而得,泡沫塑料松散容重为20 kg/m3左右。
2.1.7 发泡剂
采用工业常用发泡剂十二烷基苯磺酸钠见表2、表3。
2.1.8 稳泡剂
采用尼纳尔,主要化学组分是N,N-二羟乙基月桂酰胺。又称净洗剂6501或稳泡净洗剂CD-110,属非离子型表面活性剂,淡黄色黏稠液状物,易溶于,起泡性强,泡沫稳定性好,对碱、硬水稳定性能如表3所示。
2.2 生产工艺
生产工艺见图1。
3 结果与讨论
研究了水泥、生石灰、脱硫石膏、烧碱、废泡沫塑料对新型轻质墙体材料的影响,分别见图2、图3、图4、图5、图6。
由图1、图2、图3、图4、图5、图6对比可知:
a.砖粉中含有大量的火山灰组分,它能够与石灰、砂浆、硬膏剂混合制备墙体材料,完全是因为其本身的水利特性[1]。
b.水泥是墙体材料强度的主要贡献相,其掺量越多,制品强度就越大,包括其早期强度,但考虑到水泥的成本相对较高以及轻质墙体材料后期强度可以用砖粉来提高,再者,水泥用量过多极易产生干裂现象,所以笔者认为水泥的掺量应在20%~30%。
c.石灰用量增加对材料的强度先起增强作用,但在达到某一最佳的石灰量后,继续增加石灰量,料浆稠化显著加快,硬化缓慢,墙体材料强度反而降低,可见石灰用量过高对材料强度产生不利影响,而且这时制品收缩较大,容易产生裂缝。这取决于材料中物相含量的变化。对于每一种钙质材料用量,都有一相应的最佳组成,再考虑到尽可能多地利用砖粉等因素,作者认为适宜的石灰掺量应12%左右。
d.随着脱硫石膏用量的增加,制品抗压强度变化无明显的规律性。水化反应结束后,体系中的石膏作为一种气硬性胶凝材料提供了一部分强度来源,所以添加20%的脱硫石膏的制品的强度较其他的高。
e.烧碱用量增加提高了实验体系中Na OH的浓度,有助于玻璃体中硅铝组分的溶出,使得OH-可以更好地与硅铝矿物颗粒反应形成聚合物前驱物,进而形成基体相,赋予材料较好的力学性能,在该试验体系中,当烧碱掺量达到砖粉掺量的3%左右时,出现了一个明显的峰值,Bakharev(2005a)[2]分别用2%、4%、6%、8%浓度的Na OH溶液与粉煤灰作用时也得到了类似的结论。
f.随着泡沫塑料掺量的增加,墙体材料强度成下降趋势,但由于泡沫塑料具有质轻的物理特性,使得材料容重越来越小;泡沫塑料具有一定的韧性,在加入量小于15 g时在一定程度上限制了材料强度降低的趋势,但当加入量大于15 g时,材料强度成直线下降趋势,所以笔者认为,泡沫塑料最佳掺量应在9 g~15 g之间。
g.泡沫质量的控制是试验成功与否的关键技术,所以在试验过程要严格控制泡沫质量以及水的加入量;为了获得理想的气孔含量或特定的混凝土容重,许多情况下,需要加入理论计算量的2~3倍的泡沫[3]。
4 机理探讨
4.1 泡沫孔型、孔径对轻质墙体材料强度的影响
泡沫掺入后即在制品中形成大量封闭的小孔而孔结构影响材料性能的三个最主要因素是:孔的形状、孔隙率和孔径分布。气孔的形状越圆滑,受力就越均匀,越不容易产生应力集中,对混凝土强度就越有利。随着制品孔隙率的增加,材料强度降低,在相同孔隙率情况下,平均孔径越小,材料的强度越高。所以,进入制品的泡沫要尽具备坚韧性、均匀性、分散性和小孔径性,将泡沫制成均等的孔型、孔径非常关键。
4.2 废砖轻质墙体材料水化过程及机理探讨
生石灰作为碱性激发剂进一步激活了砖粉的活性,破坏了其球形玻璃体的表面结构。Ca(OH)2与砖粉中的活性组分发生火山灰反应,生成以水化硅酸钙和水化铝酸钙为主的水化产物,即所谓的二次水化反应,其反应式如下:
XCa(OH)2+Si O2+(n-1)H2O=XCa O·Si O2·n H2O XCa(OH)2+Al2O3+(n-1)H2O=XCa O·Al2O3·n H2O
石灰的用量主要影响墙体材料中雪硅钙石等水化产物的量,当雪硅钙石等的量较少时,其形态效应可以起增强作用,有利于提高抗压强度;当其含量增加时,其形态效应在材料中造成较高的孔隙率,降低了材料的致密度,同时也在一定程度上抑制了铝硅酸盐的聚合反应的进行,从而对制品的力学性能产生负面影响。
4.3 烧碱在墙体材料中强度形成机理研究
高浓度的Na OH溶液是铝硅酸盐聚合反应的激活剂,能够与硅铝质原料反应生成胶体相。强碱Na OH的加入有助于砖粉玻璃体结构的解体,并且参与反应,生成类沸石产物(李东旭等,2005)[4]。烧碱用量增加提高了实验体系中Na OH的浓度,有助于玻璃体中硅铝组分的溶出,使得OH-可以更好地与硅铝矿物颗粒反应形成聚合物前驱物,进而形成基体相,赋予材料较好的力学性能。李如臣(2006)[5]研究了不同浓度Na OH溶液对矿物聚合材料力学性能的影响,结果发现,随着Na OH溶液浓度的增加(从1 mol/L到5 mol/L、10 mol/L),制品的抗压强度也在增加。
5 结语
建筑垃圾中含有大量的废砖约占15%,是建筑垃圾的主要组成成分之一。过去50年,我国至少生产了200亿m 3粘土砖制品,未来50年大都将转化为建筑固体废弃物。由此可见,废砖的资源化利用迫在眉睫。
a.废砖的资源化利用情况直接影响建筑垃圾资源化、产业化进程;
b.碎的废砖经过破碎筛分工艺,可以加工成各种粒径的级配骨料,一方面缓解了废砖带来的一系列环境污染,另一方面可以节约大量的天然石料;
c.通过对砖粉的活性分析,在砖粉中加入活性激发剂,可以形成有利用价值的材料;
d.通过废砖资源化利用有效途径分析,为一体化解决废砖问题提供了新思路。
参考文献
[1]Hasan Boke,Sedat Akkurt,Basak ipekog咬lu,et al.Characteristics of brick used as aggregate in historic brick-lime mortars and plasters[J].Cement and Concrete Research,2006,(36):1115-1122.
[2]Bakharev T.Geopolymeric materials prepared using class F fly ash and elevated temperature curing[J].Cement and Concrete Research.2005a,35:1224~1232.
[3]Von prot,Dr-Lng.H Weight et al.Structural Lightweight Concrete with Reduced Density-Light-Aggregate Foamed Concrete Properties of he Hardened Concrete[J].Betonwerk+Fertiyteril-Tethnik,HEFT,No3,3,1980,157～166,No,4,1980,230～239.
[4]李东旭,阮孜炜.低钙玻璃态碱胶凝材料的研究进展[M].化学激发胶凝材料研究进展.南京:东南大学出版社,2005.
[5]李如臣.利用丰镇热电厂粉煤灰制备矿物聚合材料的实验研究[D].北京:中国地质大学(北京),2006.
新型轻质材料 篇2
混合材料加入真空气泡, 增加隔热保温性, 满足我国节能住宅的保温要求;
2、抗渗性:
产品内部小孔均有独立的封闭孔, 能有效地阻止水分扩散;
3、质轻:
产品用特种原料配合而成, 故能浮于水面;
4、防火性能:
原材料为无机物, 绝不燃烧。实验表明, GRC材料是理想的防火材料, 12cm厚墙体的耐火能力可达4小时以上。因此, 产品被广泛用作防火墙;
5、经济性:
从经济方面而言, 采用加气墙板为框架结构的内隔墙, 与采用空心砖、泰柏板等相比, 总造价可节省20%左右;
6、强度高:
由于尺寸加入了防腐短纤维为骨架, 浆料硬化后与纤维凝为一体, 大大增加了隔墙板的抗折, 抗冲性能;
7、隔音性能:
根据墙体厚度和表面处理方式不同, 新苏墙体可隔音40-50分贝, 加之内部有许多细小气孔, 使其同时具有隔音与吸音的双重性能;
8、绿色环保性:
由于产品不用土, 不用能耗, 并符合《建筑材料的放射性核素限量》标准, 属于绿色环保材料;
9、抗震效果好:
弹性模量低, 对冲击能吸收快, 抗震级别能达到8级;
10、埋设线管方便:
科学生产工艺使产品具有高度精确性, 拼缝精确, 而且易于加工, 可切锯、剔凿线槽等。改变以往砖墙埋线困难的局面;
11、强度高:
采用螺杆挤压方式生产, 故强度较高, 加上板的连接处采用凹凸槽方式连接, 故整体承载能达到甚至超过普通砖砌体的强度;
12、施工便捷:
轻质墙板因是板类, 具有先进科学的安装方式, 故在施工中无需拉筋, 无需构造柱, 无需门窗过梁, 无需门窗框安装混凝土砖块, 解决了砖块在施工中的繁琐工艺, 节约了成本。可据, 可钉, 可凿, 施工中便于水、电线管预埋和门窗安装及节点处理;
13、劳动效率高:
工厂预制, 现场装配, 施工速度快, 大大提高劳动效率;
14、无需粉刷:
轻质墙板因其精确度高不需使用大量的水泥砂浆粉刷, 故在原料, 劳动力成本及建筑时间上均可达到节约的功效;
15、现场清洁:
新型轻质材料 篇3
由武汉理工大学与一家公司联合开展的“低贫钒钛铁尾矿生产加气混凝土砌块技术研究与示范”项目已经通过了河北省科技成果转化服务中心审批, 河北省承德市科技局组织的成果鉴定。
据介绍, 低贫钒钛铁矿资源是河北省承德地区的特色资源, 以分选含钒钛磁铁矿为主要产品的冶金矿山业已经成为当地重要的支柱产业之一, 如何大宗利用铁尾矿资源, 保护和节约土地, 减少生态环境破坏, 实现矿山“节能、降耗、减污、增效”, 成为当前亟待解决的技术难题。鉴定专家认为, 该成果开发了利用低贫钒钛铁尾矿生产加气混凝土原料配方;采用低温蒸压工艺生产的新型轻质墙体材料, 首次实现了相关技术产业化示范要求, 产品符合国标GB11968-2006《蒸压加气混凝土砌块》规定的A3.5、B06技术标准;实现了新型墙体材料轻质、利废、节能的目标, 生产工艺达到了国内领先水平。 (摘自中国墙材信息网)
新型轻质材料 篇4
1 产生桥头跳车的原因和危害
在公路建设过程中, 在对桥头台背地基在进行处理时, 选择的填料类型和方式不合理, 就会造成路堤压实度不够。经过年复一年的使用后, 填方体产生竖向固结变形, 就会形成较大的沉降, 在台背与路基的连接处形成台阶。比如某市区在进行快速化桥梁改造工程中: 该桥位于104 国道路桥过境段, 桥梁中心桩号K1761 + 516. 250, 采用16m、20m、8m的三孔跨径, 与河流斜交40 度, 其路基与桥面的宽度相一致。该桥在使用3 年内, 先后因为原先的软基处理没有到位而多次处治桥头接线处, 在2000 年10 月, 该接线开始改造为水泥砼路面前, 其沥青砼厚度已达到62cm, 在挖除部分老沥青路面的基础上, 再填筑了15cm水泥碎石稳定层+ 22cm。据统计, 到2007 年这将近10 年的使用后所产生的沉降已然超过60cm。
当车辆以一定的车速通过时就会产生冲击、颠簸等再次对桥涵与路面结构造成二次损害, 严重影响行车的安全、桥梁结构物以及车辆的使用寿命。因此各地区对高速公路管理和养护工作要根据公路的实际状况来制定合理、有效的防治措施, 这对降低工程造价、提高公路质量和使用年限都有着重要的意义。
2 对桥头跳车的常规处理
( 1) 预应力管桩法: 为达到减少路基沉降的目的, 在软基中插打具有高强度的预应力管桩, 虽然其深度能到几十米, 但是造价高昂, 而且在实际的操作中, 通常都没有完全穿透软基, 当路基填料的空间与附加应力大时, 出现的沉降会更严重[1]。如图1 所示:
( 2) 真空联合堆载预压法: 此方法的特点在于造价低廉, 在施工的过程中必须保证路基周围20m范围内都没有建筑物, 因为在施工过程中所引起桥面路基的沉降起伏会比较大, 要防止给建筑物带来安全影响。此种处理方法在短期内还是很有效的, 但经过一段时间后还是会出现比较严重的沉降现象。
( 3) 水泥搅拌桩法: 把位于桥头的软土地基与水泥进行充分的均匀搅拌, 形成复合型地基, 来达到控制桥面路基沉降, 从而改善地基的效果。其弊端就在于对干法和湿法施工的质量很难把握, 而且通常处理的深度也不超过15m。
3 泡沫珠砼在桥头跳车处治中的应用
3. 1 泡沫珠砼的优势
泡沫珠砼即由泡沫珠、碎石、中粗砂、水泥、水等材料按照一定比例来搅拌组成。其自重一般只有6, 是普通道路原料的25% 左右, 能很好地减少地基沉降; 施工的过程中不需要进行碾压、振捣等程序, 自密实性好、操作面小, 不会对地基造成扰动; 泡沫珠砼浇筑后可直接固化自立, 可实行垂直填筑, 对挡土结构物没有任何的挤压作用; 泡沫珠砼的压缩规模量比较大, 填料本身也有很好的抗压缩性, 有很强的抵抗桥面路基变形能力。如图2 所示:
3. 2 泡沫珠砼在施工应用中存在的问题
在利用泡沫珠砼来解决桥头跳车时, 泡沫珠砼一般有开裂、表面粗糙, 且内部还会有串孔、空鼓, 致使上下抗压强度差异与整体的疏松比较明显等。首先泡沫珠砼发泡剂的产品出现了质量方面的问题; 其次泡沫珠砼浆料自身的材质不均匀、类型不合格, 抗压强度很低; 最后发泡机出现问题, 泡沫珠砼浆料收缩比基材大, 就会导致其表面出现开裂等情况。这就必须选用实用的新型泡沫珠砼发泡机, 采取可靠并高质量的发泡剂, 还要适当添加聚丙烯等有机短纤维等从根本上解决问题, 为防止桥面路基出现沉降引发桥头跳车提供保障。如图3 所示:
3. 3 泡沫珠砼的施工原理
在桥头软基上进行路基填筑时, 随着高度的逐渐增加, 填料自重应力也会随之呈线性分布而加大, 给软基顶面提供一个附加应力。其通过软基来进行扩散时, 导致软基产生压缩而出现变形, 压缩模量小, 产生的压缩变形大, 使路基整体出现较大的沉降, 引发桥头跳车现象的发生。施工过程中, 桥台附近的一些地方会比较狭隘, 压实设备与台背不能紧密贴合, 填料颗粒间的孔隙也就无法得到完全的清理; 进行填充的材料质量不合格, 与设计要求不符以及在外界荷载作用如超限运输车辆的作用下, 都会使填料发生严重的压缩沉陷造成跳车[2]。所以在现今的公路建设工程中, 运用此种新型的轻质材料来处理桥头跳车, 可谓是最有效的一种。
4 对泡沫珠砼在施工过程中的质量控制
4. 1 严格控制材料
( 1) 对于发泡剂的要求必须要满足发泡的倍率和在进行稀释时的倍率不得小于20 和40; 所产生的气泡要细微并且均匀; 进行施工时用水的要求要严格按照《商品混泥土用水标准》 ( JGJ63 - 2006) 中的规定。
( 2) 泡沫珠砼的性能要求主要以圆筒法来检测其内径80mm, 空心圆筒尺寸高80mm, 流动度为18020mm; 路面底面以下80cm以下, 湿容度6, 泡沫珠砼28d抗压强度大于或等于0. 6; 路面底面以下0 - 80cm, 湿容重6. 5, 泡沫珠砼28d抗压强度大于或等于0. 8。
( 3) 如果填筑体的长度超过了15m的时候, 要采用20mm的厚聚苯乙烯板或者是10 - 20mm的厚木板, 按照5 - 15m的间距来合理设置变形缝。
4. 2 严格控制施工技术
在进行模板安装的时候, 要注意分层调整水平和倾斜误差, 板缝均匀、断面尺寸等方面的要求与设计要求相符合; 气泡混合轻质土在浇注的过程中, 固化后的抗压强度和流动度也要严格根据设计的要求, 一般抗压强度为28d, 流动度为18020mm。
下雨天气时, 对已被雨水浸泡了的表层在重新浇注上层前要进行彻底的清理; 对狭隘面和单层的浇注厚度可以控制在大于或等于1m的范围, 其它的则按照0. 3 - 0. 8 的标准来实施; 进行填方时要采用分层式碾压, 压实度不小于设计值, 每一层的厚度要不超过30cm; 配管泵送方式泡沫珠砼进行浇注施工时, 要控制浇注管出料口与浇注面保持在同一水平线上, 尽可能减少用喷射方式浇注进行表面的扫平等[3]。
5 结论
泡沫珠砼作为一种新型的绿色建筑材料, 合理利用其具有的特点和优势来对上述某桥梁工程的桥头软基问题进行处理, 能很好地解决桥面路基出现沉降的问题、减少了软基附加应力以及大幅度降低填土负荷等。有效避免了桥头跳车的发生并延长了其使用寿命, 也为今后的桥头软基处理过程提供了新的技术依据。
参考文献
[1]蔡可键, 郑慧振, 应柏平, 夏海明.EPS泡沫塑料在软土地基桥头跳车防治中的应用[J].施工技术, 2008 (06) :83-85.
[2]叶森.流态泡沫塑料轻质混合土防治桥头跳车应用研究[D].河北科技大学, 2012.
新型轻质材料 篇5
关键词：建筑材料,陶瓷轻质板,工程应用
1 陶瓷轻质板概述
传统的陶瓷板质地坚硬密实, 密度在2.4g/cm2左右, 但经陶瓷科技工作者攻关, 生产出一种密度只有0.95-1.48g/cm2的新型陶瓷板, 这就是俗称“QQ板”的建筑陶瓷轻质板。该板由低温砂、陶土等天然矿物原料, 再加上陶瓷工业综合利用余料, 经过1200度高温烧制成的环保陶瓷制板。具有轻质、隔热、保温、吸音等优异功能。
陶瓷轻质板的主要特点有:
(1) 采用发泡工艺, 密度低、导热系数小, 既有无机材料的优秀防火性能, 又克服了石材、水泥制品、金属板等传统无机材料厚重的缺点;
(2) 材料及其应用系统能达到A1级防火要求, 完全满足日益严格的设计和使用的防火要求;
(3) 化工色釉与天然矿物经1200度高温烧成, 可以实现天然石材等各种材料的95%仿真度, 质感好、色泽丰富, 不掉色、不变形;
(4) 断裂模数大于23MPa, 破坏强度大于4200N, 吸水率小于0.5%, 各项材料性能远超传统陶瓷、石材、铝塑板等材料。
2 陶瓷轻质板的应用系统
陶瓷轻质板的应用系统主要有两类:
2.1 轻质防火保温装饰干挂系统
主要是针对新建、改造工程的外墙和内墙。安装系统 (如图1-2) 由建筑陶瓷轻质板、卡槽铝构件、主体龙骨架、及墙体连接件组成, 板边通长开槽, 铝龙骨通长卡装, 使轻质板均匀受力, 系统稳定的一种幕墙式干挂施工方法。该系统中涉及的相关材料和工程的验收标准分别按如下标准执行:
(1) 相关材料标准
1JC/T1095-2009《轻质陶瓷砖》
2GB/T14683-2003《硅酮建筑密封胶》
3GB/5237.1-5-2008《铝合金建筑型材》
(2) 相关验收标准
图2轻质防火保温装饰干挂系统结构图
(1) GB50210-2001《建筑装饰装修工程质量验收规范》
(2) GB/T21086-2007《建筑幕墙》
(3) GB/T15227-2007《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》
(4) GB/T18250-2000《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》
该系统适用于建筑内、外墙面等饰面, 可广泛应用于各类公共建筑、居住建筑以及高层建筑物等。其特点及优势在于:采用幕墙式干挂施工, 突破传统板体点式挂装方式, 板体通长龙骨卡装固定, 结构稳定、抗震性能好、安全性高。
2.2 轻钢龙骨轻质陶瓷板吊顶、隔墙系统
目前没有专用施工图集, 但可参照07CJ03-1《轻钢龙骨石膏板隔墙、吊顶》工艺做法, 将石膏板更换为轻质陶瓷板。
3 结束语
轻质陶瓷板由于具有以上特点和优势, 特别是在潮湿和有特殊装饰效果要求的环境中, 能够取代石膏板和石材等传统建材。
参考文献
[1]国家建筑标准设计图集:建筑幕墙.
新型轻质材料 篇6
泡沫混凝土墙板为一种新型轻质混凝土板材与目前我国产业化住宅预制部件中常用的轻质混凝土材料相比,其材料配合比设计和制备工艺具有一定的创新性。 其具有质量轻、产品尺寸精准、隔热性能好、装配式连接、安装方便快捷等诸多优点,成为混凝土框架结构现浇外挂体系特别是住宅建筑的首选围护构件, 正在越来越多地广泛应用于厂房、办公楼、住宅等各类现浇外挂结构体系的建筑上。 墙板与框架的连接节点是带墙板框架结构设计的关键因素,以保证墙板在地震中不破坏。 文献指出, 墙板的破坏主要集中在与框架连接的预埋件处,连接件的可靠性是确保墙板与框架协同工作的重要前提[1,2,3,4]。 国内学者研究表明,节点连接方式的强度、刚度对结构整体性能有影响[5,6,7]。 为研究新型泡沫混凝土外挂墙板连接节点的受力机理及破坏模式,本试验在项目前期试验的基础上,对不同配合比的泡沫混凝土墙板中不同节点在荷载作用下的受弯性能以及受剪切性能进行试验研究。 本试验的研究结果可为该板材应用于产业化住宅工程等项目提供依据,为今后编制标准图集以及规范提供参考。
1新型泡沫混凝土外挂墙板节点抗弯试验
试验所用的泡沫混凝土板的尺寸为2900mm× 1000mm×220mm,其高度是根据某小区层高确定,板厚220mm是测量泡沫混凝土轻质墙板的传热系数和热惰性指标所需,并且满足JGJ 134—2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准 》 和DB 42/T 559—2009 《武汉城市圈低能耗居住建筑节能设计标准》 对围护结构不同朝向外墙热工性能限值要求。 泡沫混凝土板两端锚固有节点,节点既作与主体现浇混凝土结构连接,亦作吊装用。
1.1试件概况
本研究进行了两种配合比试验(普通新型泡沫混凝土与陶粒新型泡沫混凝土,分别为配合比1和2),陶粒采用全淤泥陶粒。 泡沫混凝土中陶粒和发泡水泥浆的高孔隙率大大降低了墙板的自重,同时提高了混凝土外挂板的自保温性能。 陶粒泡沫混凝土的体积密度一般为800~1000kg/m3,比普通混凝土密度小25%~40%,比强度高,抗冻性能和干燥收缩率大大优于普通泡沫混凝土砌块,无碱骨料反应等耐久性问题。 作为外挂自保温墙板,其保温性能好, 设计灵活,施工便捷,安装速度快,综合工程造价低,具有良好的经济效果和技术前景。
本次试验共进行了两种形式的预埋节点的研究(单面锚板节点与双锚板节点),单锚板节点是钢板预留螺栓孔,在孔上焊接钢套管,套管里面刻有螺纹。 双锚板节点与单钢板节点不同之处在于套管另一面也焊接有无预留螺栓孔洞的钢板。 墙板预埋节点如图1(a)、(b)、(c)所示。
1.2试验装置
本节点抗弯以及节点抗剪试验旨在验证混凝土结构外挂发泡混凝土轻质墙板与混凝土主体结构框架的连接性能。 本试验假设节点与混凝土框架主体结构的连接不会发生破坏,破坏之处必发生在发泡混凝土板上。 因而,节点与混凝土框架主体结构之间的连接用钢构件模拟,由此设计了一种连接件,将连接件用螺栓连接在特制的钢构件上,钢构件有较大的刚度,以模拟主体结构与连接件的连接状况。 详见如图2加载示意图所示。
泡沫混凝土墙板一端用螺栓连接件与模拟主体结构的钢构件相连接,另一端采用滑动铰滚轴与反力架连接。 该连接形式与主体结构连接的部分可以当作铰支座来看,另一端可以当作滑动铰支座。
1.3加载方式及数据采集
为了模拟板上承受围护结构风压所带来的均布荷载, 设计在板净跨的三分点处施加垂直荷载, 通过分配钢梁作用在板上。 抗剪试验模拟板在横向作用下,节点所受到的剪切力,默认构件在地震作用下,作用点为该板的几何中心处,因而在板平面内跨中部进行集中力加载。 试验采用液压式千斤顶(0~100k N) 连续施加荷载, 加载速率控制在0.05~ 0.1k N/s, 试验开始时以板的自重作为第一级荷载, 然后再逐渐加载到试件节点破坏。 试验过程中所施加的荷载采用力传感器记录到计算机中。
节点受弯性能试验, 跨中布置机电百分表,测量跨中位移, 并与力传感器读数绘制荷载位移曲线。 钢构件支座处布设百分表测量支座位移情况, 每一级荷载加载完毕后进行读数。 最后根据电脑绘制的荷载-位移曲线的基础上,扣除支座位移影响, 得出真实的荷载-位移曲线。
1.4试验结果及分析
根据试验结果以及测得的荷载-位移曲线得出各试件节点受弯性能数据如表1所示。 该表格给出了节点的极限承载力、试件跨中挠度、破坏形态、斜裂缝出现荷载以及最大裂缝宽度等数据。
试验结果表明:
(1) 破坏形态与节点连接形式关系紧密, 与板材配合比关系不大。 P2节点先于板体破坏,与板体几乎脱离。 预埋P2节点的板在卸载后,构件无明显挠度, 可以断定构件内部纵向受力钢筋未完全屈服。 而预埋P1钢板节点后未发生破坏现象,仅在节点区域内有少量裂缝产生, 试验因板体断裂而终止,卸载后,板体有较大残余变形,说明板内纵向受力钢筋大部分已进入屈服阶段。
(2)P2节点破坏属于脆性破坏,突然产生较大裂缝,破坏前毫无征兆。 而P1节点破坏后于板体破坏。 预埋P1节点的墙板破坏形式如图3(a)、(b)所示。 预埋P2节点墙板节点区域破坏形式如图4(a)、 (b)所示。
(3) 预埋P2节点的两种配合比板的最大裂缝宽度分别为1.5mm及8mm。 说明配合比1不含陶粒泡沫混凝土阻裂效果较好。
试验采集了跨中百分表读数以及力传感器读数,通过修正支座处的百分表读数,得到荷载-位移曲线。 本次试验节点可以认为是刚性连接,故受力状态为超静定结构,由结构力学可知,最大挠度并不发生在跨中位置,故此次试验的位移,仅仅指跨中位移, 并非最大位移。 其荷载-位移曲线如图5 (a)、(b)、(c)、(d)所示。
从图5中可以看出:
(1) 预埋P2节点的板, 加载中表现出弹性, 荷载-位移曲线呈线性关系。 从曲线可以看出,钢筋还未进入屈服阶段,荷载也未能达到板极限承载力。
(2) 预埋P1节点的板, 在加载过程中阶段分明,之前曲线呈线性发展,之后有明显的塑性变形过程,钢筋屈服,卸载后板体依然有较大变形。
(3)对比配合比2和配合比1的板(预埋P1节点),配合比1的板耗能提升25%,可以说明,配合比1的泡沫混凝土与防锈涂层钢筋协同工作好于配合比2的泡沫混凝土。
2新型泡沫混凝土墙板节点受剪性能试验
2.1试验概况
新型泡沫混凝土外挂墙板节点抗剪试验,与节点抗弯试验试件与节点形式均相同。 仍采用钢构件模拟主结构,试验装置如图6所示。
2.2试验结果及分析
试验结果如表2所示。
2.2.1节点抗剪载力
(1)根据试验数据可以看出,预埋P1节点的板节点承载力强度明显高于预埋P2节点的板。
(2)预埋P1节点的比预埋P2节点的节点承载力提高27.5%(配合比2)和52.9%(配合比1),平均为39.4%,节点承载能力提高显著。
2.2.2跨中挠度
墙板跨中荷载-位移曲线如图7所示。
(1) 从试验数据及图7中可以看出,预埋P1节点的板跨中挠度明显高于预埋P2板节点的板。
(2)由材料力学可知,沿板宽方向受力,其惯性矩很大,位移主要并非由板弹塑性变形产生,而是节点混凝土碎裂产生滑移引起的板体刚体位移。
(3)从试件的荷载-位移曲线可以看出,对于预埋P1节点的配合比2泡沫混凝土墙板和预埋P1节点的配合比1泡沫混凝土墙板, 当荷载分别达到42.4k N和30.8k N时,跨中挠度突然增加, 其因为节点附近区域混凝土松动,从而导致挠度突增。 而预埋单片钢板节点的钢板无此现象,荷载-位移曲线较为平滑。
2.2.3裂缝形态分析
(1) 配合比2的板几乎没有初始裂缝,配合比1的板有较多初始裂缝。 板裂缝展开图如图8(a)、(b)、(c)、(d) 所示。
(2)P1节点的板上出现裂缝细而密,而预埋P节点的板裂缝少而宽,说明P1节点受力情况较好裂缝细而密是较好的现象, 说明板的耗能较好,受力均匀。
(3)预埋P1节点的板背面出现较多裂缝,预埋P2节点的板背面几乎未出现裂缝,此现象更加说明了预埋P1节点的板两侧受力均匀,在荷载作用下通过板自身产生裂缝耗能。 预埋P2节点受力较为不均匀,节点区域承受较大局部应力,因而此现象也是导致P2节点容易破坏的一个因素之一。
(4) 对于四块试验板而言, 节点钢板与混凝土交汇处裂缝,除了配合比1的P1节点外(为2.5mm其余三块板分别为4mm、5mm和6mm), 其余节点裂缝开展情况相似。 可知,当该裂缝宽度达到一定数值的时候,节点即和混凝土脱开。 配合比1的P节点裂缝较小可能是由于制造中的偶然误差而导致局部受力不均匀造成。 板裂缝开展情况如图(a)、(b)所示。
3结论
(1)预埋P1节点的板,在加载过程中,荷载-位移曲线各阶段特征分明, 加载初期曲线呈线性发展,之后有明显的塑性变形过程,板中受力钢筋可以达到屈服。 在板体发生大变形甚至极限破坏时预埋件周围混凝土只有少量裂缝产生,节点破坏发生在板极限破坏之后。 该节点形式可在工程实际中采用。
(2)预埋P2节点的板,加载过程中,荷载-位移曲线基本呈线性关系。 从曲线可以看出,当达到节点极限荷载时, 板中的受力钢筋尚未进入屈服阶段,节点处预埋件与板发生脱离,预埋件周围混凝土有明显劈裂现象。
(3) 对比配合比1和配合比2板( 预埋P1节点), 配合比1板较配合比2板抗弯耗能性能提升25%,表明无陶粒泡沫混凝土( 配合比1) 与钢筋协同工作性能优于掺陶粒的泡沫混凝土(配合比2)。
(4)预埋双面锚板(P1节点)的节点抗剪承载力明显高于预埋单面锚板(P2节点)的节点抗剪承载力。 预埋P1节点的板比预埋P2节点的板的节点抗剪承载力提高52.9%(配合比1板) 和27.5%(配合比2板),平均提高39.4%。
(5) 对比配合比1和配合比2板( 预埋P1节点),无陶粒泡沫混凝土板(配合比1)较掺陶粒的泡沫混凝土板(配合比2)的抗剪耗能性能提升37%, 表明无陶粒泡沫混凝土与防锈涂层钢筋协同工作性能优于掺陶粒的泡沫混凝土。
摘要：外挂墙板在建筑结构中广泛应用,新型泡沫混凝土外挂墙板与框架的连接节点对这种结构的安全性及可靠度有重要的影响。为研究该连接节点的受力机理及破坏模式,对两种配合比的泡沫混凝土分别预埋两种不同形式的节点,对其进行节点抗弯试验以及节点抗剪试验研究,系统对比不同形式的连接节点以及不同配合比的泡沫混凝土墙板对节点承载力的影响,分析墙板在荷载作用下的裂缝开展情况以及荷载-位移曲线。试验结果表明:双面钢板节点有良好的承载力、节点破坏后于墙板本身破坏,能实现墙板与框架安全有效的连接;在预埋双面钢板节点情况下,无陶粒配合比的泡沫混凝土与预埋节点的协同工作性能优于陶粒配合比的泡沫混凝土。
磷酸基轻质耐火材料的制备 篇7
近年来,环境污染、国际油价的持续上涨给我国民生和经济带来众多影响,我国万元GDP能耗是世界平均水平的3.4倍,是日本的9.7倍,提高能源利用率势在必行。目前国内大部分加热设备属于间歇式加热,减少设备的蓄热可缩短加热时间,提高能源利用效率以及生产效率。以传统电炉为例,安装电热元件的底座材料通常是比较致密的耐火材料,密度在2.1g/cm3以上。如果电炉底座材料密度降低到0.8g/cm3,蓄热能够降低60%左右。实际上,1个底座材料质量为1kg的小型电热设备,当炉温为800℃,每天开启3次,如果使用轻质底座每天可以节约用电约0.16kWh,考虑到加热设备数目巨大,如果轻质底座材料能得到广泛的利用,对节能减排能做出巨大的贡献。
磷酸盐胶凝材料是传统的耐火材料,可通过磷酸(盐)与碱金属氧化物之间的酸碱反应制备,反应生成的胶凝态磷酸盐沉积在未完全溶解的氧化物颗粒表面,以氢键的形式联结成整体。但此类磷酸盐胶凝材料存在固化速度太快的缺点,并在凝固过程中放出大量的热,内部产生热应力,导致力学性能的降低。周新涛[1]采用活性较为适宜的偏高岭土与磷酸(盐)反应,通过[PO4]-3与活化过程中富集在偏高岭土颗粒表面的活性组份发生反应,可形成高强度磷酸基胶凝材料。
玻化微珠具有容重轻、吸水率小、导热系数低、耐火防火性能好等优点,可用于中、低温的保温隔热,具有广阔的应用前景[2]。刘伟华等[3]将玻化微珠加入到水泥砂浆中可制得轻质混凝土,用于建筑外墙的保温。本文采用磷酸、偏高岭土、粉煤灰以及玻化微珠制备了免烧轻质耐火材料,并对其力学性能以及热性能进行研究。
1 实验
1.1 实验原料
主要原料有:Ⅱ级粉煤灰,韶关曲江区乌石港有限公司供应,主要作为集料降低胶凝材料的收缩,并提供部分活性氧化铝。玻化微珠,由河南省信阳市信华玻化微珠有限公司提供,堆积密度为0.2g/cm3,耐火度1000℃。磷酸(浓度为52%)、偏高岭土(自己烧制)。
辅助原料有:岩棉纤维由东莞市保温隔热材料有限公司供应,岩棉主要提高材料的韧性。十二烷基苯磺酸钠,南京卡尼尔科技有限公司,主要用于分散纤维。
1.2 样品制备
先配制1%的十二烷基苯磺酸钠溶液,按1∶9的比例称好岩棉纤维和粉煤灰,把岩棉纤维加入到已配制好的溶液中并搅拌直至岩棉完全分散,再加粉煤灰搅拌十分钟,烘干可得含10%纤维的粉煤灰。按比例称取含10%纤维的粉煤灰、偏高岭土,用星形球磨机干磨混料,混合均匀后边搅拌边加适量磷酸和水,搅拌3分钟后将料浆分两次倒入到20×20×20mm钢模中,稍用力捣物料使四角密室,物料填满整个钢模时用刮刀抹平,养护一段时间后测试样品的抗压强度。
1.3 性能检测
用荷兰Panlytical公司的Xpert PRO型X射线衍射仪对样品进行物相分析,测试条件为:Cu靶,扫描范围10—80°,管电压40kV,管电流40mA。
用德国NETZSCH仪器公司的STA449CJupiter型综合热分析仪对样品的热稳定性进行测定,空气气氛,升温速度为10℃/min。
使用美国Instrin5567型万能材料实验机测量试样的抗压强度,加载速度为1mm/min。耐火材料的抗压强度计算公式为:
式中:σc为试样的抗压强度,单位为MPa;P为试样压碎时的总压力,单位为N;A为试样受载面积,单位为mm。
2 结果与讨论
2.1 成分对力学性能的影响
2.1.1 偏高岭土掺量对力学性能的影响
由表1可知,在自然条件下养护3天后,磷酸盐轻质耐火材料抗压强度随偏高岭土掺量的增加呈现出先增加后减少的趋势。在玻化微珠和磷酸一定时,当偏高岭土:粉煤灰小于3∶10时,其强度较低,主要是偏高岭土掺量过少,生成的磷酸铝胶黏相无法将全部粉体粘结在一起,材料中部分粉体靠氢键和范德华力粘结在一起,其强度很低。当偏高岭土与粉煤灰之比增加到3∶10时,反应能够生成足够的胶凝相,从而形成较大的强度。在此基础上继续增加其掺量,强度仍然在增长,但增长速度明显放缓。因为过剩的偏高岭土作为细集料填充到颗粒间隙,使其紧密堆积,提高了材料的强度。当偏高岭土与粉煤灰之比达到6∶10时,抗压强度反而开始下降,因为偏高岭土降低了料浆的流动性和材料中胶黏剂的含量,在材料内部形成较多的结构缺陷,引起抗压强度的下降。考虑到性能要求与经济要求,可认为偏高岭土掺量为30%效果较佳。
2.1.2 玻化微珠掺量对力学性能的影响
由表2可知,在自然条件下养护3天,磷酸基轻质耐火材料抗压强度随玻化微珠加入量的增加而逐渐下降,并在玻化微珠∶粉煤灰之比达到2∶10时急剧下降。因为玻化微珠本身强度不是很高,随着加入量的增加,浇注材料密度也随之下降,相当于增加了气孔率,降低了材料的抗压强度。另外,玻化微珠堆积密度只有0.2g/cm3,加入量越多,瘠性原料的体积越大,胶黏剂不足也是强度急剧下降的原因之一。
综合考虑以上因素,确定磷酸盐耐火材料制备的配方为粉煤灰∶玻化微珠∶偏高岭土∶磷酸=20∶3∶6∶6,并以此配方制备了样品进行性能分析。
2.2 性能分析
2.2.1 抗压强度与耐热温度的关系
图1是磷酸基轻质耐火材料在不同温度下处理2小时后抗压强度,110℃下处理2小时后,试样的强度下降,主要是因为样品中吸附水蒸发,颗粒表面的水化膜变薄,颗粒间氢键减少,降低了颗粒间的作用力。当处理温度为400℃时,抗压强度仍继续下降到2.3MPa左右,因为粉煤灰中含有少量CaO,在混合过程中与磷酸反应生成CaHPO4·2H2O,起到助凝和胶黏的作用。当温度超过250℃时,CaHPO4·2H2O失去结构水,胶黏性能也随之降低,从而降低样品的抗压强度。继续提高处理温度,样品抗压强度保持稳定,并有稍微增加的趋势。这说明偏高岭土磷酸盐胶凝材料具有较好的中高温稳定性能。
2.2.2 XRD分析
为确定该材料的物相组成,对不同热处理温度下的样品进行了XRD分析。从图2可以看出,样品在400℃之前只有莫来石和β—石英晶相,因为粉煤灰本身含有莫来石以及少量β-石英。在650℃下处理1h,样品开始出现α-石英晶相,且随温度的升高,衍射峰逐渐尖锐,说明α-石英随处理温度提高而增多。当样品在900℃处理2h后,没有出现AlPO4的衍射峰,偏高岭土基磷酸盐胶黏剂仍保持其无定形相组成,说明该材料在中高温度下具有较好的结构稳定性,克服了普通磷酸盐胶凝材料中温强度降低、稳定性差的缺点。
2.2.3 热稳定性分析
图3是样品的TG—DSC曲线图。从图中可看出,在90℃-140℃之间有一个吸热峰,样品失重1.76%,说明在这个温度范围内样品失去吸附水。在300—400℃间有微弱的放热峰,同时样品开始失重,是十二烷基苯磺酸钠的氧化以及CaHPO4·2H20的受热分解,氧化放出的热量稍大于受热分解所需热量,有个微弱的放热峰。当温度达到600℃时,样品失重为3.98%。在620℃—680℃之间有个放热峰,是粉煤灰中的有机物氧化放热,失重为2.1%。另外由上面的XRD分析可知,在650℃之前偏高岭土中不定形SiO2开始转化为α-石英,但在图中并没有出现明显的吸热峰,其原因可能是转化量不大,并且有机物氧化放出的热量抵消了部分晶型转化所需的热量。当样品加热到900℃时,总失重为7.84%。
3 结论
(1)磷酸基轻质耐火材料的配方为粉煤灰∶玻化微珠∶偏高岭土∶磷酸=20∶3∶6∶6时,其密度为0.8g/cm3,抗压强度为3.5MPa。
(2)偏高岭土中活性氧化铝与磷酸溶液反应形成AlPO4胶凝材料,其物相组成以无定形为主。偏高岭土磷酸盐胶凝材料具有良好的中高温稳定性,900℃煅烧2小时,其强度仍得到保持,克服了传统磷酸盐材料中温稳定性较差的缺点。
参考文献
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