水泥基泡沫保温板

水泥基泡沫保温板（精选4篇）

水泥基泡沫保温板 篇1

0前言

建筑能耗是我国能源消耗的大户,尤其是北方地区,采暖能耗超过当地社会总能耗的40%。我国建筑物的保温隔热性能普遍很差,单位面积采暖能耗为发达国家的2~3倍,我国建筑取暖一般以煤为主,每年采暖燃煤排放二氧化碳约1.9亿t,排放二氧化硫约300万t,严重污染环境。因此,必须大力推行建筑节能。

我国“十一五”规划纲要提出,到2010年全国城镇建筑节能率将达到50%,其中,各特大城市和部分大城市、北方寒冷地区的节能率将达到65%。目前,国内外常用的保温材料有聚苯乙烯泡沫塑料(EPS、XPS)、聚氨酯硬质泡沫体(PU)等,优点是轻质、保温性好。但这些有机泡沫材料易老化,不能与建筑物同寿命,在建筑物使用期内,需要多次更换保温层,浪费大量人力、物力、财力。更为严重的是其防火安全性差,各地屡屡发生因其被引燃而导致的火灾事故,如央视文化中心、济南奥体中心、北京大学体育馆(奥运乒乓球馆)、中国科技馆新馆、南京中环大楼等,火灾时烟雾大、毒性大,造成了巨大的经济损失及人员伤亡。中国建筑既要真正做到保温节能,又要防火安全,这是当前建筑节能中刻不容缓的头等大事[1]。

从2007年起,建筑材料工业技术监督研究中心开始着手进行聚合物水泥泡沫材料及其保温系统的研究工作。它是以聚合物改性水泥为基材,通过物理化学方式引入大量微小、稳定、封闭的气泡,采用多项材料技术手段及特定工艺制成的一种新型多功能保温隔热材料,建筑节能率可达65%以上,在实现建筑节能的同时可保证防火安全。它仅在水泥中引入少量的聚合物,而且均匀地分散在水泥中,产品不燃烧(A级),同时克服了无机材料易开裂、吸水率高、保温效果差的缺点,具有轻质、保温、隔热、隔声、抗震、环保、利废、耐久以及与建筑物同寿命等优点,可应用于屋面、墙体和地面保温。既可现场浇筑施工,又可在工厂预制成保温砌块、墙板或装配式构件等,现场砌筑或装配施工。本研究符合国家节能减排的产业政策和市场需求,构建建筑节能与防火安全的新体系,必将极大地推动我国建筑节能行业的技术进步。

1 水泥基泡沫材料的概念与类型

水泥基材料包含水泥净浆、砂浆和混凝土等,这些材料都以水泥作为胶凝材料。以水泥基材料为基础,通过各种方式引入气泡,所形成的材料统称为水泥基泡沫材料,主要分为以下几种类型:

(1)将泡沫剂(表面活性剂)水溶液通过物理方式预先制备泡沫,再与搅拌好的水泥基材料浆体搅拌成料浆,此为发泡水泥、泡沫砂浆或泡沫混凝土[2],属物理制泡方式;

(2)将引气剂(表面活性剂)与水、水泥、砂、石一同搅拌制成的混凝土为引气混凝土,采用这种方式通常气泡含量不高,混凝土含气量一般在10%以下,属物理制泡方式;

(3)采用机械充气的方法制成的混凝土称为充气混凝土,属物理制泡方式;

(4)将发泡剂(如铝粉、双氧水等)与水泥基材料一起混合搅拌均匀制成料浆,在静停过程中通过化学反应产生气泡,料浆逐渐膨胀,所形成的材料为加气混凝土,又分为蒸压加气混凝土和免蒸压加气混凝土,属化学发泡;

(5)同时采用物理制泡方式和化学发泡方式制备的材料称为复合发泡材料;

(6)通过聚合物对以上5种制泡方式中的任意一种水泥基泡沫材料改性制备的有机-无机复合泡沫材料统称为聚合物水泥泡沫材料。

2 总体研究方案与技术路线

本课题借鉴物理制泡技术与化学发泡技术,在研制出高性能泡沫剂及多种外加剂的基础上,采用自主设计的新型发泡机制备出高稳定泡沫,再将聚合物改性水泥及掺合料、外加剂、纤维等搅拌成浆体,然后在均化器内将泡沫、净浆、助剂等搅拌成料浆后,浇筑、静停、养护,从而得到高性能聚合物水泥泡沫保温材料。引入成膜聚合物,旨在改善气泡的密闭性,提高保温效果;采用先进的外加剂技术,减水、促凝、早强、增强,大大改善料浆及硬化体性能;结合疏水化处理技术、超细微粉技术,采用多组分系统集成优化方法以及独特制备工艺,制成的轻质、保温、防火、耐久的聚合物水泥泡沫材料,可应用于各种建筑围护结构保温工程,在实现建筑节能65%的同时,保证防火安全和使用寿命。

3 关键组分材料与设备的研制

3.1 HJ-1高性能泡沫剂的研制

通过分子结构设计和材料优选、配方与工艺正交试验研制出新一代HJ-1高性能泡沫剂。该泡沫剂为黏稠液态,双组分,易溶于水,常温发泡,制备的泡沫具有超高的稳定性,独立、微小、封闭,将泡沫与水泥浆或混凝土搅拌均匀,自然凝固成型,即可制得各种轻质水泥基泡沫材料,其技术性能及与其它泡沫剂的比较分别见表1和表2。

表2及大量的对比试验结果表明,HJ-1高性能泡沫剂的技术性能优于目前已知的国内外同类产品的性能已在北京、上海、河南等地得到应用。2009年该泡沫剂成功地试用于国家博物馆的现浇泡沫混凝土施工中,同时还在一些企业的轻质墙板生产中得到应用,取得了良好的技术经济效益。

3.2 SP-Ⅱ新型发泡机的设计开发

针对HJ-1高性能泡沫剂的制泡工艺参数有别于常规的同类泡沫剂特点,我们自主设计开发了配套使用的SP-Ⅱ新型发泡机,可实现双向送液、双泡管发泡、无气阻。可根据需要宽幅调整泡沫密度,目标定量重复性好,泡沫细腻、泡径均匀,解决送液气阻问题,在常规条件下均能顺利发泡,整机安全可靠,便于调整、维护、检修。其工作原理见图1,样机见图2。

3.3 专用高效减水剂的研制

高效减水剂是制备高强水泥基材料的重要组分。本研究专用减水剂最大特点是与泡沫相容性好,对气泡稳定性无不利影响,增强效果显著,而且掺量低、减水率高、流动度保持率高、低收缩、碱含量低、环境友好。本品由不饱和单体通过自由基聚合得到梳形分子结构的聚合物,其特点是主链上带有多个活性基团,并且极性较强,如:羧酸、磺酸基、聚氧化乙烯基等亲水的活性基团,并且侧链较长、数量多,分子链具有梳型结构。疏水基团的分子链段较短且数量少。其基本性能和试验结果分别见表3和表4。

3.4 改性聚合物的优选

聚合物是研究的关键材料之一。本项目优选出一种特殊组成的成膜聚合物,能附着在水泥凝胶体或颗粒表面形成完整、连续、密实的膜结构,从而提高了泡壁的封闭性,因而大大提高了泡沫材料的保温效果;同时还能提高材料的韧性、抗裂性、粘结强度和防水、密封性能,降低吸水率,因而材料在潮湿环境下的保温隔热性能大大提高。其基本性能见表5。

3.5 促凝剂的研制

针对硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥开发了专用促凝剂。该产品特点是促凝、快硬,分散性好,凝结硬化均匀。产品无氯、无毒,不燃不爆。在聚合物水泥泡沫材料中加入促凝剂,可以加速水泥凝结硬化,提高早期强度。

3.6 憎水剂的优选

水泥基泡沫材料存在的最大问题之一就是吸水率高。降低吸水率的方法很多,采用内掺或外涂憎水剂是简便易行的方法。通过大量的正交试验,优选出特定组成的憎水剂,具有优异的憎水性和持久的防水性,对多孔保温材料尤为适合。

4 聚合物水泥泡沫材料配方与工艺的优化集成

在研制出聚合物水泥泡沫材料关键组分材料———聚合物、泡沫剂及多种专用外加剂的的基础上,采用自主设计开发的新型发泡机,对泡沫剂配比、浓度、温度等影响因素以及制泡工艺参数进行了系统研究,得到一整套制备高性能泡沫的工艺技术。采用正交试验方法,对影响净浆性能的各种因素进行系统研究,确定了各种组成材料的最佳匹配与用量。通过材料配方与制备工艺技术优化与集成,获得了高性能聚合物水泥泡沫材料,实现了水泥基泡沫材料整体关键技术的重大突破。

在本项目研究过程中,我们使用了多项创新技术:采用泡沫剂及独特制泡工艺,大幅度提高了泡沫的稳定性;通过自主研发的减水剂,大幅度降低水灰比(净浆减水率超过60%),提高强度;通过促凝、早强、稳泡等技术措施,控制料浆凝结硬化,提高体积稳定性,避免塌模;采用疏水化处理技术,大幅度降低泡沫材料的吸水率;引入成膜聚合物,附着在水泥颗粒或凝胶体表面形成膜结构,提高泡壁的封闭性,大大提高了泡沫材料的保温性,同时也提高了材料的韧性、粘结力和防水性;应用纳米改性技术,促使泡壁材料微观结构的有序化排列,提高泡壁的连续性和均匀性,从而提高泡沫材料的强度和保温性。本材料不仅节能,而且利废,可利用工业废渣30%左右,有利于环境保护。

本项目开发出的高性能聚合物水泥泡沫材料具有轻质、防火、高效保温、低吸水率和高耐久等优异性能。其主要技术指标为:干密度150~190 kg/m3、导热系数0.045~0.049 W/(m·K)、抗压强度200~300 k Pa,不燃(A级)。经国家房建材料质量监督检验测试中心检验,其性能全面达到国家科技部预定考核指标,综合性能优于胶粉聚苯颗粒保温材料(见表6)。本项目的研制成功为建筑行业增添了新型高性能保温材料品种。

注:(1)导热系数测试平均温度25.0℃;(2)蓄热系数测试平均温度22.9℃。

5 聚合物水泥泡沫材料的机理分析研究

在聚合物水泥泡沫材料的多相(气-液-固)多组分体系中,各组分间存在着复杂的界面反应,形成了错综复杂的微观结构。在微观、亚微观层次上,对这种复合材料进行研究,探索材料组成、微观结构与宏观性能的关系,可以为不同使用条件下调整聚合物水泥泡沫材料的组成提供科学依据,为材料性能的提高和实际工艺设计提供理论指导。

5.1 聚合物水泥泡沫材料的SEM微观结构形貌

利用扫描电子显微镜(SEM)分析研究了水泥基泡沫材料(即发泡水泥)、聚合物水泥泡沫材料的微观结构形貌,分别见图3、图4。

从图3可以看出,水泥基泡沫材料加水发生水化反应后,形成散凝状的体系,其中包括水泥凝胶、结晶体、水化的或未水化的颗粒状产物;水泥硬化体微观形貌并非致密结构,存在大量缝隙、孔隙等。因此,纯水泥发泡材料,泡壁并非紧密结构(开孔),空气可以在其间流动,造成热量传递,这就是发泡水泥、泡沫混凝土保温效果差的主要原因。若能提高泡壁水泥硬化体的致密性,阻碍空气流动,则可大幅度提高泡沫材料的保温性。

从图4可以看出,聚合物覆盖在水泥凝胶体或颗粒表面,形成了一个完整、连续、密实的膜结构。由于聚合物在泡沫材料的孔壁形成密实的膜结构,即形成闭孔,提高了泡壁水泥硬化体的致密性,可有效阻碍气体流动,避免气流热量传递,因而大幅度提高了泡沫材料的保温性。同时,膜结构还可以有效阻止水分进入泡沫材料内部,大大降低材料的吸水率,从而保证了材料在潮湿环境下的保温隔热性能。此外,由于形成有机物和无机物的互穿网络交织结构,因此材料的宏观性能表现出脆性降低,韧性提高,可有效提高材料的抗裂性。

泡沫材料的保温性能与气孔形状、吸水率、抗裂性等密切相关。气泡越密闭,阻止热传递的效果就越好。吸水率越低,材料在潮湿环境下的保温隔热性能就越好。引入成膜聚合物后,其附着在水泥凝胶体或颗粒表面形成了一个完整、连续、密实的膜结构,提高了泡壁的封闭性,因而大大提高了泡沫材料的保温效果。同时提高了材料的韧性、抗裂性能和防水、密封性,使得材料脆性降低,潮湿环境下的保温隔热性能提高。

5.2 聚合物对水泥水化过程及水化产物的影响

水泥作为聚合物水泥泡沫材料的一种活性成分,其主要作用是与水(有时也与聚合物)发生反应形成水化产物,“支撑”起泡沫材料的结构。本研究中涉及的聚合物水泥泡沫材料,加入了聚合物及发泡剂、减水剂等表面活性剂,其对水泥水化硬化过程以及对材料结构和性能产生的影响,是重要研究内容之一。图5为硫铝酸盐水泥净浆和聚合物水泥的X射线衍射图。

由图5可见:

(1)硫铝酸盐水泥净浆1 d的水化产物以低硫型水化硫铝酸钙(AFm)、钙矾石(Aft)、水化硅酸钙胶体(C-S-H)以及铁胶[Fe(OH)3],未见有Ca(OH)2晶体。水化3 d、7 d和28 d的产物与1 d典型特征峰基本相同,但是生成量有所增加;

(2)各个龄期水化样品中还有较多的C4A3和C2S,这可能与水泥中未添加适量的石膏有关,影响了C4A3的水化进程,而C2S属于慢凝矿物,短期内未能水化完全;

(3)聚合物的掺入并没有改变水化产物,各个试样的衍射峰位置比较一致;

(4)掺入聚合物后,早期AFm、Aft、C-S-H等峰值明显降低,水化产物的生成量可以反应出水泥的水化程度,说明聚合物的加入延缓了水泥的水化速度。

综上所述,随着聚合物以及其它表面活性剂等的掺入,水泥的水化速度减慢,其原因是聚合物以及其它表面活性剂等在尚未水化的水泥颗粒表面形成保护膜,阻碍了水泥颗粒与水的接触。掺与不掺聚合物以及其它表面活性剂等,水泥最终水化程度和水化产物基本一致。

5.3 聚合物水泥泡沫材料的固化机理

聚合物水泥泡沫材料是由水性聚合物分散体、水泥、气泡、水、外加剂等多组分构成的胶凝体系。水泥颗粒被水分散后,与水性聚合物分散体等相混合构成悬浮体系。随着水泥水化的进行,水泥从体系内部“取水”(吸收聚合物乳液中的水分)发生水化反应,生成Afm、Aft、C-S-H等产物。胶乳中的另一部分水分则挥发到大气中,脱水后聚合物颗粒逐步靠近,最终相互连结,在水泥水化产物周围和表面形成整体薄膜或网络,这种具有粘结性和弹塑性的聚合物柔韧网络,将散凝系统中的水泥颗粒、水化产物咬合在一起生成柔韧的有机-无机复合材料。而在材料内部,以单独一个泡孔的孔壁结构来看,聚合物覆盖在水泥凝胶体或颗粒表面,形成了一个完整、连续、密实的膜结构,即形成闭孔,提高了泡壁水泥硬化体的致密性,可有效阻碍气体流动,避免气流热量传递,因而大幅度提高了泡沫材料的保温性。同时,膜结构还可以有效阻止水分进入泡沫材料内部,大大降低材料的吸水率,从而保证了材料在潮湿环境下的保温隔热性能。此外,由于形成有机物和无机物的互穿网络交织结构,使材料的宏观性能表现出脆性降低,韧性提高,有效提高材料的抗裂性。

基于这一物理化学原理,聚合物水泥泡沫材料既有水泥类无机材料物理力学性能好、不燃、耐久等优点,又有高分子材料良好的变形性能和防水性能。以聚合物改性特种水泥为基材,引入大量微小、均匀、稳定的气泡,通过成膜聚合物提高气泡的封闭性和保温效果,再结合纳米增效技术、促凝、早强、减水、疏水化处理等技术措施,固化后即可形成轻质、不燃、耐久的复合保温隔热材料。

6 结语

聚合物水泥泡沫材料是一种能满足65%节能设计标准要求的新型保温材料,具有节能、防火、轻质、保温、隔热、隔音、抗震、环保、利废、耐久等诸多优点,既可现场浇筑施工,又可预制成各种制品,可应用于各种建筑围护结构保温工程,施工方式灵活多样,适应性强,应用面广,具有广阔的应用前景。聚合物水泥泡沫材料符合国家节能减排的产业政策和市场需求,创建了建筑节能与防火安全并举的新体系,是一种技术性能、经济和社会效益都十分突出的新型节能保温材料。项目成果可大大改善建筑保温节能状况,降低建筑采暖和空调能耗,使人们在耗能较低的前提下,获得舒适的生活环境,降低二氧化碳、二氧化硫的排放,有利于保护环境。同时,本项目可利用工业废渣,有利于循环经济及可持续发展,可有效缓解经济发展与资源之间的矛盾,对于建设资源节约型、环境友好型的社会发展新模式意义重大。

参考文献

[1]龙文志.吸取TVCC失火教训加强外墙的防火是当务之急[J].建筑节能,2009(4):1-6.

[2]闫振甲,何艳君.泡沫混凝土实用生产技术[M].北京:化学工业出版社,2006.

水泥基泡沫保温板 篇2

目前,改善镁水泥及其制品耐水性能最有效的方法是掺加外加剂,可有效改善其孔结构,提高密实度,减小孔隙率[2]。常用的外加剂主要有:磷酸及其可溶性盐类、铁盐、铜盐、铝盐、有机酸、高分子聚合物以及复合改性剂等。外加剂对镁水泥的改性机理是改变其内部水化产物的结晶形貌或是形成胶状絮凝物堵塞毛细通道[3,4]。

以镁质水泥为胶结材料,以玻化微珠、小麦秸秆为保温轻集料,以粉煤灰为主要掺合料,可配制出保温隔热性能良好的新型保温砂浆[5],但其在潮湿环境下使用时仍然存在吸潮返卤、强度损失大的缺陷,耐水性能有待进一步改善。

本试验选取磷酸钠、硫酸亚铁、有机酸、硅灰等4种外加剂,选取合适的掺量设计正交试验,通过测试试件的抗压强度、抗折强度、软化系数等指标,探讨外加剂对氯氧镁水泥基复合保温砂浆强度和耐水性能的影响,并得出其最佳掺量,以改善材料耐水性不足的缺陷,为其进一步推广提供依据。

1 试验

1.1 原材料

(1)轻烧镁粉:Mg O含量85%,其中活性Mg O含量60%~65%,比表面积21 710 cm2/m L,济南金泉化工有限公司生产。

(2)卤片:Mg Cl2·6H2O含量96%,天津市塘沽金轮盐化有限公司生产。

(3)小麦秸秆:小麦秸秆自然风干后经秸秆粉碎机粉碎处理,粉碎后粒径为2~3 mm。

(4)玻化微珠:粒径0.1~2.5 mm,堆积密度60~200 kg/m3,导热系数0.032~0.045 W/(m·K),青岛凤翔化工有限公司生产。

(5)粉煤灰:电厂Ⅱ级粉煤灰,细度21.5%,需水量比98%,烧失量6%。

(6)硅灰:粒径小于1μm的颗粒占80%以上,平均粒径在0.1~0.3μm,比表面积20~28 m2/g,活性指数≥85%,需水量比≤125%。

(7)焦磷酸钠(Na4P2O7·10H2O),分析纯,天津市光复精细化工研究所;硫酸亚铁(Fe SO4·7H2O),分析纯,天津市北辰方正试剂厂;有机酸(C4H4O4),分析纯,徐州索通生物科技有限公司;无水乙醇(C2H5OH),分析纯,天津市凯通化学试剂有限公司。

(8)水:自来水。

1.2 试验仪器设备

(1)JJ-5型行星式水泥胶砂搅拌机,河北科析仪器设备有限公司。

(2)Y90S-4型三相异步电动搅拌机,河北桂硕机电设备制造有限公司。

(3)手动砂浆稠度仪:沉入深度0~14.5 cm,沉入体积0~229.3 cm3,天津建筑仪器厂。

(4)FX101-3型电热鼓风干燥箱:灵敏度±1℃,上海树立仪器仪表有限公司。

(5)BC-300S型电脑恒应力抗压抗折试验机:最大荷载10 000 N,精度等级为一级,北京恒应力科技有限公司。

(6)TCS电子衡器:最大称量100 kg,精度5 g,永康市香海衡器厂。

(7)JA21002电子天平:最大称量2100 g,精度0.01 g,上海精科天平仪器厂。

1.3 试件制作

本试验中抗压试件尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm,抗折试件尺寸为40 mm×40 mm×160 mm。试件制作过程:先将卤片溶于水中形成Mg Cl2水溶液;将称量好的轻烧镁粉、玻化微珠、小麦秸秆、粉煤灰、硅灰等依次加入搅拌机中搅拌均匀,然后倒入Mg Cl2水溶液继续搅拌均匀,搅拌过程中,将称量好的焦磷酸钠、硫酸亚铁和有机酸倒入水中充分搅拌,使其完全溶解形成水溶液,倒入搅拌机中搅拌均匀后,将拌合物取出装模,在自然条件下养护24 h后脱模,继续在自然条件下养护至相应龄期后,取出部分试件进行强度测试,另一部分试件放入水中浸泡至相应龄期,再进行强度测试。

1.4 正交试验方法

试验共分10组,基准组Z0为不掺外加剂的空白试样,其余9组Z1~Z9为试验组,采用4因素3水平正交试验方法。保温砂浆的基本配合比为:n(Mg O)∶n(Mg Cl2)=7~9,秸秆掺量5%~15%,玻化微珠掺量15%~25%,m(粉煤灰)∶m(轻烧镁粉)=1∶1。正交试验因素水平见表1,正交试验设计见表2。

注:外加剂的掺量均按占轻烧镁粉的质量计。

1.5 测试方法

(1)标准稠度需卤水量[6]参照JGJ 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法》中的稠度试验方法测试砂浆拌合物的砂浆的稠度,砂浆拌合物稠度达到45~55 mm时,此时所用卤水量为标准稠度需卤水量。

(2)抗压和抗折强度参照JGJ 70—2009和GB 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行测试。

(3)软化系数[7]测试方法:成型试件6块,在自然条件下养护28 d,取出3块测试其抗压强度或抗折强度R0,同时将剩余3块放入水中浸泡,试件间距20 mm,水面至少超过试件10mm,浸泡28 d后,取出试件擦干表面,立即测试其抗压强度或抗折强度Rw,Rw与R0的比值即为其软化系数K。

(5)质量损失率[7]测试方法:将试件养护28 d后,称取其浸水之前的质量W0,然后将试件放入水中浸泡28 d,取出试件放入烘箱中,在80℃烘干至恒重并称取质量Ww,按照式(1)计算试件的质量损失率。

(6)强度衰减速率[7]测试方法:将试件在空气中养护28 d后,放入水中浸泡7 d和28 d后分别测试强度Rw7和Rw28,按式(2)计算强度衰减速率Kr。

2 试验结果与分析

2.1 不同外加剂及其掺量对砂浆标准稠度需卤水量的影响

在试验过程中发现,砂浆对水的敏感度很高,另因为规范中对稠度有要求(沉入量45~55 mm),因此将砂浆达到标准稠度时所用的卤水量作为指标进行记录。图1为不同外加剂及其掺量对砂浆标准稠度需卤水量的影响。

由图1可以看出,各试验组(Z1~Z9)试件的标准稠度需卤水量均明显低于基准组(Z0),基准组Z0的标准稠度需卤水量为263.5 m L,Z9组的标准稠度需卤水量最少,比基准组降低了14%。分析其原因,外加剂中的硅灰作为密实剂,填充了部分砂浆骨料间的空隙,同时外加剂的加入使得砂浆中生成一定量的难溶于水的凝胶体,堵塞了砂浆中的毛细孔道,改善了内部的孔结构,减小了孔隙率,从而降低了标准稠度需卤水量。

2.2 不同外加剂及其掺量对砂浆强度的影响

不同外加剂及其掺量对砂浆自然养护抗压强度的影响见图2,对砂浆浸水养护抗压强度的影响见图3。

由图2可以看出,在自然养护条件下,基准组(Z0)试件3、7、28 d龄期时的抗压强度分别为2.91、3.32、3.82 MPa;掺入外加剂后,各组试件抗压强度要明显高于基准组,除Z3组外,其余各试验组试件3 d抗压强度均提高了50%以上。3 d抗压强度最高的2组为Z5和Z7,分别达到8.95和9.91 MPa,分别为Z0组试件的3.08倍和3.41倍;除Z1组外,其余各组试件7 d抗压强度较其自身3 d强度均有明显提高,其中Z5、Z7、Z9组试件7 d强度分别达到12.55、13.05、12.36 MPa,分别为Z0组试件的3.78倍、3.93倍、3.72倍;Z7和Z8组试件的28 d抗压强度最高,分别达到15.27和15.17 MPa,约为Z0组的4倍。

由图3可以看出,在浸水养护条件下,浸水7 d后试件抗压强度都会迅速下降,原因可能是保温砂浆在水中浸泡过后,其内部各类水化产物发生不同程度的水解,导致其内部结构变得疏松多孔;试件在水中浸泡过后,其强度在浸水7 d时下降幅度最大,之后强度仍会逐级下降,但下降趋势趋于缓和;基准组(Z0)试件浸水7、28、60、90 d后的抗压强度分别为2.63、1.92、1.68、1.29 MPa,Z1~Z9组试件浸水后不同龄期抗压强度均超过基准组的2倍,其中强度表现最好的是Z7组,浸水7 d抗压强度达到10.96 MPa,是基准组的4.2倍,浸水90 d时强度仍能达到8.40 MPa,为基准组试件浸水90 d强度的6.5倍。

不同外加剂及其掺量对砂浆自然养护抗折强度的影响见图4,对砂浆浸水养护抗折强度的影响见图5。

由图4和图5可以看出,不同外加剂及其掺量对砂浆抗折强度的影响规律与抗压强度大致相同,值得注意的是,掺入外加剂后,在自然养护条件下,各试验组试件的抗折强度的增长幅度较其抗压强度更为明显,浸水7 d时试件的抗折强度会急剧下降。

2.3 不同外加剂及其掺量对砂浆软化系数的影响

由于氯氧镁水泥硬化体浸水后的直接表现就是强度随下降。在水中保持强度不降低的能力可以直接评价其耐水性。不同外加剂及其掺量对砂浆软化系数的影响见图6。

由图6可以看出,掺入外加剂后,砂浆的耐水性能得到了一定程度的改善,抗压强度软化系数均得到不同程度的提高,其中Z7组的抗压强度软化系数最高为0.66,相比基准组的软化系数提高了32%;各试验组抗折强度软化系数在基准组水平上下浮动,但变化幅度不大,抗折强度软化系数最高为Z2组的0.53。

2.4 不同外加剂及其掺量对砂浆质量损失率的影响

由于硬化体水化产物水解后形成的离子从试件中溶出使其质量减少,孔隙率增加,强度下降。因此,可以用浸水后试件的质量损失率来表征材料的耐水性。不同外加剂及其掺量对砂浆质量损失率的影响见图7。

由图7可以看出,基准组试件的质量损失率为6.75%,掺入外加剂后,各试验组试件的质量损失率均有不同程度的降低,Z2、Z3、Z8、Z9组试件的质量损失率略低于基准组但降低幅度并不明显;其余各组试件的质量损失率明显低于基准组,其中Z1和Z4质量损失率最低,分别为5.28%和5.22%。

2.5 不同外加剂及其掺量对砂浆强度衰减速率的影响

氯氧镁水泥硬化体在水中强度衰减与其在水中浸泡的时间有关,其强度随时间按指数规律变化。软化系数与时间的关系遵循K=Rw/R0=e-Krt,其中Kr为强度随时间的衰减速率,它的数量越小,表明强度在水中的保留率越大,反之则越小。Kr与浸水时间无关,它是材料的本征性能。图8为不同外加剂及其掺量对砂浆强度衰减速率的影响。

由图8可以看出,对于抗压强度衰减速率,基准组抗压强度衰减速率为-2.25%,加入外加剂后,各试验组抗压强度衰减速率均明显小于基准组,其中Z8组最小,达到-0.40%,相比于基准组提高了82%;对于抗折强度衰减速率,除Z3组外,其余各组衰减速率相比于基准组均有不同程度的降低,其中,最小达到-0.05%(Z7组),相比于基准组提高了96%。

2.6 外加剂的最优掺量

采用多指标极差分析的方法,通过对正交试验结果中的28 d抗压强度、抗压强度软化系数、质量损失率以及抗压强度衰减速率等4个指标进行极差分析,确定单独考虑各指标时不同外加剂影响大小的主次顺序以及最优掺量水平,最后综合平衡确定各外加剂的最优掺量。

正交试验结果见表3,极差分析结果见表4。

由表4可以看出:

(1)对于因素A,其对28 d抗压强度的影响大小排在第1位,水平取A3;其对抗压强度软化系数的影响大小也排在第1位,水平取A1;但取A3时,28 d强度是取A1时的近2倍,抗压强度软化系数比取A1时提高了8%,抗压强度衰减速率比取A1时提高了40%,而质量损失率比取A1时略有增加,故因素A水平选A3。

(2)对于因素B,其对质量损失率和抗压强度衰减速率的影响排在第1位,对28 d抗压强度影响排在第2位,对抗压强度软化系数的影响排在第3位(为次要因素),水平取B1或B2;取B2时,质量损失率与取B1时接近,但其余3项指标均优于取B1时的指标,故因素B水平选B2。

(3)对于因素C,其对抗压强度软化系数的影响大小排在第2位,水平取C3,对其它3项指标均为次要因素,故因素C水平选C3。

(4)对于因素D,其对4项指标均为次要因素,从长期性能考虑,因素D水平选D2。

由此确定4种外加剂掺量最优组合为A3B2C3D2,即焦磷酸钠、硫酸亚铁、有机酸、硅灰的掺量分别为1.0%、0.7%、2.0%、7.5%。

2.7 最优配比试验

根据最优组合A3B2C3D2制作试件并测试其性能,试件3 d抗压强度为9.91 MPa,28 d抗压强度为15.27 MPa,浸水28 d抗压强度为10.13 MPa,浸水90 d抗压强度为8.40 MPa,抗压强度软化系数为0.66,质量损失率为5.54%,抗压强度衰减速率为-0.57%,各项性能均较基准组试样有明显提高。

3 结论

(1)正交试验结果表明,外加剂的掺入能有效减少氯氧镁水泥基复合保温砂浆的标准稠度需卤水量,可以有效提高氯氧镁水泥基复合保温砂浆的强度及耐水性能;抗压强度软化系数由基准组的0.50提高到0.66。

(2)由极差分析结果可以得出,4种外加剂的最优组合为A3B2C3D2,即焦磷酸钠1.0%、硫酸亚铁0.7%、有机酸2.0%、硅灰7.5%,根据最优组合制作的试件各项性能均明显优于基准组。

摘要：采用正交试验方法研究了焦磷酸钠、硫酸亚铁、有机酸、硅灰4种不同外加剂及其掺量对氯氧镁水泥基复合保温砂浆耐水性能的影响。结果表明:外加剂的掺入能够明显改善氯氧镁水泥基复合保温砂浆的耐水性能,4种外加剂的最优掺量分别为:焦磷酸钠1%、硫酸亚铁0.7%、有机酸2.0%、硅灰7.5%,基于最优掺量所制备试件的3 d、28 d、浸水28 d、浸水90 d抗压强度分别为9.91、15.27、10.13、8.40 MPa,抗压强度软化系数达到0.66,质量损失率为5.54%,抗压强度衰减速率为-0.57%。

关键词：氯氧镁水泥,复合保温砂浆,正交试验,外加剂,耐水性能

参考文献

[1]李创,余红发,李颖,等.镁水泥材料的吸潮返卤性能研究[J].硅酸盐通报,2011(2):373-378.

[2]王元宏.提高镁水泥耐水性的方法[N].中国建材报,2010-12-16.

[3]张翠苗,杨红健,马学景.氯氧镁水泥的进展研究[J].硅酸盐通报,2014(1):117-121.

[4]曾习文.氯氧镁水泥的研究进展[J].广东建材,2012(4):21-23.

[5]张琳.玻化微珠-小麦秸秆复合保温砂浆配制及性能研究[D].泰安:山东农业大学,2014.

[6]李娜,王琦,张梅.氯氧镁水泥耐水性的研究[J].四川水泥,2014(12):8-9,11.

水泥基泡沫保温板 篇3

目前建筑能耗约占我国全社会总能耗的28%，预计到2020年建筑能耗将占总能耗的30%～40%，成为全社会第一能耗大户[1]。因此，建筑节能将是贯彻落实节能减排基本国策中起关键性、决定性作用的重要环节。

外墙外保温是房屋建筑节能工程中的重要环节之一，而实现外墙外保温的基本保障是轻质保温材料。迄今为止，国内外墙外保温中的保温层80%是可燃性有机保温材料(主要指发泡聚苯乙烯和硬泡聚氨酯)。这类有机保温材料最致命的弱点是易燃烧，而且燃烧时会释放有毒气体，给消防安全带来巨大隐患。2009年底公安部、住房和城乡建设部联合签发了公通字[2009]46号文件《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》，明令禁止聚苯泡沫板等可燃性保温材料在外墙外保温施工工程中的使用。在这种形势下，无机不燃性轻质保温材料迅速成为建筑节能工程中替代聚苯板类有机可燃性保温材料的期待材料。与此同时，其制备和应用技术的研究也迅速成为外墙外保温材料领域的热点研究课题。

水泥基不燃性轻质保温材料(以下简称NFFC材料)，又称发泡水泥保温板，是一种以硅酸盐水泥为主要原料，密度小于300 kg/m3的泡沫混凝土，是一种新型外墙外保温材料。作者就这种材料的制备方法开展了实验室研究，同时就各项工艺参数对制备过程和材料性能的影响进行了试验研究和分析。

1 试验

1.1 原材料

P·O42.5水泥(PC)、化学发泡剂(FA)、聚羧酸高效减水剂(SP)、聚丙烯纤维(PF)、苯丙乳液(BE)、有机硅憎水剂(WP)，均为市售;促凝剂(NA)，主要成分NaAlO2、早强剂(MC)，主要成分MgCl2，均为实验室自制。

1.2 试验方法

1.2.1 NFFC材料制备工艺

NFFC材料的制备采用化学发泡法，其工艺过程如图1所示。

1.2.2 材料性能测试方法

（1）干密度

按照GB/T 5486—2008《无机硬质绝热制品试验方法》，取边长为100 mm、养护龄期为28 d的立方体试样，置入电热鼓风干燥箱内，缓慢升温至(110±5)℃，烘干至恒定质量，然后移至干燥器中冷却至室温。恒定质量的判定依据为恒温3 h,2次称量试件质量的变化率小于0.2%。称量试件自然状态下的质量M0，保留5位有效数字，计算样品的干密度。

(2）吸水率

按照JG/T 041—2011《复合发泡水泥板外墙外保温系统应用技术规程》规定的方法进行测试。随机抽取3块样品，在中心部位切取边长为150 mm、厚度为30 mm的试样3块。首先将试件在(70±5)℃下烘干至恒定质量，放入干燥器，并冷却至室温，称量烘干后的试件质量G0，精确至0.1 g;再测量每块试件3个不同方向的几何尺寸，计算试件的体积V;然后将试件完全浸入水温为(20±3)℃，底部有格栅的水箱中，浸泡3h。取出试件后立即放在拧干水分的毛巾上吸水10 min，再用海绵吸取每个试件表面的水分，每次吸水前要用力挤出海绵中的水。待试件各表面残留水分吸干后，立即称量试件的质量Gs，精确至0.1 g。以3个试件的测定结果的算术平均值作为材料的吸水率测试结果。

(3）导热系数

参照GB/T 10294—2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》，利用DRH-III导热系数测试仪(护热平板法)进行测试。样品为边长200 mm、厚度20 mm的正方形板块。在试样到达预定养护龄期3 d前，将试件放入电热鼓风干燥箱中，在(105±5)℃下连续烘干3 d，然后立即将试件取出，放入干燥器中冷却至室温，进行导热系数测定。

(4）抗压强度

按照GB/T 5486—2008进行测试，取边长为100 mm的立方体试块，置于标准养护箱内养护至规定龄期。先测量试样尺寸，精确至1 mm，并计算试样的受压面积，再采用液压式万能试验机以(10±1)mm/min的速度连续而均匀地对试样进行加荷，直至破坏，记录破坏荷载P1，精确至10 N。计算样品的抗压强度，精确至0.01 MPa。

2 试验结果与讨论

2.1 NFFC材料制备方法和工艺条件的研究

2.1.1 NFFC材料制备条件的建立

NFFC材料的制备主要是通过化学发泡与水泥的凝固、硬化作用来实现。由于气泡的高能量和不稳定性特点，要求在制备过程中气泡的产生与水泥的凝固和硬化速度合理匹配，要求水泥浆必须具备快凝和快硬的特性，尤其是对于密度小于300 kg/m3的NFFC材料。这就是早期的NFFC材料为什么采用硫铝酸盐水泥作为胶凝材料的根本原因所在。但是，硫铝酸盐水泥作为一种低碱性水泥，在长期使用过程中存在耐久性问题。因此，本文试图用硅酸盐水泥全面替代硫铝酸盐水泥制备NFFC材料。与硫铝酸盐水泥相比，普通硅酸盐水泥的凝结时间和硬化速度要慢得多。因此，必须加快其凝固和硬化速度，同时解决快速凝固与料浆流动性之间的矛盾。基于上述分析，重点就促凝剂、早强剂和减水剂3个参数对NFFC材料的浇注成型情况进行了试验，以摸索成型的基本条件。试验结果见表1。

由表1可以看出，固定水泥用量、水灰比、减水剂、发泡剂的用量，当早强剂掺量为1.8%、促凝剂掺量为1.0%时，泡沫混凝土浇注成功;当早强剂的掺量降为1.1%时，泡沫混凝土料浆硬化速度跟不上，发生塌模;当早强剂掺量为2.1%时，发泡浇注体出现冒泡现象，泡沫稳定性欠佳，导致塌模。另一方面，当促凝剂掺量为0.7%时，制得的料浆凝结硬化速度延迟，试样最终塌模;当促凝剂掺量为1.2%时，料浆凝结速度过快，不能很好地与发泡速度匹配，试样最终塌模。根据浇注成型情况可以确立基体成型的基本条件：早强剂掺量1.2%～2.0%、促凝剂掺量0.8%～1.1%。

2.1.2 制备条件的优化

在上述制备条件基础上进一步就早强剂和促凝剂的适宜掺量进行优化试验。

(1）早强剂掺量的优化。

固定促凝剂NA掺量为1.0%，水灰比0.54，减水剂掺量0.5%，水泥用量300 g，在1.2%～2.0%内间隔0.2%改变配合比中早强剂的掺量，就NFFC材料的浇注情况和硬化体的性能进行跟踪试验，以便找出早强剂MC的最佳掺量。试验结果见图2。

由图2可以看出，掺量较低时NFFC硬化体试样的抗压强度随早强剂掺量增加而提高，但当早强剂掺量超过1.8%时，硬化体的抗压强度开始下降;另一方面，早强剂掺量小于1.2%时，因为凝固后的料浆不能及时硬化，浇注体试样比较容易塌模，因此，确定早强剂最佳掺量为1.8%。

(2）促凝剂掺量的优化。

固定早强剂MC掺量为1.8%，水灰比0.54，减水剂掺量0.5%，水泥用量300 g，在0.7%～1.1%范围内间隔0.1%改变配合比中促凝剂的掺量，就NFFC材料的浇注情况和硬化体的性能进行跟踪试验，以便进一步确定促凝剂NA的最佳掺量。试验结果见表2。

由表2可以看出，当促凝剂掺量在0.8%～1.1%时，无论从料浆流动性或发泡浇注体的稳定性来看，都比较有利，并且，促凝剂的掺量对硬化体抗压强度的影响较小。但是，当促凝剂掺量继续降低至0.7%时，因为料浆凝固时间滞后，发泡浇注体发生塌模。综合考虑促凝剂掺量对料浆流动性和硬化体强度的影响，确定促凝剂的最佳掺量为0.8%。

综上所述，初步确定NFFC材料的最佳制备基本条件为PC 300 g,MC 1.8%,NA 1.0%,SP 0.5～0.6%,FA 5.3%,W/C 0.54,该材料的性能如表3所示。

从表3及试验过程可看出，该材料的抗压强度、导热系数性能已基本满足外墙外保温的使用要求。但吸水率偏高，表面有起粉现象，有待于进一步改善。

2.2 NFFC材料的改性研究

2.2.1 整体性改善

针对NFFC材料表面起粉的现象，作者尝试采用纤维增强的方法改善其韧性和整体性[2,3]，并对添加了聚丙烯纤维硬化体样品表面起粉的现象和抗压强度进行了试验，结果见图3。

从图3及试验过程可以看出，随着纤维的掺入，NFFC材料的整体性显著改善，表面起粉现象明显减少，而且，在0.6%～1.6%掺量范围内随着纤维掺量增加样品整体性的改善效果提高;同时，随着纤维掺量的增加样品的抗压强度显著提高。但是，过量的纤维掺加引起硬化体强度降低。因此，纤维的适宜掺量为0.8%～1.0%。

2.2.2 耐水性改善

针对NFFC材料吸水率偏高的问题，作者采取了添加憎水剂和乳液的方法对其进行改性。憎水剂主要通过对水分的吸附或排斥作用实现对水分移动的阻止，而乳液则是通过固化成膜从而形成物理阻断作用来实现对水分移动的阻止[4,5]。

(1）憎水剂对耐水性的改善作用

在基础配合比中掺入适量有机硅憎水剂和0.8%聚丙烯纤维，进行发泡浇注试验，同时进行硬化体样品的吸水率和抗压强度试验，结果如图4和图5所示。

由图4可以看出，少量憎水剂的引入立即引起硬化体样品吸水率的大幅度降低。基体样品的吸水率为38%，而添加0.1%～0.3%憎水剂后的硬化体样品的吸水率迅速降低至8%以下，意味着NFFC材料的耐水性大大改善。从图5可以看出，过多憎水剂的引入对硬化体强度产生副作用，因此，憎水剂的适宜掺量确定为0.1%～0.2%。

(2）乳液对耐水性的改善作用

在基础配比中掺入适量苯丙乳液和0.8%聚丙烯纤维，进行发泡浇注试验，同时进行硬化体样品的吸水率和抗压强度的试验，结果如图6和图7所示。

由图6和图7可以看出，随着苯丙乳液掺量的增加，试样吸水率明显降低。当掺量为0.3%～0.4%时，吸水率降至8%～9%，且此时试样抗压强度最大。当掺量继续增加时，吸水率呈提高趋势，抗压强度呈下降趋势。因此，苯丙乳液的最佳掺量为0.3%～0.4%。

综上所述，试验最终确定NFFC材料的最佳制备条件如表4所示。

根据表4制得NFFC材料的性能获得很大的改善，其干密度290 kg/m3、28 d抗压强度1.1 MPa、吸水率6.11%、导热系数0.07 W/(m·K)。各项性能完全满足外墙外保温使用要求，且优于市场上同类产品，NFFC作为一种新型保温材料完全可以在外墙外保温体系中推广应用。

3 结语

(1)通过合理匹配促凝剂和早强剂以及其它混凝土外加剂，完全可以用硅酸盐水泥替代硫铝酸盐水泥制备密度低于300 kg/m3的超低密度泡沫混凝土，可使泡沫混凝土制品的耐久性大大改善。

(2)NFFC材料的最佳制备条件为：早强剂掺量1.8%、促凝剂掺量0.8%、聚丙烯纤维掺量0.8%～1.0%、有机硅憎水剂掺量0.1%～0.2%、丙苯乳液掺量0.3%～0.4%。由此条件制得NFFC材料的干密度为290 kg/m3,28 d抗压强度可达1.1MPa，吸水率6.11%，导热系数0.07 W/(m·K)。

参考文献

[1]吴宏雄.建筑节能大有可为[N].福建日报,2010-07-15(002).

[2]张爱玲.聚丙烯纤维增强混凝土性能的分析与应用[J].工程建设与设计,2011(4):170-175.

[3]李汝海.掺加聚丙烯纤维改善混凝土性能的研究[J].交通标准化,2008(8):208-210.

[4]冯晶.有机硅憎水剂在建筑上的应用[J].四川建材,2006(3):7-8.

水泥基泡沫保温板 篇4

泡沫混凝土是采用发泡剂通过机械制出泡沫, 再将泡沫加入胶凝材料浆体中, 制成泡沫浆, 然后成型或现浇, 经过自然养护、标准养护或蒸汽养护所形成的微孔轻质材料。泡沫混凝土具有体积密度小、保温隔热性、隔音耐火性和抗震性优良的特点, 在建筑节能中具有广泛的应用前景, 在工程中还用于挡土墙、地下回填、地基工程、环境覆盖等受到了人们的广泛关注。

很多工业废弃物如粉煤灰和煤矸石, 已被证明可以作为掺合料有效用于水泥基泡沫混凝土的制备, 而对于面广量大的钢渣, 目前尚无用于水泥基泡沫混凝土的制备的相关研究报道。本实验以粉煤灰、钢渣磨细粉按不同比例双掺作泡沫混凝土的掺合料, 研究泡沫混凝土性能及制备工艺。

1 试验

1.1 原材料

试验所用水泥为江南水泥有限公司生产的钟山牌42.5级普通硅酸盐水泥;粉煤灰为南京华能电厂的I级粉煤灰, 比表面为490 m2/kg;钢渣粉为四川攀枝花钢铁厂磨细钢渣粉, 比表面积为459 m2/kg, 密度为3.24 g/cm3;粉煤灰与钢渣的化学成分见表1。用细河砂作集料, 其堆积密度1 405.8 kg/m3, 视密度2.73 g/cm3, 细度模数1.8;发泡剂为南京金博节能技术发展中心提供的蛋白质发泡剂。

1.2 试验方法

取5 g发泡剂加900 m L水, 高速搅拌机搅拌10 min发泡。按设定的配合比, 先将水泥、粉煤灰、钢渣等物料和水预混均匀, 再倒入泡沫进行搅拌, 制成均匀流态浆, 浇注成70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm和200 mm×200 mm×20 mm试件, 室温下养护3 d后脱模, 在 (20±2) ℃, 相对湿度大于90%的养护室内养护至28 d龄期, 参照《蒸压加气混凝土性能试验方法》 (GBT11969-2008) 测定抗压强度和干体积密度, 参照《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》 (GB10294-88) , 用CD-DR3030A导热系数测定仪测定导热系数。

2 试验结果与讨论

2.1 钢渣及粉煤灰掺量对泡沫混凝土干体积密度及抗压强度的影响

试验中选取水灰比为0.35、泡沫用量量为1.2L/L, 用30%、40%和50%的粉煤灰和钢渣分别等量取代水泥, 按不同配比进行试验, 测定试件的干体积密度及抗压强度, 结果见图1、图2。

从图1可以看出, 在本文取代量范围内, 随着钢渣取代量增大, 泡沫混凝土的干体积密度变化不大, 而抗压强度呈减小趋势。其主要原因是钢渣的密度与拌和需水量均与水泥相近, 故对拌合物密度和干体积密度影响均不大, 而钢渣的水化活性远不及水泥, 其中的活性Si O2、Ca O和Al2O3含量较低。当掺量较大时, 会引起胶凝材料水化反应变慢及凝胶体的减少, 同时水化程度也会受到影响, 从而导致泡沫混凝土的强度降低。

由图2可见, 在其他原料掺量保持不变的情况下, 随着粉煤灰取代水泥量的增加, 混凝土的干体积密度和抗压强度都有所增大。粉煤灰的密度低于水泥, 而粉煤灰取代水泥后却使泡沫混凝土的干体积密度增大, 这可能是由于粉煤灰的“形态效应”、降低了泡沫混凝土拌合物在相同流动度时的需水量, 导致等体积混凝土中固相 (水泥和粉煤灰) 质量增大, 混凝土干体积密度增大。泡沫混凝土的强度, 不仅与其中硬化胶凝材料浆体的强度有关, 更主要的是取决与混凝土的固相体积分数的大小。由于粉煤灰的体积密度较水泥小得多, 粉煤灰取代水泥后, 虽然硬化胶凝材料浆体的强度有所降低, 但混凝土的固相体积分数大大增加, 在一定量范围内, 后者对强度的影响大于前者, 导致混凝土的强度增大。

图3是钢渣粉和粉煤灰以质量比1:1复合等质量取代水泥对干体积密度和抗压强度的影响。可以看出, 钢渣粉和粉煤灰以质量比1:1复掺时, 干体积密度随取代量增加而降低, 而抗压强度变化很小, 说明钢渣粉和粉煤灰有较好的复合效应。

2.2 泡沫量对泡沫混凝土干体积密度及抗压强度的影响

选择水胶比为0.35、粉煤灰和钢渣质量比为11、取代量40%、泡沫用量分别为0.6 L/L、0.8 L/L和1.2 L/L, 研究泡沫量对泡沫混凝土密度和强度等的影响, 结果见图4。

由图4可以看出, 泡沫用量对泡沫混凝土的密度和强度影响很大, 随着泡沫量的增加, 泡沫混凝土的密度和强度迅速降低。这是由于泡沫量的增加导致沫混凝土中的气泡增加, 从而密度就会降低。同时, 浆体中形成的闭合气泡量的增大会导致受压面内单位面积上净承压压面积减小, 因此抗压强度也降低。

2.3 泡沫混凝土的干体积密度对导热率的影响

泡沫混凝土的密度随着泡沫量的增加而减小, 泡沫量增多导致试块内的闭合气孔的增多, 从而泡沫混凝土的导热率降低。为研究泡沫混凝土导热率与干体积密度的关系, 配制了9组不同配合比、不同密度的泡沫混凝土试块, 测得导热系数, 结果见图5。

由图5可以看出, 导热率随密度增大近似呈指数函数关系, 由试验数据拟合出的指数函数如下所示:

式中常数项基本上可视作泡沫混凝土中空气的导热系数 (泡沫混凝土密度趋于零时的导热系数) 。封闭状态下, 20℃时空气的导热系数为0.0259 W m·K。式中常数项比常温空气的导热系数理论值大2倍, 原因之一可能是测定时泡沫混凝土中空气并非处于封闭状态, 二是可能其中空气并非完全干燥, 即含有导热系数比空气大得多的水蒸气。

3 结论

(1) 在取代量不超过50%的范围内, 用优质粉煤灰等质量取代水泥, 不仅可降低泡沫混凝土的干体积密度来降低其导热系数, 而且在同条件下可提高低泡沫混凝土的强度。

(2) 用钢渣粉等质量取代水泥, 对泡沫混凝土的干体积密度影响不大, 但在同条件下会降低泡沫混凝土的强度。而钢渣粉与粉煤灰复合取代水泥时可以得到良好的效果。

(3) 泡沫用量是影响泡沫混凝土的干体积密度、抗压强度和导热系数的主要因素, 泡沫量增加, 浆体中封闭的气孔增多, 导致泡沫混凝土的密度降低, 强度也减小, 导热系数减小。

(4) 泡沫混凝土的导热系数与干体积密度近似呈指数函数关系。

参考文献

[1]俞心刚, 李德军, 田学春, 等.煤矸石泡沫混凝土的研究.新型建筑材料, 2008, (1) :16-19.

[2]谢明辉.大掺量粉煤灰泡沫混凝土的研究[D].长春:吉林大学硕士学位论文, 2006.