泡沫混凝土绝干密度与抗压强度的相关性研究

1、泡沫混凝土绝干密度与抗压强度的相关性研究【摘要】绝干密度和抗压强度是应用时最重要的两个技术指标。研究表明，在组成、配比和制备工艺相同时，抗压强度与绝干密度之间具有良好的相关性。通过控制湿密度，进而控制绝干密度，可达到控制抗压强度的目的。本文在大量试验基础上，通过回归得到了绝干密度在400kg/m³-1100kg/m³之间抗压强度与绝干密度的乘幂方程式，相关系数R2均大于0.95，相关性很好。在水泥-粉煤灰-泡沫-水原料体系中，掺加适量粉煤灰将有助于提高抗压强度，提高抗裂性，同时可降低生产成本。 【关键词】；粉煤灰；绝干密度；抗压强度；乘幂方程式；相关系数 0 前 言 是用物

2、理方法将泡沫剂水溶液制成泡沫，再将泡沫加入到由水泥、骨料、掺合料、外加剂和水等制成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、自然或蒸汽养护制成的多孔混凝土。其中含有大量封闭孔隙，因而表现出良好的物理力学性能和使用功能，如轻质、保温、隔热、防潮、隔声等。在墙体屋面保温隔热工程、构件与制品、建筑物系统、大型隧道、高等级公路和地铁回填工程、建筑物轻质、吸隔声屏障等具有巨大的市场需求和广阔的推广应用前景1-4。 现阶段我国的设计与施工尚缺乏标准和技术规范，只能靠经验或通过大量试验来实施应用，不利于质量控制和技术发展。研究原料组成对性能的影响，探讨绝干密度与抗压强度相关性，建立绝干密度与抗压强度经验公式，不但能正

3、确指导组成优化和配比设计，而且可节省财力，简化试验试配和质量控制工作，加快的推广应用。本文探讨了主要组分对强度的影响，建立了最基本的配合比设计方法，并以最常用的水泥-粉煤灰-泡沫-水原料体系为研究对象，研究绝干密度在400kg/m³-1100kg/m³之间的绝干密度与抗压强度的相关性。 1 组成对强度的影响 主要组组分包括水泥、泡沫剂、骨料、粉煤灰、外加剂和水。必要时，可根据使用要求增加其它组成，如短切纤维、有机高分子聚合物。 1.1 水泥 水泥是强度的主要来源，也是首要影响因素。为达到强度最大化，每个设计绝干密度的均有一个最佳水泥用量。原材料体系不同，水泥用量对强度的影响

4、规律并不一致。在非净浆体系中，强度先随水泥用量增加而提高，当超过最佳水泥用量后，强度则随水泥用量继续增加而降低。在净浆体系中，水泥用量则相对固定，只有水泥强度等级仍对强度产生影响。 硅酸盐系列水泥来源广泛、质量稳定、经济、耐久性好，因而被行业广泛使用。硫(铁)铝酸盐第三系列水泥在浆体形成、结构稳定性、早期强度发展等方面具有特色，应用逐年增加，在一些特殊重点工程中的应用相继取得成功。 1.2 泡沫剂 能产生泡沫的物质很多，但并非所有能产生泡沫的物质都能作为泡沫剂使用。只有产生的泡沫在与砂(净)浆混合时不破裂，具有足够稳定性，且不影响胶凝材料凝结和硬化的物质才能用于制备泡沫剂。通过改变泡沫添加量，

5、可制成不同浆体密度和绝干密度的，强度也将因泡沫引入量不同而不同。优选泡沫剂品种和确定最佳掺量是制备高性能的必要条件。 1.3 骨料 制备骨料通常分为普通集料、轻骨料和超轻骨料三类。根据密度和强度要求，决定是否采用骨料和采用哪类骨料。骨料品种和表观密度对强度影响明显。为保证密度，用轻骨料比用普通骨料可使水泥浆体形成的结构更致密。抗压强度通常较低，抗压破坏通常发生在含有大量气孔的水泥基基体中。与普通混凝土相比，使用密度较低的骨料将明显提高抗压强度。 1.4 粉煤灰 鉴于粉煤灰来源广泛、价格低廉，并具有一定活性，成为的首选掺合料。粉煤灰能显著提高的后期强度，改善成型效果。 1.5 外加剂 常用外加剂

6、包括分散剂、早强剂、速凝剂、防水剂、憎水剂。早强剂和速凝剂可加速结构的形成过程和强度发展，提高浆体结构稳定性。 2 配合比设计研究 配合比设计依据固定原材料重量法和固体混合料体积法进行。通过检测湿密度，进而控制绝干密度和均匀性，达到控制抗压强度目的。 2.1 固定原材料重量法 以水泥-粉煤灰-泡沫-水原料体系为研究对象。设计参数： 设计绝干密度为r干，单位为kg/m³； 基本用水量为yw，单位为kg/m³。 基本水料比为，取值见表1。视粉煤灰掺量和泡沫剂质量作适当调整； 水泥用量为yC，单位为kg/m³。水泥水化修正系数k1，经验值取k1=0.10； 粉煤灰用量为

7、yf，单位为kg/m³；粉煤灰水化修正系数k2，经验值取k1=0.02； 粉煤灰掺量为，单位为%； 配合比设计关系式见式(1)和式(2)： k1yC+ k2yf=干 (1) yf/(yf +yC)=h (2) 水泥、粉煤灰和水用量按式(3)、式(4)和式(5)计算： yf=干/(1-)k1+k2) (3) yC=(1-)干/( (1-)k1+k2) (4) yw=w(yC+yf) (5) 2.2 固定混合料体积法 1m³中，由水泥、粉煤灰和水组成的浆体总体积为V1，泡沫添加量V2按式(6)计算。即配制单位体积，由水泥、粉煤灰和水组成浆体体积不足部分由泡沫填充。 V2= k3

8、(1-V1) (6) 式中：V2泡沫添加量，单位为m³； V1加入泡沫前，水泥、粉煤灰和水组成的浆体总体积，单位为m³； k3富余填充系数，k3通常大于1，视泡沫剂质量和制泡时间而定。主要考虑泡沫加入到浆体中再混合时的损失。 2.3 浆体密度 浆体密度湿按式(7)计算： 湿= (1+)干/(k2+(1-)k1) +V2/Fv (7) 式中：湿浆体密度，单位为kg/m³； Fv泡沫剂水溶液发泡量，单位为m³/kg。 3绝干密度与抗压强度相关性 3.1 试验研究 原材料 水泥：北京琉璃河水泥厂产42.5普通硅酸盐水泥。 粉煤灰：北京石景山发电厂产级干排粉煤灰

9、。 混凝土泡沫剂：白色粉末，CCW-2008型，中国建筑材料科学研究总院研制。具有起泡、稳泡、增粘、防水功能。 试样制备 首先使用高速搅拌机(转速700转/min)将设定比例的泡沫剂水溶液制成泡沫，搅拌时间以泡沫达到均匀、细小、稳定为准。再按设定比例计量水泥、粉煤灰和水，使用砂浆搅拌机将其搅拌成均匀浆体，搅拌时间控制在180s。然后在浆体中加入一定体积的泡沫，继续搅拌至均匀为止，预计时间在180s左右。采用固定混合料体积法和原材料重量法来控制混合料密度，进而控制密度。成型好的试件在室内放置，用塑料布覆盖。2d-5d(时间长短视CFC密度而定)后脱模，在室内密封条件下养护至试验龄期。 性能测试

10、测试试件28d龄期的抗压强度、绝干密度和吸水率，试验方法参照JC/T 1062-2007砌块进行。试件尺寸为100mm×100mm×100mm。 3.2 试验结果 设计绝干密度干取400kg/m³、500kg/m³、600kg/m³、700kg/m³、800kg/m³、900kg/m³和1000kg/m³，对应的基本水料比w分别取0.69、0.64、0.60、0.56、0.54、0.52和0.50，粉煤灰掺量取0、10%、20%、30%和40%。测试28d龄期的抗压强度和绝干密度。粉煤灰掺量为0、10%、

11、20%、30%和40%时，绝干密度与抗压强度相关性回归曲线。回归结果列于表2。显然，不论是否掺加粉煤灰，还是粉煤灰掺量有所变化，抗压强度与绝干密度之间具有良好的相关性。即在组成、配比和制备工艺相同的前提下，抗压强度与绝干密度基本是一一对应。而粉煤灰掺量则对抗压强度值产生影响。 4 粉煤灰掺量对性能的影响 设计绝干密度干取700kg/m³、800kg/m³、900kg/m³和1000kg/m³，对应的基本水料比分别取0.56、0.54、0.52和0.50，粉煤灰掺量取0、10%、20%、30%和40%。含有不同掺量粉煤灰的，其28d抗压强度计算结果列于图6

12、。结果表明，在水泥-粉煤灰-泡沫-水原料体系中，粉煤灰占有适当比例，将有助于提高强度，而且可降低成本，降低收缩率，提高抗裂性（见图7）。粉煤灰中含有70%以上的玻璃体，主要成分是SiO2和Al2O3。在强碱激发作用下将显现胶凝活性。在中，水泥因水化不断放出强碱Ca(OH)2，与粉煤灰产生化学反应，生成具有胶凝性能的水化硅酸钙、低硫型和高硫型水化硫铝酸钙，促进强度增长。 在早期，粉煤灰几乎不发生火山灰反应，因此随粉煤灰掺量增加，混凝土抗压强度降低。表现为掺加粉煤灰的试块脱模时间长，低绝干密度表现极为明显。随着养护龄期增加，粉煤灰火山灰作用和水泥水化反应的促进作用，以及粉煤灰微集料效应，掺加适量粉煤灰的抗压强度可以达到和超过纯水泥(也称泡沫水泥)。在本研究中，粉煤灰适宜掺量为20%。 5 结 论 (1) 组成是影响强度的首要因素，主要包括水泥品种和强度等级、骨料种类与绝干密度、粉煤灰品质、外加剂品种和发