轻质高强泡沫混凝土的研究
2015-12-21刘迎兵
刘迎兵
(成都山峰混凝土工程有限公司,四川 成都 610041)
轻质高强泡沫混凝土的研究
刘迎兵
(成都山峰混凝土工程有限公司,四川成都 610041)
通过单因素试验研究了水灰比、水泥种类及硅灰、偏高岭土、粉煤灰、石英粉掺量对泡沫混凝土基体砂浆强度的影响规律,得到其基体强度各组分的最优掺量,在此基础上掺入水基泡沫制备了满足 C30 强度要求的轻质泡沫混凝土,给出了泡沫掺量对容重及强度的影响规律。结果表明,水灰比为 0.18 时,峨胜 P·O 42.5R 水泥在该胶凝体系中有较好强度表现,此时硅灰、粉煤灰、石英粉用量相当于胶凝材料总量的:10%、10%、60%,基体强度可超过 100MPa,所制备的 30MPa 泡沫混凝土密度可降低至 1510kg/m3。
轻质;泡沫混凝土;配合比;强度
泡沫混凝土是向水泥砂浆里引入大量物理方法制得的均匀细小的水基泡沫而凝结硬化形成的轻质多孔材料。这种材料在建筑物的自保温围护结构、屋面绝热等非承重结构中有广泛应用和研究[1-4]。而承重结构用轻质混凝土多采用陶粒轻骨料制备且已有大量的研究和应用[5-7],但对于承重结构用的轻质高强泡沫混凝土则少有研究。
为此,本文拟通过单因素试验探讨各影响因素对泡沫混凝土基体砂浆强度及泡沫混凝土强度的影响规律,为泡沫混凝土制备结构用轻质混凝土提供支持。
1 试验原料与方法
1.1原料
水泥:A 峨胜 P·O42.5R,B 亚东 P·O42.5R;
硅灰:SiO2≥90%;
粉煤灰:Ⅰ 级粉煤灰;
偏高岭土产地:四川;
石英粉:60 目;
减水剂:路加;
发泡剂:华泰;
水:洁净的自来水;
增强剂:有机、无机复合增强剂。
1.2试验方法
1.2.1成型及养护方法
各基体砂浆配合比的试块混凝土均按水泥胶砂相关国标成型,泡沫混凝土则先按标准制备成砂浆后混入机械发泡制备的泡沫,充分搅拌至均匀后浇注成 (100×100×100)mm 的混凝土强度测试常用尺寸试件。各试块成型好后均按国标标养一天脱模,再用 20℃ 水养至 28d 后按标准要求测试强度。
1.2.2基本配合比
主要采用单因素试验方法,主要思想是在基本配合比的基础上单独改变某一个因素进行研究。基本配合比见表 1。后文除特别说明外各掺量均为相对于水泥用量的百分数。
表1 试验基本配合比 g
2 试验结果与讨论
2.1泡沫混凝土基体砂浆强度的影响因素研究
具有一定流动度的高强度基体砂浆是制备轻质高强泡沫混凝土的必要前提条件。为此,首先研究了基体砂浆强度受各影响因素的作用规律,并结合泡沫混凝土对工作性的具体要求,优选了各因素掺量。
2.1.1水泥种类及水灰比对泡沫混凝土基体砂浆强度的影响
试验采用了 A、B 两种水泥及五个水灰比分别制备成型,试验结果见图 1。
图1 水泥种类及水灰比对基体砂浆强度的影响
图 1 中曲线表明:两种水泥强度均随着水灰比的增加而降低,这与众所周知的材料致密度与强度关系密切相关;而B 水泥在各个水灰比下的强度均比 A 水泥低,这说明在低水灰比下,A 水泥较 B 水泥有较好的强度表现,但水灰比增加时,两种水泥的强度有接近的趋势。
因试验拟用水灰比均低于 0.2,应采用 A 水泥。考虑泡沫混凝土制备对流动性的要求,应使 w/c=0.18。
2.1.2矿物掺合料对泡沫混凝土基体砂浆强度的影响
需要说明的是,硅灰与偏高岭土均为高活性材料且价格较高,因此向基本配合比中加入偏高岭土时未掺硅灰,试验结果见图 2。
图2 矿物掺合料对泡沫混凝土基体砂浆强度的影响
图 2 数据说明,三种矿物掺合料的掺量均存在极大值,试验所用硅灰的活性远高于偏高岭土,但与偏高岭土有相似的变化规律,均在≤10% 掺量范围时强度增加较快,且都在12% 时取得极大值。而粉煤灰则在掺 10% 时取得极值,且在后期降低较快。
试验中观察发现,掺硅灰制备基体砂浆时,流动性有明显提升,在 10% 时有最好的流动性表现,这与硅灰的微珠和填充效应有关。而超过 10% 时,硅灰过大的比表面积使基体砂浆流动性逐渐变差,粘稠度增加,使试件断面肉眼可见的气孔较多,降低了强度,粉煤灰在工作性上也有类似表现。
结合泡沫混凝土对强度与工作性的双重要求,流动性和强度均较好的掺量为:10% 硅灰、10% 粉煤灰。
2.1.3石英粉含量对泡沫混凝土基体砂浆强度的影响
细集料不会形成界面过渡区,对浆体强度具有很好的复合材料效应,可大大提高基体强度。而泡沫混凝土中不宜加入过粗骨料,故试验采用了 40~70 目的石英粉。图 3所示试验结果中,石英粉的含量在相对于胶凝材料用量的20%~80% 范围时,强度在波动中略有增加;超过 80% 时,强度很快降低,之后则相对平缓。
原因在于,石英粉比表面积相对普通细集料高,掺量超过 80% 时,流动性严重不足,浆体无法很好地密实成型,强度严重下降。而含量为 80% 时,已有一定流动性,60% 流动性则较好,且能降低整体成本。因此基体砂浆的石英粉含量确定为胶凝材料用量的 60%,此时砂浆强度超过 120MPa。
图3 石英粉含量对泡沫混凝土基体砂浆强度的影响
2.2泡沫掺量变化导致的密度变化对泡沫混凝土强度的影响
在上一节中根据流动性和强度要求确立了基体砂浆各组分的最优值,即水灰比 0.18,硅灰粉煤灰各占胶凝材料的10%,石英粉占 60% 的基体砂浆配合比下,实验研究了泡沫掺量对泡沫混凝土密度和强度的影响。从图 4 中可以看出,泡沫量的多少决定了容重的大小:泡沫多,密度轻;泡沫少,密度大,随着容重的降低,泡沫掺入量的增量有减少的趋势。容重与强度的关系则刚好相反,强度随着容重的增加而增加,且随着密度的降低,强度的降低量有增大的趋势。泡沫和密度的规律与泡沫加入过程中流动性逐渐变好有关,流动性变大之后泡沫更容易融入到浆体中去,破灭损失的更少,因此后期需要更少的泡沫就能降低较大的密度。
图4 泡沫掺量及容重变化对泡沫混凝土强度的影响
强度同密度的规律则与两方面有关:a)更多泡沫的引入形成了更高的孔隙率,根据经典的孔隙率—强度关系,已有这样的趋势;b)更多泡沫的引入向浆体带入了过多的水分,1350kg/m3时已高达 35g/L 泡沫,相当于使集体砂浆水灰比增加了 0.026,这会使基体砂浆强度有较大幅度下降,从而造成泡沫混凝土强度降低。
其中,满足 C30 轻质混凝土的强度要求的泡沫混凝土(38MPa),容重低至 1510kg/m3。
3 结论
(1)水灰比为 0.18 时,峨胜 P·O42.5R 具有较好的强度和流动度;
(2)偏高岭土活性远低于硅灰活性,硅灰、粉煤灰及石英粉掺量为胶凝材料的 10%、10%、60% 时,流动度和强度均较好;
(3)泡沫量与密度正相关,且随密度的降低,泡沫掺入量的增量减少;强度与密度反相关,且随密度的降低,强度的降低量增大;
(4)满足 C30 强度等级要求的轻质泡沫混凝土容重可低达 1510kg/m3。
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刘迎兵(1976—),男,工程师,本科,主要从事混凝土技术管理。