聚丙烯纤维增强泡沫混凝土性能研究

翟红侠，杨启安，廖绍锋，荆 喆（.安徽建筑大学 材料与化学工程学院， 安徽合肥 300；.安徽建工集团，安徽合肥 3060）



聚丙烯纤维增强泡沫混凝土性能研究

翟红侠1，杨启安1，廖绍锋2，荆 喆1
（1.安徽建筑大学 材料与化学工程学院， 安徽合肥 230022；2.安徽建工集团，安徽合肥 230601）

摘要：利用体积法计算出不同干密度聚丙烯纤维增强泡沫混凝土的配合比，制备出聚丙烯纤维增强泡沫混凝土。研究不同等级干密度对其力学性能、保温性能和干燥收缩性能的影响，并在良好保温性能、强度与较低干收缩条件下，探讨聚丙烯纤维增强泡沫混凝土的最优干密度。结果表明：干密度等级越高的聚丙烯增强泡沫混凝土力学性能好，干燥收缩值变化较小，但其导热系数较大，保温性能差。具有良好保温性能、强度与较低干收缩聚丙烯纤维增强泡沫混凝土的最优干密度为800-900 Kg/m³。

关键词：聚丙烯纤维泡沫混凝土；力学性能；保温性能；干燥收缩性能；干密度

0　引　言

泡沫混凝土中含有大量细小的封闭气孔，使其具有良好的热工性能，通常作为建筑物墙体及屋面材料，具有良好的节能效果和经济效益，然而在使用中，无论是泡沫混凝土制品，还是泡沫混凝土的现场浇筑中，普遍存在严重的开裂和低强度问题，严重影响了工程质量和正常使用，也严重制约了泡沫混凝土的进一步推广应用。研究表明［1-5］，在泡沫混凝土中加入纤维可起到增强、阻裂和增韧的作用。

本论文主要研究不同等级干密度聚丙烯纤维增强泡沫混凝土对其抗压强度、保温性能和干燥收缩性能的影响，并在此基础上探讨了在保证良好保温性能及较低的收缩值的前提下，获得泡沫混凝土制品的最佳强度。最佳强度是指在保证良好保温性能及较低收缩性能情况下，聚丙烯增强泡沫混凝土具有的最高强度。经查阅相关文献知［6-7］，干密度是影响泡沫混凝土强度的主要因素之一，本文通过试验研究不同干密度对其强度的影响，以得到具有良好保温性能及较低收缩值的最佳强度下的干密度。

1　原材料与试验方法

1.1原材料

（1）水泥：巢东东关水泥厂生产的东关牌42.5普通硅酸盐水泥。性能测试如表1。

表1　水泥技术性能指标

（2）粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰，技术性能指标，如表2。

表2　Ⅱ级粉煤灰技术性能指标

（3）纤维：聚丙烯纤维，其主要物理力学性能指标，如表3。

表3　聚丙烯纤维的物理力学性能指标

（4）发泡剂：合肥立创节能建材开发有限公司的LC-1环保型水泥发泡剂。

（5）自来水：来自自来水厂。

1.2 配合比设计

本文采用体积法［8］计算聚丙烯增强泡沫混凝土的配合比。制备干密度等级［9］为400Kg/ m³、500Kg/m³、600Kg/m³、700Kg/m³、800Kg/m³、900Kg/m³和1000Kg/m³，粉煤灰占粉状物料质量25%的各组配合比，在1m³体积下的各物料量如表4：

表4　1m3泡沫混凝土配合比

1.3试验方法

（1）力学性能：力学性能实验的试块尺寸为40mm×40mm×160mm，抗折强度在水泥胶砂强度抗折试验机上进行，抗压强度在电子万能实验机上进行，依照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行测定。

（2）保温性能：试块尺寸300mm×300mm× 30mm，覆盖保鲜膜，常温养护，到达预定养护龄期1天前，将试块放入干燥箱内烘干，在70 士5℃连续烘干24小时，然后取出试块，放到干燥器中冷却至室温，再把试块放在导热系数测定仪上进行导热系数的测定。

（3）收缩性能：试块尺寸25mm×25mm×280mm，在试块两端中间位置安置铜头，试块成型后，用保鲜膜覆盖于试块表面，常温下养护三天后拆模，然后再标准养护，达要求龄期后取出试块，用水泥比长仪测定试块长度，参照GB/T11972-1997《加气混凝土干燥收缩试验方法》规定测试方法进行测量。

2　试验结果分析

2.1不同等级干密度对聚丙烯增强泡沫混凝土的力学性能影响

聚丙烯增强泡沫混凝土的力学性能试验结果如图1、2所示。由图可知，聚丙烯增强泡沫混凝土的力学性能与其干密度有着直接的关系，且抗压强度随干密度的增大呈提高的趋势。其中聚丙烯增强泡沫混凝土的抗压强度随干密度的增大而增加的趋势尤为明显，是因为干密度等级越大，胶凝材料较多，反应充分，混凝土越密实。另外干密度等级高，发泡剂量少，泡沫混凝土的孔少且孔径小，泡沫混凝土的强度就高。早期强度变化不是很明显，后期强度随聚丙烯增强泡沫混凝土干密度增大而递增的幅度，比早期强度的更加明显，是因为早期浆料反应不充分并且后期粉煤灰也参与反应，提高聚丙烯增强泡沫混凝土的强度。另外，聚丙烯增强泡沫混凝土的抗折强度也随干密度的增大而增加，而且在养护的早期抗折强度随干密度的增加已经有明显的提高。

图1　抗压强度与干密度的关系图

图2　抗折强度与干密度的关系图

2.2不同等级干密度对聚丙烯增强泡沫混凝土保温性能影响

聚丙烯增强泡沫混凝土的保温性能试验结果如图3所示，由于导热系数与保温性能成负相关，导热系数越小保温性能就越好，相反保温性能较差。由此可用导热系数的负数，来形象地表征聚丙烯纤维增强泡沫混凝土的保温性能，并绘制得图4保温性能与干密度的关系。

图3　导热系数与干密度的关系图

图4　保温性能与干密度的关系

由图3、4可知，聚丙烯增强泡沫混凝土的保温性能随干密度的增大而逐渐降低，保温性能的降低主要是由于干密度等级的增大，泡沫量少，使聚丙烯增强泡沫混凝土内气孔减少，气孔是聚丙烯泡沫混凝土具有良好保温性能的主要来源，气孔减少，保温性能变差。增加干密度，虽然可以提高聚丙烯增强泡沫混凝土的力学性能，但却导致了保温性能的降低，而且必然增加水泥等物料的用量增加，导致经济性差。

2.3不同等级干密度对聚丙烯增强泡沫混凝土干燥收缩性能影响

聚丙烯增强泡沫混凝土的干缩试验结果如表5所示：

表5　干燥收缩性能试验结果

由表5可知，在添加聚丙烯纤维的情况下，聚丙烯增强泡沫混凝土的早期干燥收缩率均在0.7%-1.0%之间。从表5中可以看出，干密度等级越大7d和14d之间的收缩变化值就越小，聚丙烯纤维增强泡沫混凝土的收缩性能就越好。聚丙烯纤维增强泡沫混凝土中聚丙烯纤维的阻滞干燥收缩机理：由于纤维是亲水性材料，且在混凝土基体中的分布较均匀，所以在泡沫混凝土中，单位体积内纤维数量多且分布均匀，在混凝土中形成了一种相互交织的支撑体系。泡沫混凝土在干燥收缩的过程中必然受到纤维的抑制作用，减小了其收缩力，阻止其进一步收缩，从而提高了混凝土的抗缩能力，达到抑制泡沫混凝土自身的收缩作用［1］。

2.4最佳强度所对应的干密度的探讨

本论文力求得到最佳强度（在保证良好保温性能及较低收缩性能情况下，具有最高强度）的聚丙烯增强泡沫混凝土的干密度，为此将以上分析的聚丙烯增强泡沫混凝土的力学性能及保温性能的数据进行对比，根据JC/T 1062—2007《泡沫混凝土砌块》，干密度等级在400—1000Kg/m³其导热系数控制在0.1～0.27，收缩值控制在0.9%，并参照干燥收缩性试验的结果，材料使用的经济性，综合得出最佳强度对应的干密度，最佳干密度在800Kg/m³左右，如果对早期强度要求较高，干密度就应该设计较大。干密度等级为800Kg/m³的聚丙烯纤维增强泡沫混凝土的早期干燥收缩率在0.8%，小于收缩值控制在0.9%，符合要求。

综上，聚丙烯纤维增强泡沫混凝土的最佳强度所对应的干密度等级为800Kg/m³-900Kg/m³之间。

3　结论

（1）利用体积法计算出不同干密度聚丙烯纤维增强泡沫混凝土的配合比，制备出聚丙烯纤维增强泡沫混凝土，该制品力学性能、保温性能主要取决于干密度。即干密度等级高的聚丙烯增强泡沫混凝土力学性能好，干燥收缩值变化较小，但其导热系数较大，保温性能差。

（2）聚丙烯纤维增强泡沫混凝土力学性能与保温性能达到相对最优时的干密度范围为800-900kg/m³。

参考文献

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Performance Test of Polypropylene Fiber Reinforced Foam Concrete Research

ZHAI Hongxia1，YANG Qian1，LIAO Shaofeng2，JING Zhe1
（1.School of Materials and Chemical Engineering，Anhui Jianzhu University，Hefei 230022，China；2.Anhui Construction Engineering Group，Hefei 230601，China）

Abstract：Volume method is used to calculate the different dry density of polypropylene fiber reinforced foam concrete mixture ratio and polypropylene fiber reinforced foam concrete is prepared. This paper studies the influence that different dry density has on mechanical property， heat-insulating property and dry shrinkage performance；and then this paper investigates the optimum dry density of polypropylene fiber reinforced foam concrete under the condition of good thermal insulation performance， strength and low dry shrinkage. Results show that polypropylene fiber foamed concrete of higher dry density bears better mechanics performance and smaller drying shrinkage value， but with larger thermal conductivity， heat preservation performance is poor. As to olypropylene fber reinforced foam concrete of good thermal insulation performance，and low dry shrinkage ， the optimum dry density is 800-900 Kg/m³.

Keywords：polypropylene fiber foamed concrete；mechanical property；heat-insulating property；dry shrinkage performance；dry density

作者简介：翟红侠（1962-），女，教授，主要研究方向：土木工程材料。

基金项目：安徽省墙改办2015年新型墙材科研项目（项目编号2015FACZ2681）。

收稿日期：2015-10-30

DOI:10.11921/j.issn.2095-8382.20160216

中图分类号：TU528

文献标识码：A

文章编号：2095-8382（2016）02-082-05