基于正交试验设计的泡沫混凝土性能研究

2020-05-25孙婧李玥王宏王茜

四川水泥 2020年4期

孙婧李玥王宏王茜

（河北建筑工程学院，河北张家口 075000）

0 前言:

泡沫混凝土是由水泥浆体、骨料（细砂）和气孔组成的三相材料，具有质量轻，隔热隔音性能好，节能环保等优良特性[1]。由于泡沫混凝土保温隔热性能最为突出[2]，因此泡沫混凝土多在屋面的保温隔热、外墙保温层和墙体填充层等使用[3]。但是泡沫混凝土的体积稳定性差，强度比普通混凝土低，吸水率高等缺陷，阻碍了其大规模使用及发展。所以为使泡沫混凝土在建筑中能够广泛应用，必须找到合适的解决办法。本研究的意义：通过正交设计实验方案，从宏观方面包括泡沫剂发泡倍数、纤维掺量、水灰比等与泡沫掺量的研究，进而探讨这些基本因素对泡沫混凝土干密度、导热系数的影响规律。

1 试验概况

1.1 试验原材料

水泥：本实验选用金隅水泥有限公司的P·O 42.5 普通硅酸盐水泥。

发泡剂：选用高效发泡剂。

纤维：采用聚丙烯纤维，减少微裂纹扩张并有效提高强度。

水：张家口自来水。

1.2 试验仪器

混凝土加速养护箱；电热恒温鼓热干燥箱；压力试验机；导热系数测定仪

1.3 试验配合比

选取4 因素4 水平的正交试验表，分别考虑了水与发泡剂比例、纤维掺量、水灰比、泡沫掺量四个因素的四种变化水平。试验配合比见表1。

表1 试验配合比

1.4 性能测试

1.干密度的测定

(a)选取每组3 块试块，尺寸为(10×10×10)mm，计算试块的体积；(b)将试块放入蒸养箱中，在90℃环境中养护。(c)将养护好的试块放入电热恒温鼓风干燥箱内，将温度设定为在50 ℃，然后保温24h，并测得试块质量M，需精确至0.1g；

2.导热系数的测定

(a)切割已经养护好并烘干好的泡沫混凝土试样，尺寸为(10×5×5)mm；(b)将试样放入导热仪中，调节试块至平衡位置；(c)按开始键，冷却好后再次重复操作，记录每组导热系数。

2 结果与分析

确定水与发泡剂的比例、纤维素、水灰比、泡沫掺量对泡沫混凝土性能影响的强弱，以表观密度、导热系数作为观察指标来对实验结果进行极差分析。实验数据测试结果见表2。

表2 实验数据表

2.1 干密度的影响因素的分析

根据表4 所示的干密度极差分析数据结果，对影响其干密度的因素进行研究分析。

表3 干密度极差分析表

随着水与发泡剂的比例增加，干密度先减小后增加的趋势，泡沫随发泡剂浓度的降低而体积增加，孔径变大，所以干密度降低。当泡沫稳定性降低，出现消泡甚至塌陷的现象，导致孔径减小，孔隙率降低干密度增加；随着纤维掺量增加，干密度先增加后减小再增加。当掺入纤维素时，由于引入纤维的密度大于水泥浆体的密度，所以会增加干密度，但纤维的加入会引入气孔，随纤维的增加，水泥石中的气孔含量也增加，减小了干密度；随着水灰比增加，表观密度减小，水泥浆体稠度和发泡过程平稳，干密度较低；随着泡沫掺量增加干密度先增加再降低，由于发泡混凝土中的气泡占大部分体积，通过增大泡沫的掺量变的更加轻质，但泡沫掺量多，气泡所占的体积增大，干密度减小。

综上，各因素对泡沫混凝土干密度的影响大小顺序为：D＞C＞A＞B，最主要的影响因素是泡沫掺量，而纤维掺量对其影响效果不够显著。

2.2 导热系数的影响因素的分析

导热系数的大小是作为评价墙体保温材料保温性能好坏的重要标准。泡沫混凝土拥有有较低的导热系数的主要原因是气相降低了导热的作用。不同因素对泡沫混凝土的导热系数的敏性分析见下表4。

随着水与发泡剂比例的上升，导热系数稍增加后减小再增加的趋势，分别在取得最小值和最大值K3 和K4，由于最初岁随稀释比例增加气泡稳定性降低，气孔间隙分布不均匀，导热系数增加，当稀释比例再次增加时，与水混合均匀，形成的泡沫达到稳定，气孔均匀，所以导热系数降低，当稀释比例再次增加时，泡沫更加不稳定，导致导热系数增加；随聚丙烯纤维掺量增加，泡沫混凝土的导热系数先增大后减小。纤维对泡沫混凝土的孔结构有一定的改善作用；随着水灰比增加，导热系数先降低后增加。当水灰比低时，气孔含量高，浆体体积小，形成的孔径比高水灰比的大，导热系数会受大气孔中的对流换热的影响而增加，水灰比大时会蒸发出富余水，形成许多空隙在水泥泡沫混凝土孔壁内，使热量传递的路径增加，所以阻碍传热；随着泡沫掺量增加，导热系数先增加后减小，因为泡沫掺量的大量增加导致孔隙率增加，降低导热速率，从而降低导热系数。