碳纤维切丝改性发泡混凝土试验研究

2020-12-27陆正华李十泉沈德争陈亚兰刘剑

江苏建材 2020年5期

陆正华，李十泉，沈德争，陈亚兰，刘剑

（1.中城建第十三工程局有限公司，江苏泰州225300；2.南京理工大学泰州科技学院，江苏泰州225300；3.泰州市同一建设工程质量检测有限公司，江苏泰州225300）

0 引言

发泡混凝土属于环保型保温隔热材料，由发泡剂机械发泡后，与水泥浆经混合、泵送、养护、硬化而成[1-2]。1923 年，发泡混凝土的首个专利授权[3]，逐步得到广泛的工程应用。2017 年，我国泡沫混凝土产量达4 000 万m3[4]。目前，发泡混凝土在结构保温、工程填充等方面得到较广泛的应用，其优点有[5-6]：质轻，密度约为400～1 000 kg/m3，明显降低结构负重；保温隔热，内部分布微小独立孔洞，保温性能好，导热系数为0.10～0.24 w/(m·K)；耐火耐高温，为不燃材料；环保，所用发泡剂可由动植物蛋白为组份。其不足主要在于：强度偏低，吸水率高、干缩值大。其中，强度不足是影响发泡混凝土工程应用的基础性因素[7]。可掺加聚丙烯、玻璃纤维、碳纤维切丝等工程纤维进行改性，以提高发泡混凝的强度。

1 试验准备

1.1 试验材料

（1）十二烷基硫酸钠（K12）：发泡剂，活性物含量≥94 %，石油醚可溶物≤1.0 %，厂家为广州某化工有限公司。

（2）硬脂酸钙：防水剂，游离酸含量≤0.5 %，氯化物含量≤0.05 %，水溶性盐≤0.3 %，厂家为天津某化工有限公司。

（3）水泥：胶凝材料，使用海螺牌普通硅酸盐水泥（P·O 42.5）。

（4）碳纤维切丝：改性材料，抗拉强度3.6 GPa，拉伸模量240 GPa，伸长率1.50%，密度1.76 g/cm3，由南京某复合材料有限公司生产。

（5）水：普通自来水。

1.2 主要仪器

（1）水泥搅拌机NJ-160A，无锡某公司生产；

（2）养护箱SBY-32B，苏州某公司生产；

（3）DY-208 型水泥强度试验机，无锡某公司生产。

1.3 试件制作与测试

流程[8]：①先称取发泡剂、防水剂，并加水混合，制作出均匀、细小、稳定的泡沫；②将水泥、水以及碳纤维切丝进行搅拌，得到水泥浆体；③将泡沫加入水泥浆继续搅拌至均匀； ④入模，24 h 后脱模，试件编号并养护；⑤至龄期，进行测试。

2 净浆试件

为分析配合比、龄期对发泡混凝土试件强度的影响，选用发泡剂K12 浓度为0.6 %、1.2 %、1.8 %、2.4 %（质量比，下同），养护龄期为3 d、7 d、28 d。防水剂∶普通硅酸盐水泥=1∶1 000，水灰比取0.6，K12∶水=1.2∶100。净浆试件配合比见表1，相应强度见表2，图1、2。

表1 净浆试件配合比

表2 不同龄期净浆试件的强度

图1 K12 掺量与抗折强度

由图1、2 可知，随K12 浓度增加，发泡效果越好，但试件强度均降低；K12 为0.6 %时，试件的强度最高，其28 d 抗折、抗压强度分别为4.2 MPa、10.0 MPa，单组试件的最小值抗压强度7.1 MPa，所属泡沫混凝土强度等级为C7.5；试件强度均随龄期的增加持续增加，其强度增长规律与普通混凝土相近；3 d 时水化程度较低，7 d 时水化反应完成大部分（7 d 强度与28 d 强度接近）。K12 浓度为2.4 %时，试件的28 d 抗折、抗压强度分别为3.4 MPa、7.4 MPa，单组试件的最小值抗压强度7.2 MPa，所属强度等级下降为C5。

3 碳纤维切丝改性试件

图2 K12 掺量与抗压强度

为改善泡沫混凝土强度、抗裂性能、耐久性，采用碳纤维切丝对净浆试件进行改性。据参考文献[9-10]，选用碳纤维切丝的掺入量为0.38wt %。所用碳纤维切丝长度有5 mm、10 mm 和15 mm，改性试件的配合比见表3。改性试件各龄期强度见表4 和图3。

由表4 可知，随K12 浓度增加，发泡效果越好，改性试件的强度逐步降低；以A3 与A 为例，28 d 抗折、抗压强度分别提高123.8%、90.0%，强度等级由C7.5 提高为C15，可见碳纤维切丝对该组发泡混凝土强度的提升很大，且效果在各组改性试件中均显著存在。

由图3 可知，改性试件的强度随龄期的增长趋势与净浆试件一致；随K12 浓度增加，改性试件强度均降低。据图2 和图3，与A 相比，A1、A2、A3 的28 d 抗压强度逐步提高，且强度增长速率分别为53%、62%、90%，呈依次提高。可见，碳纤维切丝长度对改性试件的强度有明显影响，增加切丝长度利于发泡混凝土强度的提升。其原因在于，碳纤维切丝具有较高的抗拉强度，但其强度的发挥前提是切丝与发泡混凝土之间粘结良好；碳纤维切丝长度增加时，具有更大的粘结长度，切丝的强度才能更好发挥。与普通混凝土相比，由于发泡混凝土中存在大量孔隙，切丝长度对其强度的影响更明显。