保温膨胀珍珠岩混凝土配合比设计与分析

王 兆 辉

(中铁十八局集团房地产开发有限公司,天津 津南区 300222)

0 引 言

随着我国建筑业的规模发展壮大，我国每年约有17-18亿平方米的新建建筑，居世界第一[1-2].我国是能源消费大国，因为建筑行业不合理利用能源产生的能源消耗占我国能源消费总量的30%[3].在我国，仅有低于10%的建筑达到节能标准[4].我国现阶段建筑具有数量多，能耗大，资源利用率低等特点.对于建筑节能有2种解释，其中广义上的建筑节能主要是通过使用先进的技术和设备来实现的，主要体现在建筑全生命周期的节能.狭义的建筑节能主要是指建筑投入使用期间的建筑节能.节能效果需要减少热损失来完成[5].目前，我国的建筑节能已经能够达到75%，建筑节能已成为不可逆转的趋势[6-10].

1 试验过程

1.1 立方体抗压强度的测定

试验设备：采用WHY-2000kN微机控制压力万能试验机，如图1所示.

图1 万能试验机

试验过程：按照规范GB/T50081-2002，步骤如下：

1.2 导热系数的测定

试验设备：HS-DR-5型瞬态平面热源法导热仪，如图2所示.

试验过程：首先，采用烘干箱，恒温50℃～70℃对试件烘干至恒重，然后将试件表面处理干净，再进行测样.将导热仪探头置于两个试件之间，进行数据采集，最后记录热导率.

2 各种矿物质对保温膨胀珍珠岩混凝土性能的影响分析

2.1 气相二氧化硅的影响

为了直观描述气相SiO2对保温膨胀珍珠岩混凝土性能的影响规律，通过绘制抗压强度与掺加量的关系，如图3(a)所示，导热系数与掺加量的影响，如图3(b)所示：

图3 气相SiO2对抗压强度与导热系数关系图

从图3中可以看出，气相SiO2掺加量对结构保温膨胀珍珠岩混凝土抗压强度影响较大，且呈负增长的关系.随着SiO2掺量的增加，其抗压强度降低.添加5%的气相SiO2，28天抗压强度达到最大值；添加20%的气相SiO2，28天抗压强度达到最小值.气相SiO2掺量与结构保温膨胀珍珠岩混凝土导热系数呈负增长的关系，随着气相SiO2掺量的增加，其导热系数逐渐降低，当掺量为5%时，达到最大值0.23W/(m·K)，而掺量为20%时导热系数，其最小值0.13W/(m·K)，其导热系数下降一半左右.其主要原因在于在热传导的过程中，内部孔隙限制空气分子的运动，阻碍能量交换，抑制了热量传递，从而降低其导热系数.

2.2 水灰比的影响

为了直观描述水灰比对保温膨胀珍珠岩混凝土性能的影响，绘制了水灰比与抗压强度与导热系数的关系，如图4所示：

图4 W/C与抗压强度与导热系数关系图

从图4可以看出，随着水灰比的增加，其抗压强度逐渐降低，当W/C为0.30时28d抗压强度达到最大值11MPa，W/C为0.34时28d抗压强度达到最小值9.4MPa.主要原因在于水泥水化反应过程中，水泥颗粒不断进行水化，新生成的水化产物继续进行反应，水逐渐减少，水泥逐渐失去塑性，强度增加.随着水灰比的增大，含水率增大，凝胶相对减小，降低混凝土强度.随着水分流失，逐渐产生孔隙和裂缝，降低强度.

2.3 珍珠岩骨料的影响

为了直观描述珍珠岩骨料对保温膨胀珍珠岩混凝土性能的影响，绘制了珍珠岩骨料与抗压强度与导热系数的关系，如图5所示：

图5 骨料掺量对抗压强度与导热系数关系

从图5可以看出，膨胀珍珠岩骨料掺量增加，与结构保温膨胀珍珠岩混凝土抗压强度呈负相关关系，且当掺量为60%时28d抗压强度平均值达到最大值11.2MPa，当掺量为80%时，28d抗压强度达到最小值10.0MPa，主要原因在于混凝土的强度取决于孔洞的数量和骨料的强度.当膨胀珍珠岩骨料的孔隙率较大，其强度较低，从而使混凝土的抗压强度降低.当骨料含量超量时，骨料空隙在混凝土中会形成渗透空隙，进而降低强度.

2.4 纳米CaCO3的影响

为了直观描述纳米CaCO3对保温膨胀珍珠岩混凝土性能的影响，通过绘制其掺加量与抗压强度与导热系数的关系，如图6所示：

图6 纳米CaCO3掺量与抗压强度与导热系数关系图

从图6可以看出，纳米纳米CaCO3掺量与结构保温膨胀珍珠岩混凝土抗压强呈负相关关系.其抗压强度随掺量的增加而降低为，其28d抗压强度平均值上升4%.混凝土水化硬化后，由于纳米CaCO3尺寸小，会填充混凝土孔隙，使得混凝土密实度提高[13].

2.5 玄武岩纤维的影响

本文玄武岩纤维掺加量为0、2、4、6、8 kg/m3，进而结合其他矿物掺量，进而找到达到最优力学性能的配合比，如图7所示.

图7 玄武岩纤维掺量与抗压强度关系图

由图7可知，当玄武岩纤维从0增加到8kg/m3时，28d的平均抗压强度增加了7%.结构保温膨胀珍珠岩混凝土混合一定的玄武岩纤维，并使得纤维分散在混凝土上，如果混凝土压缩裂纹,这些纤维可以限制裂纹产生和扩展，提高混凝土的抗压强度.如果玄武岩纤维含量过高，纤维在混凝土中的聚集和分散不均匀，影响混凝土密实度、抗压强度、垮塌程度和工作性能，增加成本.

3 结 论

为改善结构保温膨胀珍珠岩混凝土性能，本文分析配合比对结构保温膨胀珍珠岩混凝土性能的影响及原因，确定最佳配合比，通过分析获得以下结论：

1、气相SiO2、水灰比、膨胀珍珠岩骨料、纳米CaCO3、玄武岩纤维，均有利于结构保温膨胀珍珠岩混凝土抗压强度和导热系数.

2、通过分析对照，一次找到各个矿物掺量的最优配合比，气相二氧化硅、水灰比、骨料、、纳米CaCO3、玄武岩纤维的量分别为10%、0.34、90%、0.5%，及4kg/m3时.

3、根据分析可知，所选配合比生产的结构保温膨胀珍珠岩混凝土具有较高的抗压强度和较低的导热系数，是一种理想的结构保温材料.