孔結(jié)構(gòu)對泡沫混凝土性能影響的研究_圖文

1、摘要通過裂縫寬度觀測儀直接觀察泡沫混凝土的氣孔結(jié)構(gòu),分析影響泡沫混凝土孔結(jié)構(gòu)的因素,同時就孔結(jié)構(gòu)對泡沫混凝土抗壓強度和吸水性能的影響進行探討。關(guān)鍵詞泡沫混凝土;孔結(jié)構(gòu);抗壓強度;體積吸水率孔結(jié)構(gòu)對泡沫混凝土性能影響的研究*管文(上海市建筑科學(xué)研究院(集團有限公司,上海2011081引言泡沫混凝土通常是將發(fā)泡劑水溶液以物理攪拌制成泡沫,將泡沫加入含鈣硅質(zhì)材料、水、外加劑的料漿中,經(jīng)混合攪拌、澆注成型、養(yǎng)護而成的一種內(nèi)部含有大量氣孔的多孔材料。多孔材料的性能不僅取決于泡孔間壁基體材料的性能,也取決于其復(fù)雜的孔結(jié)構(gòu)。泡沫混凝土作為一種高氣孔含量的材料,其氣孔結(jié)構(gòu)對性能更起著決定性的作用。氣孔結(jié)構(gòu)主要

2、包括孔隙率、孔隙形狀、孔徑尺寸和孔徑均勻性等。本試驗通過裂縫寬度觀測儀直接觀察泡沫混凝土的氣孔結(jié)構(gòu),分析影響泡沫混凝土孔結(jié)構(gòu)的因素,同時就孔結(jié)構(gòu)對泡沫混凝土抗壓強度和吸水性能的影響進行探討。2試驗研究試驗原材料發(fā)泡劑:褐色液體,復(fù)合型泡沫混凝土用發(fā)泡劑;水泥:42.5級普通硅酸鹽水泥和42.5級快硬硅酸鹽水泥;減水劑:萘系減水劑;纖維素醚:白色粉末,黏度為20000mPa ·s 。(1氣孔結(jié)構(gòu)的觀察方法:將泡沫混凝土試塊用鋼鋸片從澆筑面至底部剖開,用砂紙磨平后,用超聲清洗器清洗剖開面的殘留粉末。待其干燥后用裂縫寬度觀測儀直接觀察并用數(shù)碼相機照相。裂縫寬度觀測儀的工作原理是利用顯微攝像

3、頭將泡沫混凝土孔隙放大并拍攝泡沫混凝土孔隙圖片,通過帶有刻度的液晶屏顯示圖片,然后根據(jù)孔徑所占刻度線的多少判讀出孔徑的大小。裂縫寬度觀測儀的放大倍數(shù)為26.7倍,測量范圍為0.02mm 3mm 。(2泡沫混凝土抗壓強度試驗參照GB/T11969-2008蒸壓加氣混凝土性能試驗方法。(3泡沫混凝土體積吸水率測試。試件數(shù)量:100mm ×100mm ×100mm 立方體試件1組3塊。試驗步驟:取一組3塊試件,逐步量取長度、寬度和高度,精確至0.001m ,計算每個試件的體積(V 。將試件放入水溫(20±5的恒溫水槽內(nèi),然后加水至試件高度的1/3,保持24h ,再加水至

4、試件高度的2/3,經(jīng)24h 后,加水高出試件30mm 以上,保持24h 。試件間距不得小于20mm 。將試件從水中取出,用濕布抹去表面水分,立即稱取每塊質(zhì)量(M g ,精確至0.001kg ,將試件烘干后稱取每塊質(zhì)量(M 0,精確至0.001kg 。結(jié)果計算。體積吸水率按下式進行計算,精確至0.1%。W =(M g -M 0/v式中:W 試件的體積吸水率(%;M g 試件吸水后質(zhì)量(kg ;M 0試件烘干后質(zhì)量(kg ;水的密度(=1000kg/m 3;V 試塊的體積(m 3。*上海市科學(xué)技術(shù)委員會重大課題“現(xiàn)澆無機屋面地面保溫體系”(09-114。3試驗結(jié)果分析400kg/m 3、700kg

5、/m 3、1000kg/m 3泡沫混凝土,其氣孔結(jié)構(gòu)分別見圖1、圖2、圖3,其抗壓強度見圖4。根據(jù)圖4,隨著泡沫混凝土密度等級的提高,泡沫混凝土抗壓強度也相應(yīng)增大。這可以用泡沫混凝土氣孔結(jié)構(gòu)圖很好地解釋。在相同體積水泥漿料的條件下,通過多加泡沫得到低密度等級的泡沫混凝土,而少加泡沫得到高密度等級的泡沫混凝土。高密度等級泡沫混凝土中的泡沫有更多的水泥料漿來包裹,氣泡尺寸難以變大。因此從理論上講,與低密度等級的泡沫混凝土相比,高密度等級的泡沫混凝土孔隙率和孔徑尺寸較小。比較圖1、圖2和圖3,明顯可以觀察到400kg/m 3密度等級泡沫混凝土的孔隙率和孔徑尺寸最大,而1000kg/m 3泡沫混凝土的

6、孔隙率和孔徑尺寸最小。由于孔隙率和孔徑尺寸與抗壓強度成反比,因而隨著泡沫混凝土密度等級的提高,泡沫混凝土抗壓強度也相應(yīng)增大。選擇同一密度等級的泡沫混凝土分別摻減水劑和不摻減水劑,泡沫混凝土宏觀孔形貌見圖5、圖6(直接用數(shù)碼相機拍照,其微觀氣孔結(jié)構(gòu)見圖7、圖8(用裂縫寬度觀測儀測得,其體積吸水率和抗壓強度見圖9。從圖5圖8中可以看出,不摻減水劑的泡沫混凝土孔徑大小不均勻,小孔中夾雜著很多大孔,而摻減水劑的泡沫混凝土中平均孔徑稍大但大小均勻。一方面,減水劑可增加水泥的分散性,避免在攪拌中出現(xiàn)水泥泥團,使泡沫混凝土料漿更加均勻,提高料漿的和易性;另一方面,減水劑圖5泡沫混凝土宏觀孔形貌(無減水劑,未

7、放大圖1400kg/m 3泡沫混凝土的氣孔結(jié)構(gòu)圖2700kg/m 3泡沫混凝土的氣孔結(jié)構(gòu)圖31000kg/m 3泡沫混凝土的氣孔結(jié)構(gòu)圖4密度等級對泡沫混凝土性能的影響圖6泡沫混凝土宏觀孔形貌(有減水劑,未放大圖7泡沫混凝土微觀氣孔結(jié)構(gòu)(無減水劑,放大圖8泡沫混凝土微觀氣孔結(jié)構(gòu)(有減水劑,放大可增加泡沫混凝土漿料的內(nèi)聚性和黏性,有利于泡沫的穩(wěn)定,減少泡沫上浮合并的幾率。因此,摻加減水劑使得漿料均質(zhì)性非常好,稀稠合適且富于黏性,水泥可發(fā)揮最大的膠凝效能,其顆粒可散布并懸浮于漿體中,使每一個泡沫液膜都能均勻吸附,形成漿體包裹層厚度一致的氣泡,在凝結(jié)后形成泡徑均勻的泡沫混凝土。圖9表明,在泡沫混凝土中

8、摻加減水劑后,其28d 抗壓強度提高。一方面,摻加減水劑后,水灰比大幅降低,由于水分蒸發(fā)導(dǎo)致的連通孔隙減少,因此泡孔間壁中水泥水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)更為致密;另一方面,摻加減水劑后泡沫混凝土強度的提高與圖6、圖8所示的氣孔結(jié)構(gòu)是相吻合的。加入減水劑后,使得泡沫混凝土中孔徑大小均勻。氣孔越均勻,泡沫混凝土的強度就越好。當(dāng)泡沫混凝土受壓時,壓應(yīng)力最容易向大孔集中,導(dǎo)致大孔破裂。一個個破裂的大孔貫穿,就形成了泡沫混凝土裂縫。當(dāng)氣孔大小一致時,各個氣孔可以均勻受力,壓力分散于各個氣孔而不會集中。而當(dāng)氣孔大小不均時,大孔受力較大,小孔受力較小,應(yīng)力集中于大孔上,導(dǎo)致大孔往往比小孔先破裂。因此,通過摻加減水劑保持氣

9、孔的均勻性是提高泡沫混凝土強度的重要措施。圖9也顯示,在泡沫混凝土中摻加減水劑后,其體積吸水率下降。這主要有三方面原因:(1減水劑加入后,用水量大幅度下降,減少了泡孔間壁中水泥基體由于水分蒸發(fā)而形成的開口孔隙率。(2減水劑加入后,加速了泡沫混凝土稠化凝結(jié)的過程,減少了不穩(wěn)定氣泡合并形成開口孔隙的幾率。(3減水劑加入后,平均孔徑變大,孔隙的總表面積變小,因而泡沫混凝土吸水率降低。選取500kg/m3的泡沫混凝土作為基準(zhǔn)配比,在水泥漿體中添加纖維素醚,保持泡沫混凝土的配比不變,僅改變纖維素醚的摻量進行15號試驗,試驗結(jié)果見表1,氣孔結(jié)構(gòu)見圖10圖13。表1中15號試驗結(jié)果顯示,摻加纖維素醚后,泡沫

10、混凝土抗壓強度普遍得到提高,體積吸水率增幅較大。與基準(zhǔn)泡沫混凝土1相比,無論纖維素醚摻量表1纖維素醚對泡沫混凝土性能的影響試驗編號纖維素醚摻量(%濕密度(kg/m3干密度(kg/m328d抗壓強度(MPa體積吸水率圖9減水劑對泡沫混凝土體積吸水率和抗壓強度的影響圖10基準(zhǔn)試塊6的氣孔結(jié)構(gòu)圖11摻加0.05%HPMC泡沫混凝土的氣孔結(jié)構(gòu)圖12摻加0.08%HPMC泡沫混凝土的氣孔結(jié)構(gòu)圖13摻加0.1%HPMC泡沫混凝土的氣孔結(jié)構(gòu)大或小,均使得泡沫混凝土干密度增加,但泡沫混凝土干密度增加的幅度并不隨纖維素醚摻量的變化而變化。考慮密度對泡沫混凝土吸水率和抗壓強度影響較大,因此進一步設(shè)計試驗6,在不摻

11、纖維素醚的條件下,通過適當(dāng)?shù)厣偬砼菽沟眯碌幕鶞?zhǔn)試塊6的干密度與添加纖維素醚的泡沫混凝土25的干密度基本相同,測試泡沫混凝土6的吸水率和抗壓強度。結(jié)果仍然表明,與相同密度的基準(zhǔn)試塊6相比,摻加纖維素醚后,泡沫混凝土的抗壓強度提高,且在0.05%纖維素醚摻量時抗壓強度最大,體積吸水率隨著纖維素醚摻量的增大而增大。這些性能與泡沫混凝土的氣孔結(jié)構(gòu)有關(guān)。圖10顯示,未摻纖維素醚的基準(zhǔn)泡沫混凝土,孔徑大小不均勻,小孔中夾雜著很多大孔,其孔徑尺寸多在0.1mm1mm 范圍內(nèi)。圖11圖13表明,摻加纖維素醚后,孔徑更加均勻,孔徑尺寸多在0.2mm0.4mm 范圍內(nèi)?？讖皆骄鶆?泡沫混凝土的強度就越高。孔徑的

12、尺寸越小,泡孔間壁形成的網(wǎng)絡(luò)骨架更堅固。因而摻加纖維素醚有利于泡沫混凝土強度的提高。在相同干密度條件下,較小的孔徑尺寸意味著較大的泡孔總表面積。而泡孔總表面積越大,泡沫混凝土越容易吸收水分。因而摻加纖維素醚后,體積吸水率反而增大。硫鋁酸鹽水泥以同一配比配制泡沫混凝土。試驗結(jié)果見表2,泡沫混凝土的氣孔結(jié)構(gòu)見圖14、圖15。圖14顯示,采用42.5級普通硅酸鹽水泥配制的泡沫混凝土孔徑大小不均勻,小孔中夾雜著很多大孔,其孔徑尺寸多在0.1mm1mm 范圍內(nèi)。而圖15顯示,采用42.5級快硬硫鋁酸鹽水泥配制的泡沫混凝土孔徑細小且均勻,孔徑尺寸多在0.1mm0.3mm 范圍內(nèi)。比較42.5級普通硅酸鹽水

13、泥和42.5級快硬硫鋁酸鹽水泥,其兩者配制的泡沫混凝土干密度和抗壓強度都比較接近。比較體積吸水率,快硬硫鋁酸鹽水泥能降低吸水率,原因在于快硬硫鋁酸鹽水泥凝結(jié)時間短,漿體稠化速度快,凝結(jié)硬化快,更有利于泡沫的穩(wěn)定,減少泡沫合并破裂形成開口孔隙的幾率。4結(jié)論(1在使用相同水泥發(fā)泡劑的條件下,低密度等級泡沫混凝土有較高的孔隙率和更大的孔徑,因而其抗壓強度更低。(2摻加減水劑能使孔徑更加均勻,降低泡沫混凝土的體積吸水率,提高泡沫混凝土的抗壓強度。(3摻加纖維素醚后,泡沫混凝土的孔徑更加細小均勻,因而泡沫混凝土的抗壓強度得到提高;同時由于小孔具有更大的總表面積,使得泡沫混凝土的體積吸水率增大。(4與普通硅酸鹽水泥相比,用快硬硫鋁酸鹽水泥配制的泡沫混凝土其孔徑更加細小均勻。兩種水泥配制的泡沫混凝土其干密度和抗壓強度比較接近。但由于快硬硫鋁酸鹽水泥的凝結(jié)時間短,更有利于泡沫的穩(wěn)定,減少泡沫合并破裂形成開口孔隙的幾率,故用硫鋁酸鹽水泥配制的泡沫混凝土其體積吸水率更