范 雪 劉江南

(吉林建筑大學城建學院 土木工程學院,長春 130114)

輕集料混凝土作為一種新型建筑材料,具有輕質(zhì)高強、保溫隔熱、耐火抗震等優(yōu)良性能,使用量僅排在普通混凝土之后[1],被應用于普通民用和工業(yè)建筑以及大跨度橋梁、海上工作平臺以及復雜結構工程等多個領域,發(fā)展前景十分廣闊[2-3].本試驗研究的意義在于,適量的泡沫劑摻入輕集料混凝土可改善其力學性能,并提高其耐久性能以及熱工性能[4-5].

1 試驗部分

1.1 原材料

水泥:P·O 42.5普通硅酸鹽水泥(吉林亞泰鼎鹿牌).

粉煤灰:采用二級粉煤灰,磨細后使用.

減水劑:采用萘系高效減水劑.

聚合物:BC-991苯丙乳液(北京東方亞科力化工科技),固含量為45%.

泡沫劑:松香型液體泡沫劑.

輕集料:采用火山渣,主要性質(zhì)見表1.

表1 火山渣主要性質(zhì)Table 1 The main properties of cinder

聚丙烯纖維:聚丙烯纖維(pp纖維)的基本指標參數(shù)見表2.

表2 pp纖維主要性能指標Table 2 The main performance index of fiber

1.2 配合比

輕集料混凝土的基本配合比(質(zhì)量比)是通過實際試驗調(diào)整確定的.本文是在基本配合比的基礎上,摻入一定量的泡沫劑,研究輕集料混凝土中泡沫劑摻量不同時,其性能發(fā)生的改變,摻入的泡沫劑質(zhì)量分別占水泥質(zhì)量的0,0.1‰,0.5‰,1.0‰,2.0‰,3.0‰,4.0‰.

1.3 試驗方法

試驗采用100mm×100mm×100mm的試件進行輕集料混凝土抗壓強度測定,采用40mm×40mm×160mm的試件進行抗折強度測定,在標準條件下養(yǎng)護,使用壓力試驗機JES-2000A及電動抗折試驗機DKZ-5000,按混凝土試驗標準(GB/T50081-2002)測定其3d和28d齡期的抗壓、抗折強度.吸水率和抗凍性試驗均采用邊長為100mm的立方體試件.抗凍性試驗按照混凝土試驗標準(GB/T50082-2009)的要求,采用凍融試驗機40FDS-500進行測定.抗?jié)B性試驗用石蠟密封試件側(cè)面并放入NEL-VJ型混凝土滲透儀中進行滲透試驗.導熱系數(shù)的測定采用長度和寬度均為300mm,厚度為30mm的試件,成型脫模后在105℃溫度下烘干至恒重,放入導熱系數(shù)測定儀CD-DR3030B中完成測試.掃描電子顯微鏡使用型號為KYKY-2800B(北京中科科儀)的設備.

2 試驗結果與討論

2.1 力學性能

火山渣是一種表面粗糙且多孔的天然輕集料.在混凝土中摻入火山渣引入空隙從而降低密度，同時火山渣在水泥漿體中表現(xiàn)出吸水性和返水性，這種特性會促進火山渣界面處的水泥水化反應，使得混凝土界面區(qū)的水泥石構造更加密實，起到混凝土自養(yǎng)護的作用.火山渣在混凝土中的引孔方式[6]見圖1，泡沫劑改性輕集料混凝土的界面區(qū)結構見圖2.

(a)The hole structure in lightweight aggregate (b)The hole structure in cement paste圖1 混凝土中的孔結構Fig.1 The hole structure in concrete

圖2 泡沫劑改性輕集料混凝土的界面區(qū)結構Fig.2 Frother modified lightweight aggregate concrete structure interface area

改變泡沫劑的摻量,輕集料混凝土基本力學性能發(fā)生的變化見圖3和圖4.由圖3、圖4可以看出,不斷增加泡沫劑的摻量,能夠使抗壓強度和抗折強度出現(xiàn)先提高再降低的現(xiàn)象.當泡沫劑摻量在適當范圍內(nèi)時,抗壓強度和抗折強度升高,并且泡沫劑存在一個最佳摻量值,當摻入0.1‰的泡沫劑時,抗壓強度和抗折強度均達到峰值,分別為25.2MPa和5.0 MPa.

圖3 泡沫劑對輕集料混凝土抗壓強度的影響Fig.3 The influence of frother on the lightweight aggregate concrete compressive strength

圖4 泡沫劑對輕集料混凝土抗折強度的影響Fig.4 The influence of frother on the lightweight aggregate concrete flexural strength

圖5 泡沫劑對輕集料混凝土吸水率的影響Fig.5 The influence of frother on the lightweight aggregate concrete water absorption

原因是泡沫劑的摻加使輕集料混凝土中被帶入了大量的微氣泡,而這些微氣泡不僅穩(wěn)定均勻,而且都是封閉的,因此,會對輕集料混凝土產(chǎn)生“滾珠”效應,減少水泥顆粒間的相互摩擦,從而使輕集料混凝土的和易性及承載能力得到有效地改善和提高.但泡沫劑的摻量過高時,將會引入過多的氣泡,導致輕集料混凝土的流動性過大,結構密實度差,力學性能大幅度降低.

2.2 吸水率

泡沫劑改性輕集料混凝土的吸水率見圖5.

由圖5可以得知,隨著向輕集料混凝土中摻入泡沫劑含量的增加,吸水率的變化是先下降再升高.加入泡沫劑,既改善和易性、增大密實度,又減小毛細管作用,可以降低吸水率,吸水率降低到最低點時的泡沫劑摻量為2‰.但加入過量泡沫劑會使含氣量過高,結構密實度降低后吸水率會升高.

2.3 抗?jié)B性

研究泡沫劑對輕集料混凝土抗?jié)B性的影響是在基本配合比的基礎上,取泡沫劑的摻量0.1‰,與基本配合比的輕集料混凝土進行氯離子抗?jié)B對比試驗.試驗結果見表3.

從抗?jié)B性對比試驗的結果可以得出，泡沫劑能夠降低輕集料混凝土吸水率,提高輕集料混凝土抗?jié)B性的結論.原因是由于泡沫劑表面活性劑的吸附作用,在混合料攪拌時帶入了大量能夠穩(wěn)定存在于混凝土中的微氣泡,而這些微氣泡的存在恰好阻斷了毛細管的通路,起到提高輕集料混凝土抗?jié)B性的作用.

2.4 抗凍性

抗凍性試驗同抗?jié)B性試驗一樣,取泡沫劑摻量0.1‰,與基本配合比的輕集料混凝土進行對比試驗.試驗結果見表4.

表4 改性輕集料混凝土抗凍性Table 4 The frost resistance of modified lightweight aggregate concrete

由表4可見,摻加了泡沫劑的輕集料混凝土不僅抗?jié)B性增強,而且抗凍性也得到了很大的提高.另外,泡沫劑表面活性劑的作用可以提高混凝土的和易性,使水泥漿體與輕集料之間更好的黏結在一起,對抗凍性起到了重要作用.

2.5 導熱系數(shù)

圖6 泡沫劑對輕集料混凝土導熱系數(shù)的影響Fig.6 The influence of frother on heat conductivity coefficient

泡沫劑改性輕集料混凝土的導熱系數(shù)見圖6.

由圖6可以看出,增加泡沫劑的摻量可以減小導熱系數(shù).當摻量為4.0‰時,輕集料混凝土的導熱系數(shù)降至0.122 3W/(m·K),比空白樣減小了30%,這表明泡沫劑對其熱工性能的改善作用較為顯著.

3 結論

(1) 在輕集料混凝土中加入適量泡沫劑,能夠起到改善和易性、提高基本力學性能的作用.

(2) 摻入適量的泡沫劑,輕集料混凝土的吸水率顯著降低,抗?jié)B性和抗凍性大大提高,起到改善耐久性的作用.

(3) 泡沫劑可減小輕集料混凝土導熱系數(shù),當摻量達到4.0‰時,導熱系數(shù)降至0.122 3W/(m·K),比空白樣減小30%,起到提高熱工性能的作用.

參 考 文 獻

[1] 崔磊.高強輕骨料混凝土性能及影響因素研究[J].工程技術研究,2017(4):7-8.

[2] Michael Yong Jing Liu,U.Johnson Alengaram,Mohd Zamin Jumaat,Kim Hung Mo.Evaluation of thermal conductivity,mechanical and transport properties of lightweight aggregate foamed geopolymer concrete[J].Energy and Buildings,2014,72:238-245.

[3] 寧寧,陳洪昌,付瑛琪.超輕混凝土的研究現(xiàn)狀及其在結構中應用前景[J].混凝土,2017(7):149-150.

[4] 任小明,趙輝,陳鵬,吳超,江莉莉,蔣濤.高性能泡沫混凝土影響因素研究[J].膠體與聚合物,2016(1):16-18.

[5] D.K.Panesar.Cellular concrete properties and the effect of synthetic and protein foaming agents[J].Construction and Building Materials,2013,44:575-584.

[6] 陳偉.輕集料-基體協(xié)同作用對混凝土性能的影響[D].重慶:重慶大學,2013.