范 雪 劉江南

(吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院 土木工程學(xué)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(qiáng)、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(yīng)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(tái)以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)工程等多個(gè)領(lǐng)域,發(fā)展前景十分廣闊[2-3].本試驗(yàn)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(xué)性能,并提高其耐久性能以及熱工性能[4-5].

1 試驗(yàn)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(jí)粉煤灰,磨細(xì)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(biāo)參數(shù)見表2.

表2 pp纖維主要性能指標(biāo)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(shí)際試驗(yàn)調(diào)整確定的.本文是在基本配合比的基礎(chǔ)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(shí),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(yàn)方法

試驗(yàn)采用100mm×100mm×100mm的試件進(jìn)行輕集料混凝土抗壓強(qiáng)度測定,采用40mm×40mm×160mm的試件進(jìn)行抗折強(qiáng)度測定,在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù),使用壓力試驗(yàn)機(jī)JES-2000A及電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī)DKZ-5000,按混凝土試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50081-2002)測定其3d和28d齡期的抗壓、抗折強(qiáng)度.吸水率和抗凍性試驗(yàn)均采用邊長為100mm的立方體試件.抗凍性試驗(yàn)按照混凝土試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50082-2009)的要求,采用凍融試驗(yàn)機(jī)40FDS-500進(jìn)行測定.抗?jié)B性試驗(yàn)用石蠟密封試件側(cè)面并放入NEL-VJ型混凝土滲透儀中進(jìn)行滲透試驗(yàn).導(dǎo)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(dǎo)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(hào)為KYKY-2800B(北京中科科儀)的設(shè)備.

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 力學(xué)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(shí)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(huì)促進(jìn)火山渣界面處的水泥水化反應(yīng)，使得混凝土界面區(qū)的水泥石構(gòu)造更加密實(shí)，起到混凝土自養(yǎng)護(hù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xué)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(qiáng)度和抗折強(qiáng)度出現(xiàn)先提高再降低的現(xiàn)象.當(dāng)泡沫劑摻量在適當(dāng)范圍內(nèi)時(shí),抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度升高,并且泡沫劑存在一個(gè)最佳摻量值,當(dāng)摻入0.1‰的泡沫劑時(shí),抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均達(dá)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(qiáng)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(qiáng)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(huì)對輕集料混凝土產(chǎn)生“滾珠”效應(yīng),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(shí),將會(huì)引入過多的氣泡,導(dǎo)致輕集料混凝土的流動(dòng)性過大,結(jié)構(gòu)密實(shí)度差,力學(xué)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(shí)度,又減小毛細(xì)管作用,可以降低吸水率,吸水率降低到最低點(diǎn)時(shí)的泡沫劑摻量為2‰.但加入過量泡沫劑會(huì)使含氣量過高,結(jié)構(gòu)密實(shí)度降低后吸水率會(huì)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(chǔ)上,取泡沫劑的摻量0.1‰,與基本配合比的輕集料混凝土進(jìn)行氯離子抗?jié)B對比試驗(yàn).試驗(yàn)結(jié)果見表3.

從抗?jié)B性對比試驗(yàn)的結(jié)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(jié)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(shí)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(xì)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(yàn)同抗?jié)B性試驗(yàn)一樣,取泡沫劑摻量0.1‰,與基本配合比的輕集料混凝土進(jìn)行對比試驗(yàn).試驗(yàn)結(jié)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(qiáng),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(jié)在一起,對抗凍性起到了重要作用.

2.5 導(dǎo)熱系數(shù)

圖6 泡沫劑對輕集料混凝土導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù).當(dāng)摻量為4.0‰時(shí),輕集料混凝土的導(dǎo)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(jié)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(xué)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(dǎo)熱系數(shù),當(dāng)摻量達(dá)到4.0‰時(shí),導(dǎo)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(xiàn)

[1] 崔磊.高強(qiáng)輕骨料混凝土性能及影響因素研究[J].工程技術(shù)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(jié)構(gòu)中應(yīng)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(xué),2013.