秸稈/聚丙烯纖維-?；⒅楸鼗炷量箖鋈谠囼炑芯?/h1>
2023-09-27 08:14劉光程姚韋靖龐建勇
安徽理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版） 2023年4期
劉光程,姚韋靖*,龐建勇
(1.安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院,安徽 淮南 232001;2.安徽理工大學(xué)礦山建設(shè)工程安徽省高校重點實驗室,安徽 淮南 232001)
目前,建筑墻體常采用保溫砂漿作為保溫結(jié)構(gòu),保溫砂漿是通過加入一些有機、無機材料,制備成具有保溫性能的建筑用膠凝材料。而“城市窯洞”式綠色建筑的主旨思想是研制出一種輕質(zhì)高強的多功能混凝土,既具有一般混凝土的高強度、可承重的特性,又兼具保溫隔熱的功能,符合當(dāng)前綠色環(huán)保的高效益生態(tài)建筑材料要求[1]。
?；⒅楸鼗炷潦窃诨炷林袚饺氩；⒅檩p集料制備而成的一種新型混凝土材料[2]。?；⒅槭且环N新型輕質(zhì)無機絕熱材料,具有球狀顆粒狀,表面?；忾]、內(nèi)部多孔,具有輕質(zhì)保溫、和易性好、不易燃、防火絕熱的優(yōu)良理化特性[3]。有研究嘗試將?；⒅閾饺胨嗌皾{,并進一步摻入到混凝土,使混凝土導(dǎo)熱系數(shù)顯著降低,并對材料的物理力學(xué)性能[4-5]、微細(xì)觀特性[6]等展開研究。文獻[7]研究了保溫混凝土的保溫隔熱能力,建立了?；⒅閷?dǎo)熱系數(shù)的數(shù)學(xué)模型。文獻[8-9]分析了玻化微珠保溫混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能。由于輕集料的加入會導(dǎo)致混凝土強度下降,許多學(xué)者混合摻入纖維等加強玻化微珠保溫混凝土的力學(xué)性能,如文獻[10]將聚乙烯醇纖維摻入?；⒅樗嗷牧现?分析纖維摻量等因素對保溫混凝土強度和導(dǎo)熱系數(shù)的影響;文獻[11]將植物纖維摻入?；⒅榛炷林?分析植物纖維摻量對材料強度和導(dǎo)熱系數(shù)的影響,通過功效系數(shù)獲得最優(yōu)配比;文獻[12]將聚丙烯纖維摻入?；⒅楸厣皾{,證實了聚丙烯纖維阻裂作用;文獻[13]復(fù)摻鋼纖維、聚丙烯纖維制備復(fù)摻纖維玻化微珠混凝土,發(fā)現(xiàn)復(fù)摻纖維能顯著改變混凝土的破壞模式,由壓剪破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟衅茐腫13]。如今?；⒅楸鼗炷猎诮ㄖ毓こ蘙14]和抵抗火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)耐久性退化[15]等方面均有廣泛應(yīng)用前景,而通過復(fù)摻秸稈和聚丙烯纖維以提高?；⒅楸鼗炷亮W(xué)性能,探究凍融損傷對保溫隔熱能力的影響還有待進一步研究。
為此,本研究設(shè)計秸稈粉末、聚丙烯纖維和玻化微珠體積率摻量正交試驗,開展凍融循環(huán)下保溫混凝土的基本力學(xué)性能試驗,測試試件經(jīng)歷多次凍融循環(huán)后導(dǎo)熱系數(shù)和質(zhì)量損失,探究各因素的影響順序,以期為冬冷夏熱地區(qū)保溫混凝土結(jié)構(gòu)的研究及評價提供參考。
1 試驗材料及方法
1.1 試驗材料
膠凝材料采用P·C42.5級復(fù)合硅酸鹽水泥,細(xì)度為342m2/kg,初凝時間為165min,終凝時間為220min,3d抗壓強度為29.99MPa,28d抗壓強度為49.75MPa;粗骨料為石灰質(zhì)碎石,粒徑為10～20mm,堆積密度為1 550kg/m3,表觀密度為2 650kg/m3,含泥量為1.2%;細(xì)骨料為中砂,產(chǎn)自淮河,細(xì)度模數(shù)為2.6,堆積密度為1 379kg/m3,表觀密度為2 347kg/m3,含泥量為2.7%;外加劑采用HPWR型減水劑,由陜西秦奮建材廠生產(chǎn),減水率達28%。
秸稈采用安徽惠豐農(nóng)產(chǎn)品加工廠生產(chǎn)的麥秸稈粉末,粒徑為0.1μm～1mm,如圖1(a)所示。聚丙烯纖維購自長沙匯祥纖維廠,密度為0.91g/cm3,長度為6mm,彈性模量≥2 500MPa,泊松比為0.29～0.46,導(dǎo)熱系數(shù)≤0.5W/(m·℃),斷裂強度≥300MPa,斷裂伸長率為15%～20%,如圖1(b)所示。 玻化微珠購自河北億鑫建材廠, 粒徑為0.5～1.5mm,表觀密度為80～130kg/m3,堆積密度為80～120kg/m3,筒壓強度≥150MPa,導(dǎo)熱系數(shù)為0.032～0.045W/(m·℃),如圖1(c)所示。試驗采用電鏡掃描觀察其外殼和內(nèi)部,如圖2所示,其內(nèi)部呈現(xiàn)明顯的多孔蜂窩狀結(jié)構(gòu),正是這種特殊結(jié)構(gòu)能夠有效延長熱量傳遞路徑、增加材料內(nèi)部孔隙率,使熱量在傳遞過程中既在材料中傳遞又在空氣中傳播,而空氣本身的導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.023W/(m·℃),導(dǎo)熱系數(shù)極低,隔熱效果較好,因而材料的隔熱能力較強。但玻化微珠本身強度較低,摻入過程中遭受擠壓、振動等,導(dǎo)致混凝土材料強度損失[16]。聚丙烯纖維是高延性纖維,在混凝土裂縫擴展中伸長量大,變形部分多具有彈性,能有效提高混凝土抗拉和抗沖擊性。秸稈是一種植物纖維,能有效地提高混凝土的拉壓比。因而,摻入聚丙烯纖維與秸稈可有效提高?；⒅楸鼗炷恋膹姸取?/p>
(a)秸稈粉末 (b) 聚丙烯纖維 (c) ?；⒅?/p>
(a)外殼 (b) 內(nèi)核
1.2 配合比設(shè)計
本文以保溫材料摻入量和凍融循環(huán)次數(shù)為研究參數(shù)。依據(jù)JGJ55-2011設(shè)計基準(zhǔn)混凝土配合比,混凝土單位體積中各材料用量為: 水泥481.47kg,粗骨料1 077kg, 細(xì)骨料531kg, 水260kg, 減水劑4.81kg,水灰比1∶0.54。采用正交試驗的方法,分析保溫材料摻量對保溫混凝土抗凍融特性的影響,采用L16(45)正交表進行試驗,秸稈粉末在混凝土中的體積率VS分別取值0、1%、2%、3%;玻化微珠在混凝土中取代砂的體積率VG分別取值0、10%、20%、30%;聚丙烯纖維在混凝土中的體積率VP分別取值0、0.3%、0.5%、0.7%。測試混凝土試件抗壓和抗拉強度,測試方法參照GB/T50081-2019,結(jié)果如表1所示。
表1 秸稈/聚丙烯纖維-?；⒅楸鼗炷粱玖W(xué)性能試驗
由表1可知,摻入秸稈粉末和玻化微珠作為保溫基材,各組保溫混凝土較基準(zhǔn)混凝土試件質(zhì)量、導(dǎo)熱系數(shù)均有不同程度的降低;質(zhì)量最低為第7組,質(zhì)量降低了15.28%;導(dǎo)熱系數(shù)最低為第11組,降低了50.90%,即保溫隔熱性能最優(yōu)。由此可見,隔熱基材摻入可顯著提高材料輕質(zhì)、保溫性能。同時,試件力學(xué)性能也明顯降低,抗壓強度、抗拉強度最低分別為第8組和第16組,較基準(zhǔn)混凝土分別下降了40.42%、17.92%。這說明隔熱基材料摻入在提高材料保溫輕質(zhì)特性的同時,力學(xué)強度也有不同程度的損失。
1.3 試驗方法
試件制作前將秸稈粉末用聚乙烯醇溶液(PH膠)進行聚合物包裹改性處理,浸泡3d后晾干清洗[17]。先將水泥、?；⒅?、砂、石骨料進行干拌約1.5min,再加水和減水劑進行濕拌約2.5min,最后撒入秸稈和聚丙烯纖維,完成秸稈/聚丙烯纖維-?；⒅楸鼗炷恋闹苽洹Ｗ⒁忭毑捎脻癜韬腿隼w維同步進行制備混凝土試件,以避免纖維結(jié)團。
試件制作成型1d后拆模,在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下養(yǎng)護至28d,即相對濕度≥95%,溫度維持在(20±1)℃,采用立方體試塊尺寸為300mm×300mm×30mm。參照GB/T50082-2009設(shè)計凍融循環(huán)試驗,利用高低溫交變濕熱箱完成試驗,在(-19±4)℃環(huán)境中凍8h,在(18±4)℃融4h,共計12h為1個循環(huán),循環(huán)次數(shù)為0、20、40、60、80次。試驗過程中確保試件中心凍結(jié)溫度大于-10℃,從-20℃升溫至20℃所用時間不大于1.5h[18]。觀察各循環(huán)次數(shù)后試件的表觀形貌變化,并測試其導(dǎo)熱系數(shù)和質(zhì)量損失。其中導(dǎo)熱系數(shù)測試采用雙平板法,使用沈陽鑫合經(jīng)緯機械電子設(shè)備廠產(chǎn)PDR300導(dǎo)熱系數(shù)儀完成。
2 結(jié)果與分析
2.1 凍融循環(huán)后表觀現(xiàn)象
混凝土凍融循環(huán)過程中,吸水飽和后水冷凍結(jié)冰造成體積膨脹,同時也產(chǎn)生收縮現(xiàn)象,在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力,而混凝土本身具有孔隙和微裂紋,在水結(jié)冰體積膨脹過程中進一步發(fā)育,最終導(dǎo)致混凝土表面水泥漿體脫落。圖3為經(jīng)歷0、40、80次凍融循環(huán)后,混凝土試件的典型表觀形貌劣化過程。由圖3可知,隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加,混凝土表面不斷劣化,出現(xiàn)輕微水泥漿體剝落現(xiàn)象。這是因為膠凝材料與粗細(xì)骨料的連接部位是材料的薄弱部位,界面區(qū)水結(jié)冰體積膨脹產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力破壞了界面連接區(qū),試塊表面漿體剝落,出現(xiàn)麻面、凹陷現(xiàn)象。
(a)0次 (b)40次 (c)80次
2.2 凍融循環(huán)后質(zhì)量損失
測試混凝土試件受凍融循環(huán)損傷后各組試件質(zhì)量損失情況,統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表2所示。由表2可知,隨凍融循環(huán)次數(shù)遞增,試件質(zhì)量不斷降低。經(jīng)歷20、40、60、80次凍融循環(huán)后,16組試件平均質(zhì)量分別降低8.56%、15.94%、24.60%、37.93%。經(jīng)歷80次凍融循環(huán)后,質(zhì)量損失最大的是第12組,損失質(zhì)量為0.333kg;質(zhì)量損失最小的為第6組,損失質(zhì)量為0.203kg。
表2 保溫混凝土凍融循環(huán)后質(zhì)量損失 kg
2.3 凍融循環(huán)后導(dǎo)熱系數(shù)
測試混凝土試件受凍融循環(huán)損傷后導(dǎo)熱系數(shù)情況,統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表3所示。由表3可知,隨著凍融循環(huán)次數(shù)遞增,混凝土導(dǎo)熱系數(shù)不斷增加,保溫性能不斷降低。經(jīng)歷20、40、60、80次凍融循環(huán)后,16組試件平均導(dǎo)熱系數(shù)分別增加19.90%、29.49%、39.57%、49.97%。經(jīng)歷80次凍融循環(huán)后,導(dǎo)熱系數(shù)最大的是第4組,導(dǎo)熱系數(shù)為0.421 4W/(m·℃);導(dǎo)熱系數(shù)最小的為第11組,導(dǎo)熱系數(shù)為0.253 1W/(m·℃)。
表3 保溫混凝土凍融循環(huán)后導(dǎo)熱系數(shù)變化 W·(m·℃)-1
2.4 影響因素極差分析
試驗測得保溫混凝土經(jīng)過80次凍融循環(huán)損傷后,導(dǎo)熱系數(shù)和質(zhì)量均發(fā)生了較大變化,為進一步探究麥秸稈粉末摻量(因素A)、?；⒅閾搅?因素B)、聚丙烯纖維摻量(因素C)對保溫混凝土經(jīng)歷凍融循環(huán)過程中導(dǎo)熱系數(shù)和質(zhì)量損失的影響,現(xiàn)進行極差分析[19],結(jié)果如表4所示。
表4 保溫混凝土質(zhì)量損傷和導(dǎo)熱系數(shù)損失極差分析 %
由表4可知,16組保溫混凝土經(jīng)過80次凍融循環(huán)損傷后,質(zhì)量較凍融循環(huán)作用前平均降低了37.93%。麥秸稈粉末、玻化微珠和聚丙烯纖維摻量越小,經(jīng)凍融循環(huán)作用后的質(zhì)量損失越小。由極差分析可知,3種因素對保溫混凝土質(zhì)量損失的影響順序為:麥秸稈粉末摻量(因素A)>聚丙烯纖維摻量(因素C)>?；⒅閾搅?因素B),而導(dǎo)熱系數(shù)較凍融作用前平均增大了49.97%;3種因素對保溫混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的影響順序為:麥秸稈粉末摻量(因素A)>?；⒅閾搅?因素B)>聚丙烯纖維摻量(因素C)。根據(jù)表4繪制因素指標(biāo)圖如圖4～圖5所示。
圖4 保溫混凝土導(dǎo)熱系數(shù)因素指標(biāo)圖
圖5 保溫混凝土質(zhì)量損失因素指標(biāo)圖
由圖4可知,對于麥秸稈粉末摻量,隨摻量增加,導(dǎo)熱系數(shù)先下降后上升,最優(yōu)摻量為混凝土體積率的2%,導(dǎo)熱系數(shù)達0.325W/(m·℃);隨著玻化微珠摻量的增加,導(dǎo)熱系數(shù)依然先下降后上升,最優(yōu)摻量為取代砂體積率的20%,導(dǎo)熱系數(shù)達0.329W/(m·℃);隨著聚丙烯纖維摻量的增加,最優(yōu)摻量為混凝土體積率的0.5%,但導(dǎo)熱系數(shù)呈上下波動,最小值為0.343W/(m·℃),最大值為0.355W/(m·℃)。
由圖5可知,隨著麥秸稈粉末摻量的增加,質(zhì)量損失先增大后減小,在混凝土體積率達2%時質(zhì)量損失最大達0.293kg;隨著?；⒅閾搅康脑黾?質(zhì)量損失上下波動,在玻化微珠取代砂體積率30%時質(zhì)量損失最大(0.262kg),在玻化微珠取代砂取代率20%時質(zhì)量損失最小(0.234kg);隨著聚丙烯纖維摻量的增加,質(zhì)量損失不斷增加,占混凝土體積率達0.7%,質(zhì)量損失達0.266kg。這說明本試驗所采用的的聚丙烯纖維摻量范圍對減小混凝土凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失沒有幫助。
3 結(jié)語
本文研究了凍融條件下秸稈粉末、聚丙烯纖維和?；⒅閷炷翆?dǎo)熱性能等指標(biāo)的影響,得出復(fù)摻3種摻合料對保溫混凝土指標(biāo)的影響和排序。不同于以往某一摻合料對混凝土相關(guān)參數(shù)的研究,本文考慮多摻合料,采用正交方法優(yōu)化試驗并運用極差分析各因素的影響順序,可為類似環(huán)境下保溫混凝土的配制和應(yīng)用提供數(shù)據(jù)參考。
本文對保溫混凝土的研究主要是基于混凝土物理力學(xué)性能指標(biāo)開展的,而未考慮摻合料對混凝土內(nèi)部構(gòu)造的影響,后期將結(jié)合工程條件進一步深入研究。
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?；⒅楸鼗炷潦窃诨炷林袚饺氩；⒅檩p集料制備而成的一種新型混凝土材料[2]。?；⒅槭且环N新型輕質(zhì)無機絕熱材料,具有球狀顆粒狀,表面?；忾]、內(nèi)部多孔,具有輕質(zhì)保溫、和易性好、不易燃、防火絕熱的優(yōu)良理化特性[3]。有研究嘗試將?；⒅閾饺胨嗌皾{,并進一步摻入到混凝土,使混凝土導(dǎo)熱系數(shù)顯著降低,并對材料的物理力學(xué)性能[4-5]、微細(xì)觀特性[6]等展開研究。文獻[7]研究了保溫混凝土的保溫隔熱能力,建立了?；⒅閷?dǎo)熱系數(shù)的數(shù)學(xué)模型。文獻[8-9]分析了玻化微珠保溫混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能。由于輕集料的加入會導(dǎo)致混凝土強度下降,許多學(xué)者混合摻入纖維等加強玻化微珠保溫混凝土的力學(xué)性能,如文獻[10]將聚乙烯醇纖維摻入?；⒅樗嗷牧现?分析纖維摻量等因素對保溫混凝土強度和導(dǎo)熱系數(shù)的影響;文獻[11]將植物纖維摻入?；⒅榛炷林?分析植物纖維摻量對材料強度和導(dǎo)熱系數(shù)的影響,通過功效系數(shù)獲得最優(yōu)配比;文獻[12]將聚丙烯纖維摻入?；⒅楸厣皾{,證實了聚丙烯纖維阻裂作用;文獻[13]復(fù)摻鋼纖維、聚丙烯纖維制備復(fù)摻纖維玻化微珠混凝土,發(fā)現(xiàn)復(fù)摻纖維能顯著改變混凝土的破壞模式,由壓剪破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟衅茐腫13]。如今?；⒅楸鼗炷猎诮ㄖ毓こ蘙14]和抵抗火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)耐久性退化[15]等方面均有廣泛應(yīng)用前景,而通過復(fù)摻秸稈和聚丙烯纖維以提高?；⒅楸鼗炷亮W(xué)性能,探究凍融損傷對保溫隔熱能力的影響還有待進一步研究。
為此,本研究設(shè)計秸稈粉末、聚丙烯纖維和玻化微珠體積率摻量正交試驗,開展凍融循環(huán)下保溫混凝土的基本力學(xué)性能試驗,測試試件經(jīng)歷多次凍融循環(huán)后導(dǎo)熱系數(shù)和質(zhì)量損失,探究各因素的影響順序,以期為冬冷夏熱地區(qū)保溫混凝土結(jié)構(gòu)的研究及評價提供參考。
1 試驗材料及方法
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(a)秸稈粉末 (b) 聚丙烯纖維 (c) ?；⒅?/p>
(a)外殼 (b) 內(nèi)核
1.2 配合比設(shè)計
本文以保溫材料摻入量和凍融循環(huán)次數(shù)為研究參數(shù)。依據(jù)JGJ55-2011設(shè)計基準(zhǔn)混凝土配合比,混凝土單位體積中各材料用量為: 水泥481.47kg,粗骨料1 077kg, 細(xì)骨料531kg, 水260kg, 減水劑4.81kg,水灰比1∶0.54。采用正交試驗的方法,分析保溫材料摻量對保溫混凝土抗凍融特性的影響,采用L16(45)正交表進行試驗,秸稈粉末在混凝土中的體積率VS分別取值0、1%、2%、3%;玻化微珠在混凝土中取代砂的體積率VG分別取值0、10%、20%、30%;聚丙烯纖維在混凝土中的體積率VP分別取值0、0.3%、0.5%、0.7%。測試混凝土試件抗壓和抗拉強度,測試方法參照GB/T50081-2019,結(jié)果如表1所示。
表1 秸稈/聚丙烯纖維-?；⒅楸鼗炷粱玖W(xué)性能試驗
由表1可知,摻入秸稈粉末和玻化微珠作為保溫基材,各組保溫混凝土較基準(zhǔn)混凝土試件質(zhì)量、導(dǎo)熱系數(shù)均有不同程度的降低;質(zhì)量最低為第7組,質(zhì)量降低了15.28%;導(dǎo)熱系數(shù)最低為第11組,降低了50.90%,即保溫隔熱性能最優(yōu)。由此可見,隔熱基材摻入可顯著提高材料輕質(zhì)、保溫性能。同時,試件力學(xué)性能也明顯降低,抗壓強度、抗拉強度最低分別為第8組和第16組,較基準(zhǔn)混凝土分別下降了40.42%、17.92%。這說明隔熱基材料摻入在提高材料保溫輕質(zhì)特性的同時,力學(xué)強度也有不同程度的損失。
1.3 試驗方法
試件制作前將秸稈粉末用聚乙烯醇溶液(PH膠)進行聚合物包裹改性處理,浸泡3d后晾干清洗[17]。先將水泥、?；⒅?、砂、石骨料進行干拌約1.5min,再加水和減水劑進行濕拌約2.5min,最后撒入秸稈和聚丙烯纖維,完成秸稈/聚丙烯纖維-?；⒅楸鼗炷恋闹苽洹Ｗ⒁忭毑捎脻癜韬腿隼w維同步進行制備混凝土試件,以避免纖維結(jié)團。
試件制作成型1d后拆模,在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下養(yǎng)護至28d,即相對濕度≥95%,溫度維持在(20±1)℃,采用立方體試塊尺寸為300mm×300mm×30mm。參照GB/T50082-2009設(shè)計凍融循環(huán)試驗,利用高低溫交變濕熱箱完成試驗,在(-19±4)℃環(huán)境中凍8h,在(18±4)℃融4h,共計12h為1個循環(huán),循環(huán)次數(shù)為0、20、40、60、80次。試驗過程中確保試件中心凍結(jié)溫度大于-10℃,從-20℃升溫至20℃所用時間不大于1.5h[18]。觀察各循環(huán)次數(shù)后試件的表觀形貌變化,并測試其導(dǎo)熱系數(shù)和質(zhì)量損失。其中導(dǎo)熱系數(shù)測試采用雙平板法,使用沈陽鑫合經(jīng)緯機械電子設(shè)備廠產(chǎn)PDR300導(dǎo)熱系數(shù)儀完成。
2 結(jié)果與分析
2.1 凍融循環(huán)后表觀現(xiàn)象
混凝土凍融循環(huán)過程中,吸水飽和后水冷凍結(jié)冰造成體積膨脹,同時也產(chǎn)生收縮現(xiàn)象,在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力,而混凝土本身具有孔隙和微裂紋,在水結(jié)冰體積膨脹過程中進一步發(fā)育,最終導(dǎo)致混凝土表面水泥漿體脫落。圖3為經(jīng)歷0、40、80次凍融循環(huán)后,混凝土試件的典型表觀形貌劣化過程。由圖3可知,隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加,混凝土表面不斷劣化,出現(xiàn)輕微水泥漿體剝落現(xiàn)象。這是因為膠凝材料與粗細(xì)骨料的連接部位是材料的薄弱部位,界面區(qū)水結(jié)冰體積膨脹產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力破壞了界面連接區(qū),試塊表面漿體剝落,出現(xiàn)麻面、凹陷現(xiàn)象。
(a)0次 (b)40次 (c)80次
2.2 凍融循環(huán)后質(zhì)量損失
測試混凝土試件受凍融循環(huán)損傷后各組試件質(zhì)量損失情況,統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表2所示。由表2可知,隨凍融循環(huán)次數(shù)遞增,試件質(zhì)量不斷降低。經(jīng)歷20、40、60、80次凍融循環(huán)后,16組試件平均質(zhì)量分別降低8.56%、15.94%、24.60%、37.93%。經(jīng)歷80次凍融循環(huán)后,質(zhì)量損失最大的是第12組,損失質(zhì)量為0.333kg;質(zhì)量損失最小的為第6組,損失質(zhì)量為0.203kg。
表2 保溫混凝土凍融循環(huán)后質(zhì)量損失 kg
2.3 凍融循環(huán)后導(dǎo)熱系數(shù)
測試混凝土試件受凍融循環(huán)損傷后導(dǎo)熱系數(shù)情況,統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表3所示。由表3可知,隨著凍融循環(huán)次數(shù)遞增,混凝土導(dǎo)熱系數(shù)不斷增加,保溫性能不斷降低。經(jīng)歷20、40、60、80次凍融循環(huán)后,16組試件平均導(dǎo)熱系數(shù)分別增加19.90%、29.49%、39.57%、49.97%。經(jīng)歷80次凍融循環(huán)后,導(dǎo)熱系數(shù)最大的是第4組,導(dǎo)熱系數(shù)為0.421 4W/(m·℃);導(dǎo)熱系數(shù)最小的為第11組,導(dǎo)熱系數(shù)為0.253 1W/(m·℃)。
表3 保溫混凝土凍融循環(huán)后導(dǎo)熱系數(shù)變化 W·(m·℃)-1
2.4 影響因素極差分析
試驗測得保溫混凝土經(jīng)過80次凍融循環(huán)損傷后,導(dǎo)熱系數(shù)和質(zhì)量均發(fā)生了較大變化,為進一步探究麥秸稈粉末摻量(因素A)、?；⒅閾搅?因素B)、聚丙烯纖維摻量(因素C)對保溫混凝土經(jīng)歷凍融循環(huán)過程中導(dǎo)熱系數(shù)和質(zhì)量損失的影響,現(xiàn)進行極差分析[19],結(jié)果如表4所示。
表4 保溫混凝土質(zhì)量損傷和導(dǎo)熱系數(shù)損失極差分析 %
由表4可知,16組保溫混凝土經(jīng)過80次凍融循環(huán)損傷后,質(zhì)量較凍融循環(huán)作用前平均降低了37.93%。麥秸稈粉末、玻化微珠和聚丙烯纖維摻量越小,經(jīng)凍融循環(huán)作用后的質(zhì)量損失越小。由極差分析可知,3種因素對保溫混凝土質(zhì)量損失的影響順序為:麥秸稈粉末摻量(因素A)>聚丙烯纖維摻量(因素C)>?；⒅閾搅?因素B),而導(dǎo)熱系數(shù)較凍融作用前平均增大了49.97%;3種因素對保溫混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的影響順序為:麥秸稈粉末摻量(因素A)>?；⒅閾搅?因素B)>聚丙烯纖維摻量(因素C)。根據(jù)表4繪制因素指標(biāo)圖如圖4～圖5所示。
圖4 保溫混凝土導(dǎo)熱系數(shù)因素指標(biāo)圖
圖5 保溫混凝土質(zhì)量損失因素指標(biāo)圖
由圖4可知,對于麥秸稈粉末摻量,隨摻量增加,導(dǎo)熱系數(shù)先下降后上升,最優(yōu)摻量為混凝土體積率的2%,導(dǎo)熱系數(shù)達0.325W/(m·℃);隨著玻化微珠摻量的增加,導(dǎo)熱系數(shù)依然先下降后上升,最優(yōu)摻量為取代砂體積率的20%,導(dǎo)熱系數(shù)達0.329W/(m·℃);隨著聚丙烯纖維摻量的增加,最優(yōu)摻量為混凝土體積率的0.5%,但導(dǎo)熱系數(shù)呈上下波動,最小值為0.343W/(m·℃),最大值為0.355W/(m·℃)。
由圖5可知,隨著麥秸稈粉末摻量的增加,質(zhì)量損失先增大后減小,在混凝土體積率達2%時質(zhì)量損失最大達0.293kg;隨著?；⒅閾搅康脑黾?質(zhì)量損失上下波動,在玻化微珠取代砂體積率30%時質(zhì)量損失最大(0.262kg),在玻化微珠取代砂取代率20%時質(zhì)量損失最小(0.234kg);隨著聚丙烯纖維摻量的增加,質(zhì)量損失不斷增加,占混凝土體積率達0.7%,質(zhì)量損失達0.266kg。這說明本試驗所采用的的聚丙烯纖維摻量范圍對減小混凝土凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失沒有幫助。
3 結(jié)語
本文研究了凍融條件下秸稈粉末、聚丙烯纖維和?；⒅閷炷翆?dǎo)熱性能等指標(biāo)的影響,得出復(fù)摻3種摻合料對保溫混凝土指標(biāo)的影響和排序。不同于以往某一摻合料對混凝土相關(guān)參數(shù)的研究,本文考慮多摻合料,采用正交方法優(yōu)化試驗并運用極差分析各因素的影響順序,可為類似環(huán)境下保溫混凝土的配制和應(yīng)用提供數(shù)據(jù)參考。
本文對保溫混凝土的研究主要是基于混凝土物理力學(xué)性能指標(biāo)開展的,而未考慮摻合料對混凝土內(nèi)部構(gòu)造的影響,后期將結(jié)合工程條件進一步深入研究。
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