双掺粉煤灰矿渣泡沫混凝土性能试验研究

摘要

泡沫混凝土作为新型建筑材料，因其工作性能良好、施工工艺简便并且具有优异的保温隔热性能受人们的重视，适用于外墙保温等重要的工程建设。在泡沫混凝土中掺入粉煤灰和矿渣等工业废渣不仅可以节约原材料和降低成本，而且还符合国家绿色环保和节能减排的要求。但泡沫混凝土固有的缺点就是耐久性差、强度低、吸水率较大等问题。本文通过系统的试验对双掺粉煤灰矿渣泡沫混凝土的物理力学性能、热工性能及抗冻耐久性能进行了宏观性能研究，分析了粉煤灰和矿渣在泡沫混凝土复合胶凝体系中的作用机理。对双掺粉煤灰矿渣泡沫混凝土的微观孔结构及水化产物方面进行了深入的研究，探讨了宏观性能、材料组成与微观孔结构之间的作用规律，本文主要的工作和取得的结论如下： 随着泡沫掺量的增加，泡沫混凝土的干密度及其抗压强度是逐渐降低的，但是吸水率是逐渐上升的。搅拌时间的不同也会影响泡沫混凝土的性能，搅拌时间过短（低于200s）会导致泡沫与浆体搅拌不均匀，若搅拌时间过长（大于280s），则会导致浆体中的泡沫发生破裂。随着搅拌时间的增加，泡沫混凝土的强度及干密度会呈现先降低后增加的趋势。泡沫混凝土的干密度与导热系数呈现正相关，即随着泡沫混凝土干密度的不断增加，其导热系数也是随之上升的。 矿渣掺量在10%~30%范围内时随着掺量的增加，泡沫混凝土的抗压强度和抗折强度是不断增加的。通过水化产物研究，分析粉煤灰及矿渣在泡沫混凝土中的水化机理。随着泡沫混凝土中矿渣及粉煤灰掺量的增多，水化产物Ca(OH)2的含量明显降低，并且硅酸盐水泥泡沫混凝土试件未水化的C2S和C3S矿物量也明显减少，泡沫混凝土的强度变低。泡沫混凝土的导热系数随着矿渣掺量的增加逐渐增大，吸水率逐渐降低。并且通过研究建立了双掺粉煤灰矿渣泡沫混凝土干密度的计算模型，验证后发现符合《泡沫混凝土砌块》JC/T1062-2007中对干密度等级的要求。 随着冻融循环次数的不断增加，泡沫混凝土的抗压强度是逐渐降低的，并且前期抗压强度下降比较缓慢，随着冻融循环试验的反复进行，泡沫混凝土抗压强度衰减较快。0.50-15%-30%组与0.50-35%-20%组是抗冻耐久性最差的。经历了75次冻融循环试件就发生破坏。而0.40-25%-20%组和0.45-15%-20%组在冻融循环175次后试件发生了破坏。并且而0.50-15%-30%组与0.50-35%-20%组试件在25次冻融循环之后在试件表面出现了明显的裂缝。用裂缝测宽仪对表面裂缝进行扫描，并且对裂缝进行统计，发现裂缝的存在大大的降低了泡沫混凝土的抗冻耐久性。对双掺粉煤灰矿渣泡沫混凝土进行孔径分析得知0.40-25%-20%组和0.45-15%-20%组孔隙率相对较小，泡沫混凝土内部结构相对密实，孔总体积较小，所以其内部孔的气孔壁相对较厚，抵抗冻融循环的能力较强。而0.50-15%-30%组和0.50-35%-20%组具有较大的孔隙率，其内部气孔壁较薄，在冻融循环过程中容易被破坏，使其内部大孔及连通孔增多，吸收的水分相应的增多，其破坏的时间相应较短及破坏的程度较为严重。对冻融循环完成后的试件切片处理并用偏光显微镜50倍镜进行观测孔结构，验证了冻融循环的破坏机理。

目录

声明

1 前言

1. 1 研究背景及意义

1. 2 国内外研究进展

1.2.1 泡沫混凝土发泡剂的研究进展

1.2.2 配合比设计的研究

1.2.3 泡沫混凝土的物理力学性能的研究进展

1.2.4 泡沫混凝土热工性能及微观孔结构的研究进展

1.2.5 泡沫混凝土抗冻耐久性的研究进展

1. 3 目前研究中存在的主要问题

1. 4 主要研究内容

1. 5 主要创新点

1. 6 技术路线

2 材料与方法

2. 1 试验材料

2. 2 配合比设计

2. 3 试验方法

2.3.1 强度测定

2.3.2 干密度及吸水率

2.3.3 热工性能

2.3.4 抗冻耐久性试验

2.3.5 压汞试验

2.3.6 X射线物相衍射分析

2.3.7 裂缝宽度测量

3 结果与分析

3. 1 泡沫混凝土生产工艺对物理力学性能的影响规律研究

3.1.1 发泡剂最优掺量分析研究

3.1.2 最佳搅拌时间分析研究

3. 2 不同因素对双掺粉煤灰矿渣泡沫混凝土力学性能的影响研究

3.2.1 力学性能试验结果

3.2.2 抗压强度分析

3.2.3 抗折强度分析

3. 3 不同因素对双掺粉煤灰矿渣泡沫混凝土热工性能的影响

3.3.1 导热系数的测试结果

3.3.2 导热系数的影响分析

3. 4 不同因素对双掺粉煤灰矿渣泡沫混凝土物理性能的影响研究

3.4.1 不同因素对干密度的宏观影响分析

3.4.2 干密度的计算模型分析及验证

3.4.3 不同因素对吸水率的影响分析

3. 5 不同因素对双掺粉煤灰矿渣泡沫混凝土抗冻耐久性关系研究

3.5.1 试验结果分析

3.5.2 抗冻耐久性分析研究

3.5.3 冻融循环后试件表面裂缝分析研究

3. 6 压汞试验结果及分析

3.6.1 28d各配比泡沫混凝土硬化浆体孔特征

3.6.2 不同因素对孔隙率的影响因素分析

3. 7 正交试验方差分析及最优配合比的确定

3.7.1 正交试验方差分析

3.7.2 最优配合比的确定

3.8 XRD物相分析测试结果

3. 9 力学性能微观机理性研究分析

3. 10 热工性能与其孔结构机理性研究分析

3. 11 抗冻耐久性与孔隙特征分析研究

3.11.1 抗冻耐久性与孔隙率的关系

3.11.2 抗冻耐久性与内部孔径的关系

4 讨论

4. 1 关于泡沫混凝土生产工艺对其性能影响的讨论

4. 2 关于矿物掺合料种类的讨论

4. 3 关于压汞测孔试验的讨论

4. 4 关于泡沫混凝土抗冻耐久性试验结果的讨论

5 结论

5. 1 研究总结

5. 2 研究展望

参考文献

致谢

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