掺加陶粒的玻化微珠保温混凝土试验研究

October 26, 2020

  0刖目随着玻化微珠保温混凝土试验的不断深入,玻化微珠保温混凝土性能优化,尤其在抗压强度提高及导热系数降低的问题上成为一个重要的课题,因此,寻求新方法解决这2个问题成为关键点。陶粒是一种新型的建筑材料,用其配制的混凝土有密度小而相应强度高、隔热保温性能好、耐火性能优、抗渗性能好、抗冻性能优、耐蚀性能强、抗冲击性能优、抗震性能好等优点。用陶粒取代部分石子是提出玻化微珠陶粒保温混凝土的出发点。本文旨在通过玻化微珠陶粒保温混凝土试验及理论分析,揭示陶粒等因素对玻化微珠保温混凝土的影响,为配制工程更适用的保温混凝土提供依据。

  基金项目:国家自然科学基金项目(50778118)1玻化微珠陶粒保温混凝土正交试验设计1.1原材料⑴玻化微珠:一种无机玻璃质矿物材料,由火山岩碎成矿砂,经过特殊膨化烧法加工而成,产品呈不规则球状体颗粒,内部为空腔结构,表面玻化封闭,理化性能稳定,具有质轻、隔热防火、耐高低温、抗老化、吸水率小等优良特性。采用太原市思科达科技发展有限公司生产的玻化微珠产品。

  (2)陶粒:以粉煤灰为主要原料,加入少量粘结材料和燃料,经配料成球、烧结而成,其内部具有封闭的微孔结构,表面有一层致密的釉面外壳且极为坚硬。本文所使用的陶粒采用汾阳某陶粒生产厂家的粉煤灰陶粒,筒压强度4.8MPa,堆积密度760kg/m3,1h吸水率17%,最大粒径20mm.⑶水泥、石子、砂:水泥采用太原狮头水泥厂生产的32.5、42.5、2.5级普通硅酸盐水泥;石子选用山西文水碎石,粒径10~30mm,含泥量0.8%,堆积密度1630kg/m3;砂选用太原柴村中砂,细度模数2.4,含泥量3.0%,堆积密度1500kg/m3.⑷外加剂:选用本课题组自制的I、、1113种外加剂。

  L12(2x3)正交试验配合比及试验结果1.2试验设备抗压强度采用浙江土工仪器制造有限公司生产的WAW-1000KN微机控制电液伺服万能试验机;导热系数采用天津市建仪试验机有限责任公司生产的DRP-5W型导热系数测定仪。1.3影响因素的选择本次试验将玻化微珠掺量(A)、玻化微珠密度(B)、陶粒掺量(C)、水泥强度(D)、水泥用量(E)、砂子用量、外加剂种类(G)作为7个影响因素,其中,玻化微珠掺量取占混凝土总体积比100%、130%2个水平;玻化微珠密度取80、100、130kg/m33个水平;粉煤灰陶粒掺量取替代石子量的40%c、60%c、100%3个水平;水泥强度取32.5、42.5、52.5MPa3个水平;水泥用量取480、495、510kgm33个水平;砂子用量取251、358、5ffikgm33个水平;外加剂的组成及掺入比例,用I、11、111型代表3个水平。采用正交试验方法分别对混凝土的抗压强度与导热系数进行试验。因此,选取L(2x3)正交表进行试验。

  1.4试验配合比及试验结果本试验以玻化微珠陶粒保温混凝土的28d立方体抗压强度及导热系数作为试验考核指标,试验配合比及试验结果见表1.试验编号因素28d抗压导热系数/强度/MPa水平1.5试验结果分析与讨论1.5.1试验结果极差分析(见表2)表2正交试验极差分析项目28d抗压强度/MPa极差R项目导热系数/极差R由表2可知,玻化微珠陶粒保温混凝土抗压强度的影响因素大小排列为:水泥强度>玻化微珠密度>陶粒掺量>水泥用量>外加剂>砂子用量>玻化微珠掺量;玻化微珠陶粒保温混凝土导热系数的影响因素大小排列为:陶粒掺量>外加剂>玻化微珠掺量>水泥用量多砂子用量>水泥强度>玻化微珠密度。

  1.5.2各因素对抗压强度、导热系数的影响抗压强度值与各因素水平关系见,导热系数与各因素水平关系见。

  >因素AI因素B因素C W索D因素F.因素F因素G图丨抗压强度值与各因素水平的关系30新型建筑材料由可知,玻化微珠陶粒保温混凝土抗S强度受水泥强度的影响最大,同时也可以看出,随着陶粒取代石子量的降低,混凝土的抗压强度呈增长趋势,混凝土抗压强度提高明显。由可知,随着陶粒掺量的增加,导热系数降低程度显著。试验结果表明,陶粒的掺加对玻化微珠陶粒保温混凝土的抗压强度及导热系数影响都较大,这是由陶粒的物理性质决定的,陶粒的导热系数为0.23~0.50W/(nrK),而石子的导热系数为1.8~2.4W/(nrK),随着陶粒取代石子量的减少,玻化微珠陶粒保温混凝土的导热系数必将下降。同样,石子的强度是陶粒的3倍左右,陶粒掺量的增加会导致玻化微珠陶粒保温混凝土抗压强度的降低。

  混凝土中都存在微观界面相即过渡区,过渡区包含有大块氢氧化钙晶体、细长针状结晶钙矾石(3CaOAl23'3CaS4'31H2)以及纤细状聚集体水化硅酸钙(C-S-H),这3种组成即是水泥水化反应的产物。一般认为,水化硅酸钙胶凝对水泥石的强度及其它主要性质起支配作用;Ca(OH)2晶体呈六角棱状,属于大晶体,与水化硅酸钙胶凝相比,由于Ca(OH)2的比表面积小,它对强度的作用有限,而且由于是大块晶体势必使得空隙增加,因此减小或抑制Ca(OH)2晶体的产生,会对混凝土整体的性能带来好处。在此理论指导下,太原理工大学课题组在自制的外加剂中添加了矿物超细粉,这样复合的外加剂不仅能改善玻化微珠陶粒保温混凝土内部的微孔结构,通过二次水化反应消耗Ca(OH)2从而增强强度,而且能有效保护玻化微珠的完整性,能切断混凝土材料毛细孔以及微裂缝,使玻化微珠陶粒保温混凝土导热系数降低而强度提高。但随着该矿物超细粉的增加,水灰比也相应增加,而由矿物超细粉掺量增加带来强度的提高不足以弥补由水灰比增加导致的强度降低时,混凝土的强度就会下降。当玻化微珠掺量达到130%,陶粒掺量达到40%时,强度增加明显。

  2玻化微珠陶粒保温混凝土与玻化微珠保温混凝土的性能比较太原理工大学对玻化微珠保温混凝土做了长期的试验研究,最终成功研发了导热系数为0.206W/(nrK)、抗压强度为C35的玻化微珠保温混凝土。而本次试验所研究的玻化微珠陶粒保温混凝土28d抗压强度最高到达45.58MPa,导热系数最低为0.159W(m.K)。

  3结语玻化微珠陶粒保温混凝土在抗压强度方面比玻化微珠保温混凝土提高了27%,导热系数降低了22%,实现了通过掺加陶粒来改善玻化微珠保温混凝土性能的最初想法。而且在玻化微珠保温混凝土中掺加陶粒可以节约资源,减少环境污染,符合我国可持续发展的方针。外加剂对玻化微珠陶粒保温混凝土的影响也较大,今后可以通过改进外加剂进一步优化玻化微珠保温混凝土的性能。

(完)

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