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泡沫混凝土的研究现状

发表日期:2020-01-11 23:21:19   编辑:狄启光

  马巍[1]等对青藏铁路沿线天然场地及路基下部浅层地温进行了观测与分析,青藏铁路在修建时面临着严峻的冻土路基热稳定性问题。青藏高原冻土具有地 温高、厚度小、自身热稳定性差等特点, 因此对气候变化及工程活动的扰动更加敏感 。并且分别从冷季与暖季对路基与天然场地浅层地温的差异进行了分析。

  目前,泡沫混凝土有很多种,在各种建筑都有应用。曾 珍[2]等简述了加气混凝土、保温砂浆、泡沫玻璃、聚氨醋泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料等保温材料的利弊。强调了建筑保温材料发展趋势,即向外墙外保温发展、向多功能复合化发、向轻质化发、向绿色化发展。

  在制作泡沫混凝土时的关键问题是确定最优的水灰比,此项工作需根据材料及要求进行大量实验与分析。杨奉源[3]对泡沫混凝土性能的影响因素进行了研究,通过实验总结了容重、水灰比、EPS轻骨料、气孔孔径等对抗压强度,导热系数,干燥收缩性能的影响,并对一部分影响因素建立了经验参数。李应权[4]对泡沫混凝土配合比的设计进行了研究,首先明确配合比设计的基本原则,给出了水泥-粉煤灰-泡沫-水原料体系的泡沫混凝土配合比设计关系式。我们可以首先确定干密度,进而确定各骨料含量。吕钦刚[5]等首先考察了不掺矿渣粉的水泥泡沫混凝土体系,其性能随水胶比 (W/C ) 的变化规律。实验表明,随着水灰比的降低,泡沫混凝土的干密度逐渐增加,3d、7d、28d强度均增强。之后在保持干密度为300kg/cm3,在不同的水灰比条件下实验,得出结论为:随着水灰比的降低,干密度先增加后降低,水灰比在0.49时取得最大值。而导热系数是先降低后升高,在水灰比为0.50时取得最小值。适量超细矿渣粉的添入可以显著改善 300 kg/m 3 的低密度泡沫混凝土的力学性能,使相应强度等级的泡沫混凝土抗压强度明显提高, 28 d 抗压强度最高可达 1.04 MPa。

  将纤维掺入到泡沫混凝土中,能有效的改善泡沫混凝土的强度、收缩率等特性。随着研究的深入,泡沫混凝土的性能将会越来越好。刘殿忠[6]首先介绍了泡沫混凝土优点为质轻、隔音、隔热、保温,缺点为强度偏低、易开裂、收缩率大、存水率和吸水率大等问题,之后通过聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维对泡沫混凝土的性能改良进行了叙述。高艳娜[7]对高密度泡沫混凝土进行了研究,通过对比不同掺和料种类,不同体系下高密度泡沫混凝土的性能,确定试验用掺和料及泡沫混凝土研究体系。在目标容重1300kg/m3的泡沫混凝土浆体中添加一系列不同长度(3mm,6mm,9mm, 12mm和15mm)的聚丙烯纤维,固定其掺量为0.1%,研究了聚丙烯纤维长度对高密度泡沫混凝土抗折强度、抗压强度和干燥收缩值的影响,在泡沫混凝土中添加9mm长聚丙烯纤维比较合适。 在目标容重为1300kg/m3的泡沫混凝土浆体中,加入9mm长,掺量依次为0,0.05%, 0.10%, 0.15%和0.20%的聚丙烯纤维。根据泡沫混凝土抗折强度、抗压强度和干燥收缩值的试验结果,研究聚丙烯纤维掺量对高密度泡沫混凝土性能的影响,在高密度泡沫混凝土浆体中加入占胶凝材料总量0.05%-0.1%的聚丙烯纤维可以显著改善其干燥收缩性能,并适当提高强度。陈兵[8]等对纤维增强泡沫混凝土性能试验进行了研究。以普通硅酸盐水泥为结合剂,采用微硅粉和粉煤灰取代砂制备了结构用泡沫混凝土,然后研究微硅粉掺量、泡沫掺量及聚丙烯纤维掺量对泡沫混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、干缩率的影响。微硅粉对早期强度的增大的发展有较大贡献。粉煤灰对泡沫混凝土的长期抗压强度有一定的贡献。制备过程中发现,对于所有掺加聚丙烯纤维的料浆,其流动性大幅度下降,最后得出聚丙烯纤维的合理掺量应为0.8%,这样既保证了料浆的流动性,又能充分发挥其增强效果。

  粉煤灰以及矿渣等掺合料可以提高泡沫混凝土的防水性能以及后期强度。谢明辉[9]对大掺量粉煤灰泡沫混凝土进行了研究。首先确定主要原材料及性能,并强调了此混凝土具有气孔结构好,孔径为0. 1-0. 8mm,并以0. 2-0. 5mm为主,容重轻、强度、保温隔热性能、施工方便的特点。丁曼[10]对防水性泡沫混凝土进行了研究。首先从泡沫混凝土的特点入手,根据其在生产过程中产生气泡,在性能上表现出较高的吸水率的特点,确定实验的目的与意义。试验选取硬脂酸锌乳液、石蜡微乳液和硅氧烷溶液三种防水剂对泡沫混凝土进行内掺式防水处理,以提高泡沫混凝土的防水性能。其中,硬脂酸锌乳液由于对混凝土水化速度影响较大,因而对泡沫混凝土28d抗压强度影响最大,降低程度最高,但其防水性最好;石蜡乳液对泡沫混凝土的强度影响较低,亦具有较好防水性;而目前使用较多的硅氧烷防水剂对抗压强度有所提高,但防水性能较差。此外,试验还在具有最佳防水性的泡沫混凝土配比中掺入引气剂,研究其对强度及防水性的影响。试验表明,由于引气剂引入的气泡泡径较发泡剂发出的泡沫泡径小,因而对泡沫混凝土抗压强度有大幅度的提高,但防水效果反而有所降低。周志敏[11]对高强度泡沫混凝土进行了研究。主要研究泡沫混凝土基体强度的提高方法,选用常用的三种矿物掺合料,通过正交试验研究了其掺入的最佳配比。另外研究了砂胶比、水胶比、养护条件、龄期等因素对泡沫混凝土强度的影响,并通过掺入轻质陶粒对泡沫混凝土的孔结构进行了改善和研究。得出结论为硅灰的不断掺加,泡沫混凝土的强度提高的幅度在减小。并最终选用硅灰掺量为0.30,选用矿渣掺量为0.10,粉煤灰掺量为0.40,泡沫混凝土的常用水胶比为0.6-0.65.

  将发泡剂与水混合,在气压0.8兆帕时制备性能较好的泡沫混凝土。因此,应对发泡剂的特性进行深入研究。张磊蕾[12]对泡沫混凝土的组成与性能、微结构进行了研究,选用密度为600kg/cm3以下的泡沫混凝土,取3种泡沫剂,分别为:蛋白型泡沫剂,高稳泡型泡沫剂,复合型泡沫剂。从泡沫剂品种对泡沫混凝土孔结构的影响与泡沫剂品种对泡沫混凝土抗压强度的影响,蛋白型泡沫剂制备的强度最大。充填式自保温砌块,密度在200-1100之间的泡沫混凝土,其导热系数与密度之间具有良好的相关性(=0.9894),方程式为.地板采暖绝热层,通常采用密度为250-550的泡沫混凝土作为地暖绝热层。密度为(300士5 0)kg/m3的泡沫混凝土,抗压强度大于0.60MPa,导热系数小于0.07;密度为(400士5 0)的泡沫混凝土,抗压强度大于1.OMPa,导热系数小于0.09;密度为(500士50)的泡沫混凝土,抗压强度大于1.20MPa,导热系数小于0.12。泡沫混凝土作为地板采暖绝热层在我国寒冷地区和严寒地区己广泛使用。结果表明,当发泡液浓度较高(泡沫剂稀释倍数为40)时,泡沫混凝土的抗压强度最低。随着发泡液浓度降低(泡沫剂稀释倍数为40-100),泡沫混凝土的抗压强度逐渐提高。当发泡液浓度继续降低(泡沫剂稀释倍数为100-130),泡沫混凝土的抗压强度没有明显提高。继续降低发泡液浓度,将明显降低泡沫稳定性。同样,泡沫剂H按不同倍数稀释后,用其备的泡沫混凝土力学性能具有相同的规律。可见看出,当发泡液浓度较高时(泡沫剂稀释倍数为20),泡沫混凝土的抗压强度较低。随着发泡液浓度降低(泡沫剂稀释倍数为20-30),泡沫混凝土的抗压强度逐渐提高;当发泡液浓度继续降低时(泡沫剂稀释倍数为30-50),泡沫混凝土的抗压强度无明显变化。若继续降低发泡液浓度,用其制备的泡沫小时沉陷距大于1 Omm,稳定性显著降低,影响泡沫混凝土的浆体稳定性。

  国外对泡沫混凝土也有相关的研究,首先对泡沫混凝土的趋势进行了分析。Andrew Reid[13]对作为可持续发展的新型材料-泡沫混凝土进行了研究。文章首先分析了水泥作为不可持续发展产品的弊端,强调了泡沫混凝土的发展是很有必要的。之后分别从粘合剂,粉煤灰,石灰,孔隙率方面对泡沫混凝土进行实验并分析。Mahmut Ekenel[14]对纤维增强复合混凝土夹芯板进行了研究,预制混凝土夹芯板很早就已经应用于建筑施工,但是越来越多的纤维应用于夹芯板,在抗拉,抗压,导热系数等性能方面具有明显的优越性。

  其次,对泡沫混凝土的微观特性、吸附性以及预制夹芯板进行分析。Nambiar[15]对泡沫混凝土的孔隙特性进行了研究,孔隙对泡沫混凝土的耐久性与强度都有很大的联系,并对含有不同泡沫含量的泡沫混凝土中的细小孔隙进行了微观观察,应用光学显微镜图像分析系统与图像分析软件进行了分析。并对高强泡沫混凝土的微观结构进行了研究,对分别由物理发泡与化学发泡制作的泡沫混凝土进行微观分析,通过电子显微镜运用岩相学研究了水泥基体的微观结构。对泡沫混凝土的吸附特性进行了研究。泡沫混凝土本身还有大量的孔隙,本文研究了泡沫混凝土的吸附性能与泡沫混凝土的组成和孔隙结构有关。采用含量不同的粉煤灰与泡沫,测定对泡沫混凝土的吸附性能。Ryazanova[16] 研究了多孔陶粒混凝土在高层建筑围护结构中的应用,首先制备陶粒混凝土,制备过程要考虑耐久性、导热系数、密度、经济。在铺设时采取护套的方式,保证耐久性。 Maziar Ramezani[17]研究了在泡沫混凝土中加入镀锌钢板的性能,对含有不同的几何形状和孔的镀锌钢板的泡沫混凝土块进行实验研究和数值模拟,用有限元进行模拟分析,用ABAQUS模拟拉拔实验.研究纤维增强泡沫轻质混凝土预制墙板,首先对原型建筑进行了测试,如抗压强度试验,拉拔强度试验,抗弯强度试验并分析结果。之后加入纤维,将在同一外力作用下得出的结果进行对比分析。

  最后,采取掺入粉煤灰等掺合料以及纤维的方法,改善泡沫混凝土的相关特性。

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