现浇泡沫混凝土的配比实验

发布日期:2020-09-27 12:23 浏览次数:

摘要:本文采用水泥、粉煤灰、发泡剂等材料,通过配合比设计实验制备现浇泡沫混凝土;

概述

 

泡沫混凝土是水泥基轻质多孔混凝土的一种,通常是由硅质材料、钙质材料、水及泡沫剂或发泡剂等通过物理或化学方式发泡,浇筑、养护、固化成型的一种多孔材料。因其自身的结构特点,泡沫混凝土具有轻质、保温隔热、隔音、防火等诸多优点,应用广泛[1]。根据生产工艺和用途一般分为两种,一种是采用化学发泡:将化学发泡剂、水与水泥基材料一起混合搅拌均匀成浆体,在静停过程中通过化学反应产生气泡,料浆逐渐膨胀至一定体积,常压潮湿养护、固化成型,一般用于制作泡沫混凝土制品;另一种是采用物理方式发泡:将泡沫剂水溶液通过物理方式(或机械方式)预先制备出泡沫,同时将水泥基材料加水搅拌成浆体,泡沫与浆体再搅拌成泡沫浆料,浇筑、养护、固化成型,一般用于泡沫混凝土现浇应用[2~3]。目前,泡沫混凝土现浇约占其使用总量的三成左右。

随着我国城市建筑节能65%标准的全面实施,对建筑围护结构部分的节能技术措施也有了更高的要求,除了需要考虑传统的墙体保温系统、门窗系统、幕墙遮阳系统等外,楼层地面保温系统也被纳入其中。目前,就武汉市而言,绝大部分商品房建筑已经设计了楼层地面保温,受层高及利用空间限制,一般设计厚度为3~5cm。楼层地面保温层比较常见的施工方式有两种,一是现浇泡沫混凝土,二是陶粒骨料轻质混凝土,二者之间性能对比如表1所示。


1 泡沫混凝土与陶粒混凝土性能对比

性能

陶粒混凝土

泡沫混凝土

对比说明

干密度

800kg/m3

150~1600 kg/m3

楼层保温一般设计容重为600~1000 kg/m3,泡沫混凝土选择空间更大

保温

密度≥800kg/m3,导热系数≥0.23 W/m·K

400~800 kg/m3区间内,导热系数在0.06~0.23 W/m·K之间

地面保温层受厚度限制(3~5cm),泡沫混凝土保温性能远优于陶粒混凝土

防水

陶粒自身易吸水

密闭气孔结构,吸水率低

泡沫混凝土优于陶粒混凝土

强度

一般≥5.0MPa

强度因容重变化相差很大,A07级强度≥2.0MPa

陶粒混凝土因其容重较大原因,强度相对高于泡沫混凝土

泵送

难于泵送,可泵送的陶粒混凝土密度必须≥1000kg/m3

易于泵送,泵送至100m以上高度也较为轻松

泡沫混凝土远优于陶粒混凝土

施工

轻骨料易上浮,难以铺摊、收平

基本实现自流平,只需简单收平作业

泡沫混凝土远优于陶粒混凝土

成本

陶粒等骨料价格高,成本相对较高

成本相对较低

泡沫混凝土经济性略优于陶粒混凝土

1 现浇泡沫混凝土的配制

1.1原材料

水泥:武汉阳逻水泥厂生产的娲石水泥,P.O 42.5,其物理性能见表2;

2 水泥的物理性能指标

标准稠度用水量(%

抗压强度(MPa

抗折强度(MPa

凝结时间(min

3d

28d

3d

28d

初凝

终凝

26.0

25.4

52.1

5.47

8.90

235

325

矿物掺合料:采用武汉青山电厂粉煤灰,具体性能指标见表3;


3 粉煤灰的性能指标

掺合料

等级

比表面积(m2/kg)

细度(%)

含水量(%)

流动度比(%)

需水量比(%)

活性指数

7d

28d

粉煤灰

13.4

0.1

100

54

79

减水剂:武汉苏博聚羧酸高性能减水剂,固含量:13.0%,减水率27.50%

发泡剂:发泡剂是决定泡沫混凝土质量关键之一,目前可用于现浇泡沫混凝土的物理发泡剂主要有四种,分别是松香类、合成类表面活性剂、蛋白类和复合型四种。前两种发泡剂因其自身缺点,已逐步被淘汰使用;蛋白类发泡剂因其发泡倍数大及泡沫稳定性好,被国外发达国家广泛使用;复合类发泡剂为第四代发泡剂,是发泡剂未来研究发展方向,目前技术上尚待探索,产品较少,北京亚设YS-901复合型发泡就是其中的佼佼者。

1.2配制实验

泡沫混凝土配合比设计应满足抗压强度、密度、和易性及保温性能指标的要求,需着重考虑几个方面的问题: 1)水胶比:会对泡沫混凝土强度以及其流动性有较大影响。2)泡沫的掺量:泡沫的掺量与泡沫的稳定性有较大关系,直接影响到泡沫混凝土的密度和强度。3)减水剂等添加剂的掺量。本实验设计的干密度为700kg/m3,粉煤灰掺量为30%。首先,通过以下公式计算确定用水量及各胶凝材料用量:

ρd=Samc+mm

mw=Bmc+mm

式子中ρd为泡沫混凝土设计干密度;Sa为质量系数,这里取1.2mcmmmw分别为1m3泡沫混凝土水泥用量、粉煤灰用量及用水量;B为水胶比值。

然后,计算所掺入的泡沫体积:

V1=mcc+mm /ρm+mw /ρw

V2=K(1-V1)

式中,V1为料浆总体积(m3)ρc为水泥密度,取3100 kg/m3ρm为粉煤灰密度,取2200 kg/m3ρw为水的密度,取1000 kg/m3V2为泡沫体积(m3)K为富余系数,这里取1.2.

最后,通过掺入的泡沫体积,计算发泡剂的用量:

mf=my/(β+1)

my=V2ρf

式中mf1m3泡沫剂混凝土泡沫剂用量(kg)my为形成泡沫液质量(kg)β为泡沫剂稀释倍数,这里取30ρf为按此稀释倍数发泡的泡沫密度,实测为36 kg/m3

根据《泡沫混凝土应用技术规程》(JGJ/T31-2014),当泡沫混凝土中掺入减水剂时,水胶比应通过实验来确定。根据经验,本实验初步设定水胶比分别为0.30.40.5,外加剂掺量统一为0.8%,按照上述计算方法,得到如下配合比:

4 不同水胶比的泡沫混凝土配合比设计

编号

水胶比

(kg)

水泥

(kg)

粉煤灰

(kg)

发泡剂

(kg)

减水剂

(kg)

1

0.30

175

408

175

0.86 

4.7

2

0.40

233

408

175

0.77 

4.7

3

0.50

292

408

175

0.70

4.7

将上述三个配合比配制后,按照《泡沫混凝土应用技术规程》标准方法测试了其流动性指标;成型40*40*160mm试样用于测试其导热系数(采用日本京都电子QTM-500型热线法导热系数测定仪测定);成型100*100*100mm试样测试其干密度及抗压强度值。实验结果如表5所示:

5 不同水胶比泡沫混凝土性能测试

编号

水胶比

流动度

mm

导热系数

W/m·K))

干密度

kg/m3

28d抗压强度

MPa

1

0.30

378

0.183

755

2.83

2

0.40

454

0.168

694

2.18

3

0.50

587

0.162

685

1.72

由表5可以看出,水胶比为0.30时,泡沫混凝土流动度小,实验反映就是比较稠,流速慢且不易流平,这会导致施工时不易找平,试块成型后干密度和导热系数均超过A07等级设计值,但28d强度值较好。水胶比为0.50时,泡沫混凝土流动度很好,浆体较,粘稠度不够,内部气泡的稳定性变差,成型后会发生一定的坍缩 强度也下滑很快。本实验的最佳水胶比为0.40,拌合物流动度适中,试样导热系数小于0.18 W/m·K),干密度符合A07的要求,强度值能达到FC2等级。

根据《泡沫混凝土应用技术规程》,在计算出泡沫混凝土配合比后,需要通过改变水泥用量来对配合比进行调整和校正。在实际生产中,根据泵送施工的情况,又对配合比进行了一定的微调和优化,形成了最佳配合比,如表6所示。

6 泡沫混凝土最终配合比

水胶比

(kg)

水泥

(kg)

粉煤灰

(kg)

发泡剂

(kg)

减水剂

(kg)

0.39

220

400

170

0.80

5.1

在施工现场,对泵送至楼层面的泡沫混凝土进行了取样送检,检测结果如表7所示。

7 泡沫混凝土性能指标

检测项目

指标标准

检测结果

干密度ρkg/m3

JGJ/T314-2014

650<ρ≤750

684

抗压强度(MPa

单块最小值

≥1.700

2.35

每组平均值

≥2.00

2.98

导热系数(W/m·K))

≤0.18

0.167