低密度碱矿渣发泡混凝土的制备与性能研究

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碱矿渣胶凝材料是一类新型的高性能绿色建筑材料,具有强度高,早期硬化快,耐久性好等一系列优点。泡沫混凝土广泛应用在建筑保温和隔音等领域,发泡混凝土不仅可以降低建筑物的使用能耗,还拥有优异的防火性能。将碱矿渣胶凝材料用于制备发泡混凝土,既能拓宽碱矿渣胶凝材料的应用范围,还能为建筑节能提供更多的可能性。目前,关于采用化学发泡方式制备碱矿渣发泡混凝土的文献报道甚少,且对干密度低于250 kg/m~3的低密度碱矿渣发泡混凝土的研究还未见报道。本论文的主要目的在于通过化学发泡的方法制备干密度低于250 kg/m~3的碱矿渣发泡混凝土。研究了水玻璃初始温度、催化剂、水玻璃模数、稳泡剂种类、养护制度、PVA纤维、尺寸效应等因素对碱矿渣发泡混凝土基本物理性能的影响。用XRD和TG测试方法分析了碱矿渣胶凝材料的水化进程,用IPP 6.0图像分析软件进行了孔结构测试分析,得到的主要结论如下:(1)随着稳泡剂掺量增加,水玻璃溶液表面张力降低,表现为包裹气体的效果更好,所形成的气泡更多、气孔尺寸更小,发泡混凝土密度越低。不同稳泡剂对比试验结果表明,植物蛋白的效果相对最好,所制备的发泡混凝土干密度最低达到235kg/m~3,强度为0.14 MPa。(2)水玻璃溶液的初始温度和催化剂掺入均会影响双氧水的分解速度,进而影响发泡混凝土的密度及内部孔结构。试验表明,将水玻璃的初始温度控制在35℃同时掺入2%的催化剂可制备出干密度低于250 kg/m~3且内部孔结构完好的碱矿渣发泡混凝土。(3)适当提高水玻璃模数可提升碱矿渣发泡混凝土的性能。试验表明,1.4水玻璃模数制备的发泡混凝土比1.2水玻璃模数制备的发泡混凝土的抗压强度提高27%,质量吸水率降低7%,导热系数降低5%,且孔结构分析表明,前者试件的孔结构更合理。通过复掺稳泡剂后,1.4水玻璃模数发泡混凝土的抗压强度提升至0.18MPa,比单掺稳泡剂时提高了29%。(4)掺入PVA纤维可以明显改善碱矿渣发泡混凝土的收缩性能,且对抗压强度没有明显影响。当纤维掺量至0.6 kg/m~3时,试件90d收缩率从4482.6μm/m变为4064.49μm/m,收缩率降低了9.33%。(5)蒸汽养护与标准养护相比,后者更有利于试件的强度发展,同等密度下标准养护试件的抗压强度为0.18 MPa,蒸汽养护的抗压强度为0.12 MPa,前者比后者的强度高50%左右。(6)碱矿渣发泡混凝土试件不同发泡高度部位的各种性能均存在明显差异。试件下部的干密度为253 kg/m~3,中部的密度比下部低9.1%,上部的密度比下部低16.2%;试件下部的抗压强度为0.26 MPa,中部的强度比下部低26.9%,上部的强度比下部低46.2%;试件上部的质量吸水率为74%,中部的质量吸水率为56%,上部的质量吸水率为49%;试件下、中、上三个部位的导热系数分别为0.0747 W/(m·K)、0.0698 W/(m·K)、0.0706 W/(m·K)。
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