碱矿渣泡沫混凝土的配合比、工程性能和孔结构研究

摘要

碱矿渣泡沫混凝土是以碱矿渣为胶凝材料制备的一种新型绿色轻质混凝土，相比于普通水泥泡沫混凝土来说，不仅具有轻质、保温隔热、隔声、防火等特点，还具有节能利废、快硬高强等优点，符合新型建材的发展理念。 本文主要研究了以水玻璃为激发剂的碱矿渣泡沫混凝土的配合比设计、宏观性能、水化产物及孔结构。以干密度、抗压强度和导热系数为性能指标，矿渣掺量、碱当量和溶胶比为参数，开展三因素三水平的正交试验，探究了碱矿渣泡沫混凝土的最优配合比及三个因素对性能指标的影响规律；针对碱矿渣胶材收缩较大的特点，探究了偏高岭土、膨胀剂、高吸水树脂的掺入对碱矿渣泡沫混凝土收缩性能的影响，并采用SEM、XRD、FTIR等测试方法分析了不同成分的掺入对水化产物的影响，研究了其收缩机理和减缩方法；基于体视学原理和分形理论，研究了碱矿渣泡沫混凝土的孔结构参数，并建立了孔结构与宏观性能间的联系。本文旨在通过试验解决部分限制碱矿渣泡沫混凝土发展的因素，对其推广和发展起到积极作用。本文的主要研究成果如下： 1、运用极差分析法对正交试验结果进行分析，得到三个因素对碱矿渣泡沫混凝土性能影响的主次顺序，在一定范围内，碱当量＞溶胶比＞矿渣掺量系数；且当碱当量为9%、溶胶比为0.46、矿渣掺量系数为1.4时，碱矿渣泡沫混凝土的性能最优。水玻璃模数固定时，碱当量对碱矿渣泡沫混凝土的性能具有较大影响，碱当量在5%～9%范围内，随着碱当量的提高，矿渣的水化进度加快，早期抗压强度更高，混合在浆体中的泡沫越不易损失，得到的泡沫混凝土性能更加稳定，干密度能更好地符合设计值；当碱当量大于9%时，碱矿渣浆体凝结速度加快，流动度下降，影响拌合的均匀性，破坏孔结构组成，最终影响各种性能。 2、偏高岭土、膨胀剂和SAP的掺入能有效降低碱矿渣泡沫混凝土的收缩率和导热系数，但对干密度和抗压强度的影响规律具有较大差异。密度等级越高，碱矿渣泡沫混凝土的收缩率越小，抗压强度和导热系数越大；偏高岭土的掺入会减缓水化进程，降低早期抗压强度，但随着水化的进行，28d抗压强度随着偏高岭土掺量的增加呈先增后减的趋势；膨胀剂和SAP的掺入也会使早期抗压强度降低，掺量较小时对28d抗压强度影响不大，掺量较大时会影响水化进程和孔结构，影响最终的干密度和抗压强度。 3、采用SEM/EDS、XRD、FTIR微观测试手段对碱矿渣泡沫混凝土的微观形貌和水化产物进行了分析。偏高岭土的掺入使水化产物更加密实、裂缝减少，生成的类沸石产物提高了固相的稳定性和强度；膨胀剂的掺入虽然妨碍了早期强度发展，但随着水化的进行，水化产物变得密实且稳定，钙矾石晶体在凝胶类产物中充当了“微骨料”，限制了收缩率，后期强度有所提高；SAP的掺入虽然没有产生新的水化产物，但能起到“内养护”的作用，有效减小了收缩和导热系数。 4、碱矿渣泡沫混凝土的干密度主要与胶凝材料种类和表征孔隙率有关。胶凝材料相同时，表征孔隙率与干密度之间呈线性关系，对干密度起主导作用，在一定范围内，干密度随表征孔隙率的增大而减小；平均圆度系数和平均孔径对分形维数有较大影响，但对干密度的影响不大，故在掺入影响气孔孔径和形状的成分时，分形维数不能很好地反映干密度的变化趋势。 5、碱矿渣泡沫混凝土的抗压强度与胶凝材料种类和气孔的多个参数关系密切。在胶凝材料相同的情况下，表征孔隙率、平均圆度系数、平均孔径越小，小孔所占比重越大，分形维数就越小，碱矿渣泡沫混凝土的抗压强度越大；分形维数能很好的反映孔结构多个参数的组合效应，并建立孔结构与抗压强度的联系；在密度等级变化时，抗压强度与干密度存在较好的相关性，但在密度等级相同时，气孔平均圆度系数和平均孔径的变化会引起抗压强度改变，此时该相关性就无法表示抗压强度与干密度的关系。 6、在密度等级不同时，碱矿渣泡沫混凝土的导热系数主要取决于固相成分和孔隙率，导热系数随孔隙率的增大而减小；在同密度等级下，导热系数随平均孔径、圆度系数、大孔占比的减小而降低。

目录

杨保先大论文全文--缺封皮.pdf

论文打印版-杨保先-大论文-碱矿渣泡沫混凝土的配合比、工程性能和孔结构研究-1218--全部版--222(1).pdf