膨润土基矿物造孔剂对泡沫混凝土结构与性能的影响研究

摘要

泡沫混凝土是一种无机多孔保温材料，具有低成本、施工简单、强度和密度可调以及防火阻燃等优势。气孔和硬化水泥石是泡沫混凝土结构的两种最主要组分，并与其性能密切相关。气孔结构的进一步细化将大幅改善泡沫混凝土的保温隔热性能。基于此，本论文重点开展泡沫混凝土气孔结构的微纳米化研究，通过引入膨润土基矿物造孔剂（Bentonite-based mineral foaming agent，简称BMFA），实现泡沫混凝土、轻骨料泡沫混凝土气孔结构的大幅细化，进而研究BMFA对二者组成、结构和性能影响。　　（1）利用膨润土主要组成矿物-蒙脱石层状结构吸水膨胀原理，通过高速机械分散、静置陈化制备出低固含量、高稳定性的膨润土水合胶体（即BMFA）。BMFA凝胶结构的多孔特性及其与水泥水化产物的相互作用，能够在泡沫混凝土硬化体基体内部构筑出大量微纳米尺度孔隙，在造孔同时同步实现孔结构的微纳米化。膨润土蒙脱石含量及膨胀指数与其作为造孔剂性能密切相关，高蒙脱石含量（90.9%）、高膨胀指数（96.1 mL/g）的Li基膨润土是制备BMFA的理想原料。　　（2）BMFA的引入可改善新拌浆体工作性能。随着BMFA的增加，泡沫混凝土新拌浆体表观粘度降低，流动度先降低后增加。BMFA 制备轻骨料泡沫混凝土时，随着BMFA的增加，无骨料新拌浆体屈服应力增加、表观粘度降低；含骨料新拌浆体坍落-扩展度（流动度）增加。在新拌浆体中，BMFA 的加入降低了浆体粘度和骨料间的摩擦阻力；同时，BMFA 本身的高密度将增加新拌浆体湿密度，从而导致单位体积浆体受到重力的影响增大，以上是新拌浆体工作性能提升的主要原因。　　（3）BMFA的引入可有效提升泡沫混凝土保温隔热性能。泡沫混凝土和漂珠泡沫混凝土的导热系数随BMFA的增加而降低，干密度300 kg/m3和600 kg/m3的泡沫混凝土导热系数可分别降低至0.059 W·m-1·K-1和0.127 W·m-1·K-1；干密度600 kg/m3、800 kg/m3和1000 kg/m3的漂珠泡沫混凝土导热系数可分别降低至0.134 W·m-1·K-1、0.194 W·m-1·K-1和0.233 W·m-1·K-1。而随着BMFA用量的增加，EPS泡沫混凝土的导热系数在高（≥500 kg/m3）、低（≤400 kg/m3）干密度等级下分别表现出逐渐降低及先降低后增加这两种不同的变化规律。BMFA 在硬化体基体内构筑出大量微纳米尺度的孔隙，能够有效抑制气相中的热量传递，这使得掺入BMFA的泡沫混凝土具有较低的导热系数。　　（4）BMFA用量的增加导致硬化体基体骨架更加疏松，致密程度降低。但是，相应体积预制泡沫和骨料用量的减少使基体骨架总体积增加，硬化体单位截面受力面积增加。以上两点的协同作用使不同干密度下泡沫混凝土和轻骨料泡沫混凝土的力学性能变化规律不同。此外，膨润土缓慢的火山灰反应能够在后期持续增加基体骨架致密程度，这使得掺BMFA的硬化体在28d以后的抗压强度增长率高于未掺BMFA的硬化体。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 泡沫混凝土设计与制备研究进展

1.2.2 泡沫混凝土结构和性能研究进展

1.2.3 膨润土组成结构特性及作为成孔剂研究进展

1.3 研究思路、研究内容及技术路线

1.3.1 研究思路

1.3.2 研究内容

1.3.3技术路线

2 原材料、样品制备及实验方法

2.1 原材料

2.1.1 膨润土

2.1.2 其它原料

2.2 实验设备

2.3 样品设计和制备

2.3.1 膨润土基矿物造孔剂的设计和制备

2.3.2 泡沫混凝土的设计和制备

2.3.3 EPS泡沫混凝土的设计和制备

2.3.4 漂珠泡沫混凝土的设计和制备

2.4 实验方法

2.4.1 膨润土膨胀指数和蒙脱石含量测定

2.4.2 流变特性与工作性

2.4.3 气孔结构分析

2.4.4 干密度和湿密度

2.4.5 泡沫混凝土气孔率与总孔隙率的测定

2.4.6 抗压强度，导热系数和体积吸水率的测定

2.4.7 微观结构和物相组成

3 膨润土基矿物造孔剂对泡沫混凝土结构与性能的影响

3.1 膨润土基矿物造孔剂对泡沫混凝土工作性的影响

3.2 膨润土基矿物造孔剂对泡沫混凝土气孔结构的影响

3.3 膨润土基矿物造孔剂对泡沫混凝土力学性能的影响

3.4 膨润土基矿物造孔剂对泡沫混凝土保温性能的影响

3.5 本章小结

4 膨润土基矿物造孔剂对EPS泡沫混凝土结构与性能的影响

4.1 膨润土基矿物造孔剂对EPS泡沫混凝土工作性的影响

4.2 膨润土基矿物造孔剂对EPS泡沫混凝土力学性能的影响

4.3 膨润土基矿物造孔剂对EPS泡沫混凝土保温性能的影响

4.4 本章小结

5 膨润土基矿物造孔剂对漂珠泡沫混凝土结构与性能的影响

5.1 膨润土基矿物造孔剂对漂珠泡沫混凝土工作性的影响

5.2 膨润土基矿物造孔剂对漂珠泡沫混凝土力学性能的影响

5.3 膨润土基矿物造孔剂对漂珠泡沫混凝土保温性能的影响

5.4 本章小结

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果