高强泡沫混凝土力学性能及收缩性能试验研究

摘要

目前，泡沫混凝土(Foamconcrete,简称FC)越来越受到人们的关注。FC是一种经济、环保的绿色材料，以其质轻、保温隔热、减震、抗火等特性，被广泛应用于民用建筑、地下工程、市政工程、体育和军事等诸多领域。但是，FC也存在许多不足，强度低、收缩率高是其主要缺点，因此提高FC强度、降低FC收缩率，对于拓展FC的应用有着积极的意义。本文主要探究高强FC的力学及收缩性能，用普通硅酸盐水泥(OrdinaryPortlandcement,简称OPC)、硫铝酸盐水泥(Sulphatealuminatecement,简称SAC)、普通硅灰、纳米二氧化硅、粉煤灰、石灰粉、石英砂、发泡剂、减水剂等制备密度为1600kg/m3的FC。首先，改变FC的普通硅灰、粉煤灰、石灰粉、水胶比四个参数，利用正交试验设计法，测试不同试件的抗折抗压强度，得出四个掺合料的最佳配比。然后，在这个最佳配比的基础上，设置单掺试验，改变普通硅灰、纳米二氧化硅、石灰粉、SAC的掺量，测试不同配比试件的抗折抗压强度、自收缩值、干燥收缩值，用扫描电子显微镜和非金属超声波探测仪研究其强度和收缩值变化的机理，得出以下结果：　　(1)研究了密度为1600kg/m3的FC，在综合考虑28d抗折和抗压强度基础上，得出了最优配合比为：水胶比0.22，普通硅灰掺量15%，石灰粉掺量2%，粉煤灰掺量25%。在最优配合比条件下，FC的7d和28d抗折强度分别为6.6MPa和8.7MPa，抗压强度分别为21.7MPa和32.8MPa，72h自收缩值为741.2×10-6，56d干燥收缩值为862.5×10-6。在水胶比、普通硅灰掺量、石灰粉掺量、粉煤灰掺量四个因素中，对28d抗折强度影响从大到小的顺序为：普通硅灰、水胶比、石灰粉、粉煤灰；对28d抗压强度影响从大到小的顺序为：水胶比、石灰粉、粉煤灰、普通硅灰。　　(2)随着普通硅灰、纳米二氧化硅、石灰粉、SAC掺量的增加，FC的抗折和抗压强度都先增大后减小。当普通硅灰、纳米二氧化硅、石灰粉、SAC的掺量分别为15%、4%、2%、10%时，FC的抗折和抗压强度最大。说明掺入适量的普通硅灰、纳米二氧化硅、石灰粉、SAC能有效提高FC的抗折抗压强度。在加入普通硅灰和纳米二氧化硅的FC的抗折抗压强度均达到最大值时，纳米二氧化硅的添加量比普通硅灰少73.3%，但其强度高于添加普通硅灰的FC。　　(3)随着普通硅灰、纳米二氧化硅、石灰粉、SAC掺量的增加，FC的自收缩值先减小后增大，干缩值先增大后减小。当普通硅灰、纳米二氧化硅、石灰粉、SAC的掺量分别为15%、4%、2%、10%时，FC的自收缩和干燥收缩值达到极值。而掺入4%纳米二氧化硅的FC比掺入15%普通硅灰的FC的收缩值更大。　　(4)FC的微观结构随普通硅灰、纳米二氧化硅、石灰粉、SAC的添加量而变化，强度越高的FC的孔隙越小，未水化颗粒越少，C-S-H凝胶越多，钙矾石越致密，结构越致密。当普通硅灰、纳米二氧化硅、石灰粉、SAC的掺量分别为15%、4%、2%、10%时，FC的微观结构最好。掺入4%纳米二氧化硅的FC比掺入15%普通硅灰的FC具有更好的微观结构。　　(5)FC的超声波速度和它的强度有较强的关联性，FC的强度越大，超声波速度越大。当普通硅灰、纳米二氧化硅、石灰粉、SAC的掺量分别为15%、4%、2%、10%时，FC的超声波速度最大。掺入4%纳米二氧化硅的FC比掺入15%普通硅灰的FC的超声波速度更快。

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第1章绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外 FC 研究现状

1.2.1 普通 FC 的国内研究现状

1.2.2 普通 FC 的国外研究现状

1.2.3 高强 FC 的国内研究现状

1.2.4 高强 FC 的国外研究现状

1.3 FC 的应用现状和发展趋势

1.3.1 FC 的应用现状

1.3.2 FC 的发展趋势

1.4 研究目的、意义及内容

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究意义

1.4.3 研究内容

第2章试验原材料及试验方案

2.1 原材料

2.1.1 水泥

2.1.2 发泡剂

2.1.3 硅灰

2.1.4 粉煤灰

2.1.5 石灰粉

2.1.6 石英砂

2.1.7 高效减水剂

2.2 试验方案

2.2.1 最优基准配合比

2.2.2 配合比设计

2.2.3 试件制备

2.3 试验方法

2.3.1 力学性能测试

2.3.2 自收缩测试

2.3.3 干燥收缩测试

2.3.4 扫描电镜测试

2.3.5 超声无损检测

第3章硅灰对高强 FC 力学性能和收缩性能的影响

3.1 硅灰对高强 FC 力学性能的影响

3.1.1 普通硅灰对高强 FC 抗折强度的影响

3.1.2 普通硅灰对高强 FC 抗压强度的影响

3.1.3 纳米二氧化硅对高强 FC 抗折强度的影响

3.1.4 纳米二氧化硅对高强 FC 抗压强度的影响

3.2 硅灰对高强 FC 收缩性能的影响

3.2.1 普通硅灰对高强 FC 自收缩的影响

3.2.2 普通硅灰对高强 FC 干燥收缩的影响

3.2.3 纳米二氧化硅对高强 FC 自收缩的影响

3.2.4 纳米二氧化硅对高强 FC 干燥收缩的影响

3.3 扫描电镜分析

3.4 超声无损检测分析

3.5 本章小结

第4章石灰粉对高强 FC 力学性能和收缩性能的影响

4.1 石灰粉对高强 FC 力学性能的影响

4.1.1 石灰粉对高强 FC 抗折强度的影响

4.1.2 石灰粉对高强 FC 抗压强度的影响

4.2 石灰粉对高强 FC 收缩性能的影响

4.2.1 石灰粉对高强 FC 自收缩的影响

4.2.2 石灰粉对高强 FC 干燥收缩的影响

4.3 扫描电镜分析

4.4 超声无损检测分析

4.5 本章小结

第5章 SAC 对高强 FC 力学性能和收缩性能的影响

5.1 SAC 对高强 FC 力学性能的影响

5.1.1 SAC 对高强 FC 抗折强度的影响

5.1.2 SAC 对高强 FC 抗压强度的影响

5.2 SAC 对高强 FC 收缩性能的影响

5.2.1 SAC 对高强 FC 自收缩的影响

5.2.2 SAC 对高强 FC 干燥收缩的影响

5.3 扫描电镜分析

5.4 超声无损检测分析

5.5 本章小结

第 6 章 结论与展望

参考文献

致谢

附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录