煤矸石泡沫混凝土性能及其影響因素研究

劉　寧

(江蘇師范大學，江蘇 徐州　221000)

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煤矸石泡沫混凝土性能及其影響因素研究

劉寧

(江蘇師范大學，江蘇 徐州221000)

在不同的密度等級下，分別選取不同的水料比與泡沫體積，研究了泡沫混凝土密度和強度的變化規律，結果表明低密度等級的主要影響因素是泡沫體積，中密度和高密度等級的主要影響因素是水料比。

煤矸石，泡沫混凝土，水料比，密度

0　引言

泡沫混凝土，是利用物理發泡的方式制得泡沫，再將泡沫與漿體混合，經攪拌、成型、養護形成的輕質多孔材料[1]，由于其質輕、防火、保溫性能好、吸音等優良性能，在建筑工程中越來越受到廣大消費者的青睞。但是由于是一種水泥制品，因此具有高能耗、其干縮易引起裂縫等缺點[2]。

本文所研究的煤矸石，是與煤系地層共生的一種礦業廢料，以Si，Al為主要元素，具備發生火山灰活性的基本條件，可與水泥的水化物發生二次反應，獲得強度，將其作為摻和料用于泡沫混凝土中，既能減少水泥用量、廢物利用，又可減輕環境的壓力，一舉多得[3]。本文主要研究對于不同密度等級的泡沫混凝土，將煤矸石代替50%的水泥后，選取不同水料比和泡沫體積，對其密度和強度等性能的影響。

1　實驗

1.1原材料

水泥：江蘇省誠意牌42.5普通硅酸鹽水泥；發泡劑：蛋白發泡劑；減水劑：萘系普通減水劑；煤矸石：選自陜西省銅川市。

1.2實驗儀器

水泥凈漿攪拌機，鏝刀，振動臺等。

1.3實驗步驟

1)將實驗儀器及器具清理干凈，使其處于待工作狀態；

2)按照表1的實驗配比[4]稱量原材料，制得泡沫和煤矸石水泥凈漿；

3)將已制得的泡沫和煤矸石水泥凈漿混合均勻，裝入40 mm×40 mm×160 mm的試模內，輕微振動后成型，靜置24 h脫模，并放入水中開始養護；

4)達到規定齡期后，參照GB/T 11969—2008蒸壓加氣混凝土性能實驗方法測試試塊的強度[5]。

表1　試驗配合比

2　實驗數據與分析

2.1實驗數據

按照1.3實驗方法進行實驗后，得到的數據見表2。

表2　實驗結果

上述實驗數據顯示，對于低密度泡沫混凝土，水料比越大，泡沫體積越小，其密度和強度越大；而對于中密度和高密度泡沫混凝土則相反，水料比越小，泡沫體積越大，試件的密度和強度越大。

2.2實驗數據分析

一般情況下，普通混凝土的水灰比是影響密度和強度的主要因素，密度和強度會隨著水灰比的增大而減小。主要原因在于水灰比較大時，蒸發和干縮作用比較強，進而引起混凝土內部的微細孔增多，使得密度降低。強度之所以降低主要是因為孔隙的產生引起了應力集中[6]；但對于泡沫混凝土，影響因素除了水料比外，還有泡沫體積，表2實驗數據顯示，在低密度情況下，水料比越大，密度和強度越大，這主要因為低密度情況下，泡沫體積與漿體體積之比遠大于1，因此泡沫體積作為主要因素影響泡沫混凝土的性能。高密度中泡沫體積僅占總體積的1/3，因此泡沫體積對于試件的影響較小，其性質類似于普通混凝土。

除變化趨勢外，高密度泡沫混凝土在不同的水料比情況下，其變化速率也有所不同，如圖1，圖2所示，以28 d齡期為例，水料比由0.40增加到0.41時，密度和抗壓強度變化較快，而由0.42～0.43的過程中，密度和抗壓強度變化較慢。這主要是因為由0.40～0.41的過程中，由于水分的增多，在養護過程中水分蒸發較多，產生較多孔隙[7]，使得密度變小，強度變弱，而由0.41～0.42的過程中，孔隙已趨于穩定，變化較小。

圖1　密度隨水料比的變化曲線(28d)

圖2　抗壓強度隨水料比的變化曲線(28d)

2.3最佳配比確定

泡沫的加入使得泡沫混凝土具有輕質保溫的性能[8]，但是往往會伴隨著強度的降低，所以密度或強度不能單獨作為泡沫混凝土的評價標準，為此本實驗采用28 d抗壓強度與密度之比(Rc/ρ)為主要評價指標，二者的比值越大，配比越好。由表2可以得出，低密度等級的最佳配比為2號配比，中密度等級的最佳配比為4號配比，高密度等級的最佳配比為7號配比。

3　結語

1)對于不同密度等級，影響其性能的主要因素不同，低密度主要影響因素是泡沫體積，中密度和高密度主要影響因素是水料比。

2)對于低密度泡沫混凝土，水料比越大，泡沫體積越小，密度和強度越大；而對于中密度和高密度泡沫混凝土則相反。

3)高密度泡沫混凝土在不同的水料比情況下，其變化速率也有所不同，水料比由0.40增加到0.41時，密度和抗壓強度變化較快，而由0.42～0.43的過程中，密度和抗壓強度變化較慢。

4)低密度泡沫混凝土最佳配比：水料比為0.41，泡沫體積為1 000 mL；中密度泡沫混凝土最佳配比：水料比為0.40，泡沫體積為800 mL；高密度泡沫混凝土最佳配比：水料比為0.40，泡沫體積為500 mL。

[1]閆振甲,何艷君.泡沫混凝土實用生產技術[M].北京：化學工業出版社，2006.

[2]李文博.泡沫混凝土發泡劑性能及其泡沫穩定改性研究 [D].大連：大連理工大學，2009.

[3]徐林.煤矸石的物理化學性能與煤矸石燒結磚的產品質量[J].磚瓦，2010(2):28-30.

[4]李應權,朱麗德,李菊麗,等.泡沫混凝土配合比的設計[J].徐州工程學院學報(自然科學版),2011,26(2):1-5.

[5]李龍珠，夏勇濤，劉文斌，等.泡沫混凝土的正交試驗研究[J].硅酸鹽通報,2010(6):1497.

[6]明輝.大摻量粉煤灰泡沫混凝土的研究[D].長春:吉林大學,2006.

[7]許晨陽,范興旺,張亮,等.活化煤矸石做摻合料——混凝土力學性能研究[J].商品混凝土,2010(4):35-43.

[8]俞心剛,魏玉榮,曾康燕，等.用煤矸石為主要原材料制備泡沫混凝土的優越性[J].混凝土世界,2010，6(12):58-59.

The research of properties and its influencing factors of foam concrete with coal gangue

Liu Ning

(JiangsuNormalUniversity,Xuzhou221000,China)

Study the change of the density and strength through selecting different water material ratio and bubble volume under the different density level. The results showed the bubble volume affected the low density degree most, but the most influence of medium and high density level was water material ratio.

coal gangue, foam concrete, water material ratio, density

1009-6825(2016)21-0120-03

2016-05-13

劉寧(1987- )，女，助理工程師

TU528.58

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