引氣劑對粉煤灰混凝土導(dǎo)熱性能與抗壓強(qiáng)度的影響★

王 冉 羅肖意 杜書鵬 方光秀*

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

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引氣劑對粉煤灰混凝土導(dǎo)熱性能與抗壓強(qiáng)度的影響★

王 冉 羅肖意 杜書鵬 方光秀*

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

介紹了引氣劑的作用，通過混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)以及混凝土導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)，分析了在一定范圍內(nèi)引氣劑的摻量對粉煤灰混凝土抗壓強(qiáng)度與導(dǎo)熱系數(shù)的影響，給出了在嚴(yán)寒地區(qū)使用該種引氣劑摻量的加氣粉煤灰混凝土作為建筑填充墻時(shí)，其保溫層的最佳經(jīng)濟(jì)厚度。

粉煤灰混凝土，引氣劑，抗壓強(qiáng)度，導(dǎo)熱系數(shù)

在建筑行業(yè)中，由于對綠色節(jié)能的要求，建筑墻體中保溫層越來越重要，研究如何提高混凝土的保溫性是一項(xiàng)重要課題。引氣劑能使混凝土在攪拌過程中引入大量均勻分布、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡，從而改善混凝土的和易性和耐久性[1]。引入的封閉氣泡能緩沖水結(jié)冰時(shí)的膨脹作用，提高抗凍性；空氣的導(dǎo)熱系數(shù)較小又使混凝土有良好的保溫性。

本文針對引氣劑對混凝土抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)的影響進(jìn)行研究，分析引氣劑摻量在一定合理范圍內(nèi)，引氣劑對粉煤灰混凝土導(dǎo)熱性能、抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律，同時(shí)給出在使用加氣粉煤灰混凝土砌筑墻體時(shí)，保溫層的最佳經(jīng)濟(jì)厚度。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

1.1 試驗(yàn)原材料

本試驗(yàn)選用的材料為：1)水泥：選用冀東水泥磐石有限責(zé)任公司生產(chǎn)的盾石牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥。2)細(xì)骨料：含水率為4.7%的砂。3)粗骨料：粒徑20 mm以下，含水率為3%的碎石。4)粉煤灰：Ⅰ級粉煤灰，改善砂漿的和易性。5)引氣劑：宏祥建筑外加劑廠生產(chǎn)。

1.2 配合比分析與導(dǎo)熱系數(shù)測定

當(dāng)粉煤灰摻量不超過30%時(shí)，粉煤灰摻量對混凝土強(qiáng)度影響并不是很大[2]，所以本次試驗(yàn)粉煤灰摻量取30%；當(dāng)水灰比為0.7時(shí)，相同條件下的混凝土強(qiáng)度最高，所以本次試驗(yàn)采用的水灰比為0.7(見圖1)[2]。預(yù)期坍落度為35 mm～50 mm，單位用水量為195 kg，查混凝土砂率選用表，砂率取為35%。

采用DRH-300導(dǎo)熱系數(shù)測試儀測量，由熱板和冷板測試頭、冷板恒溫系統(tǒng)、熱板控溫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)組成。兩塊試樣分別放置在左、右冷熱板之間，利用試樣恒溫裝置壓緊試樣，由測厚裝置測出兩試樣厚度，冷板恒溫系統(tǒng)和熱板控溫系統(tǒng)提供試樣兩面穩(wěn)定溫差，計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)熱板中的量熱板與護(hù)熱板溫度相等，此時(shí)，加在量熱板上的功率即是通過試樣的熱流，根據(jù)式(1)計(jì)算試樣導(dǎo)熱系數(shù)(單位：W/(m·K))：

λ=Q·d/S·ΔZ·ΔT=P·d/S·ΔT=I·U·d/S·ΔT

(1)

其中，I為熱極電流，A；U為熱極加熱電壓，V；d為試樣厚度,m；S為試樣有效受熱面積，m2；ΔZ為測定時(shí)間間隔，h；ΔT為冷熱極板間(試樣兩平面)平均溫差，K。

采用加氣粉煤灰混凝土試驗(yàn)配合比如表1所示。

表1 加氣粉煤灰混凝土試驗(yàn)配合比

1.3 模具制備

制作測量混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的模具，規(guī)格為300 mm×300 mm×30 mm，為防止模具吃水，制作中將底板噴漆，側(cè)面的木條涂油，如圖2所示。

2 混凝土性能試驗(yàn)

試驗(yàn)方法。將原材料放進(jìn)攪拌機(jī)中攪拌，裝模。其中，抗壓試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，試件按GB/T 50081—2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)方法成型，在同條件中靜養(yǎng)24 h后拆模，移入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至28 d，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

攪拌后混凝土坍落度要求如表2所示。

表2 混凝土坍落度要求

攪拌后混凝土坍落度，和易性均滿足要求，如圖3，圖4所示。

導(dǎo)熱系數(shù)試件尺寸為300 mm×300 mm×30 mm，在同條件中養(yǎng)護(hù)72 h后拆模，移入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至14 d，進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測定。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 引氣劑摻量與混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

引氣劑的摻入使混凝土的含氣量增加，氣泡的存在減小了混凝土的有效受力面積，使混凝土的強(qiáng)度有所降低[2]。本試驗(yàn)將一定范圍內(nèi)(0.005%～0.012%)引氣劑摻量與混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系整理為圖5。

粉煤灰混凝土早期抗壓強(qiáng)度隨著引氣劑的摻量增加而呈現(xiàn)出一種降低趨勢，從28 d抗壓強(qiáng)度的角度考慮，該范圍內(nèi)引氣劑的最佳摻量為0.008%。

3.2 引氣劑摻量與混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系

引氣劑使混凝土在攪拌過程中引入大量均勻分布、穩(wěn)定且封閉的微小氣泡，由于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)小，使混凝土保溫性能得到提升。本試驗(yàn)將一定范圍內(nèi)(0.005%～0.012%)引氣劑摻量對混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的影響整理為圖6。

粉煤灰混凝土28 d齡期的導(dǎo)熱系數(shù)隨著引氣劑摻量的增加而呈現(xiàn)出一種增大趨勢。從保溫性能的角度考慮，該范圍內(nèi)引氣劑的最佳摻量為0.005%，此時(shí)隨著齡期的增加而導(dǎo)熱系數(shù)稍有增大。

3.3 砌筑墻體的有關(guān)建議

加氣混凝土用作砌筑外墻材料時(shí)，為了滿足房屋保溫的要求，有時(shí)需要考慮設(shè)計(jì)保溫隔熱層。本文通過計(jì)算給出了其保溫隔熱層在滿足節(jié)能前提下的經(jīng)濟(jì)厚度。文獻(xiàn)[3]指出保溫隔熱層厚度的計(jì)算公式如下：

1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻R的計(jì)算：

R=R1+R2+R3+…+Rn=σ1/λ1+σ2/λ2+σ3/λ3+…+σn/λn

(1)

其中，R1，R2，R3，…，Rn為各材料層的熱阻，m2·K/W；σ1，σ2，σ3，…，σn為各材料層的厚度，m；λ1，λ2，λ3，…，λn為各材料層的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)。

2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱惰性D的計(jì)算:

D=D1+D2+D3+…+Dn=R1S1+R2S2+R3S3+…+RnSn

(2)

其中，S1，S2，…，Sn為各材料層的蓄熱系數(shù)，W/(m2·K),空氣層的蓄熱系數(shù)取為0。

3)傳熱系數(shù)K的計(jì)算：

K=1/(Ri+∑R)

(3)

其中，Ri為窗戶、空氣層等熱阻。

上述K的計(jì)算方法適用于不帶抗震柱、圈梁等熱橋部位的多層結(jié)構(gòu)。

由GB 50189—2005公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)知，在吉林嚴(yán)寒地區(qū)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)部位體形系數(shù)不大于0.4時(shí)，K≤0.45。當(dāng)加氣粉煤灰混凝土砌筑外墻的厚度為240 mm，保溫層采用膠粉聚苯顆粒保溫隔熱砂漿時(shí)，取保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)為0.058，結(jié)合式(1)～式(3)，計(jì)算得到保溫層的經(jīng)濟(jì)厚度為0.094 m。

4 結(jié)語

本文通過試驗(yàn)研究隨著引氣劑摻量在一定范圍內(nèi)(0.005%～0.012%)增加時(shí)，其與粉煤灰摻量為30%的混凝土抗壓強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系，結(jié)論如下：1)粉煤灰混凝土早期抗壓強(qiáng)度隨著引氣劑的摻量增加而呈現(xiàn)出一種降低趨勢，從28 d抗壓強(qiáng)度的角度考慮，該范圍內(nèi)引氣劑的最佳摻量為0.008%。2)粉煤灰混凝土28 d齡期的導(dǎo)熱系數(shù)隨著引氣劑摻量的增加而呈現(xiàn)出一種增大趨勢，從保溫性能的角度考慮，該范圍內(nèi)引氣劑的最佳摻量為0.005%。3)保溫層厚度應(yīng)參考具體材料，在嚴(yán)寒地區(qū)，當(dāng)加氣粉煤灰混凝土墻厚240 mm、保溫材料為膠粉聚苯顆粒保溫隔熱砂漿時(shí)，保溫層經(jīng)濟(jì)厚度為0.094 m，應(yīng)分層施工。

[1] 周愛軍,張 玫.土木工程材料[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[2] 劉衛(wèi)東.混凝土導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)研究[J].中外公路,2012,32(1):226-228.

[3] 郝先成.節(jié)能型外墻保溫隔熱材料系統(tǒng)研制與應(yīng)用[D].武漢：武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.

The influence of air-entraining additive on concrete capability about thermal conductivity and compressive strength★

Wang Ran Luo Xiaoyi Du Shupeng Fang Guangxiu*

(CollegeofEngineering,YanbianUniversity,Yanji133002,China)

By analysing the effects of the air-entraining additive on the capability and doing experimentation about compressive strength, the article gives recitals about how a bit of air-entraining additive influence heat conductivity coefficient and anti-pressure ability of concrete. In the meantime, the article gives the economic thickness of the insulating layer when the air-entraining coal ash concrete used as infilled wall in severe cold area.

fly ash aerated concrete, air-entraining additive, compressive strength, thermal conductivity

1009-6825(2016)30-0114-02

2016-09-12

王 冉(1996- )，男，在讀本科生； 羅肖意(1996- )，男，在讀本科生； 杜書鵬(1996- )，男，在讀本科生

方光秀(1967- )，男，博士，教授

TU522.32

A

★:延大大學(xué)生暑期學(xué)校創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：SQC2016001)；延大科技發(fā)展計(jì)劃校企合作項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：602015001)