超轻泡沫混凝土的性能及结构调控

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泡沫混凝土作为新型建筑材料,因其轻质保温、绿色安全、防火系数高等优点在建筑保温中得到广泛应用,但也存在密度和导热系数偏高、防水性能差等问题。随着建筑节能要求不断提高,泡沫混凝土需要具有更好的保温、防水性能和更低的密度。为了解决这些问题,本文以硫铝酸盐水泥为胶凝材料,结合物理发泡法,制备了干密度低于300kg/m3的超轻泡沫混凝土,采用不同的方式对其进行结构调控和性能研究。首先,通过调整发泡剂的稀释倍数和预制泡沫掺量成功制备出超轻泡沫混凝土;然后,在此基础上,研究了水灰比、纤维、羟丙基甲基纤维素醚、中空微球等因素对泡沫混凝土性能的影响,并讨论了孔结构与保温性能的关系;最后,研究了表面涂覆技术对泡沫混凝土防水性的影响,结果表明:(1)超轻泡沫混凝土的制备技术方面。当发泡剂的稀释倍数为60倍时,泡沫混凝土稳定性较好;随着泡沫量增加,泡沫混凝土的干密度不断降低,当泡沫掺量为水泥质量的30%时,得到超轻泡沫混凝土;改变水灰比能控制浆体的粘度从而控制泡沫混凝土微结构,进而改变硬化泡沫混凝土的性能,当水灰比为0.42时,浆体粘度适中,为0.65Pa·s,泡沫混凝土的性能较好,抗压强度为0.499 MPa,导热系数为0.0857 W/(m·K),闭口孔隙率为45.98%;纤维对泡沫混凝土增强效果明显,对保温性能有利,0.05%体积掺量的PP纤维泡沫混凝土,其抗压强度为0.795 MPa,导热系数为0.0551 W/(m·K);羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)作为稳泡剂,能抑制泡沫合并、长大和破裂,改善泡沫混凝土的气孔结构,提高其抗压强度、降低其导热系数,与空白组相比,抗压强度从0.499MPa增加到了0.691 MPa,导热系数值从0.0857 W/(m·K)降低到了0.0611 W/(m·K);中空微球(S80W)作为细小封闭孔隙引入泡沫混凝土,能够显著提高闭口孔隙率和保温性能,但由于中空微球会增加浆体粘度,所以掺量6.5%时效果最佳,此时对应的闭口孔隙率为64.61%,导热系数为0.0456 W/(m·K)。(2)超轻泡沫混凝土孔结构调控技术方面。泡沫混凝土导热系数的降低除了依靠增加其孔隙率之外,在孔隙率基本相同时,细小封闭的孔结构更有助于降低泡沫混凝土的导热系数。引入中空微球,不仅可以为泡沫混凝土提供细小的闭口孔隙,而且改善泡沫混凝土的整体孔结构。通过X-CT测试数据分析发现,与空白组相比,当S80W掺量为6.5%时,样品100μm以下的孔径分布相对频率从6%左右增加到20%左右,样品的最大孔径从900-1000μm减小为850-900μm,孔径分布更加为集中;累积频率曲线也加陡峭,D10、D50、D90分别从79.7μm、135.3μm、236.1μm减小为49.8μm、116.0μm、230.8μm,导热系数从0.0857 W/(m·K)降低至0.0456 W/(m·K),降幅达46.8%。(3)低吸水率泡沫混凝土制备技术方面。通过聚丙烯酰胺、纳米二氧化硅分散液、十六烷基三甲氧基硅烷溶液制备的防水涂料具有与泡沫混凝土相容性好,渗透能力强且有很好的防水效果,当聚丙烯酰胺浓度在5‰,聚丙烯酰胺溶液、纳米二氧化硅分散液、十六烷基三甲氧基硅烷溶液的体积比为1:2:1.3时,泡沫混凝土的体积吸水率为14.31%,与空白组相比降低了53.7%;当涂覆三层时,体积吸水率可降低至1%以下,这样即保证了高孔隙率又使材料在环境中保持较低导热性能(较高的保温性能)。
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