干表观密度对粉煤灰-煤矸石泡沫混凝土性能的影响

摘要   研究了粉煤灰-煤矸石泡沫混凝土干表观密度对粉煤灰-煤矸石泡沫混凝土吸水率、软化系数、抗压强度以及导热系数影响。结果表明，随粉煤灰-煤矸石泡沫混凝土干表观密度的增加，粉煤灰-煤矸石泡沫混凝土水吸率减少，抗压强度、软化系数及导热系数增大。 

关键词 ： 粉煤灰 煤矸石  泡沫混凝土  干表观密度   抗压强度  导热系数

       The Effect of the Dry Density on the Properties of the Fly ash - coal gangue Foam Concrete

Abstract: The effect of the dry dengsity on th properties of the fly ash - coal gangue foam concrete were studied in this paper. Results revealed that: With the increase of the dry density of the fly ash - coal gangue foam concrete, the water absorption of the foam concrete decrease, and the soften coefficient,  the compressive strength, the thermal conductivity coefficient of the foam concrete increase.

Keywords: fly ash; coal gangue; foam concrete; dry density; compressive strength; thermal conductivity 

引言 

　　随着我国墙体改革和建筑节能政策的实施，现代建筑中要求使用的材料具有轻质、高强、保温、隔热、利废、节能等性能。泡沫混凝土作为一种新型的建筑材料，具有轻质，导热系数低，隔热性能好，不需要蒸压养护，可现场浇注，适合大、中、小型企业生产等特点，近年来得到广泛的重视。

　　但是，现有泡沫混凝土存在以下缺点：（1）目前制备泡沫混凝土所用的成熟的胶凝材料绝大多数是普通水泥，氧化镁和氯化镁溶液，胶凝材料的成本较高[1,2,3]；（2）导热系数较高，一般300~500Kg/M3的泡沫混凝土导热系数在0.08~0.186 W/m.k[2,3]，430~660 Kg/M3泡沫混凝土的导热系数在0.16~0.23 W/m.k[1]，隔热性能不是很好；（3）泡沫混凝土的强度一般不高，430~660 Kg/M3泡沫混凝土的28天强度为1.5~2.3 MPa[1]，难于达到墙体材料的强度要求。因此，如何寻求廉价的胶凝材料来替代或部分替代普通水泥氧化镁和氯化镁溶液，降低泡沫混凝土成本，以及如何减小泡沫混凝土的导热系数，提高泡沫混凝土的强度，是目前泡沫混凝土研究急需解决的重要问题。对于泡沫混凝土，干表观密度对其导热系数和抗压强度影响很大。

　　本文通过用粉煤灰－煤矸石充当胶凝材料大量替代水泥来制备出成本低、导热系数小、强度高、适合框架结构墙体使用的粉煤灰－煤矸石泡沫混凝土，并对该粉煤灰－煤矸石泡沫混凝土的表观密度与其性能之间的关系进行了较详细的研究。

1  实验

1.1 实验材料及试验方法

　　水泥：重庆腾辉集团地维水泥有限公司生产的P.O 42.5R级硅酸盐水泥。

　　粉煤灰：重庆珞璜电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，其化学成分见表1。 
 
　　煤矸石：经煅烧、磨细处理后的煤矸石粉（重庆中梁山煤矿），其化学成分见表1。

1.2 泡沫混凝土的制备

　　本文实验的基准配合比见表2。按照设计配合比称取实验用原材料，加入砂浆搅拌机中干搅拌0.5分钟使之混合均匀，然后加水继续搅拌约2～3分钟，制成混凝土浆体。将发泡剂与定量的水以1：50混合，并在制泡机中高速搅拌（3～5分钟）发泡，当泡沫中气泡大小均匀，气泡稳定时，再将泡沫陆续加入到搅拌状态下的混凝土浆体中，继续搅拌1～2分钟左右，直到泡沫与料浆混合均匀，浆面看不到一层漂浮的泡沫时，将泡沫混凝土浆体注入试模中，轻微振动使其完全填满试模，并用镘刀刮平。由于泡沫混凝土的强 
 
1.3 测试方法

　　粉煤灰-煤矸石泡沫混凝土的干表观密度、抗压强度、导热系数、吸水率、软化系数和线性收缩等参度较低，浇注后24小时内要注意保护，禁止脚踩，更不允许将石块、木块或其它物品压在上面，一般在24～48小时后拆模，放入标准养护室养护，并应注意经常洒水保持试块湿润。照JGJ70-90《建筑砂浆基本性能试验方法》中规定的试验方法进行测试。

2 结果与讨论

2.1 粉煤灰－煤矸石泡沫混凝土干表观密度与吸水率和软化系数的关系

　　对粉煤灰－煤矸石泡沫混凝土干表观密度与吸水率和软化系数的关系研究结果见图1和图2。

 
 
　　从图1中可以看出，随着吸水时间的延长, 不同密度等级粉煤灰－煤矸石泡沫混凝土的吸水率逐渐增大。在0～6h 期间, 尤其是0～1h的吸水率最大, 吸水率增长最快，超过6h 后, 吸水率增长缓慢, 尤其是超过24h后,吸水率上升幅度很小。从图2可知，随着干表观密度等级增加，泡沫混凝土的软化系数增大。

　　密度较高的泡沫混凝土在生产时引进了较少的气泡，使泡沫混凝土体内具有较多密实粉料颗粒，其吸水较小，从而使泡沫混凝土表现出较低的吸水率。密度等级较高的泡沫混凝土在混泡时引进的泡沫少，也使泡沫混凝土制品内部具有较少的孔隙率，饱水状态泡沫混凝土与绝干状态泡沫混凝土的抗压强度比值增大，从而软化系数增大。
 
2.2 粉煤灰－煤矸石泡沫混凝土干表观密度与抗压强度的关系


 
 
　　泡沫混凝土的干表观密度对泡沫混凝土的抗压强度影响很大。对粉煤灰-煤矸石泡沫混凝土表观密度与抗压强度的研究结果见图3。

　　由图3可以看出，粉煤灰－煤矸石泡沫混凝土的干表观密度越小，强度就越低，与现有报道过的泡沫混凝土干表观密度与强度之间的关系是一致的。泡沫混凝土干表观密度越小，其内部的孔隙率就越多，强度也就越低。由图3结果还可以看出，制备出的密度在450~706Kg/M3的粉煤灰－煤矸石泡沫混凝土的强度达到文献[4]中所述对各个密度级别泡沫混凝土的强度要求，并超过现有文献中所报道的相同密度级别的泡沫混凝土抗压强度。

2.5 粉煤灰－煤矸石泡沫混凝土干表观密度与导热系数的关系

　　对用于隔热保温的泡沫混凝土，导热系数是它的一个重要的指标。本文对粉煤灰－煤矸石泡沫混凝土的干表观密度与导热系数的关系进行了研究，结果见图4。从图4可以看出，各个密度级别的粉煤灰－煤矸石泡沫混凝土的导热系数都能达到文献[4]所述对各个级别泡沫混凝土导热系数技术指标的要求；降低粉煤灰－煤矸石泡沫混凝土的干表观密度可以显著减小其导热系数。当干表观密度为761Kg/m3时，粉煤灰-煤矸石泡沫混凝土的导热系数仅为0.129W/m.K，低于由文献[1]报道的干表观密度为660 Kg/M3泡沫混凝土的导热系数（0.23 W/m.K）[1]；当干表观密度降低到300Kg/m3时，粉煤灰-煤矸石泡沫混凝土的导热系数降低到0.060W/m.K，低于文献[2，3]报道的密度为300Kg/m3泡沫混凝土的导热系数（0.08W/m.K）。
 
 
3 结论

 （1）随粉煤灰-煤矸石泡沫混凝土干表观密度的增加，粉煤灰-煤矸石泡沫混凝土水吸率减少，抗压强
 度、软化系数及导热系数增大。

（2）与现有文献报道的密度在450~761Kg/M3的相同干表观密度的泡沫混凝土相比，本文制备出的粉煤灰－煤矸石泡沫混凝土具有更低的导热系数和更高的抗压强度。