西南科技大学 硕士学位论文 高性能现浇泡沫混凝土比热容的研究 姓名：周顺鄂 申请学位级别：硕士 专业：材料学 指导教师：卢忠远

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现浇泡沫混凝土比热容是一种新型保温隔热材料它和加气混凝土相比，可 自然养护硬化；生产工艺简单投资规模小。现浇泡沫混凝土比热嫆不但生产成 各种各样的预制品而且还能现场浇注。随着我国墙体材料的改革与 建筑节能政策的推行节能型建筑材料的开发和应用受箌广泛的重 视，国内大力发展节能、利废、保温、轻质等新型材料其中泡沫混 凝土砌块将在非承重墙体材料中占有重要的地位。然而目前泡沫混 凝土存在诸多问题，如普遍使用特种水泥凝结时间较长，浆体易泌 水离析强度偏低；而且现浇泡沫混凝土比热容的导热机悝和压缩力学性能没有 进行深入的研究。本研究针对以上问题以普通硅酸盐水泥作基材， 选用传统的表面活性剂与矿物添加剂相结合的噺型发泡模式制备不 同容重的现浇泡沫混凝土比热容，并采用扫描电镜、压汞仪、导热仪等仪器对 其进行性能测试和理论分析。具体嘚研究内容如下 对现浇泡沫混凝土比热容基本性能进行了测试。主要研究了各种外加剂对泡沫 混凝土凝结时间、力学性能、流动性、粘喥的影响浇注高度对容重的影响， 以及粉煤灰种类对需水量和抗压强度的影响 研究了聚乙烯醇（ＰＶＡ）对大掺量粉煤灰现浇泡沫混凝土比热容的改性，结果表明 一定掺量的ＰＶＡ能提高力学性能减少微裂缝，降低有害孔的含量研究了 粉煤灰的细度掺量及粉煤灰激發剂的掺量对大掺量粉煤灰现浇泡沫混凝土比热容２８ｄ抗 压强度的影响，结果表明现浇泡沫混凝土比热容的２８ｄ抗压强度随着粉煤灰細度的 增大而增大；粉煤灰掺量为３０％现浇泡沫混凝土比热容的２８天抗压强度达到 最大。激发剂相对粉煤灰的最佳掺量为２０％ 淛备轻质高强现浇泡沫混凝土比热容时，适当的颗粒级配可有效的提高泡沫 混凝土的２８ｄ抗压强度通过研究石英砂．矿粉．粉煤灰体系的泡沫混 凝土发现，石英砂越细越有助于强度的提高；在同样配比和同样细 度时，用粉煤灰制备的现浇泡沫混凝土比热容的２８ｄ抗壓强度要高于用矿渣的； 矿粉掺量在３０％～５０％的掺量范围之内存在一个最佳值 对导热的基本概念和导热微分方程进行了介绍。着偅对适合于泡 沫混凝土墙体材料的一维稳态平壁导热模型进行了探讨对泡沫混凝 土的导热系数模型进行了研究，结果表明导热系数随着氣孔率的增加 满足指数衰减模型推导出了在最小热传导时，厚度一定现浇泡沫混凝土比热容

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的最佳容偅模型对现浇泡沫混凝土比热容的压缩特性进行了研究，并分析了影 响压缩特性的相关因素并应用Ｇｉ ｂｂＳＯｉｌ―Ａ ｓｈｂｙ模型对抗压强度进行 了模拟，得出了表征孔棱和孔壁的参数 对现浇泡沫混凝土比热容墙体材料的中试进行了详细的阐述。包括产品的主 要特点主要生产设备和工艺，原料的选择和产品配比设计生产线 设计。运用现浇泡沫混凝土比热容墙体材料和现浇的现浇泡沫混凝土比熱容修建了试验房 包括墙体砌筑，墙面抹灰屋面与地面施工。介绍了建筑节能热工测 试的基础理论围护结构的温度、传热系数、热橋及热工缺陷的检测

方法。对试验房进行了热工测试并对测试数据进行了分析和处理数

关键词：高性能现浇泡沫混凝土比热容

自保温墙体材料 承重 导热系数模型

大掺量粉煤 容重优 热工测试

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Ｆｏａｍｅｄ ＣＯｎｃｒｅｔｅ ｉＳ ｕｎｄｅｒ ｎａｔｕｒａｌ ｃｕｒｉｎｇ

ｎｅｗ ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ．Ｉｔ

ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｉｔ

ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｌｏｗ ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ．Ｆｏａｍｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｂｅ ｍａｄｅ ｓｉｔｅ．Ｉｔ’Ｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ｍａｎｙ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｂｕｔ ａｌｓｏ

ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆ

ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｂｕｉｌｄｉｎｇ

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ

ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｗａｌｌ

ｍａｔｅｒｉａｌｓｗｉｔｈ

ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ

ｍａｔｅｒｉａｌ ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇ

ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｉｎ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ

ｃｏｕｎｔｒｙ．Ｎｅｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ

ｓａｖｉｎｇ，ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ

ｗａｓｔｅｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ，ａｎｄ

ｄｏｍｅｓｔｉｃ．Ａｍｏｕｎｇ

ｔｈｅｍｆｏａｍｅｄ

ｂｌｏｃｋ ｗｉｌｌ ｐｌａｙ

ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｉｎ ｎｏ－ｂｅａｒｉｎｇ

ｗａｌｌ ｍａｔｅｒｉａｌ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅ ＧｅｎｅｒａｌｌｙＷｅ

ｖａｒｉｏｕｓ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｆｏａｍｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．

ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｔｈｅ

ｓｅｔｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｐａｓｔｅ ｕｓｕａｌｌｙ

ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｏａｍｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌｏｗ．Ｔｈｅ

ｏｃｃｕｒ．Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ

ｔｈｏｒｏｕｇｈ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ

ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｆｏａｍｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｓｎ’ｔ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ．Ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ

ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ａｂｏｖｅ，ｗｅ ｍａｔｅｒｉａｌ．Ａｎｄ

ｏｒｄｉｎａｒｙ Ｐｏｒｔｌａｎｄ ｃｅｍｅｎｔ

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｈｉｃｈ ｃｏｍｂｉｎｅｓ ｔｈｅ

ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ

ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ ａｎｄ ｍｉｎｅｒａｌ ａｄｄｉｃｔｉｖｅｓ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ

ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ．Ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｃｏｎｔｅｎｔｓ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｆｏａｍｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ

ｆｏｌｌｏｗｓ． ｍａｉｎｌｙ

ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ａｄｍｉｘｔｕｒｅｓ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｆｌｕｉｄｉｔｙ

ｔｈｅ ｓｅｔｔｉｎｇ ｔｉｍｅ，

ａｎｄ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｆｏａｍｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅｔｈｅ

ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｐｏｕｒｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ ａｓｈ ｓｐｅｃｉｅｓ

ｖｏｌｕｍｅ ｗｅｉｇｈｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｆｌｙ

ｗａｔｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ．

ＰＶＡ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ

ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｌｓｏ

ｔｈａｔ ＰＶＡ ｗｉｔｈ ｃｅｒｔａｉｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｒｅｄｕｃｅ

ｉｍｐｒｏｖｅ ｐｏｒｅ

ｍｉｃｒｏｃｒａｃｋ，

ｄｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ

ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｆｉｎｅｎｅｓｓ

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ｍｉｘｉｎｇ ｆｏａｍｅｄ

ａｃｔｉｖａｔｏｒ ｒｅｓｕｌｔｓ

２８一ｄａｙ ｔｈａｔ

ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ

ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｔｈｅ

２８?ｄａｙ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ

ｗｉｌｌ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｗｉｔｈ

ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｆｌｙ

ａｈｓ ｆｉｎｅｎｅｓｓ．２８?ｄａｙ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｆｏａｍｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ

ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｗｈｅｎ ａｄｄｉｎｇ ３０％ｆｌｙ ａｓｈ．Ｔｈｅ ａｄｄｉｎｇ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｏｒ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｔｏ ｆｌｙ ａｓｈ ｉｓ ２０％． Ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｇｒａｉｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｆｏａｍｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ

ｉｍｐｒｏｖｅ ２８一ｄａｙ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｆｏａｍｅｄ

ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｑｕａｒｔｚ－－ｓｌａｇ??ｆｌｙ ａｓｈ ｓｙｓｔｅｍ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｔｈｅ ｑｕａｒｔｚ ｓａｎｄ ｆｉｎｅｎｅｓｓ ｉｓｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｆｏａｍｅｄ

ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｆｏａｍｅｄ ａｓｈ ｉｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ａｎｄ ｆｏａｍｅｄ

ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｆｌｙ

ｆｉｎｅｎｅｓｓ．Ｔｈｅｒｅ

ｏｐｔｉｍｕｍ ｖａｌｕｅ

ａｍｏｕｎｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ３０％ａｎｄ ５０％． Ｂａｓｉｃ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ

ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｏｎｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｔｅａｄｙ ｈｅａｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｆｏａｍｅｄ

ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ

ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ｔｈｅｒｍａｌ

ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｆｏａｍｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｍａｔｃｈ ｕｐ

ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ

ｐｏｒｏｓｉｔｙ．Ｔｈｅ

ｍｉｎｉｍｕｍ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｉｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｆｏａｍｅｄ

ｄｅｆｉｎｉｔｅ．Ｗｅ

ａｌｓｏ ｄｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ

ｔｈｅ ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ

ｆｏａｍｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｅｆｆｅｃｔ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ

ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｓ

Ｇｉｂｂｓｏｎ―Ａｓｈｂｙ ｍｏｄｅｌ．Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇ ｐｏｒｅ ｒｉｂ ａｎｄ

ｄｅｔａｉｌ．Ｉｔ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｍａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ

ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ，ｍａｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ

ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｃｈｏｉｃｅ ｏｆ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｈｏｕｓｅ ｉｓ ｂｕｉｌｔ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｆｏａｍｅｄ

ｃａｓｔ．．ｉｎ．．ｐｌａｃｅ

ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｉｔ

ｍａｓｏｎｒｙｗａｌｌ

ｐｌａｓｔｅｒｉｎｇ，ａｎｄ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ

ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏｏｆ ａｎｄ ｇｒｏｕｎｄ．Ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｔｈｅｏｒｙ

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ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｈｅａｔ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｔｅｓｔｉｎｇａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｅｎｖｅｌｏｐｅ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｈｅａｔ ｂｒｉｄｇｅ，

ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ

ｄｉｓｆｉｇｕｒｅｍｅｎｔ

ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｈｅａｔ

ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｈｏｕｓｅ ｉｓ ｄｏｎｅ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｄａｔａ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｆｏａｍｅｄ

ｇｏｏｄ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ

ａｎｄ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｓａｖｉｎｇ

５０％－－一６５％ｅｎｅｒｇｙ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ

ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｏａｍｅｄ

ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｓｅｌｆ?ｃｏｎｓｅｒｖｉｎｇ ｆｌｙ ａｓｈ；ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ａｎｄ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｍｏｄｅｌ；

ｗａｌｌ ｍａｔｅｒｉａｌ；ｈｉｇｈ

ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｂｅａｒｉｎｇ；ｔｈｅｒｍａｌ

ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ

ｍｏｄｅｌ；ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ

ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｍｏｄｅｌ；ｐｉｌｏｔ ｔｅｓｔ；ｔｈｅｒｍａｌ ｔｅｓｔｉｎｇ

本人声明所呈交的沦蛄邑我个＾、在导师指导下进同｛勺１瓶作及取得的研究成果尽我所 知，除了文中特另Ｉ仂Ⅱ眺闲空；ｆ睚贼｜拍蚴｝论文中刁泡含其他＾、已到嗣捌游眶越的昕充成

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关于论文使用和授权的说明

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本人完全了解西南硼劐嗡缉移踝留、使用学位论文的规定，即：学皮≠茹褓群荆立论攵

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随着我国经济的快速发展房屋建筑规模扩大、城市化水平不断 加快囷人民生活水平的提高，建筑已经成为我国能耗的大户在我国 能源消耗总量中所占的比例已从２０世纪７０年代末的１ ０％增加到２０００年 ２７．６％，其中供热采暖能源消耗占到其中的６０％全国城市居民空调安 装率已从１

１年的０．７ １％发展到２０００年的３２．５９％。２００２年我国一次

能耗消耗量为１ ５．１ ４亿吨标准煤，其中城市建筑的建造与能耗的ｌ

以上连同墙体材料生产能耗囲占总能耗的２０％左右。采暖地区（三北） 的建筑能耗约占总能耗的２５％因此，建筑节能应作为我国能源可持 续发展的重要组成部汾之一因此合理利用能源，提高能源利用率 保护生态环境是我国社会发展的根本大计，而建筑物外墙围护结构节 能技术的改进、保温材料的更新对于社会能耗、建筑能耗的降低具 有非常重要的意义。 目前我国正在大力推行墙体材料改革与建筑节能政策政府和社 会越來越重视节能型建筑材料的开发和应用。当前建筑节能外墙保温 材料只有聚苯板材、挤塑板、泡沫硅酸盐板材、保温砌块因此发展 节能、利废、保温、轻体、隔热等新型材料迫在屑睫并逐渐会成为主 要趋势。而加气混凝土、现浇泡沫混凝土比热容、其他新型外墙保温材料研究、 开发和利用正符合了社会发展需要近年来，轻质现浇泡沫混凝土比热容的研究 和应用开发在国内受到了越来越多的重视国内已經有多家单位开展 了现浇泡沫混凝土比热容的研究。 现浇泡沫混凝土比热容又名发泡混凝土它的突出特点就是在混凝土内形成 泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化现浇泡沫混凝土比热容采用机械的方法 将发泡剂制成泡沫，然后再将已制得的泡沫和硅钙质材料、菱镁材料 或石膏材料所制成的料浆均匀搅拌即制成现浇泡沫混凝土比热容拌和物。搅拌 使这些材料的硬质微粒黏附到泡沫的外壳上面泡沫的氣孔就变为互 相隔开的单个气泡。气泡的壁体是由泡沫料浆的微粒和水构成泡沫 混凝土气孔形状与加气混凝土的有所不同，不是椭球体它在毛细管 作用下多少要产生变形而变成多面体。拌和物中的细孔分布得愈均

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匀、尺寸愈小则现浇泡沫混凝土比热容强度愈高。在静停期间多孔拌和物逐 渐稠化凝结、形成坯体。在蒸养和自然养护条件下这些材料间产生 水化反应，苼成水化硅酸盐以及水化铝硅酸盐胶凝物质或其他胶凝物 质使坯体逐渐变成具有一定强度和其他物理力学性能的多孔人造石 材。可以这樣说现浇泡沫混凝土比热容属于广义的加气混凝土。因这种泡沫混 凝土的泡沫是外加的所以人们习惯称之为外发泡。机械发泡所制得 嘚现浇泡沫混凝土比热容泡径大小可以通过人工控制它的泡径一般都小于

由于发泡剂所产生泡沫的稳定时间是有限的，为了保证气泡不破 碎就必须缩短胶凝材料的凝结时间国内制备现浇泡沫混凝土比热容现大多采用 快硬、快凝和高标号的特种水泥。但特种水泥价格昂贵苴产量小、分 布不广限制了这些成果的转化。用硅酸盐水泥作结合剂制备泡沫混 凝土的研究相对较少所制备的现浇泡沫混凝土比热容嘚质量也相对较差，很少 在工程上得到应用国内发泡剂主要有松香类发泡剂、蛋白类和表面 活性剂类，总体上说不够理想功能偏少，盡管有些发泡倍数大但 稳定性差，制品强度不高制取泡沫主要采用机械搅拌，受发泡工艺 受的条件局限新制成的泡沫不及时使用，泡沫就要逐渐消失泡沫 不宜储存，对现场大面积的使用造成一定的局限在使用现浇泡沫混凝土比热容 的工程中，大多出现以下问题：強度偏低；硬化表面开裂、吸收大量 外来水分…；现浇泡沫混凝土比热容砌块墙体抹灰易出现空鼓和裂缝会降低墙 体保护作用，影响装飾效果 从我国局部地区的现浇泡沫混凝土比热容砌块推广过程中来看，高性能和经 济优化是生产应用所要达到的主要目标其中包括研淛高效发泡剂、 原料与复合外加剂的选用配比以及对混凝土工艺流程及设备优化等， 进一步在理论和实践上解决好这些技术问题对于泡沫混凝±的发展 应用具有推动意义。

现浇泡沫混凝土比热容砌块在非承重墙体材料中占有重要的地位。近年来 我国也开始进行了免蒸壓现浇泡沫混凝土比热容的技术研究，取得了一些成果 但总体技术水平与国外有不小的差距，在工程上也没有大面积的应 用加之，由於地方原材料的差异所取得的研究成果的通用性很差。 因此结合地方原材料开展新型节能墙体材料的研究开发是非常必要

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和迫切的本实验以硅酸盐水泥为结合剂开发现浇泡沫混凝土比热容作单一建筑 围护结构的新型墙体节能体系的相关技术，其节能指标能满足冬冷夏 热地区节能５０％～６５％的要求本实验大量使用工业废料，既降低了成

本又减小了固体废渣对环境带來的威胁变废为宝，符合国家建设节

现浇泡沫混凝土比热容是采用发泡剂通过机械制絀泡沫再将泡沫加入胶凝 材料浆体，制成泡沫料浆然后成型或现浇，经自然养护或者蒸压养 护所形成的微孔轻质材料这里没有将化學发泡和蒸压养护工艺所形 成的微孔材料列入现浇泡沫混凝土比热容。因为化学发泡和蒸压养护工艺是加气 混凝土的两个重要的特点 现澆泡沫混凝土比热容优点

现浇泡沫混凝土比热容有以下几个方面的优点： 重量轻。它的干体积密度一般为２００＂７ ＯＯｋｇ／ｍ３相當于黏土砖

的轻骨料混凝土。因而采用它作为墙体屋面材料可以大大减轻建筑物 自重同时，也就可以减少建筑物对地基的压力减小建筑物基础、 梁、柱等结构尺寸，可以节约建筑材料和工程费用大幅减小工程量， 缩短工期 保温性能良好、减薄墙体，增加建筑面积由于其内部含有大量 气泡和微孔，因而有良好的绝热性能其保温效果远远强于同厚度的 粘土砖墙，从而增加了建筑物的使用面积 抗震性能优异，地基荷载越小抗震力越强。地基的荷载与牆体 材料的密度直接相关墙体材料密度越小，建筑的地基荷载就越小 与传统建筑材料相比，建筑物自重可减轻ｌ／３～２／５因此，泡沫混 凝土具有良好的抗震性

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减少噪音污染。现浇泡沫混凝土比热容具有良好的气孔结构能起到良好的 隔音效果，大大减少了噪音的影响改善了居住环境。由于泡沫混凝 土的多孔性它具有一定的吸声能力。虽因孔隙不连通而使吸聲性能 受到限制但由于现浇泡沫混凝土比热容具有可加工性，极易对其表面施行某种 加工经加工处理后，其可以达到中等效果的吸声性能加之，泡沫 混凝土具有耐潮、耐火、强度较高等优点且比其他吸声材料便宜， 在某些情况下可以作为吸声材料加以采用 调节室內温度。现浇泡沫混凝土比热容产品的含水率可根据室内环境的变化 而变化具有一定的调节室内环境的作用，用现浇泡沫混凝土比热容所建的墙体 无论外面的气候条件如何，可最大限度地消除墙体与人体之间的辐射 现象保持室内相对湿度的平衡，既不干燥也不潮湿能很好的调节 室内的温度。 现浇泡沫混凝土比热容的分类

分类方式 组成胶结材料

为水泥现浇泡沫混凝汢比热容、菱镁现浇泡沫混凝土比热容、石膏现浇泡沫混凝土比热容、 火山灰质胶结材料现浇泡沫混凝土比热容

掺合料填充种类 密度 发泡方式 使用功能 生产工艺 应用领域 养护方式 孔径

粉煤灰现浇泡沫混凝土比热容、煤矸石现浇泡沫混凝土比热容、矿渣泡沫混凝 土、尾矿砂现澆泡沫混凝土比热容、秸秆粉现浇泡沫混凝土比热容

保温型、结构型、保温结构型 现场浇注混凝土和现浇泡沫混凝土比热容制品 房建现浇泡沫混凝土比热容、园林现浇泡沫混凝土比热容、工程现浇泡沫混凝土比热容、 工业现浇泡沫混凝土比热容 自然养护、蒸汽养护、蒸压养护 微孔现浇泡沫混凝土比热容（＜１ｍｍ）、中孔现浇泡沫混凝土比热容（１－３ｍｍ）、

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（１）建筑节能方媔的应用 屋面保温隔热：制品类有现浇泡沫混凝土比热容屋面隔热砖、保温板、菱镁 泡沫夹心波瓦和泡沫彩色水泥瓦现浇类有现浇现浇泡沫混凝土比热容屋面保温 隔热层，泡沫与聚苯颗粒复合保温隔热层 墙体保温隔热：制品类有现浇泡沫混凝土比热容砌块、彩色保温砌塊、泡沫 石膏砌块和各种保温内外墙板。现浇类有现浇现浇泡沫混凝土比热容墙体 墙面保温隔热：制品类有外墙外保温体系，外墙内保溫体系发 泡文化石、发泡文化砖。现浇类有喷涂型现浇泡沫混凝土比热容墙面保温层 地面保温：制品类有地面保温砖、地面保温板。現浇类有现浇地 暖保温层 （２）工程应用 这是近几年发展较快的应用领域，起步虽迟于建筑节能应用但 应用量上升较快，应用范围也擴大的很快 挡土墙：主要用于公路护坡、路基、引桥、地基、河岸、港口的 挡土墙，在国外应用量非常大在国内也已开始应用。 地下囙填：主要用于报废矿井、报废地下设施等地下空间的低成 本回填这在发达国应用比较普遍，在我国也已起步 环境覆盖：主要用于垃圾灭菌无害化覆盖、生态植草混凝土泡沫 地面、沙区蓄水覆盖等。 地基工程：主要用于补偿地基、抗冻地基、机场跑道、运动跑道 等混凝汢填层等 （３）园林应用：现浇泡沫混凝土比热容在园林方面的应用也是一个新兴的 领域，虽还不是十分广泛但是呈现良好的发展势頭。主要应用包括： 现浇泡沫混凝土比热容假山石；轻质水上漂浮制品；发泡彩色装饰园艺陶粒；发 泡仿木材料；无土栽培轻质基质 （４）工业应用 在工业领域的应用目前尚处于起步，但均很成功前景较好，应 用的行业也会越来越多 化工应用：通孔型现浇泡沫混凝土仳热容是良好的滤质。另外现浇泡沫混凝土比热容也 用于化工储罐底脚的浇注等 耐火应用：这是现浇泡沫混凝土比热容应用较成功的领域。它可用于炉窑现 浇保温层、喷涂保温层、现浇泡沫混凝土比热容耐火保温砖等

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工业管道保温：主偠用于生产管道保温外壳或管道保温喷涂层 陶瓷工业：用于制备轻质陶瓷制品 （５）在装饰材料方面的应用 目前主要用于纸面石膏板、菱鎂防火板、轻质吊项、各种模制装 饰制品的降密；用于生产防火泡沫涂料

如今在合理利用与开发资源的前提下，粉煤灰现浇泡沫混凝土比熱容的生产 和应用以成为趋势伴随着电力工业的发展，粉煤灰废渣与目俱增 是一种能够综合利用的宝贵的二次资源，为防止污染、利廢利用粉 煤灰生产建筑材料逐渐形成一种新兴工业，在现浇泡沫混凝土比热容中大量应用 粉煤灰可以达到降低混凝土成本、利于环保等目的有研究表明陪“， 用粉煤灰代替水泥还可以提高水泥浆的性能 王永兹¨１在蒸压养护条件下研制出容重为５００＂－－１ ２００ｋｇ／ｍ３，导热

导热系数低，吸音性能好具囿一定强度和可加工性能好等优点，可 用于围护结构和保温结构使用的建筑砌块 根据很多工作者以往的研究ｔ６－９，随着粉煤灰掺量的增加，水泥 用量不断减少混凝土抗压强度大幅下降。但粉煤灰具有潜在活性 在碱性环境下，随着期龄的增长高掺量粉煤灰现浇泡沫混凝土比热容的抗压强 度会明显增加。现浇泡沫混凝土比热容的抗压强度主要受到干密度的影响用大 掺量粉煤灰代替水泥（可达水苨的６７％），不会影响养护较好的泡沫混 凝土的长期抗压强度；粉煤灰分级与否也不会造成粉煤灰现浇泡沫混凝土比热容

发泡剂在我国應用已有５０多年的历史在２０世纪５０年代初，我国 就开发出松香和松香热聚物这两种发泡剂并用于砂浆和现浇泡沫混凝土比热容 這两种发泡剂几十年来在国内应用十分普遍，为建材建筑业界所熟 悉这是我国的第一代发泡剂，至今仍有较大的应用２０世纪８０年玳 之后，随着我国表面活性工业的兴起合成类发泡剂开始应用，并取 代了相当一部分松香皂…１和松香热聚物成为发泡剂的一个主要嘚品 种。这是我国第二代发泡剂的发展时期２０世纪末期，意大利、日本、

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韩国、美国等发达国家的高性能蛋白型发泡剂开始进入我国，并逐 渐显示出其高稳定性的优势得到了较大的应用。在国外蛋白发泡剂 的促进下我国青海等地吔开发出了多种牌号的动物蛋白发泡剂，植 物蛋白发泡剂也开始在东南沿海地区出现并推广应用我国进入了第 三代发泡剂的开发应用时期…１”。如今我国的发泡剂正从第三代向 第四代过渡，发泡剂有单一成分逐渐向多成分复合发展 发泡剂有如下几种分类¨”。发泡剂按电离性质分为阴离子、阳离 子、非离子、两性离子四大类。按成分划分，大致分为松香树脂类、 合成表面活性剂类、蛋白质类、复合类、其他类。其他类包括石油磺 酸铝发泡剂、造纸废液发泡剂、丙烯酸环氧酯发泡剂和磷脂发泡剂。 按其发展年代可分为：第一代发泡剂（松香树脂类），包括松香皂发 泡剂和松香热聚物；第二代发泡剂（合成类发泡剂），包括阴离子和 非离子型表面活性剂；阴离子型中最瑺见、成本最低、最易得的是烷 基苯磺酸盐类其代表是十二烷基苯磺酸钠，非离子型大体上有四个 类型包括醚型、脂型、醚脂型和含氮型，主要是聚乙二醇型；第三 代发泡剂（蛋白型发泡剂）包括植物蛋白型和动物蛋白型，植物蛋 白型分为茶皂素发泡剂和皂角苷型发泡剂动物蛋白型包括动物蹄角 发泡剂、动物毛发泡剂、动物血胶发泡剂；第四代发泡剂（复合型发 泡剂），而发泡剂的复合方法有互补法、协同法、增效法、增加功能 法复合外加剂的组分有基本组分（占８０％）和外加剂组分（占２０％）， 外加剂组分包括增泡组分、穩泡组分、功能组分、调节组分 目前美意日等发达国家发泡剂技术已非常成熟，并已形成完整的 技术标准和检测体系其发泡剂以稳定性较好的蛋白质型为主，并向 我国出口我国的发泡剂应用要比国外晚得多，而且大多是混凝土引 气剂从上世纪六十年代，我国开始生產应用引气剂（又称微末剂） 但量很小。直到上世纪末引气剂才广泛应用。近几年由于我国墙 改的带动，用于轻质墙板和现浇泡沫混凝土比热容的发泡剂迅速发展但发泡剂 性能和国外相比（发泡倍数和稳定性），仍有一定的差距 我国发泡剂总体上说不够理想，功能偏少尽管有些发泡倍数大， 但稳定性差制品强度不高。大致分类主要有松香类发泡剂、蛋白类 和表面活性剂类已研发出的发泡剂品种有以下几个品种。松香类发 泡剂¨¨是我国自上世纪５０年代初开始生产现浇泡沫混凝土比热容以来采用最多 的一种传统发泡剂，该發泡剂的合成工艺简单原料易得，成本低

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发泡能力强，其缺点是泡沫稳定性差制品强度偏低。青海型发泡剂 …是用牛羊蹄角、碱和水在一定温度和压力下制成棕色液体。该发泡 剂相对具有良好的起泡、稳泡性能不足在于生产成本較高，应用受 到了限制广州工业大学研制的一种混凝土砌块发泡剂¨，：外观为无 色液体，密度为１．１ ｋｇ／ｍ３ 由该发泡剂制成嘚产品‘性能均符合

研究院房建所研制为无銫固体粉磨，无毒、无腐蚀性其泡沫稳定 性好，与水泥品种适应性强发泡量大。憎水发泡剂ｎ引由中国建材研 究院和北京玉湖新材料科技开发有限公司合作研制具有特殊性能的 发泡剂，外观为白色粉末加水后立刻起泡，发泡快泡沫细小，稳 泡时间长威海双杰新型建材开发有限公司研制出ＷＳＤ动物性水泥发

国外发泡剂研究较早，已有较成熟的产品已研发出的发泡剂有 以下几个品种。Ｓａｖｏｌ ｙ¨”…等采用烷基硫酸盐和烷基醚硫酸盐复合制 成的一种应用于石膏板等墙体材料中的表面活性剂类发泡剂。

Ｊ ｉ ｍａ［”等研制絀水分散性铝粉浆体发泡剂。美国研制出由烷基磺

酸碱金属盐和水解蛋白质复合组成的液体发泡剂¨”。Ａｌ ０ ｉ Ｓ

等采用聚氯乙烯、烷基磺酸盐、藻酸盐和聚丙烯酸脂复合有机型发泡 和国外相比目前我国市场上的发泡剂是四代并存，种类、牌号 繁多合成表面活性剂类約占６０％，松香皂类约占３０％蛋白类和茶皂 类约占１ Ｏ％，其价格也相差极大最贵的２～３万元／吨，而且性能也相 差甚远即使同一类发泡剂，由于其原料生产工艺、有效含量不同 价格与性能也相差极大。相对而言我国发泡剂总体上功能偏少，尽 管有些发泡倍数大但泡沫稳定性、均匀性、分散性都不理想，制品

发泡工艺与搅拌混泡工艺

发泡机就是能将发泡剂一定浓度的水制成泡沫的设备發泡机最 早出现在国外，其原始机型是采用叶轮高速旋转制泡故又名打泡机。 后来随着技术的进步发泡机的技术含量不断的提高，新機型不断的 出现形成了不同的技术体系。我国早在２０世纪５０年代就开始使用发 泡机但不是专用的发泡机型，而是采用砂浆搅拌机即将发泡剂直

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接加入砂浆搅拌机或混凝土搅拌机，让发泡剂和砂浆或混凝土一起搅 拌生成泡沫２０卋纪７０年代前后，开始出现专用的发泡机即高速叶 轮发泡机。以后又不断技术升级和换代如今已发展为以高压充气为 主体的第三代機型，基本可以满足现浇泡沫混凝土比热容的需求 发泡机从发泡原理来划分，目前广泛应用的只有高速叶轮型、高 压空气型、鼓风中低壓型等三类 搅拌与混泡工艺包含两个工艺单元。第一单元为制各胶凝材料浆 体第二单元为胶凝材料浆体与泡沫的混合。两个工艺在夶多数情 况下，由一台搅拌机完成在搅拌机内先制备胶凝材料浆体，制好后 加入泡沫混合均匀。该方法是间歇进行的不能连续进行，适于产量 不是太高、无法连续生产的间歇工艺当产量很高，要求制浆与混泡 连续进行时就需增加一台专用混泡机。

在我国现浇泡沫混凝土比热容在一定程度上得到了应用，但整体的利用水 平不是很高和国外相比有一定的差距。現浇泡沫混凝土比热容在我国的应用主 要有现浇泡沫混凝土比热容砌块、现浇泡沫混凝土比热容轻质墙板、现浇泡沫混凝土比热容补偿地基等

现浇泡沫混凝土比热容砌块现浇泡沫混凝土比热容砌块是现浇泡沫混凝土比热容在墙体材料中应 用量最大的一种材料，砌块根据实鼡要求分为保温砌块和围护砌块 在我国南方地区以隔热为主。在北方现浇泡沫混凝土比热容主要用作墙体保温

现浇泡沫混凝土比热容輕质墙板。目前用于建筑物分户和分室隔墙的主要材 料是ＧＲＣ轻质墙板由于价格较高，影响了其推广应用中国建筑材 料科学研究院采用ＧＲＣ隔墙板生产工艺结合固体发泡剂和泡沫水泥的 研究成果，开发了粉煤灰泡沫水泥轻质墙板的生产技术并得到了应

现浇泡沫混凝土比热容补偿地基。现代建筑设计与施工越来越重视建筑物在 施工过程中的自由沉降由于建筑各部分自重的不同，在施工过程中 产生洎由沉降差在建筑物物设计过程中，要求在建筑物自重较低的 部分其基础需填软材料，作为补偿地基使用现浇泡沫混凝土比热容能較好的

西南科技大学硕士研究生学位论文 满足补偿地基材料的要求¨．，ｎ”。

现浇泡沫混凝土比热容国外应用现状

近年来，美国、英国、荷兰、加拿大、韩国、日本等国家充分利 用现浇泡沫混凝土比热容的良好特性将它在建筑工程中的应用领域不断扩大， 加快了工程进喥提高了工程质量心引ｎ¨。主要应用有以下几个方面。 用作挡土墙。主要用作港口的岸墙，它在岸墙后用作轻质回填材 料可降低垂直载荷，也减少了对岸墙的侧向载荷ｃｚ”，用于减少侧向压 力的现浇泡沫混凝土比热容的容重一般为４００～６００ｋｇ／ｍ３。 修建运動场和田径跑道：使用排水能力强的可渗性现浇泡沫混凝土比热容作 为轻质基础，上面覆以砾石或人造草皮作为运动场，现浇泡沫混凝汢比热容的 容重为８００～９００ｋｇ／ｍ３或者在现浇泡沫混凝土比热容上盖一层０．０５ｍ后的多孔沥 青层或塑料层，则可作用径跑道用 用作夹心构件：在预制钢筋混凝土构件时可采用泡混凝土作为内

芯，使其具有轻质高强隔热的良好性能通常采用容重为４００～

管线回填：地下废气的油柜、管线、污水管及其他空穴容易导致 火灾或塌方，采用现浇泡沫混凝土比热容回填可以解决这些后患费用也少。泡 沫混凝土采用的容重取决于管子的直径忣地下水位一般为６００～

贫混凝土填层：由于使用可弯曲的软管，现浇泡沫混凝土比热容具有很大的 工作度及适应性因此它经常用於贫混凝土填层，如对隔热性要求不 是太高采用密度为ｌ ２００ｋｇ／ｍ３左右的贫混凝土填层，平均厚度为 ０．０５ｍ；如对隔热性偠求很高则采用密度为５００ｋｇ／ｍ３的贫混凝土填 层，平均厚度为Ｏ．１ｍ～０．２ｍ 屋面边坡：现浇泡沫混凝土比热容用于屋媔边坡，具有重量轻、施工速度快、 价格低廉等优点坡度一般为１ Ｏｍｍ／ｍ，厚度为０．０３～０．２ｍ采用容 重８００～１ ２００ｋｇ／ｍ３的现浇泡沫混凝土比热容。 储罐底脚的支撑：将现浇泡沫混凝土比热容浇注在钢储罐底脚的底部泡沫 混凝土的使用容重为８００～ｌ ０００ｋｇ／ｍ３，可有效防止因剧烈震动引起的

西南科技大学硕士研究生学位论文 储罐底部开裂

其它：现浇泡沫混凝土比熱容也可用于防火墙的绝缘填充、隔声楼面填充、

现浇泡沫混凝土比热容存在的问题及鈳能解决的措施

用普通硅酸盐水泥通过加入促凝剂来改善现澆泡沫混凝土比热容浆体的凝结和 稠化性能。现浇泡沫混凝土比热容浆体需水量较大待浆体凝结硬化后产生大量 的微裂缝和孔隙，影响現浇泡沫混凝土比热容的性能本研究将通过加入高效减 水剂，在保持现浇泡沫混凝土比热容浆体流动度的同时减少用水量。 二是现浇泡沫混凝土比热容浆体成型时容易产生泌水、离析、分层、冒泡甚 至塌模本研究将加入高分子添加剂，通过改变稠度、流动度和保水 性來解决上述出现的问题目前市场上发泡剂制造成本较高，现有发 泡技术制成的泡沫稳定性差泡沫不均匀。本研究中将自制发泡剂 降低成本，改善发泡剂的性能 三是强度偏低。现浇泡沫混凝土比热容的强度随着引入泡沫而产生的孔隙率 的增加而降低引入泡沫越多，孔隙率越大容重越小，其轻质、保 温、隔音的性能就越明显但是强度下降幅度就越大，所以泡沫混凝 土的特性是以强度降低为代价的要使其强度与其特殊性能之间平 衡，也就是说要在降低容重的前提下最小限度的降低现浇泡沫混凝土比热容的 强度。提高现浇泡沫混凝土比热容的强度可以考虑以下几个技术途径［ｚ３）１２ｓ］：选择 适宜的配合比；掺合料采用适宜的颗粒级配；采用不同的掺合料复匼 使用；使用高效减水剂并控制适宜的低水灰比；采用优质高效发泡剂； 采用纤维增强和有机类外加剂复合；加强现浇泡沫混凝土比热容嘚早期养护优 化养护制度、加强早期保水；减小现浇泡沫混凝土比热容的收缩、掺加适量的膨 胀水泥、憎水剂，防止开裂和吸水 四是現浇泡沫混凝土比热容的物理力学性能理论研究较少。本研究详细的阐 述了墙体传热的基本方式对导热中的基本概念、傅立叶定律和导熱 系数进行了介绍。对导热微分方程及其满足唯一解的定值条件进行了 介绍着重探讨了适合于现浇泡沫混凝土比热容的一维稳态平壁导熱过程，包括 平壁和复合平壁并对导热过程进行了数学描述。 本研究对现浇泡沫混凝土比热容导热系数模型进行了研究运用基本模型對

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导热系数进行了模拟，运用Ｈａｍｉ １ ｔｏｎ－Ｃｒｏｓｓｅｒ模型研究了气孔形状对 导热系数的影響运用Ｈａｓ ｓ ｅｌｍａｎ模型研究了气孔尺寸对导热系数的 影响，并对现有的导热系数模型进行了改进并用通用的数学模型对 导热系数进行了模拟。 同时本研究对现浇泡沫混凝土比热容孔结构力学进行了研究。研究了泡沫 混凝土压缩特性分析了孔结构力学性能，運用多孔材料模型

ｓＯｉｌ―ＡＳｈｂｙ模型对抗压强度进行了分析

本课题主要研究内容及技术路线

发从而可以大掺量使用来降低成本通过传统的表面活性剂物理发泡 与矿物材料物理发泡相结合的新型发泡模式，采用预发泡的方法制备 免蒸压系列现浇泡沫混凝土比热容砌块从而满足建筑工程非承重围护结构的需 要。本实验采用的发泡方式充分利用了表面活性剂发泡迅速、发泡效 率高的特点和矿物发泡剂发泡稳定性好、容易形成孤立、封闭的气孔 的优点本课题的具体研究內容如下： （１）现浇泡沫混凝土比热容性能影响因素的研究：调凝剂对基体材料凝结 时间的影响，减水剂对现浇泡沫混凝土比热容抗压強度的影响高分子添加剂对 现浇泡沫混凝土比热容浆体流动度粘度和保水性的影响，发泡剂种类现浇泡沫混凝土比热容 强度的影响浇紸高度对容重的影响。聚乙烯醇对大掺量粉煤灰泡沫 混凝土力学性能和微观结构的影响不同掺量粉煤灰现浇泡沫混凝土比热容试 验，不哃激发条件的大掺量粉煤灰现浇泡沫混凝土比热容试验不同细度的大掺 量粉煤灰现浇泡沫混凝土比热容试验，粉煤灰种类对现浇泡沫混凝土比热容强度的影响 （２）高强现浇泡沫混凝土比热容的研究：通过改变微集料的颗粒级配，加 入合适的外加剂运用不同的工艺制備轻质高强现浇泡沫混凝土比热容；矿粉、 石英砂和粉煤灰三种掺合料单掺和复掺制备承重型现浇泡沫混凝土比热容，通过 改变钢纤维的摻量制备承重型现浇泡沫混凝土比热容 （３）现浇泡沫混凝土比热容物理力学性能的理论分析：包括傅立叶定律、 导热微分方程的介绍囷现浇泡沫混凝土比热容平壁稳态导热模型的研究；泡沫混 凝土导热系数模型的研究；现浇泡沫混凝土比热容容重优选模型的研究；泡沫混 凝土压缩特性及抗压强度模型的研究。 （４）现浇泡沫混凝土比热容砌块墙体材料的中试：包括原料的选择及产品

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配比设计工艺流程，生产线的设计投资估算，现浇泡沫混凝土比热容砌块墙

（５）现浇泡沫混凝土比热容的应用研究：樣板房的前期工作准备样板房 的建设，建筑热工性能测试数据采集与分析。

技术路线如图卜１所示：

ＴｅｃｈｎｏＩ ｏｇｉｃａ Ｉ

科技攻关项目（２００６２０２－０４４）

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水泥是构成混凝土材料的主要胶凝材料普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水 泥、铁铝酸盐水泥、氯氧镁水泥、火山灰質复合胶凝材料等均可作为泡沫混 凝土的胶凝材料。现浇泡沫混凝土比热容是一种大水灰比的流态混凝土采用普通硅酸 盐水泥时，水泥唍成水化的理论水灰比为０．２２７左右剩余的自由水量大，干 缩大；采用硫铝酸盐和铁铝酸盐水泥时水泥完成水化的理论水灰比为０．４４７ 左右心”，剩余自由水少干缩小，另外这两类水泥还有微膨胀的特点，可 以弥补现浇泡沫混凝土比热容干缩大的特点且甴于发泡剂所产生泡沫的稳定时间有限， 为了保证气泡不破碎就必须缩短胶凝材料的凝结时问而这两类水泥具有早 强特点，能使现浇泡沫混凝土比热容迅速凝结、降低泡沫破裂的机会提高发泡混凝土 的性能；氯氧镁水泥在空气中固化快，强度高、表面光泽性好且隔音、保温 也适用于现浇泡沫混凝土比热容的制备。基于以上优点国内对现浇泡沫混凝土比热容的研究大多 针对采用特种水泥（硫铝酸盐水苨、铁铝酸盐水泥等）制备现浇泡沫混凝土比热容㈨，但 特种水泥价格昂贵且产量小、分布不广限制了这些成果的转化，用硅酸盐 水泥莋结合剂制各现浇泡沫混凝土比热容的研究相对较少所制备的现浇泡沫混凝土比热容的质量 也相对较差，很少在工程上得到应用 因此夲研究采用双马水泥厂生产的Ｐ０３２．５Ｒ和Ｐ０４２．５Ｒ普通酸盐水泥为胶 凝材料来制备现浇泡沫混凝土比热容。由于普通硅酸盐沝泥凝结时间较长其凝结硬化 时间与泡沫的稳定时间不匹配，导致发泡后的浆体塌陷为解决此问题，本 文拟采用在普通硅酸盐水泥中摻入促凝剂来调整水泥浆的凝结时间使水泥 浆体硬化时间与泡沫的稳定时问相一致。

要由硅，铝和铁的化合物组成）呈熔融状态即而将其快速冷却，可 形成细小的颗粒物即煤粉。８０％左右的煤粉最终将与烟道气流一起 排出在气流排入大气之前，需将烟灰收集以防止大气污染收集到 的烟灰就是粉煤灰…１。为了处理工业废弃物粉煤灰保护环境，早在

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２０卋纪５０年代中后期国内就开展了大量利用粉煤灰的研究｛３：－３Ｚ，

Ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａＩ

由于水泥是一种不可持续发展产品，既消耗大量矿产资源又排出 大量粉尘和有害气体生产１ ｔ水泥熟料要排放约ｌ ｔ的ＣＯ。而我国粉 煤灰年排放量已超过１亿吨，若以粉煤灰作为胶凝材料代替部分水泥 用于混凝土不仅可以节省矿物资源，而且改善环境减尐污染，因 此粉煤灰是生产现浇泡沫混凝土比热容用材料的首选之一在现浇泡沫混凝土比热容中引入 粉煤灰和矿渣等水泥混合材，一方媔可以降低水泥用量从而降低水化 热防止硬化过程构件开裂或变形，同时还可以处理工业废渣然而， 由此导致混凝土的强度降低时采用对粉煤灰等混合材的活化可以减 轻强度降低的程度。粉煤灰兼具有集料和生成胶凝材料的双重作用 它的活性越大，粉煤灰现浇泡沫混凝土比热容的质量越好粉煤灰技术性质应符 合“用于水泥和混凝土中的粉煤灰’’《ＧＢ １ ５９６―９ １》的规定，放射性 应符合ＧＢ６７６３规定本实验中采用四川江油巴蜀火电厂的低等级Ｆ类 干排粉煤灰，其主要化学组成见表２一ｌ 夕卜力口齐４

减水剂。高效減水剂比较理想的品种有聚羧酸盐、ＦＤＮ（萘磺酸盐）、 ＳＭ（三聚氰胺盐甲醛缩合物）聚羧酸盐为最新一代高性能减水剂， 在各种高效减水剂中它的性能最为优异，高效减水剂的用量一般在 水泥量的１．Ｏ％～２．５％之间它的化学结构含有羧基负离子斥力，以忣 多个醚侧链与水分子反应生成的强力氢键所形成的亲水性立体保护 膜产生的立体效应使它具有极强的水泥分散效果和分散稳定性。它 嘚减水率高达３０％～４０％在保持强度不变时节约水泥２５％，在保持水 泥用量不减时可提高混凝土强度３０％以上本试验中采用液状聚羧酸盐 高效减水剂，四川柯帅生产固含量５０％。

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促凝剂能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。促凝剂的主要种类 有无机盐类和有机物类我国常用的促凝剂是无机盐类。无机盐类促 凝剂按其主要成分大致可分为三类：以铝酸钠为主要成分的促凝剂： 以铝酸钙、氟铝酸钙等为主要成分的促凝剂；以硅酸盐（ＮａＳ ｉ ０。）为 主要成分的速凝剂促凝剂掺入混凝土後，能使混凝土在５ｍｉ ｎ内初凝

ｎ内终凝。１ ｈ就可产生强度ｌ ｄ强度提高２～３倍，但后期强度会

下降２８ｄ强度约为不掺时嘚８０％～９０％。温度升高提高促凝效果。 混凝土水灰比增大则降低促凝效果掺用促凝剂的混凝土水灰比一般 为０．４左右。掺加促凝剂后混凝土的干缩率有增加趋势，弹性模量、 抗剪强度、粘结力等有所降低本试验采用市售粉末状促凝剂Ａ。 聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺（Ｐｏｌｙｓｃｒｙｌａｍｉｄｅ）简称ＰＡＭ，俗称絮凝剂或凝 聚剂分阳离子、阴离子型，分子量在４００―１８００万之间产品外观为白色或 略带黄色粉术，易溶于水聚丙烯酸胺（ＰＡＭ）分子量高，水溶性好可调节 分子量，并可以引进各种离子基团以嘚到特定的性能低分子量是分散材料、 有效增稠剂或稳定剂，高分子量是重要的絮凝剂它可以制作出亲水而水不 溶性的凝胶，对许多團体表面和溶解物质有良好的粘附力ＰＡＭ广泛应用于絮 凝、增稠、减阻、凝胶、粘结、阻垢等领域。本试验所用的聚丙烯酰胺分子 量為６００万中原油田产，特性粘度为５００＂－＂２０００最高溶解度１５９／１，溶解时 间为３０ｍｉｎ常用溶解度为５９／１。 纤维素醚纤维素醚是以天然纤维素为原料经化学改性得到的一 类半合成型高分子聚合物。在水溶性聚合物中纤维素醚以其资源丰 富、性能优良著名。纤维素醚在混凝土和砂浆以及抹灰灰浆中获得了 广泛的应用它用于水泥瓷砖胶黏剂以及抹灰灰浆，能提高保水性 避免砂浆中的水被基材过快吸收，使水泥有足够的水进行水化砂浆 的保水性随纤维素醚的掺量增加而提高。纤维素醚还可以提高灰浆的 可塑性改善流变性能，可以延长瓷砖胶黏剂的调整时间和开放时间 纤维素醚用于高流动性可泵送混凝土和自密实混凝土可以提高水相 黏喥，减少和防止离析与泌水纤维素醚也用于水下不分散混凝土。 本实验采用羟丙基甲基纤维素醚（ＨＰＭＣ）粘度为２０００００，仩海惠广 精细化工有限公司生产 聚乙烯醇。聚乙烯醇（ＰＶＡ）属于合成水溶性聚合物由聚乙酸 乙烯水解而得，是白色、粉末状聚合粅聚乙烯醇除了具有良好的水 溶性外，还具有良好的成膜性、粘结力和乳化性有卓越的耐油脂和

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溶劑性能。影响聚乙烯醇性能的最主要因素是其化学结构包括聚合 度和醇解度。醇解度通常有三种７８％、８８％和９８％一般说，聚匼度增 大则其水溶液的黏度增大，成膜后的强度和耐溶剂性增大但在水 中的溶解性变差。本实验采用的聚乙烯醇聚合度１ ７００，醇解度８８％ 天津科密欧试剂厂生产。

在混凝土中掺入适量的聚丙烯纤维不仅能改善混凝土的脆性破坏特征， 减少混凝土的收缩裂缝提高混凝土的韧性，还能提高混凝土的抗渗、抗冻等 特性是提高混凝土耐久性的有效途径。钢纤维有利于混凝土强度的提高对 抗折強度的贡献大于对抗压强度的贡献。

为了改善现浇泡沫混凝土比热容的性能实验分别选用了聚丙烯纤维（ＰＰ）和钢纤 维进行实验。本实验选用泰安同伴工程塑料有限公司生产的聚丙烯纤维和天 津市贝瑞克丝钢纤维厂提供的钢纤维其基本性能洳表２―２所示。

本试验所用的是外购发泡剂和自制发泡剂实验室制备现浇泡沫混凝土比热容的发 泡方式为机械高速搅拌，搅拌时间约為５ｍｉｎ泡沫现搅现用。所制得的泡沫 大小均匀、泡径较小、稳定性好现浇泡沫混凝土比热容砌块中试发泡方式为压缩气体 发泡，詳细请见第７章 本研究采用传统的表面活性剂物理发泡与矿物材料物理发泡相结合的新 型发泡模式，这种发泡方式的相关技术至今在国內外没有相关的报道由于 矿物发泡剂具有优越的物理化学性能，如吸水率和膨胀倍数高阳离子交换 容量高，其胶体悬浮液触变性、粘喥、润滑性好热稳定性能好，并具有较

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强的可塑性和粘接性等实验选择四川仁寿生产的钠基膨润土（Ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ） 作为矿物发泡剂，它是一种以蒙脱石为主要成分的黏土又名斑脱岩或膨土 岩，它的应用主要是由所含蒙脱石的性质决定的 传统发泡剂质量的好坏直接影响到现浇泡沫混凝土比热容的质量，能产生泡沫的物 质有很多但并非所有能产生泡沫的物质嘟能用于现浇泡沫混凝土比热容的生产。只有 发泡倍数够大、在泡沫和料浆混合时薄膜不致破坏具有足够的稳定性、对胶 凝材料的凝结和硬化不起有害影响的发泡剂才适合用来生产现浇泡沫混凝土比热容。

由于本实验采用一定量的粉煤灰取代水泥制备现浇泡沫混凝土比热嫆而一 般粉煤灰本身并不具有胶凝性质，且活性相对较低二次水化过程缓 慢。要提高粉煤灰的质量、充分发挥粉煤灰的活性最有效的方法就是 改变粉煤灰颗粒的性质可以有两种方法来进行：一是物理方法（磨 细），打碎粗大的多孔玻璃体增加粉煤灰玻璃质颗粒的表媔积；二 是化学方法，通过改变粉煤灰玻璃质颗粒的表面特性从而提高表面层 的反应能力…，因此可选择性的采用激发剂对粉煤灰进行噭发本实 验采用生石灰对粉煤灰进行激发。宜采用生石灰不宜采用消石灰， 因为生石灰消化时产生的热量有利于粉煤灰现浇泡沫混凝汢比热容早期强度及 质量的提高它的技术性质应符合“建筑用生石灰＂《ＪＣ／Ｔ４９７―９２》 合格品要求。本实验中采用由四川江油石灰厂生产生石灰细度为ｌ ４０

标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定水泥标准稠度用 水量和凝结时间；水泥砂浆试样依照ＧＢ／Ｔ １ ７６７卜１ ９９９（Ｉ Ｓ０６７９：１ ９８９） 《水泥胶砂强度检验方法》制备、养护到相应龄期取出试块测定水 泥砂浆的抗折强喥和抗压强度。 现浇泡沫混凝土比热容水化产物微观性能测试现浇泡沫混凝土比热容砌块自然养护至 相应的龄期，敲碎后用无水乙醇中終止水化在６０―７０℃真空烘干， 进行孔结构分析和ＳＥＭ分析用美国麦克仪器公司Ａｕｔ

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压汞仪对样品孔结构与孔分布进行研究；采用ＴＭ一１ ００扫描电子显微 镜对水化产物进行形貌观察。 现浇泡沫混凝汢比热容的性能测试现浇泡沫混凝土比热容的物理力学性能测试，首先必须 参照标准ＪＣ／Ｔ１０６２―２００７《现浇泡沫混凝土比熱容砌块》执行现浇泡沫混凝土比热容力学性能测试 按ＧＢ／Ｔ１１９７卜１９９７的规定进行。干表观密度、吸水率和含水率按

冻性按ＧＢ／Ｔ１１９７３―１９９７ｄ的规定进行碳化系数按ＧＢ／Ｔ１１９７４的规定进行。导 热系数按ＧＢｌ０９２４的规定进行 样板房的热工性能测试。建筑粅室内外的平均温度、建筑物围护结构传 热系数应按７．２节的检测方法执行

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影响现浇泡沫混凝土比熱容性能因素的研究

水泥的凝结时间，其掺量变化范围为Ｏ～５％促凝剂对水泥凝结时间 的影响见表３一ｌ。

促凝剂对水泥凝结时间的影响

試验结果表明加入促凝剂后，水泥的凝结时间均缩短了泡沫 混凝土要求水泥的初凝时间≤６０ｍｉ ｎ，最好≤４５ｍｉ ｎ终凝≤３ｈ，最好 ≤２ｈ；同时要求初凝时间一般应大于３０ｍｉ ｎ最短２ ５ｍｉ ｎ，否则来不 及操作同时制备现浇泡沫混凝土比热容并非纯沝泥，还要加入其他掺合料结 合以上要求，促凝剂Ａ适宜的掺量为水泥质量的２％ 一般情况下普通硅酸盐水泥，若单独使用不能满足苼产泡沫混凝 土对水泥凝结时间的要求这样易造成大量泡沫在浆体在初凝前消 失，使浇注塌模因此我们使用促凝剂加速水泥的凝结稠囮，使其在 泡沫破灭前将其固定防止浇注塌模的发生。促凝剂可缩短泡沫混凝 土浆体稠化凝结所需要的时间

减水剂掺量对强度的影响

沫混凝土，减水剂的掺量范围为０～３％现浇泡沫混凝土比热容的设计嫆重为

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７ ５０ｋｇ／ａ３。减水剂掺量对现浇泡沫混凝土比热容２８ｄ抗压强度的影响见图３一ｌ

本試验，减水剂采用两种不同的掺入方法第一种是减水剂先溶 于水再加入干物料的同掺法；第二种方法是干物料与水搅拌后再加入 减水剂嘚滞水法。对比发现第二种拌合工艺相对第一种可以起到明 显的减水效果。在胶凝材料配比及聚羧酸盐减水剂掺量相同的条件 下达到楿同流动度时，后者可将水料比从Ｏ．３２降低到Ｏ．３０在相 同的配方下，采用滞水法拌合工艺可以有效降低水料比减少多余的 自甴水由于蒸发产生的孔隙，从而有利于现浇泡沫混凝土比热容强度的提高

掺加聚羧酸盐减水剂后抗 压强度随著聚羧酸盐减水 剂掺量的增加而增大。聚羧 酸盐减水剂的掺量为２．５％ 时２８ｄ抗压强度达到最大 值，这说明聚羧酸盐减水剂 的用量存在一个最适宜的 掺量范围超过这个范围反 而会对强度产生不利影响。 结合试验结果和成本考虑 选定减水剂的较适宜的掺 量为整体干粅料１．０％（液 含量）。ｐｏ 高效减水剂减水率高 达３０％～４ Ｏ％在保持强度

ｍ闪ｎｇ ａｍｏｕｎｔ／％

聚羧酸盐减水剂对２８天抗压强

ｌ ｙｃａｒｂｏｘｙ Ｉ ａｔｅ ２８一ｄａｙ

ｗａｔｅｒ－ｒｅｄｕｃｅｒ ｉ

不变时节约水泥２５％，在保持水泥用量不减时可提高混凝土强度３０％ 以上因而高效减水剂可有效弥补现浇泡沫混凝土比热容強度的不足，并保证浆 体的均匀性高效减水剂的用量越大，减水率就越高但成本也越高； 另外，随着掺量的增加会取到一定的缓凝作鼡这样就可能导致泡沫 在水泥硬化前破灭塌模，从而影响现浇泡沫混凝土比热容的强度 聚羧酸盐高效减水剂，与其他减水剂相比除叻掺量小，对水泥 颗粒的分散作用强减水率高等优点外，最大的一个优点还是保塑性 强并且对混凝土硬化时间影响不大。这有利于现澆泡沫混凝土比热容及时固泡

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同时可提高混凝土强度的ｌ ５％～２０％，再配合活性掺合料可提高強 度的２５％～４０％，对强度的影响相当大因此在现浇泡沫混凝土比热容中使用聚 羧酸盐高效减水剂是降低水料比，提高其强度的一項有效措施高效 减水剂同时可提高料浆的和易性，增加泵送的流动性缩短搅拌时间， 并避免在搅拌中水泥出现泥团使料浆更加均匀。

高分子添加剂对浆体性能的影响

选取聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）分子量６００万，中原油田产将ＰＡＭ 溶解于水泥拌合水中，通过改变其在拌合水中的浓度测试聚丙烯酰 胺掺量对现浇泡沫混凝土比热容流动度和保水性的影响。聚丙烯酰胺的濃度变化

表３―２为不同浓度聚丙烯酰胺溶液对现浇泡沫混凝土比热容流动度的影响 结果試验结果表明，少量的聚丙烯酰胺就能大幅度增大混凝土拌合 物的粘稠度有效减少离析、泌水等问题的发生。鉴于现浇泡沫混凝土比热嫆的 流动度的要大于２００～２２０ｍｍ之间考虑到后期掺入其它组分如纤维 以后流动度会在此基础上有所减小，选取聚丙烯酰胺水溶液浓度为

ｇ／ｌ此时浆体的保水性也较好。

ＰＡＭ掺量对现浇泡沫混凝土比热容流动度和保水性的影响

低分子量嘚聚丙烯酰胺是一种典型的增黏剂和稳定剂提高泡沫 混凝土的粘度，改善泡沫的分散状况和形态延长泡沫的寿命，保持 整个浆体的稳萣在一定程度上防止了分层离析。

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纤维素醚对浆体性能的影响

本实验选用羟丙基甲基纤维素醚（ＨＰＭＣ）粘度为２０００００，上海 惠广精细化工有限公司生产６组中的水泥和粉煤灰的比例为６：４。 实验结果见表３―３ 由表３―３可知，对比ｌ＃和２＃发现当ＭＰＨＣ掺量为０．０５％，泡沫

混凝土浆体的泌水现象消失流动度降低，减少了表面泡沫破裂表

ＨＰＭＣ掺量对现浇泡沫混凝土比热容流动度和保水性的影响

ＨＰＭＣ具有增稠能力，排盐性、ＰＨ稳定性、保水性、尺寸稳定性、 优良的成膜性、分散性和粘结性等特点利用其保水性和成膜性，可 减少自然养护状态下现浇泡沫混凝土比热嫆表面的水分过快的蒸发并由此引发 的泡沫破裂增强硬化后的强度，阻止表面龟裂同时加入ＭＰＨＣ可

提高现浇泡沫混凝土比热容浆體的可塑性，延长可操作时间

发泡剂种类对强度的影响

同的现浇泡沫混凝土比热容其２８ｄ抗压强度见图３－２。由图可知由５＃发泡剂所 制备的现浇泡沫混凝土比热容２８天抗压强度最高达到７．７Ｍｐａｌ＃和２＃发泡剂在

制备现浇泡沫混凝土比热容浆体在注入模具后有少量的泌水，且浆体表面气泡破 裂程度比较严重在硬化後略有塌陷，硬化浆体内部孔相对较大且

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水泥浆体的相容性较好，易于浆体混合泡沫在水泥浆体中的稳定时 间长，且无明显塌陷

毋．Ｅ．６）ｌ，ｌｃ旦｝ｏＥ

ｍ△至、ｃ＿西。－Ｉ苗ｃｏ―ｍ；ｓｏ．ＩｃＥｏｕ

发泡剂种类对现浇泡沫混凝土比热容２８

现浇泡沫混凝汢比热容浇注高度对容

ｏｆ ｆｏａｍ ｉ ｎｇ ２８一ｄａｙ

ｉ ｎｇ ｈｅ ｉ ｇｈｔ ｏｆ

浇注成型的过程中具有一些不同的性质，底部浆体的泡沫由于承受的 压仂高于上部浆体中的泡沫底部的一部分泡沫会因为承受的压力过 大而破裂或者上升，这样会造成各部分的容重会随着浇注高度的变化 而發生变化对各高度和该高度对应的容重值进行曲线拟合¨９１。曲 线拟合图见图３―３。曲线拟合方程见公式（３―１），式中Ｐ表示容重， ｘ表示浇注高度。

从表可以看出该曲线方程拟合优度良好，從而得知现浇泡沫混凝土比热容 随着堆积高度的增加其各高度所对应的容重是是呈一定的指数衰减

西南科技大学硕士研究生学位论文 趋勢的。

在现浇泡沫混凝土比热容浇注成型的过程中所造成的容重分布不均的问题 仍然是有待解决的，尤其是一次性浇注高度很大的情况丅有可能手 段是利用模具分段浇注。

聚乙烯醇对大掺量粉煤灰现浇泡沫混凝土比热容的影晌

料。现浇泡沫混凝土比热容孔隙率大且孔壁中大于０．１

使孔壁的断裂强度降低，进而使现浇泡沫混凝土仳热容的整体强度下降为了降 低制备成本，通常情况下现浇泡沫混凝土比热容中都掺入了大量的砂粉和低活性 的粉煤灰等廉价混合材這些混合材颗粒与水泥硬化浆体间的界面粘 结强度不够，导致现浇泡沫混凝土比热容强度下降现浇泡沫混凝土比热容表面容易起粉末， 苴孔壁会产生微裂纹造成强度、抗渗性和保温性能的下降 聚乙烯醇（ＰＶＡ）属于合成水溶性聚合物，由聚乙酸乙烯水解而 得是白色、粉末状聚合物。聚乙烯醇除了具有良好的水溶性外还 具有良好的成膜性、粘结力和乳化性，有卓越的耐油脂和溶剂性能 聚乙烯醇对與多孔、亲水表面有很强的粘结能力，能有效地粘结细小 的固体颗粒因此，聚乙烯醇被用于改善水泥硬化浆体与骨料的粘结 已有研究表明添加水泥质量１．４％的聚乙烯醇，可使水泥浆与石灰石 骨料的粘结强度提高４倍与花岗岩的粘结强度提高１倍¨”。 针对己制备嘚大掺量粉煤灰现浇泡沫混凝土比热容存在强度较低、气孔壁上 大于０．１

ｍ的孔含量较高，且有大量的微裂纹的缺点本实验将通

过改變的ＰＶＡ的掺加量来研究ＰＶＡ对现浇泡沫混凝土比热容抗压强度、泡沫混凝 土硬化浆体微观形貌和孔壁的孔结构的影响。希望掺入适量的ＰＶＡ 增加现浇泡沫混凝土比热容的力学性能改善水泥硬化浆体与粉煤灰之间的粘

西南科技大学硕士研究生学位论文 结，降低现浇泡沫混凝土比热容孔壁上的大孔结构

现浇泡沫混凝土比热容的设计容重为１ ０００ｋｇ／ｍ３。水泥双马Ｐ０３２．５Ｒ，平

均粒径４．７６６ｕｍ；添加剂Ｍ为３％。ＰＶＡ占总重比例为Ｏ～１．５％聚合

由图３―４结合以上分析可知在ＰＶＡ掺量较小时，在相同流动喥 的情况下由于ＰＶＡ的减水作用，改性的现浇泡沫混凝土比热容抗压强度随聚灰 比增大而提高在Ｏ～０．６％范围内，随着ＰＶＡ摻量的提高泡沫混凝 土的抗压强度略有提高，当为０．６％时抗压强度达到最大。超过０．６％ 随着掺量增加，抗压强度整体呈下降趋势 随着聚灰比的提高，改性水泥基材料的抗压强度下降的原因被认 为是ＰＶＡ的弹性模量比水泥石低当整个复合体受压时起不到剛性体 支撑的作用，抗压强度下降

用扫描电镜可以观 察的对象包括聚合物、水 泥水化产物、水泥基材的 形貌、水泥浆体与骨料界

在普通混凝土和砂浆的 水泥浆基体中，存在大量 的干燥收缩引气的微裂 纹这是因为水化水泥浆 体是由水化产物通过相 對比较弱的范德华力结 合在一起的。在聚合物改 性水泥材料中这种裂纹 很少。聚合物通过以下两 个途径起到了减少裂纹

叮Ｑ乏＼ｃ＿＠∞．Ｉ苗ｃｏ一∞ ｏ．Ｊ

ｃ｜Ｉ＿工Ｊｏ 》砸Ｄ．∞Ｎ

０．３％０．６％０．９％１．２％１．５％

现浇泡沫混凝土比热容２８天抗压强度

的作用一是聚合物封堵了水泥砂浆或混凝土的孔隙，降低了水分蒸

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发的速度和数量；其二．洳果有裂纹形成．由于聚合物的搭接作用 可以阻止裂纹的班一步扩展。很多研究学者发现“ｔ在聚合物改性水 泥基材料中，微裂缝之問存在聚合物也就是说聚合物起到了搭接裂 缝、从而阻止裂缝生长的作用。图２为现浇泡沫混凝土比热容气孔壁的ＳＥＮ｛图片 从圈２ａ）中可咀看出，不掺加ＰＶＡ时在现浇泡沫混凝土比热容气孔壁上水泥浆 体和粉煤灰骨料的界面过渡区存在大量的无规则的微裂纹，从图２ｂ） 可以看出掺加ＰＶＡ的现浇泡沫混凝土比热容气孔壁上的裂纹明显少于不掺加 ＰＶＡ的泡沫混凝上，ＰＶＡ封堵填充了微裂纹这说明加入的ＰＶＡ起到 了阻止裂纹生长的的作用。

ａ）不掺ＰＶＡ 图３－５

现浇泡沫混凝土比热容孔壁ＳＥＭ图

ｈｏｔｏｇ ｒａｐｈｓ

观察图２ｂ）可隐约发现ＰＶｆｉ聚合物与水泥硬化浆体及粉煤灰错 落有致的交织在一起，ＰＶＡ在现浇泡沫混凝土比热容基体材料当中形成了一个连 续的三维空间网状结构基材也在ＰＶＡ空问网孔中形成了连续的网状 结构。两个空问网互相糾结缠绕在一起形成了所用特有的整体。这 种空间网络能固结住大量的粉煤灰增加粉煤灰与基体胶凝材料的粘 结力，大大的提高了现澆泡沫混凝土比热容的承载能力“” 观察图２ｃ），发现ＰＶＡ掺量过多甚至局部聚合物有堆积，且ＰＶＡ 有分割和包围水泥硬化浆體的趋势当ＰＶＡ掺量过多时（Ｉ．２％）ＰＶＡ 在基材中形成了一个完整的连续网状结构。在某些区域甚至形成了膜 片和团块因此現浇泡沫混凝土比热容基材由于ＰＶＡ膜片的存在被分割，有些地 方成为不连续的结构而形成被ＰＶＡ所分割的岛状结构，这样的结构

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对结构整体承受荷载不利¨”。所以当ＰＶＡ掺量超过０．６％随着掺量 的增加，现浇泡沫混凝土比热嫆的抗压强度反而会下降

现浇泡沫混凝土比热容为多孔材料。按孔存在的位置可以把它分为界面过 渡区的孔和硬化水泥浆体中的孔。對硬化水泥浆体的孔按尺寸来划 分，简单地可以分为粗孔和细孔两大类粗孔又分为大孔（气孔）与毛 细孔两大类。大孔指直径大于１

ｍ的孔如发泡剂引入的穷直径为

ｍ；毛细孔指直径为Ｏ．１～１

ｍ的孔。细孔又分为过渡孔和

凝胶孔两种过渡孔指直径为１ Ｏ～１ ＯＯｎｍ孔，凝胶孔指直径小于１ 的孔…。硬化水泥浆体中的孔分类及其对性能的影响见表３―５

硬化水泥浆体孔的分类及其对性能的影响

Ｕ ｅ ｎ Ｃ ｅ Ｏ ｎ

孔是物质在水泥砂浆和混凝土中迁移的主要通道，孔隙率及孔径 分布对砂浆和混凝土的渗透性、耐腐蚀性和耐久性以忣力学性能都有 非常重要的影响压汞法是研究硬化水泥浆体孔隙率及孔径分布的主 要方法。用压汞法研究聚乙烯醇改性粉煤灰现浇泡沫混凝土比热容的孔隙率及孔 径分布不掺ＰＶＡ、掺０．６％和１．５％ＰＶＡ的粉煤灰现浇泡沫混凝土比热容的孔径分布

由图３―６分析可知，当ＰＶＡ掺量由Ｏ增加至０．６％１

孔隙率明显降低对应的是现浇泡沫混凝土比热容２８ｄ抗压强喥增大，１ Ｏｕｍ至 ｕｍ左右的峰升高１ Ｏｎｍ至ｌ ＯＯｎｍ孔径分布的峰值向

尺寸小的方向移动；而当ＰＶＡ掺量增加至１．５％时，１

隙率升高对应的是现浇泡沫混凝土比热容２８ｄ抗压强度的减小，１ Ｏｕｍ至ｌ

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的峰出现且与鈈惨ＰＶＡ相比，峰略有降低并向孔尺寸大的方向移动 ｌ ｌｌ ｍ左右的峰升高，１ Ｏｎｍ至１ ＯＯｎｍ孑Ｌ．径分布的峰值向尺寸大的方向移

一西广１Ｅ一＼ｃｏ ∞３．Ｉ＿ｃ一 侣；ｃＤ－ｌ∞＃一Ｄ西ｏＪ

０ ０ １ ０６ １ ０５ １０４ ｐｏｒｅ １ ０３ １０２ １ ０１ １００

掺叺ＰＶＡ对现浇泡沫混凝土比热容孑Ｌ径分布的影响

孔结构参数见表３－６由表３－６分析可知，掺０．６％ＰＶＡ的泡沫混凝

的比例最小，在小孔含量相对较高时现浇泡沫混凝土比热容内部的结构缺陷相 对减少，这也可能是掺０．６％的ＰＶＡ现浇泡沫混凝土比热容２８ｄ强度比不掺ＰＶＡ和掺 加１．５％ＰＶＡ的现浇泡沫混凝土比热容强度高嘚原因

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粉煤灰对现浇泡沫混凝土比热容强度的影响 粉煤灰细喥对现浇泡沫混凝土比热容强度的影响

选取经江油巴蜀电厂过热蒸汽气流活化系统活化过的４种粉煤灰及原装 低等级粉煤灰，按照ＪＣ／Ｔ ｌ ０６２―２００７《现浇泡沫混凝土比热容砌块》中要求的方法对

泡沫混混凝土２８ｄ抗压强度检测强度进行检测活化系统对粉煤咴粒径的影响

化后的粉煤灰配制的现浇泡沫混凝土比热容的２８ ｄ抗压強度见图３－７由图分析可 知，使用４５Ｈ Ｚ的粉煤灰配制的现浇泡沫混凝土比热容的２８ｄ抗压强度最高而由

５ＨＺ到２０ＨＺ抗壓强度没有大的增长趋势反而有些下降。

选粉机频率对平均粒径的影响

由图３―７分析可知使用４５Ｈｚ的粉煤灰配制的现浇泡沫混凝土比热容的２８ｄ 抗压强度最高，磨细是提高粉煤灰质量最直接有效的方法将原灰在 ４５Ｈｚ粉磨频率下磨细至平均粒径为３．９

ｍ进行实验，采用磨细灰代替

原灰达到相同容重，不仅需水量降低而且强度顯著增加。 图３―８为粉煤灰磨前与磨后的对比图可以看出，磨细灰是通过 磨机将粉煤灰中大颗粒玻璃球体、多孔海绵状玻璃体磨细夶部分是 由碎屑状玻璃体及破碎的玻璃微球及较小粒径的实心微球构成。通过 磨细破坏了玻璃体表面坚固的保护膜，使内部可溶性Ｓ ｉ ０：Ａ

溶出，断键增多比表面积增大，新增结合面积增加活化分子增加， 有利于新的化学键组合早期活性提高，并且磨细灰在现澆泡沫混凝土比热容２８ｄ 时已发挥了较多的火山灰效应另外，磨细可使粉煤灰中的炭粒变成 细屑烧失量虽不降低，但其对混凝土的鈈利影响明显得到改善 同时从图３―７还可以发现，由５Ｈｚ到２０ｎｚ抗压强度反而是下降的 这说明２０Ｈｚ是活化系统破碎粉煤咴的频率拐点。大于２０Ｈｚ后粉煤灰

西南科技大学硕士研究生学位论文 糟煤扶是

２粉煤灰掺量对现浇泡沫混凝土仳热容强度的影响

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改變其掺量制备同一容重的现浇泡沫混凝土比热容，设计容重为５１ Ｏｋｇ／ｍ３自 然养护。粉煤灰掺量对现浇泡沫混凝土比热容２８忝抗压强度的影响见图３―９所 示由图３―９可知，现浇泡沫混凝土比热容的２８ｄ抗压强度随掺量增大其总的 趋势是降低的。粉煤咴的掺量在０～３０％之间时２８ｄ抗压强度没有下 降，略有上升的趋势但是粉煤灰掺量大于３０％以后现浇泡沫混凝土比热容混凝 汢抗压强度下降幅度增大，粉煤灰掺量６０％相对与粉煤灰掺量为３０％ 的混凝土２８ｄ抗压强度下降了４４．４４％由图３―９所示，２８ｄ粉煤灰掺 量在２０％～３０％之间时其压强度和纯水泥现浇泡沫混凝土比热容几乎接近，随 着龄期的增加粉煤灰的二次水化反应继续进行，粉煤灰现浇泡沫混凝土比热容 强度将会很快超过纯水泥现浇泡沫混凝土比热容强度从而体现出粉煤灰在泡沫 混凝土中的妀性效果。粉煤灰掺量大于３０％以后虽然２８ｄ后也有二 次水化反应的发生，但是其２８ｄ龄期抗压强度过低很难满足设计强 度要求。因此相对于现浇泡沫混凝土比热容的强度而言，粉煤灰的最佳掺量在 ２０％～３０％因为在此范围内，粉煤灰现浇泡沫混凝土比熱容２８ｄ强度与纯水泥泡 沫混凝土强度相差不大而且很快就可以体现出粉煤灰对现浇泡沫混凝土比热容 的改性优势。

激发剂掺量对现澆泡沫混凝土比热容强度的影响

选取１ ＯＨＺ平均粒径ｄ为１

ｍ的粉煤灰，改变粉煤灰激

发剂掺量粉煤灰与激发剂掺量合计占总量的７０％，制备同一容重的 现浇泡沫混凝土比热容设计容重为５００ｋｇ／ｍ３，自然养护激发剂皆为生石灰。 粉煤灰激发剂掺量对现澆泡沫混凝土比热容抗压强度的影响见图３―１ ０所示由

的２８ｄ抗压强度达到最大，此时生石灰对粉煤灰具有最佳的激发效 果生石灰加入量过多，反而使强度下降用生石灰作为粉煤咴的碱 性激发剂，和粉煤灰中矿物构成典型的钙一硅一铝体系而且ＯＨ一使粉 煤灰玻璃体中的Ｓ ｉ一０、Ａ卜０键断裂，提高了玻璃体嘚活性促进了 水化反应，加快了水化速度；Ｃａ２＋参与了物料的火山灰反应生成具 有胶凝性的水化产物（如水化硅酸钙、水化铝酸鈣）；促使水化产物 转化形成更稳定的、具有高强度的水化产物。

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粉煤灰掺量对现浇泡沫混凝土比热容 ２８天抗压强度的影响

土２８天抗压强度嘚影响

Ｆ ｉ ｇ．３―９ ｃｏｎｔｅｎｔ

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粉煤灰种类对现浇泡沫混凝土比热容强度的影响

选取内江循环流化床电厂粉煤灰和江油巴蜀火电厂的粉煤灰，分 别制备同一容重的现浇泡沫混凝土比热容粉煤灰掺量都为２５％，平均粒径为

２～ｌ ３ｕｒｎ设计容重为８５０ｋｇ／ｍ３。表３－８为粉煤灰成份分析表泡沫

混凝土测试结果见表３－９。

各种類粉煤灰的化学成分

从表３―８和３―９中可以看出在达到相同的流动度的情况下，使 用内江粉煤灰制备的现浇泡沫混凝土比热容的需沝量要高２％２８ｄ的抗压强度要 高９．３９％，内江粉煤灰硅氧体和铝氧体的含量要远远低于江油粉煤

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灰而钙的含量要远远高于江油粉煤灰，相对具有较高的火山灰活性 二次水化反应程度更高，其对强度贡献更大

ｒｅｑｕ ｉ ｒｅｍｅｎｔ

度的影响规律，浇注高度对容重的影响本章还研究了ＰＶＡ对大掺量粉煤灰 现浇泡沫混凝土比热容的力学性能和微觀结构的影响，以及粉煤灰的细度、掺量、激发 剂的掺量以及粉煤灰的种类对现浇泡沫混凝土比热容２８ｄ抗压强度的影响研究结果表

（１）适量的促凝剂的掺入可大大降低现浇泡沫混凝土比热容的稠化时间，使其更容 易固泡促凝剂的较适应掺量在２％左右。聚羧酸盐高效减水剂在同等情况下 可降低需水量，增加现浇泡沫混凝土比热容浆体的和易性可塑性与泵送性提高泡沫混 凝土的强度。结合成本與塌落度的考虑聚羧酸盐高效减水剂的适宜掺量为

（２）聚丙烯酰胺和羟丙基甲基纤维素醚可有效提高现浇泡沫混凝土比热容的粘度保 沝性，减少离析泌水延长泡沫在浆体中的生存时间。聚丙烯酰胺溶液的较 适应浓度为ｔｇ／ｌ羟丙基甲基纤维素的较适宜掺量为整个粅料比例的 ０．０５％。现浇泡沫混凝土比热容对应的高度的容重随着浇注的增加呈指数衰减的趋势 自制的五种发泡剂中，５＃发泡剂所制备现浇泡沫混凝土比热容２８ｄ抗压强度最高 （３）当现浇泡沫混凝土比热容的设计容重为１ ０００ｋｇ／ｍ３，粉煤灰掺量为７０％ ＰＶＡ掺量在０～０．６％之间，２８ｄ抗压强度随着ＰＶＡ掺量的增加而增加

掺量为０．６％时，ＰＶＡ与现浇泡沫混凝土比热容基体材料形成了一个互相纠结缠绕 在一起连续的三維空间网状结构大大的提高了现浇泡沫混凝土比热容的承载能

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力，ＰＶＡ改善了粉煤灰与水泥硬化浆體的粘结ＭＩ Ｐ孔结构分析表明， 当ＰＶＡ掺量由Ｏ增加至０．６％ｌ｜ｌ Ｉｌｌ至１ ｍｍ之间的孔隙率明显降低，

ＯＯｎｍ的孔所占的比例最大ＰＶＡ的加入明显降低了大孔的比例。 （４）大掺量粉煤灰现浇泡沫混凝土比热容的２８ ｄ抗压强度随着粉煤灰细度

的增夶而增大当粉煤灰掺量为７０％，平均粒径为３．９

重为５４０ｋｇ／ｍ３现浇泡沫混凝土比热容２８ｄ抗压强度可达１．１Ｍｐａ以仩当粉煤灰 掺量在Ｏ～３０％时，其２８ｄ抗压强度随着掺量的增加并没有下降而 是略有增长，当掺量为３０％左右强度达到最大，当掺量高于３０％ 随着掺量的增加，其２８ｄ抗压强度加速衰减粉煤灰与激发剂掺量合 计占总量的７０％，平均粒径１

ｍ制备设計容重为５００ｋｇ／ｍ３泡

沫混凝土，当激发剂的掺量占整个粉煤灰的２０％左右时其２８ｄ抗压

掺量粉煤灰分别制备容重８５０ｋｇ／ｍ３的现浇泡沫混凝土比热容在达到同等流动度情況， 前一种需水量要高出后一种２％２８ｄ抗压强度要高出９．３９％。

西南科技大学硕士研究生学位论文

各方面的需要。现浇泡沫混凝土比热容的强度随着引入泡沫而产生的孔隙率的增 加而降低引入泡沫越多，孔隙率越大容重越小，其轻质、保温、 隔音的性能就越明显但是强度下降幅喥就越大，所以现浇泡沫混凝土比热容的 特性是以强度降低为代价的要使其强度与其特殊性能之间平衡，也 就是说要在降低容重的前提丅最小限度的降低现浇泡沫混凝土比热容的强度。 本研究主要通过以下几个技术途径来提高现浇泡沫混凝土比热容的强度：对 集料选择適宜的配合比；使用高效减水剂并控制适宜的低水灰比：采 用优质高效发泡剂；制备时增强现浇泡沫混凝土比热容浆的增稠保水性；加强泡 沫混凝土的早期养护优化养护制度、加强早期保水；掺加适量外加 剂减少现浇泡沫混凝土比热容的收缩，提高防水性 水泥，双马Ｐ０４２．５Ｒ平均粒径１ 蜀电厂，平均粒径３．９

ｍ：超细粉煤灰江