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外墙用轻质高强节能保温加气混凝土的研制

袁誉飞  
【摘要】:集利废、轻质、高强、吸声、保温隔热、可加工性强等优点为一体的加气混凝土,使得建筑物在建筑过程及使用阶段更为有效、节能和环保。然而,由于其本身特有的多孔性结构和吸水性特性,在应用过程中常常产生墙体收缩开裂、渗漏,抹灰层空鼓、剥落等质量通病,严重影响了建筑物的感观质量和使用功能,制约着加气混凝土的广泛推广及应用。究其原因是加气混凝土在低密度下的强度不高和孔结构较差。为此,确定了在实验室制备B07-A7.5等级和低导热系数(≤0.16 W/(m?K))的加气混凝土为目标,从已有加气混凝土研制的基础出发,本文在以下五个方面进行了较全面系统的研究。经过分析对比,加气混凝土钙质材料选用石灰和水泥,硅质材料选用粉煤灰,从改善孔结构出发,化学发气材料选用铝粉膏,物理引气材料选用引气剂WY;调节材料选用脱硫石膏及表面活性剂(聚羧酸减水剂和稳泡剂)。 加气混凝土用基本浆体的配合比的研究。发现了现有生产工艺未能做到高强的原因在于过分强调发气技术的条件而忽视了混凝土硬化体自身的强度。首先,从孔隙率和强度的关系推导出B07-A7.5蒸压试件的硬化体自身强度需达到53.0MPa,则蒸养试件为40.8MPa。其次,为了从结构与性能的源头上提高加气混凝土的强度,对加气混凝土用基本浆体的配合比进行了研究。应用SPSS进行主效应方差分析得出,龄期、水泥和粉煤灰对强度的影响都是高度显著的,而石灰、石膏,二阶交互效应以及二阶以上的高阶交互效应对强度却无高度显著的影响。直观分析和方差分析得出:水胶比,养护温度、龄期为显著影响因素;将胶凝材料(水泥:粉煤灰:石灰:石膏=1:3:0.35:0.15)预混10min,水胶比为0.35,浇注成型后在40℃静停4h,拆模后在80℃蒸养8h,可制备干容重为1710kg/m~3出箱强度38.6MPa的蒸养试件。低水胶比加气混凝土浆体性能和引气技术的研究。采用一级粉煤灰时,水胶比为 0.25,减水剂D 0.12%时,可制备干容重为1668kg/m~3出箱强度39.1MPa的蒸养试件。加气混凝土用基本浆体的屈服值随着水胶比的降低而降低,但是塑性粘度和触变值却增大,当水胶比低至0.30时,浆体出现剪切变稠现象。水胶比越低,浆体的粘度越大,稠化速率越快;低水胶比如0.25时,浆体的初始扩展度在190mm左右,可实现浆体发气与稠化相匹配。制备干容重≤1100kg/m~3的轻质试件,宜采用化学发气工艺。制备干容重在1100~1700 kg/m~3试件,宜采用物理引气工艺,引气剂WY相对于水泥掺量在0~0.2%。加气混凝土发气存在尺寸效应,模具越小试件各部分越不均匀。采用上述配合比,水胶比为0.25,在190℃蒸压8h,可制备干容重为787kg/m~3,抗压强度为7.8MPa的蒸压加气混凝土试件。 加气混凝土孔结构的测定——MATLAB数字图像处理。图像分辨率越高,气孔个数越多,基于MATLAB开发的孔结构分析软件的程序测定的结果精度越高,越接近实际情况,无需对样品进行染色等特殊处理,本软件误差率不到±2%,加气混凝土的抗压强度主要是气孔结构参数决定,其中最重要的是孔隙率,强度随着孔隙率的增大而减小;其次为孔径分布,尤其是大孔(孔径2.0mm以上)比例。本软件能准确的测定加气混凝土的孔结构参数(如平均孔径、孔隙率、孔分布等等),故该软件可用于加气混凝土工厂产品质量控制,实现无损检测。 加气混凝土的结构与性能的研究。加气混凝土的体积稳定性随着水胶比和养护制度的变化而变化,蒸压加气混凝土样品的干缩值约为蒸养干缩值的六分之一;随着养护时间的延长,其体积稳定性提高;蒸压样品干缩值受水胶比影响较蒸养样品小,水胶比为0.25蒸养试件的总干缩值约为水胶比0.35或0.45的68%。导热系数随着密度的增大而增大,采用化学引气技术,可制备干密度≤750kg/m~3的加气混凝土,其导热系数0.16 W/(m-K)。XRD分析知,80℃蒸养加气混凝土水化产物主要为Ca(OH)_2、C-S-H凝胶、极少量的AFt相、结晶较差的0.9nm托勃莫来石及水化石榴石。蒸压加气混凝土水化产物主要是结晶较好的1.4nm托勃莫来石、少量水化石榴石以及C-S-H凝胶;随着蒸压温度的升高,托勃莫来石结晶度有少量提高,随着蒸压时间的延长(6h至8h再到10h),水化产物结晶度先升后降;水胶比为由0.45变成0.25时,托勃莫来石晶型由1.1nm转变为1.4nm。SEM分析知,蒸压加气混凝土气孔内壁全是针状和纤维状的托勃莫来石和水化石榴子石,断面水化产物呈皱箔状托勃莫来石和水化石榴子石,断面缝隙水化产物呈薄片状。不同蒸压制度和不同水胶比下,水化产物种类没有改变,仅晶型发生了改变,水胶比为0.25时,托勃莫来石宽0.5um,当水胶比为0.45时,宽为2~3um,其结构稍微疏松些;随着蒸压时间的延长,托勃莫来石尺寸越小。 总之,从理论计算入手,在低水胶比0.25,初始扩展度190mm左右时,先蒸养再蒸压的养护制度下,成功制备出B07-A7.5蒸压加气混凝土,其导热系数低。同时,基于MATLAB设计了加气混凝土孔结构测试软件,给加气混凝土孔结构的测试提供了新的测试手段,这对加气混凝土科学研究和推广应用具有一定的实际意义。


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