双氧水发泡泡沫混凝土性能的研究

【摘要】：目前,国内外关于泡沫混凝土的导热系数以及强度等方面的性能已经有大量的研究,从外加剂、掺合料、泡沫量以及其他配合比着手改善泡沫混凝土性能的技术正日趋成熟,对于泡沫混凝土气孔结构与导热系数、抗压强度等关系的理论研究也日渐深入。然而,作为一种无机多孔材料,泡沫混凝土的耐久性,尤其是受水破坏方面存在的问题也日渐突出。水泥基胶凝材料因自身水化对水的消耗以及养护过程中水分的蒸发等留下了大量的毛细孔,使其吸水率远大于同类有机材料,从而导致其抗冻性、耐腐蚀性等耐久性成为了制约其发展的瓶颈。泡沫混凝土不但具有水泥基体中的毛细孔,还有人工加入的大量人造气孔,其错综的气孔结构使得其与水相关的物理性能表现比普通混凝土更加复杂,原材料、制备工艺与人造气孔对于泡沫混凝土耐水能力的影响是一个亟待研究的问题。本文采用双氧水化学发泡法,通过改变水胶比、粘结剂掺量、混料顺序以及养护条件制得具有不同内部结构特征的泡沫混凝土,测试其干密度、真密度、吸水率、抗冻性、耐干湿循环性与抗硫酸盐侵蚀性,并按照截面面积的尺寸将气孔分为大中小三级,利用图像分析法测量各级气孔的数量、几何特征与分布特征,研究原材料与制备工艺与气孔的结构特征对泡沫混凝土耐水能力的影响,为泡沫混凝土耐久性的改性提供理论依据。研究结果表明,在原材料与制备工艺的影响方面,不同掺量的原材料以及不同的混料顺序与养护条件可以制得具有不同耐水表现的泡沫混凝土：当水胶比为0.7或0.78时,体积吸水率最小；水胶比为0.54时,质量吸水率最小、抗冻性、耐干湿循环性与抗硫酸盐侵蚀性最高。综合考虑,较小的水胶比有利于泡沫混凝土的耐久。胶粉掺量为0.23%时,体积吸水率与质量吸水率均最小,耐干湿循环性最好；掺量为0.29%时,抗冻性最强；掺量为0.11%时,抗硫酸盐侵蚀性最强。当只有混料顺序不同时,采用后混胶粉、预混双氧水工艺制备泡沫混凝土可以获得最小的吸水率与最高的抗硫酸盐侵蚀性,而预混胶粉、预混双氧水制备泡沫混凝土使其抗冻性与耐干湿循环性最强。当只有养护条件不同时,加膜、加湿养护使泡沫混凝土吸水率、冻融质量损失率最小,并使其抗硫酸盐侵蚀性最强；加膜、不加湿养护使其冻融强度损失率最小、耐干湿循环性最高。研究中还发现,气孔特征是影响泡沫混凝土与水相关的物理性能的另一个重要因素：当大孔平均孔径和平均圆度分别为0.816mm和1.077时,质量与体积吸水率均最小；当中小孔平均孔径为0.22mm时,冻融强度与质量损失最小；当中小孔平均圆度为1.04时,干湿强度系数最大；而当大孔平均圆度为1.092时,抗压强度耐蚀系数最大。当中小孔与大孔孔率比与大孔平均孔径标准差分别为36.04与0.29时,吸水率最小；当小孔与中孔平均孔径标准差分别为0.069与0.1时,冻融质量与强度损失均最小；当大孔平均孔径标准差为0.23时,干湿强度系数最大；当中小孔率比为2.82时,抗压强度耐蚀系数最大。本文在单影响因素的物理性能研究的基础上,进行正交分析得到,对于泡沫混凝土的体积吸水率、冻融强度损失率、抗压强度耐蚀系数影响最显著的因素分别为,水胶比与胶粉掺量的交互作用、水胶比和双氧水掺量。此外本文通过将孔按照截面面积大小分类以研究泡沫混凝土与水相关的物理性能影响因素的方法,明确了原材料与制备工艺与气孔特征在数值上与泡沫混凝土各项耐水指标的对应关系,为泡沫混凝土耐久性的改性提供了方向与理论依据。