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约束发泡混凝土的制备及基本性能研究

肖玉  
【摘要】:水泥基泡沫混凝土内部含有大量的气孔,具有自重轻、不燃、资源消耗少和保温性能良好等优点,已广泛应用于节能建筑和绿色建筑中。但现有泡沫混凝土的孔隙率高、平均孔径偏大、孔径尺寸不均匀、孔连通性高,导致其强度偏低、吸水率大、保温性能欠佳。本论文通过约束发泡,调控约束压力,实现孔结构可调控进而改善其性能。本论文的主要目的在于约束发泡混凝土的制备及基本性能研究;研究原材料及养护方式对约束发泡保温板性能的影响,获取最佳配合比并探明原材料与约束发泡混凝土性能的关系;研究纳米催化剂在发泡混凝土中的应用,引用新型纳米催化剂改善发泡过程,同时为发泡机理的探究提供一种手段;研究约束发泡与自由发泡方式对孔结构及性能的影响,利用CT、计算机技术及图像分析技术,探明约束发泡相对于自由发泡的优势,同时探明约束过程中的约束压力与孔结构及性能的关系、微观结构与宏观性能的关系。揭示的主要规律如下:(1)本论文通过水热法制得的不同载体的MnO_2纳米催化剂δ-MnO_2是一种氧化锰钾水合物晶体(JCPDS No.86-0666)。铜掺杂可能对δ-MnO_2纳米片的自组装产生有利影响。催化剂Cu-MnO_2@D催化双氧水的反应速率最快,MnO_2@D次之,MnO_2@P催化分解速率最慢。铜插层前后MnO_2内的H_2O_2键长分别为1.376?和1.431?,铜插层增长H_2O_2的键长。在铜插层体系中,H_2O_2键更容易断裂生成羟基自由基(·OH)、氧气(O_2)等。Cu-MnO_2@D催化H_2O_2分解产生氧气的过程更快,产生更多气泡。(2)MnO_2纳米催化剂的加入能够在达到相同干表观密度时降低发泡剂的用量,催化剂Cu-MnO_2@D的降低作用最大,MnO_2@D次之,MnO_2@P作用最小。在发泡温度较低时(低于35℃),掺入MnO_2纳米催化剂在降低泡沫混凝土干表观密度的同时,对其抗压强度的损失较小,甚至有所提高,其中催化剂Cu-MnO_2@D对抗压强度的提高较为明显。(3)发泡温度(水温)对抗压强度和质量吸水率的影响最大,其次是发泡剂用量;矿粉掺量对导热系数的影响程度最大,发泡剂用量次之。催化剂Cu-MnO_2@D的保温板干燥收缩最小,使用MnO_2@P的保温板干燥收缩最大。养护条件引起的含水率变化对混凝土的干燥收缩率具有显著影响,初始含水率(质量吸水率)与泡沫混凝土试件最终的干燥收缩率呈正相关。(4)约束发泡水泥保温板的最佳配比为:水胶比0.64,胶凝材料质量的3%稳泡剂、发泡剂3.2%、料浆温度为40℃、硅灰B掺量9%、矿粉掺量5%。养护制度为40℃湿养48 h,湿度100%,后60℃干养24 h。此条件下约束发泡混凝土楼地面保温板的面密度为14.2 kg/m~2,干表观密度为475 kg/m~3,抗压强度为1.31MPa,抗折强度为1.62 MPa,导热系数0.129 W/(m.K),干燥收缩率为0.5 mm/m,质量吸水率为9.1%,体积吸水率为4.3%。(5)约束发泡混凝土闭合孔优于自由发泡混凝土,约束发泡后,闭孔率/开孔率比值由0.01增加到0.22。约束条件有利于提高泡沫混凝土闭孔率/开孔率比值,对于孔结构的调控有积极作用。约束条件和原材料含硅量都不影响水化产物的晶体结构,发泡混凝土水化产物主要包括Ca(OH)_2(Portlandite),钙矾石(AFt)、C-S-H凝胶及少量由碳化引起的六方片状方解石(Calcite)。(6)自由发泡混凝土的孔隙率和平均孔径大于约束发泡混凝土的孔隙率和平均孔径。掺硅灰时,约束发泡过程中的压力值约为80 N(1.02 MPa)。掺活性SiO_2-1的约束发泡混凝土比掺活性SiO_2-2的抗压强度值更高,孔隙率及平均孔径更低。且约束发泡混凝土的孔隙率随着活性SiO_2-1掺量的增加而减小,由45.8%降低至32.3%;掺量为1%时,平均孔径最小(0.08 mm),相比于掺量为0时,降低32.5%;模具内部的约束压力随着活性SiO_2-1掺量的增加而增加,且模具内约束压力由45N(0.57 MPa)增长到80 N(1.02 MPa)。


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