结构自保温微孔砂轻混凝土的研究.pdf

2 0 1 2年第 l 0期 1 0月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI N A C ONC RE T E AND C EME NT P R ODUC 2 01 2 No ． 1 O Oc t o b e r 结构 自保温微孑 L 砂轻混凝土的研究 胡维新 一 ， 孙 伟 ， 秦鸿根 ， 阿 卜力提普 阿 卜 杜拉 1 ． 衢州 I 学院 ， 3 2 4 0 0 0 ； 2 ． 东南大学江苏省土木工程材料重点实验室 ， 南京 2 1 1 1 8 9 摘要 为提 高 结 构 自保 温 混 凝 土 的 强 度 、 改 善 保 温 隔 热性 能 ， 本 文 采 用 引 气 技 术 ， 对 结 构 用 砂 轻 混 凝 土 进 行 引 气， 使砂轻混凝土中的砂浆具有 多孔结构 ， 与轻骨料形成微 孔砂 轻结构。 研 究结果表 明， 当舍 气量在 1 0 ％ 1 5 ％时， 砂 轻混凝 土的强度 可在 2 0 MP a以上 ，导热 系数 小于 0 ． 3 6 W／ m K 。用 于 2 4 0厚混凝 土墙 梁柱时 ，其平均传 热 系数 K m 1 ． 5 ， 满足J G J 1 3 4 2 O 1 0 夏热冬冷地 区居 住建筑节能设计标 准 的要 求。 关键 词 结 构 自保 温 ； 陶 粒 ； 含 气 量 ； 强 度 ； 导热 系数 Ab s t r a c t T o i mp r o v e t h e s t r e n g t h a n d t I l e r ma l i n s u l a t i o n p e r f o r ma n c e o f s t ru c t u r e s e l f i n s u l a t i o n c o n c r e t e ．t h e t e c h n o l o g y o f t h e a i r e n t r a i n i n g i n t o t h e s a n d l i g h t w e i g h t c o n c r e t e i s u s e d i n s t r u c t u r e t o ma k e t h e p o r o u s s t r u c t u r e i n t h e m o r t a r o f s a n d l i g h t w e i g h t c o n c r e t e a n d f o r m a m i c r o - p o r o u s s a n d l i g h t w e i g h t s t r u c t u r e c o mb i n i n g w i t h l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e s ． E x p e r i me n t a l r e s u l t s d e mo n s t r a t e tha t t h e s t r e n g t h o f s a n d l i g h t we i g h t c o n c r e t e i s mo r e tha n 2 0 MP a a n d t h e t h e r m a l c o n d u c t i v i t y i s l e s s t h a n 0 ． 3 6 W／ m K 1 w h i l e t h e g a s c o n t e n t i s b e t w e e n 1 0 ％ t o 1 5 ％． U s i n g i t i n t h e w a l l s a n d b e a ms wi t h 2 4 0 mm t h i c k n e s s ， i t s a v e r a g e h e a t t r a n s f e r c o e ffic i e n t i s l e s s t h a n 1 ． 5 i ． e ． Km1 ． 5 ， w h i c h me e t s t h e e n e r gy s a v i n g s p e c i fi c a t i o n d e fi n e d i n t h e “ D e s i g n s t a n d a r d for e n e r gy e f fi c i e n c y o f r e s i d e n t i a l b u i l d i n g s i n h o t s u mme r a n d c o l d w i n t e r z o n e J G J 1 3 4 2 o l o ” ． Ke y wo r d s S t r u c t u r e s e I f - i n s u l a t i o n ； C e r a ms i t e ； Ai r c o n t e n t ； S t r e n gth ； T h e r mal c o e ffic i e n t 中图分类号 T U 5 2 8 文献标识码 A 文章编号 1 O O 0 4 6 3 7 2 O 1 2 1 0 6 2 0 4 O前言 A C I 2 1 3委员会 A m e r i c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e 将 用作结构保温混凝土的轻骨料混凝土强度范 围规 定在 7 1 4 MP a ， 密度 8 0 0 1 4 0 0 k g ] m 。我国 J G J 5 1 2 0 0 2 轻骨料 昆 凝土技术规程 中， 结构保温轻集料 混凝土 强度 范围在 L C 5 ． O - L C 1 5 ，密度也 在 8 0 0 1 4 0 0 k g ／ m 。 范 围。主要用于既承重又保温的围护结 构 ， 其密度等级为 1 4 0 0 k g ／ m 。 ， 强度为 1 5 MP a ， 导热系 数 k 0 ． 4 9 W／ m K 。而 G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0 混凝土结 构设计规范 中规定 ， 梁柱用结构混凝土强度 等级 不应低于 C 2 0 。根据科学发展 目标纲要和 6 5 ％建筑 节能要求 ， 按照 G B 5 0 1 7 6 { 民用建筑热工设计规范 l J 经过计算 ， 2 4 0厚的梁柱为同一材料墙体 ， 导热系 数小 于 0 ． 3 6 W／ m K 就能满 足 J G J 1 3 4 2 o 1 O 夏 热冬冷地区居住建筑节能设计标准 阁中规定的建 筑外墙平均传热系数 K I ． 5的要求 。依据结构 自保 温材料的要求 ，全轻混凝土保温隔热性能较好 ， 但 强度不足 ； 砂轻混凝土强度较高 ， 但保温隔热性 能 不佳 。如何 同时兼顾强度和保温隔热性能 ， 本文研 制的微孔砂轻结构 自保温混凝土 ， 其强度 由 1 5 MP a 提 高到 2 0 MP a ，导 热 系数从 0 ． 4 9 W／ m K降 到 基金项 目 江苏省土木工程重点实验室开放基金资助项 目。 一 6 2 0 _ 3 6 W／ m K 。 采用优质粉煤灰和高性能减水剂双掺技术 配 置高强砂浆 ；采 用引气技术研制 中强微孔保温砂 浆 ；采用球形轻质 陶粒配置微孔砂轻保温混凝土 ， 使之既具有较好 的保温性能而又有较高的强度 。 1 原 材料 与试 验方法 1 ． 1 原 材料 1 水泥 P I I 5 2 ． 5 。 2 砂 普通砂 ， 表观密度 2 6 2 0 k g ／ m ， 堆积密度 1 5 7 0 k g ／ m。 ， 细度模数 2 ． 5 。 3 外加剂 J M P C A聚羧酸高性能减水剂 和 G Y Q 2 混凝土高效引气剂。 4 陶粒 粒径 5 ～ 1 5 m m， 由泥土与e v e n 剂搅拌 混合后在双筒 回转窑 内经造粒 和高温焙烧膨 胀而 成的一种人造球形轻骨料 ， 其内部是无毛细现象的 蜂巢状封闭多孔结构 、外表玻化成坚硬陶质外壳 ， 其表观密度为 1 4 2 0 k g ／ m 。 ， 堆积密度 5 1 0 k g ／ m。 ， 筒压 强 度 3 ． 2 MP a 。 1 ． 2 试验 方法 建筑砂浆基 本性能试 验方法依据 J G J ／ T 7 0 2 0 0 9进行 ；结构保温混凝土的试验依据 J G J 5 l 一 2 0 0 2 轻骨料混凝土技术规程 ； 导热系数测试参照 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 胡维新 ， 孙伟 ， 秦鸿根 ， 等 结构 自保温微孔砂轻混凝土的研究 G B 1 0 2 9 4 。试样 尺寸 为 3 0 0 mm x 3 0 0 mm x 3 0 mm。 2结果 与讨 论 2 ． 1 高强 砂浆 的配 制 为获得高强高性能水泥砂浆 ， 采用矿物掺合料 和 高性 能减 水剂 双 掺技 术 ，成 型 4 0 m mx 4 0 mmx 1 6 0 mm水泥砂浆试件 ， 标准养护。研究减水剂用量 为 0 ％、 1 ． 1 ％、 1 ． 5 ％ 对 应 记 为 A 0 、 A1 、 A 2 时 ， 对 砂 浆性能的影响。聚羧酸系高性能减水剂是综合性能 较好 的一种减水剂。J M P C A聚羧酸高性能减水剂 是羧酸类接枝多元共聚物与其它有 效助剂 的复配 产品。减水率可达 4 5 ％， 坍落度损失小 ， 2 8 d抗压强 度可 提 高 4 0 ％～ 8 0 ％。结 果如 表 1 ， 减水 剂 对强 度 的 见 图 1 。 从 图 1可以看 出 ， 不掺减水剂 A 0 ， 水灰 比为 0 ． 4 5 ， 2 8 d强度在 4 0 MP a 左 右 。 掺 1 ． 1 ％减 水剂 A1 ， 水灰 比 0 ． 3 5 ，减水率 2 2 ． 2 ％， 2 8 d强度为 5 0 MP a 左 右 。加 1 ． 5 ％减水剂 A 2 ，水灰 比 0 ． 3 0 ，减水 率 3 3 ． 5 ％， 2 8 d强度为 6 0 MP a左右 。 表 1 高强水泥砂浆 的配 比与性能 岂 毪 鲢 艇 龄期， d 图 1 减水剂对 水泥砂浆抗压强度 的影 响 2 ． 2 引气剂用量对水泥砂浆强度、 密度的影响 在试验过程中 ， 引气剂的选择至关重要 。对于 G Y Q 1 型混凝土高效引气剂 ， 试验结果不理想。此 种引气剂对混凝土的流动性有较好的效果 ， 对形成 气泡效果不明显。当引气剂掺量增加时就明显损失 强度 ， 甚至拆模后就散 了 ， 没有强度 。而采用 G Y Q 2 型引气剂 时 ， 效果较好 。经过多次试 验 ， 选用 G Y Q 2 混凝土高效引气剂 ， 用量为 0 ． 0 0 5 ％- 0 ． 0 1 5 ％ 时， 引气后含气量在 5 ％～ 2 O ％， 试验结果见表 2 。引 气剂掺量对水泥砂浆性能的影响见 图 2和图 3 。 从 图 2可以看出 ， 低强砂浆 A 0 ， 由于水灰 比最 大 ， 在相同引气剂用量情况下 ， 引气后 的含气量最 大 ， 对密度的影响最大。高强砂浆 A 2 ， 水灰 比最小 ， 引气剂用量对含气量 的影响也最小 。也就是说 ， 高 强砂浆要获得相同的含气量 ，引气剂用量要增加 。 要获得 1 0 ％- 1 5 ％的含气量 ， 高强砂浆 A 2 ， 引气剂用 量为 0 ． 0 1 5 ％， 其它两种为 0 ． 0 1 ％即可。 表 2 引气剂掺量与水胶比对高强水 泥砂浆性能 的影响 一 63 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 1 0期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 8期 2 3 0 o 2 2 0 o 2 l 0 o 2 0 0 0 1 9 0 0 船1 8 0 0 l 7 o o 1 6 0 o 0 0．0 0 5 0 ．01 0 O ． 01 5 引气剂掺量， ％ 图 2引气剂掺量对水泥砂浆密度的影响 2 ． 3 含气量对轻骨料结构保温混凝土的影响 2 ． 3 ． 1 配合比设计 按照 G J 5 l 一2 0 0 2 轻骨料混凝土技术规程 嘲 ， 用绝对体积法设计配合比。 _1 _ 0 0 J 1 山 窒 憩 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 含气量／ ％ 图 3 含气量对水泥砂浆抗压强度的影响 m s P x l O 0 0 2 1 _ P P P 10 o o 3 ＼ 。 ／ ma V 。P印 4 式 中， 、 。 ， m s 、 m。 分别是砂和轻骨料的体积 、 质量 。 按照以上公式计算配合 比， 结果见表 3 。 表 3 微孑 L 砂轻保温混凝土配 比及性能 2 ． 3 ． 2 含气量对强度、 导热系数的影响 测试导热 系数的试件尺 寸为 3 0 0 m mx 3 0 0 m mx 3 0 m m， 试件成 型后放人标准养护室养护 2 8 d ， 再烘 干 至 恒 温 。采 用 D R Y 2 3 0 0 F测 定 仪 对 试 件 进 行 测 试 ， 试验装置见图 4 ， 测得 的轻骨料混凝土导热 系数 见 图 5 。 图 4导热系数测定装置 2 ． 3 _ 3 微孔砂轻混凝土导热系数模型分析 运用串联 、 并联模型模型 以及 Ma x w e l l 模型 对试验数据进行初步分析 。串联 、并联模型 以及 Ma x w e l l 模型的表达式依次为 A A ． 1 - V A ， V 一 6 4一 一 二 、 “ 一 2 A A 。 一 A， 一 A． ．i t 1 式 中 ， A为 材 料 的导 热 系 数 ； A 为 连续 相 的 导 热 系 数 ； A 为分散相的导热系数 ； V为气孔率 。 由图 5可见 ， 串联模型处于最低值 ， 而并 联模 型处 于预测最高值 ， Ma x w e l l 模型预测值居 于两者 之间。Ma x w e l l 模型表征了没有相互作用 的均一球 ∞ 如 ∞ 如 加 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 胡维新 ， 孙伟 ， 秦鸿根 ， 等 结构 自保温微孔砂轻混凝土的研究 辍 蕞 曲 含气量／ ％ ．鱼 童 嘉 曲 图 5 含气量对轻骨料混凝土导 电系数的影响 体无规则分散在基体 中所形成的材料的热传导性 。 该模型只考虑气孑 L 率一个 因素对导热系数 的影响。 图中轻骨料混凝土的导热系数与该模型相混合 ， 因 为轻骨料混凝土的导热性能由轻骨料 中的气孔率 决定 。而本实验引气轻骨料混凝土的导热系数与并 联模型相接近 ， 因为引气轻骨料混凝土是 只对水泥 砂浆引气 ， 轻骨料 中的气孑 L 率是不变的 ， 所 以引气 后的轻骨料混凝土导热系数 的下降值 ， 不如轻骨料 混凝土导热系数下降值大。在图中可 以看出 ， 对轻 骨料混凝土 中的砂浆引气后 ， 含气量在 5 ％- 1 5 ％时， 导热系数由 0 ． 4 2 W／m K 降低至 0 - 3 I W／m K 。 3结论 1 结构 自保温用轻骨料结构保温混凝土 的强 度要求不小于 2 0 MP a ，导热系数 入 ≤0 ． 3 6 W／ m K 时 ， 2 4 0 m m厚热阻 R不小于 0 ． 6 6 7 ，平均传热系数 K m不大于 1 ． 5 ， 满足 J G J l 3 4 2 0 1 0 夏热冬冷地区 居住建筑节能设计标准 的要求。 2 对轻骨料混凝土 中的砂 浆引气后 ， 使 硬化 水泥石具有 微孔结构 ，其强度与轻骨料强度相匹 配 ， 与轻骨料形成微孑 L 砂轻结构 ， 含气量在 5 ％～ 1 5 ％ 含气量， ％ 时，导热系数 由 0 ． 4 2 W／ m K 降低 至 0 ． 3 1 W／ m K 。 保证了强度要求并有效改善了轻骨料混凝土的 保温性能。 参考文献 [ 1 】 中华 人 民共 和国建设部 ． G B 5 0 1 7 6民用建筑 热工设计 规 范【 S ] ． 北京 中国计划出版社， 2 0 0 6 ． 【 2 】中华 人 民共 和 国住房 和城乡建设 部． J G J 1 3 4 2 0 1 0夏热 冬冷 地区居住建筑 节能设计标准【 S ] ． 北京 中国建筑 出版社， 2 01 0． [ 3 】 中华人 民共 和国建设部． J G J 5 1 - 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