陸正華,李十泉,沈德爭,陳亞蘭,劉劍
(1.中城建第十三工程局有限公司,江蘇 泰州225300;2.南京理工大學泰州科技學院,江蘇 泰州225300;3.泰州市同一建設工程質量檢測有限公司,江蘇 泰州225300)
發(fā)泡混凝土屬于環(huán)保型保溫隔熱材料, 由發(fā)泡劑機械發(fā)泡后,與水泥漿經(jīng)混合、泵送、養(yǎng)護、硬化而成[1-2]。1923 年,發(fā)泡混凝土的首個專利授權[3],逐步得到廣泛的工程應用。2017 年,我國泡沫混凝土產(chǎn)量達4 000 萬m3[4]。目前,發(fā)泡混凝土在結構保溫、工程填充等方面得到較廣泛的應用,其優(yōu)點有[5-6]:質輕,密度約為400~1 000 kg/m3,明顯降低結構負重;保溫隔熱,內部分布微小獨立孔洞,保溫性能好,導熱系數(shù)為0.10~0.24 w/(m·K);耐火耐高溫,為不燃材料;環(huán)保,所用發(fā)泡劑可由動植物蛋白為組份。其不足主要在于:強度偏低,吸水率高、干縮值大。其中,強度不足是影響發(fā)泡混凝土工程應用的基礎性因素[7]??蓳郊泳郾⒉AЮw維、碳纖維切絲等工程纖維進行改性,以提高發(fā)泡混凝的強度。
(1)十二烷基硫酸鈉(K12):發(fā)泡劑,活性物含量≥94 %,石油醚可溶物≤1.0 %,廠家為廣州某化工有限公司。
(2)硬脂酸鈣:防水劑,游離酸含量≤0.5 %,氯化物含量≤0.05 %,水溶性鹽≤0.3 %,廠家為天津某化工有限公司。
(3)水泥:膠凝材料,使用海螺牌普通硅酸鹽水泥(P·O 42.5)。
(4)碳纖維切絲:改性材料,抗拉強度3.6 GPa,拉伸模量240 GPa,伸長率1.50%,密度1.76 g/cm3,由南京某復合材料有限公司生產(chǎn)。
(5)水:普通自來水。
(1)水泥攪拌機NJ-160A,無錫某公司生產(chǎn);
(2)養(yǎng)護箱SBY-32B,蘇州某公司生產(chǎn);
(3)DY-208 型水泥強度試驗機, 無錫某公司生產(chǎn)。
流程[8]:①先稱取發(fā)泡劑、防水劑,并加水混合,制作出均勻、細小、穩(wěn)定的泡沫;②將水泥、水以及碳纖維切絲進行攪拌,得到水泥漿體;③將泡沫加入水泥漿繼續(xù)攪拌至均勻; ④入模,24 h 后脫模,試件編號并養(yǎng)護;⑤至齡期,進行測試。
為分析配合比、齡期對發(fā)泡混凝土試件強度的影響,選用發(fā)泡劑K12 濃度為0.6 %、1.2 %、1.8 %、2.4 %(質量比,下同),養(yǎng)護齡期為3 d、7 d、28 d。防水劑∶普通硅酸鹽水泥=1∶1 000, 水灰比取0.6,K12∶水=1.2∶100。凈漿試件配合比見表1,相應強度見表2,圖1、2。
表1 凈漿試件配合比
表2 不同齡期凈漿試件的強度
圖1 K12 摻量與抗折強度
由圖1、2 可知,隨K12 濃度增加,發(fā)泡效果越好,但試件強度均降低;K12 為0.6 %時,試件的強度最高, 其28 d 抗折、 抗壓強度分別為4.2 MPa、10.0 MPa,單組試件的最小值抗壓強度7.1 MPa,所屬泡沫混凝土強度等級為C7.5;試件強度均隨齡期的增加持續(xù)增加,其強度增長規(guī)律與普通混凝土相近;3 d 時水化程度較低,7 d 時水化反應完成大部分(7 d 強度與28 d 強度接近)。K12 濃度為2.4 %時, 試件的28 d 抗折、 抗壓強度分別為3.4 MPa、7.4 MPa, 單組試件的最小值抗壓強度7.2 MPa,所屬強度等級下降為C5。
圖2 K12 摻量與抗壓強度
為改善泡沫混凝土強度、抗裂性能、耐久性,采用碳纖維切絲對凈漿試件進行改性。據(jù)參考文獻[9-10],選用碳纖維切絲的摻入量為0.38wt %。所用碳纖維切絲長度有5 mm、10 mm 和15 mm,改性試件的配合比見表3。改性試件各齡期強度見表4 和圖3。
由表4 可知,隨K12 濃度增加,發(fā)泡效果越好,改性試件的強度逐步降低;以A3 與A 為例,28 d 抗折、抗壓強度分別提高123.8%、90.0%,強度等級由C7.5 提高為C15,可見碳纖維切絲對該組發(fā)泡混凝土強度的提升很大,且效果在各組改性試件中均顯著存在。
由圖3 可知,改性試件的強度隨齡期的增長趨勢與凈漿試件一致;隨K12 濃度增加,改性試件強度均降低。據(jù)圖2 和圖3,與A 相比,A1、A2、A3 的28 d 抗壓強度逐步提高, 且強度增長速率分別為53%、62%、90%,呈依次提高??梢?,碳纖維切絲長度對改性試件的強度有明顯影響,增加切絲長度利于發(fā)泡混凝土強度的提升。其原因在于,碳纖維切絲具有較高的抗拉強度,但其強度的發(fā)揮前提是切絲與發(fā)泡混凝土之間粘結良好;碳纖維切絲長度增加時,具有更大的粘結長度,切絲的強度才能更好發(fā)揮。與普通混凝土相比,由于發(fā)泡混凝土中存在大量孔隙,切絲長度對其強度的影響更明顯。
表3 碳纖維切絲改性試件配合比
表4 不同齡期改性試件的強度
圖3 碳纖維切絲改性試件強度
(1)提高發(fā)泡劑濃度,發(fā)泡效果越好,但試件強度逐步越低。試件強度隨齡期的增加而提高,其規(guī)律與普通混凝土相似。K12 為0.6 %時,凈漿試件達C7.5 級;K12 為2.4 %時,凈漿試件達C5 級。
(2)碳纖維切絲對發(fā)泡混凝土的增強效果明顯。發(fā)泡劑濃度為2.4 %時,15 mm 碳纖維切絲改性試件達到C10 級,其抗折、抗壓強度分別提高118.8%、71.6%。
(3)在摻量相等時,碳纖維切絲長度越大,增強效果越明顯。長度大的切絲與發(fā)泡混凝土之間有更大的粘結長度,切絲的抗拉強度能得到更充分的發(fā)揮。