论文部分内容阅读
随着经济与建筑技术的不断发展,建筑绿色化和功能性需求的不断提升,从材料本体出发,研发集轻质保温、节能利废和绿色环保于一体的装配式建筑基础材料意义重大。将废弃聚苯乙烯(Expanded polystyrene,EPS)颗粒以再生轻骨料的形式引入到高性能水泥基材料中,能够赋予混凝土高比强和优保温隔热等结构与功能耦合特性。鉴于此,为满足装配式建筑围护构件对混凝土轻量化、高比强和节能降耗等的功能复合化要求,本文系统研究了EPS轻质混凝土的制备技术,并基于其容重、力学性能、热工和耐久性等性能的影响因素,通过试验确定其结构性和功能性综合优化参数,制备出具有早强、高比强和优保温特性的新型装配式轻质围护结构材料,为EPS轻质混凝土的发展及其在新型建筑围护结构体系中的应用提供参考。主要研究内容与结果如下:首先,对水泥基胶凝材料进行高流态早强改性研究。以硅酸盐水泥(Portland cement,PC)为主要胶凝材料,硫铝酸盐水泥、硅灰、粉煤灰为改性材料,在前期单因素试验确定三种改性材料掺量范围的基础上,运用响应曲面法进行试验设计与模型分析,基于预测模型得到硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥-硅灰-粉煤灰四元体系的最优配比预测值为65.77%:12.84%:9.28%:12.11%。对预测胶凝材料体系最优配比进行试验验证,发现改性后胶凝材料体系的1d、28d抗压强度分别为47.8MPa、101.3MPa,较对照组PC水泥1d和28d抗压强度分别提高了47.08%和29.71%,浆体流动度为161mm,初凝、终凝时间分别为29min、42min。实测值与预测值偏差较小,预测模型精度较高,用于高流态早强胶凝材料体系基础配比预测具有可行性。为满足装配式建筑用预制围护构件方便浇筑、快速脱模和高比强等要求,进一步对上述优配比胶凝材料体系进行高流态、早强和高强等性能优化调控。研究了水胶比、减水剂种类及掺量、胶凝材料细度和表面活性等对前述改性胶凝材料性能的影响。结果表明,水胶比对浆体工作性和强度影响显著,水胶比为0.23时浆体流动度下降到147mm,但试件1d、28d抗压强度最大,分别达到53.7MPa、109.9MPa,28d抗折强度为9.2MPa,力学性能佳;减水剂试验结果显示,相比三聚氰胺减水剂,聚羧酸减水剂与高流态早强胶凝材料体系相容性更好,其饱和掺量为0.31%,此时浆体工作性能好,初始扩展度为195mm,满足快速浇筑成型对浆体流动度的要求,同时浆体初凝、终凝时间分别延长36min、54min,满足施工浇筑操作时间要求及快速脱模要求;利用机械活化,通过对水泥等胶凝材料粉体研磨,提高胶凝材料的细度和表面活性。研究发现:研磨时间为10min时,试件抗压强度最高,其1d、28d抗压强度分别为65.3MPa和114.6MPa,同时可保持185mm的高扩展度。基于以上试验,得出高流态早强胶凝材料体系同时满足工作性、凝结时间和强度的最佳参数为:水胶比0.23、聚羧酸减水剂掺量0.31%、粉体研磨时间10min。以再生EPS颗粒为轻骨料,与高流态早强胶凝材料体系复合,制备高比强EPS混凝土并进行其性能优化研究。EPS颗粒表面改性结果表明,经改性造壳的EPS颗粒与水泥石界面过渡区粘结更为密实,能有效抑制EPS-水泥石界面过渡区的“弱连接”缺陷;通过掺入羟丙基甲基纤维素醚(Hydroxypropyl Methyl Cellulose,HPMC),利用Image-Pro Plus进行定量化表征,对EPS混凝土的匀质性进行调控。结果表明,当HPMC掺量大于0.05%时,浆体粘度大于0.47Pa·s,5mm以下EPS颗粒不会在浆体中出现上浮现象,混凝土匀质性满足要求;研究了EPS粒径、级配和掺量对混凝土干密度、力学性能、导热系数、干缩和抗冻性能的影响规律,结果表明:当EPS粒径为3～5mm、掺量为70%时,EPS混凝土的性能综合性能最好。在此基础上,研究了PVA纤维掺量对EPS混凝土性能的影响,结果表明PVA纤维掺量为0.8%时,EPS混凝土的抗折强度、劈裂抗拉强度有大幅提升,有效抑制EPS混凝土的干缩变形,防止微裂缝的产生,并提高其抗冻性能,并也在一定程度上抑制了EPS颗粒上浮的作用。本文系统研究了EPS轻质混凝土的制备与性能调控方法,制备出表观密度850kg/m3～1350kg/m3,28d抗压强度15MPa～30MPa,比强度0.018 N·m/kg～0.022 N·m/kg,导热系数0.16W/m·K～0.35W/m·K,高比强、优保温的EPS轻质混凝土,较LC15级普通轻骨料混凝土比强度提升63.6%、较C30普通混凝土比强度提升76%。同时EPS轻质混凝土表现出较好的抗干缩变形和抗冻性,为废弃EPS资源化再生利用和高性能新型墙体材料在装配式建筑围护体系中的的应用提供参考。