结构功能一体化碱激发矿渣泡沫混凝土性能及其机理研究

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传统的泡沫混凝土材料具有轻质、保温、隔热等优点,但由于存在强度低、早期强度发展慢等问题,一定程度上限制了其使用。与普通硅酸盐水泥相比,使用高强碱激发矿渣胶凝材料制备的碱激发矿渣泡沫混凝土具有更大的工程价值和更广泛的应用范围,其优点在于:(1)早期强度增长快、抗压强度高;(2)其制备仅使用少量甚至不用水泥熟料,节能环保;(3)使用水玻璃作为激发剂时,新拌浆体具有较大的粘度,形成大量密闭均匀的气孔,使得其具有更好的保温隔热性能和力学性能。然而使用碱激发矿渣胶凝材料制备泡沫混凝土的最大缺点在于采用水玻璃作为激发剂时,碱激发矿渣泡沫混凝土的凝结时间过短,流动性损失过快,导致将应其用在实际工程中存在一定的困难。因此,本课题采用碱激发矿渣胶凝材料制备碱激发矿渣泡沫混凝土,对其性能及其机理进行了研究。首先为了解决其凝结时间过短和流动性损失过快的问题,研究了不同搅拌时间对其凝结时间和流动性等性能的影响规律。其后研究了在延长搅拌时间使得凝结时间有效延长后,不同的制备参数如水胶比、激发剂模数、碱含量、泡沫掺量和普通硅酸盐水泥掺量等对碱激发矿渣泡沫混凝土凝结时间、流动性、抗压强度、导热系数与干燥收缩等性能的影响,并得到一组综合性能较好的配合比。最后研究了不同制备参数对其微观结构的影响并探讨微观结构与宏观性能之间的影响关系。主要结果如下:(1)搅拌时间是影响碱激发矿渣泡沫混凝土的重要制备参数。在搅拌时间从4分钟延长到20分钟的过程中,碱激发矿渣泡沫混凝土的凝结时间逐渐延长,流动性先下降再上升,抗压强度先升高后降低,导热系数逐渐增大。在搅拌时间为12分钟时,凝结时间足够满足实际工程的要求,且在此时获得了最大的抗压强度。(2)研究碱激发剂模数、水胶比、碱含量、普通硅酸盐水泥掺量、泡沫掺量对延长搅拌时间至12分钟后的碱激发矿渣泡沫混凝土工程性能的影响,结果如下:1)随着激发剂模数从1.0增大到1.4,新拌浆体的流动性逐渐变差,抗压强度降低,导热系数增大。2)水胶比从0.40增加到0.50,碱激发泡沫混凝土的流动性逐渐增大,强度先提高后降低。3)随着碱含量从3 wt.%增加到6 wt.%,碱激发泡沫混凝土的强度先提高后降低,新拌浆体的流动性逐渐变差,导热系数减小。4)随着普通硅酸盐水泥掺量从1 wt.%增加到10 wt.%,碱激发矿渣泡沫混凝土的抗压强度先升高再降低,导热系数降低,并有效降低了其干燥收缩值。(3)通过对碱激发泡沫混凝土的微观结构的分析,将其宏观性能(抗压强度、导热系数等)与其微观结构建立起联系。分析表明:碱激发泡沫混凝土的抗压强度除了与孔隙率有关,还与其孔隙特征中的平均孔径与平均圆度系数的大小有关。碱激发泡沫混凝土孔隙率相近时,平均孔径和平均圆度系数越大,其抗压强度越低;碱激发泡沫混凝土热导率的大小不仅与孔隙率有关,还与平均孔径等有关,孔隙率接近的情况下,平均孔径越小,其导热系数越低。
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