泡沫混凝土界面过渡区调控机制研究

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泡沫混凝土集防火、质轻多孔和保温隔热等功能于一体,其制备过程资源消耗少、服役过程节约建筑能耗和无毒害物排放,目前已发展成为应用量最大的特种混凝土。与常规混凝土或轻骨料混凝土不同,泡沫混凝土新拌浆体是以液膜包裹空气形成的预制泡沫为支撑“骨料”、硬化后空气“骨料”固定于水泥基体中。对于混凝土中骨料、水泥砂浆以及水泥浆-骨料界面过渡区结构、性能和他们的相互作用已有大量研究报道,相关理论相对较为成熟且对实际有指导价值。但是,泡沫混凝土预制泡沫“骨料”与水泥浆的相互作用以及两者之间相互作用产生的界面过渡区的组成、形成过程和对宏观性能影响则仍是本领域研究难点。基于此,本论文视发泡剂形成的预制泡沫为“骨料”,开展了发泡剂与预制泡沫性能关系、预制泡沫-水泥浆体界面相互作用以及硬化泡沫混凝土空气-水泥石界面过渡区形成及演化等方面研究。研究表明:(1)相比于发泡剂与水泥浆体各自性能,发泡剂与水泥浆体的相互作用对水泥浆体中预制泡沫的存在及新拌泡沫混凝土的稳定性、硬化泡沫混凝土中的气孔结构影响更为巨大。新拌泡沫混凝土中,水化离子将在预制泡沫液膜表面生成一定疏水的蛋白质螯合钙、十二烷基硫酸钙等物质,可以增强成膜性能;另一方面,水泥颗粒吸附发泡剂中表面活性剂后具有一定疏水性,会牢固地附着在预制泡沫表面。这种预制泡沫在新拌泡沫混凝土中更为稳定,在硬化泡沫混凝土中通过上述两种作用可获得较致密的孔壁。若发泡剂与水泥浆体混合后混合液的表面张力大幅度增加,则泡沫混凝土密度增加,成型的低密度泡沫混凝土易坍塌,延长搅拌时间将有助于提高泡沫混凝土浆体的稳定性。当发泡剂与水泥之间相互作用较弱时,水泥浆体对发泡剂的表面张力影响较小,制备的泡沫混凝土密度较低,新拌泡沫混凝土浆体的气孔间只有薄薄的液膜隔离,钙矾石和氢氧化钙会在疏松的孔壁中形成和生长;当这层液膜足够薄时,硬化泡沫混凝土的气孔相互贯穿形成开孔泡沫混凝土。(2)泡沫混凝土从成型到硬化到使用过程中,其气孔界面组成、孔结构均随水泥水化、环境改变而发生改变。泡沫混凝土界面过渡区的水泥水化程度、小于30nm的孔比例对泡沫混凝土性能有重要影响。(3)与普通混凝土界面过渡区对混凝土性能影响类似,泡沫混凝土的性能也受其界面或界面过渡区影响,致密界面有助于泡沫混凝土力学性能和保温性能改善。(4)泡沫混凝土性能可通过其界面过渡区的改善而提高。一定量的纳米颗粒与发泡剂复合,不仅能提高预制泡沫稳定性,还可促进界面过渡区水泥水化,从而提高泡沫混凝土力学性能。利用溶液养护改善泡沫混凝土界面的物相组成,可以有效提高泡沫混凝土对Sr2+和Cs+的吸附效果。碳酸钠养护的泡沫混凝土吸附效果最好。通过向水解蛋白液中加入OP-10可以实现闭孔泡沫混凝土向开孔泡沫混凝土的转变,界面结构随之发生变化。随着OP-10掺量的增加,预制泡沫在水泥浆体中有更好的稳定性;在制备低容重泡沫混凝土时,泡沫混凝土中的孔由相互独立的封闭孔转变为连通孔,硬化泡沫混凝土气孔周围的壳层结构变得疏松,直至消失。
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