孔结构对泡沫混凝土性能影响的研究.docx

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孔结构对泡沫混凝土性能影响的研究

［摘要］通过裂缝宽度观测仪直接观察泡沫混凝土的气孔结构，分析影响泡沫混凝土孔结构的因

素,同时就孔结构对泡沫混凝土抗压强度和吸水性能的影响进行探讨。

［关键词］泡沫混凝土;孔结构;抗压强度;体积吸水率

孔结构对泡沫混凝土性能影响的研究*

管

文

（上海市建筑科学研究院（集团有限公司，上海201108

1引言

泡沫混凝土通常是将发泡剂水溶液以物理搅拌

制成泡沫，将泡沫加入含钙硅质材料、水、外加剂的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、养护而成的一种内部含有大量气孔的多孔材料。

多孔材料的性能不仅取决于泡孔间壁基体材料的性能，也取决于其复杂的孔结构。

泡沫混凝土作为一种高气孔含量的材料，其气孔结构对性能更起着决定性的作用。

气孔结构主要包括孔隙率、孔隙形状、孔径尺寸和孔径均匀性等。

本试验通过裂缝宽度观测仪直接观察泡沫混凝土的气孔结构，分析影响泡沫混凝土孔结构的因素，同时就孔结构对泡沫混凝土抗压强度和吸水性能的影响进行探讨。

2

试验研究

2.1

试验原材料

发泡剂:

褐色液体,复合型泡沫混凝土用发泡剂；

水泥:

42.5级普通硅酸盐水泥和42.5级快硬硅酸盐水泥；减水剂:

萘系减水剂；纤维素醚：

白色粉末,黏度为20000mPas。

2.2试验方法

（1气孔结构的观察方法：

将泡沫混凝土试块用

钢锯片从浇筑面至底部剖开，用砂纸磨平后，用超声清洗器清洗剖开面的残留粉末。

待其干燥后用裂缝宽度观测仪直接观察并用数码相机照相。

裂缝宽度观测

仪的工作原理是利用显微摄像头将泡沫混凝土孔隙放大并拍摄泡沫混凝土孔隙图片，通过带有刻度的液晶屏显示图片撚后根据孔径所占刻度线的多少判读出孔径的大小。

裂缝宽度观测仪的放大倍数为26.7倍，测量范围为0.02mm~3mm。

（2泡沫混凝土抗压强度试验参照GB/T11969-

2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》。

（3泡沫混凝土体积吸水率测试。

试件数量:

100mmX100mmx100mm立方体试件1组3块。

试验步骤：

1取一组3块试件，逐步量取长度、宽度和高度，

精确至0.001m，计算每个试件的体积（V。

2将试件放入水温（20±°C的恒温水槽内撚后

加水至试件高度的1/3,保持24h，再加水至试件高度的2/3,经24h后，加水高出试件30mm以上，保持

24h。

试件间距不得小于20mm

3将试件从水中取出，用湿布抹去表面水分，立

即称取每块质量（Mg,精确至0.001kg将试件烘干后称取每块质量（M0,精确至

0.001kg。

4结果计算。

体积吸水率按下式进行计算，精确至0.1%。

W=（Mg-M0/Pv

式中:

W—试件的体积吸水率（%;

Mg—试件吸水后质量（kg;M0—试件烘干后质量（kg;p水的密度

（p=1000kg/m3;V试块的体积（m3。

*上海市科学技术委员会重大课题现浇无机屋面地面保温体系”

（09-114。

3试验结果分析

3.1密度等级对泡沫混凝土孔结构及性能的影响本试验用发泡剂和42.5级普硅

水泥分别成型

400kg/m3、700kg/m3、1000kg/m3泡沫混凝土，其气孔结

构分别见图1、图2、图3,其抗压强度见图4。

根据图4,随着泡沫混凝土密度等级的提高，泡沫混凝土抗压强度也相应增大。

这可以用泡沫混凝土气孔结构图很好地解释。

在相同体积水泥浆料的条件下，通过

多加泡沫得到低密度等级的泡沫混凝土，而少加泡沫得到高密度等级的泡沫混凝土。

高密度等级泡沫混凝土中的泡沫有更多的水泥料浆来包裹，气泡尺寸难以变大。

因此从理论上讲，与低密度等级的泡沫混凝土相比，高密度等级的泡沫混凝土孔隙率和孔径尺寸较小。

比较图1、图2和图3,明显可以观察到400kg/m3密度等级泡沫混凝土的孔隙率和孔径尺寸最大，而

1000kg/m3泡沫混凝土的孔隙率和孔径

尺寸最小。

由于孔隙率和孔径尺寸与抗压强度成反比，因而随着泡沫混凝土密度等级的提高，泡沫混凝土抗压强度也相应增大。

3.2减水剂对泡沫混凝土孔结构及性能的影响

选择同一密度等级的泡沫混凝土分

别掺减水剂和不掺减水剂，泡沫混凝土宏观孔形貌见图5、图6（直接用数码相机拍照，其微观气孔结构见图7、图8（用裂缝宽度观测仪测得，其体积吸水率和抗压强度见图9。

从图5~图8中可以看出，不掺减水剂的泡沫混凝土孔径大小不均匀，小孔

中夹杂着很多大孔，而掺减水剂的泡沫混凝土中平均孔径稍大但大小均匀。

一方面,减水剂可增加水泥的分散性，避免在搅拌中出现水泥泥团，使泡沫混凝土料浆更加均匀，提高料浆的和易性；另一方面，减水剂

图5泡沫混凝土宏观孔形貌（无减水剂，未放大

图1400kg/m3泡沫混凝土的气孔结构图2700kg/m3泡沫混凝土的气孔结构图

31000kg/m3泡沫混凝土的气孔结构

图4

密度等级对泡沫混凝土性能的影响

图6泡沫混凝土宏观孔形貌（有减水剂，未放大

图7

泡沫混凝土微观气孔结构（无减水剂，放大

图8

泡沫混凝土微观气孔结构（有减水剂，放大

可增加泡沫混凝土浆料的内聚性和黏性，有利于泡沫的稳定，减少泡沫上浮合并的几率。

因此，掺加减水剂使得浆料均质性非常好，稀稠合适且富于黏性，水泥可发挥最大的胶凝效能，其颗粒可散布并悬浮于浆体中，使每一个泡沫液膜都能均匀吸附，形成浆体包裹层厚度一致的气泡，在凝结后形成泡径均匀的泡沫混凝土。

图9表明，在泡沫混凝土中掺加减水剂后，其28d抗压强度提高。

一方面，掺加减水剂后，水灰比大幅降低，由于水分蒸发导致的连通孔隙减少，因此泡孔间壁中水泥水化产物结构更为致密；另一方面，掺加减水剂后泡沫混凝土强度的提高与图6图8所示的气孔结构是相吻合的。

加入减水剂

后，使得泡沫混凝土中孔径大小均

匀。

气孔越均匀，泡沫混凝土的强

度就越好。

当泡沫混凝土受压时，

压应力最容易向大孔集中，导致大

孔破裂。

一个个破裂的大孔贯穿，

就形成了泡沫混凝土裂缝。

当气孔

大小一致时，各个气孔可以均匀受

力，压力分散于各个气孔而不会集

中。

而当气孔大小不均时，大孔受

力较大，小孔受力较小，应力集中

于大孔上，导致大孔往往比小孔先

破裂。

因此，通过掺加减水剂保持

气孔的均匀性是提高泡沫混凝土

强度的重要措施。

图9也显示，在泡沫混凝土中

掺加减水剂后，其体积吸水率下

降。

这主要有三方面原因:

（1减水

剂加入后，用水量大幅度下降，减少了泡孔间壁中水泥基体由于水分蒸发而形成的开口孔隙率。

（2减水剂加入后，加速了泡沫混凝土稠化凝结的过程，减少了不稳定气泡合并形成开口孔隙的几率。

（3减水剂加入后，平均孔径变大，孔隙的总表面积变小，因而泡沫混凝土吸水率降低。

3.3纤维素醚对泡沫混凝土孔结构及性能的影响

选取500kg/m3的泡沫混凝土作为基准配比，在水泥浆体中添加纤维素醚，保持泡沫混凝土的配比不变，仅改变纤维素醚的掺量进行1~5号试验，试验结果见表1气孔结构见图10~图13。

表1中1~5号试验结果显示，掺加纤维素醚后，泡沫混凝土抗压强度普遍得到提高,体积吸水率增幅较大。

与基准泡沫混凝土1相比,无论纤维素醚掺量表1纤维素

醚对泡沫混凝土性能的影响

试验

编号

纤维素醚

掺量（%

湿密度

（kg/m3

干密度

（kg/m3

28d抗压强度

（MPa

体积吸水率

（%106995362.5720.2

20.038406363.9526.0

30.058326324.0330.5

40.088226293.7032.2

50.108236233.7535.1

607906313.2324.5

图9减水剂对泡沫混凝土体积吸水率和抗压强度的影响

图10基准试块6的气孔结构图11掺加0.05%HPMC泡沫混凝土的

气孔结构

图12掺加0.08%HPMC泡沫混凝土的

气孔结构图13掺加0.1%HPMC泡沫混凝土的

气孔结构

大或小，均使得泡沫混凝土干密度增加，但泡沫混凝土干密度增加的幅度并不随纤维素醚掺量的变化而变化。

考虑密度对泡沫混凝土吸水率和抗压强度影响较大，

因此进一步设计试验6,在不掺纤维素醚的条件下，通过适当地少添泡沫使得新的基准试块6的干密度与添加纤维素醚的泡沫混凝土2~5的干密度基本相

同，测试泡沫混凝土6的吸水率和抗压强度。

结果仍然表明，与相同密度的基准试块6相比，掺加纤维素醚后,泡沫混凝土的抗压强度提高，且在0.05%纤维素醚掺量时抗压强度最大，体积吸水率随着纤维素醚掺量的增大而增大。

这些性能与泡沫混凝土的气孔结构有关。

图10显示，未掺纤维素醚的基准泡沫混凝土，孔径大小不均匀小孔中夹杂着很多大孔，其孔径尺寸多在0.1mm~1mm范围内。

图11~图13表明，掺加纤维素醚后，孔径更加均匀，孔径尺寸多在0.2mm~

0.4mm范围内。

孔径越均匀，泡沫混凝土的强度就越

高。

孔径的尺寸越小，泡孔间壁形成的网络骨架更坚固。

因而掺加纤维素醚有利于泡沫混凝土强度的提高。

在相同干密度条件下，较小的孔径尺寸意味着较大的泡孔总表面积。

而泡孔总表面积越大，泡沫混凝土越容易吸收水分。

因而掺加纤维素醚后，体积吸水率反而增大。

3.4水泥品种对泡沫混凝土孔结构及性能的影响分别选用42.5级普通硅酸盐水

泥和42.5级快硬

硫铝酸盐水泥以同一配比配制泡沫混凝土。

试验结果见表2,泡沫混凝土的气孔

结构见图14、图15。

图14显示，采用42.5级普通硅酸盐水泥配制的泡沫混凝土孔径大小不均匀，小

孔中夹杂着很多大孔，其孔径尺寸多在0.1mm~1mm范围内。

而图15显示，采用42.5

级快硬硫铝酸盐水泥配制的泡沫混凝土孔径细小且均匀，孔径尺寸多在

0.1mm~0.3mm范围

内。

比较42.5级普通硅酸盐水泥和42.5级快硬硫铝酸盐水泥，其两者配制的泡沫混凝土干密度和抗压强度都比较接近。

比较体积吸水率，快硬硫铝酸盐水泥能降低吸水率，原因在于快硬硫铝酸盐水泥凝结时间短，浆体稠化速度快，凝结硬化快，更有利于泡沫的稳定，减少泡沫合并破裂形成开口孔隙的几率。

4结论

（1在使用相同水泥发泡剂的条件下，低密度等

级泡沫混凝土有较高的孔隙率和更大的孔径，因而其抗压强度更低。

（2掺加减水剂能使孔径更加均匀，降低泡沫混凝土的体积吸水率，提高泡沫混凝土的抗压强度。

（3掺加纤维素醚后,泡沫混凝土的孔径更加细小均匀，因而泡沫混凝土的抗压强度得到提高；同时由于小孔具有更大的总表面积，使得泡沫混凝土的体积吸水率增大。

（4与普通硅酸盐水泥相比，用快硬硫铝酸盐水泥配制的泡沫混凝土其孔径更加细小均匀。

两种水泥配制的泡沫混凝土其干密度和抗压强度比较接近。

但由于快硬硫铝酸盐水泥的凝结时间短，更有利于泡沫的稳定，减少泡沫合并破裂形成开口孔隙的几率，故用硫铝酸盐水泥配制的泡沫混凝土其体积吸水率更低。

参考文献：

[1]春明，张志恒等.粉煤灰对混凝土亚微观孔结构影响研究.西安建筑科技大学学报伯然科学版，2009（2:

288-291.

[2]阮燕,方坤河，曾力，吴定燕.高掺量粉煤灰碾压混凝土的孔结构研究.粉煤灰综合利用,2003（2:

23-26.

水泥品种对泡沫混凝土性能的影响

水泥品种

干表观密度（kg/m3

抗压强度（MPa

体积吸水率

（%

42.5级普通硅酸盐水泥5362.5724.542.5级快硬硫铝酸盐水泥

561

2.38

18.9

图14

泡沫混凝土的气孔结构（普硅水泥

图15

泡沫混凝土的气孔结构

（快硬硫铝酸盐水泥