俊鯤高強度泡沫混凝土的微觀結(jié)構(gòu)
該混凝土技術(shù)方法為了提高硬化水泥漿體結(jié)構(gòu),例如,降低水灰比、填料的應(yīng)用,往往導(dǎo)致更難形成有序氣孔區(qū)域。為了達到有序的化學(xué)膨脹反應(yīng),不能超過一定的粘度。稠度也影響諸如密度和強度等性能。舉例來說,設(shè)計的密度越低,需設(shè)定更低的水泥漿體稠度。
測量這個基本稠度是特別困難的。化學(xué)膨脹反應(yīng)在混合的時候就已經(jīng)開始,在很短的一段時間內(nèi)導(dǎo)致了一個連續(xù)和明顯的稠度變化。典型的測量程序如根據(jù)EN14117[6]測定流動時間或通過轉(zhuǎn)矩控制流變儀測定粘度的方法已被證明有很多的不足之處。
塑性砂漿的一個可以解釋固體性質(zhì)的特性是泡沫發(fā)展期間體積的增加。依據(jù)反應(yīng)溫度的不同,西安俊鯤建筑工程有限公司:主要研發(fā)海綿城市建設(shè)的新型材料 陜西泡沫混凝土,蘭州輕集料,陜西氣泡輕質(zhì)土,陜西輕集料混凝土,西安LC7.5輕骨料混凝土,陜西輕質(zhì)泡沫土,寶雞泡沫混凝土,甘肅輕集料混凝土,蘭州干拌復(fù)合輕集料廠家,咸陽輕集料混凝土LC5.0,渭南泡沫混凝土報價,高陵輕集料配合比,安康泡沫混凝土的優(yōu)點,漢中輕集料混凝土的應(yīng)用,西寧泡沫混凝土屋面保溫,楊凌輕集料混凝土車庫頂板找坡,陜西透水混凝土,陜西陶?;炷粒m州輕骨CL7.5料混凝土廠家,蘭州發(fā)泡混凝土等
這個反應(yīng)在引入反應(yīng)組分的大約20至40分鐘后完成。在這個相對較短的時間內(nèi),這個測量方法提供了一個定性和定量的分析結(jié)果來表明固體材料的機械物理特性。圖2顯示了兩類泡沫混凝土的結(jié)構(gòu),他們組成的不同僅僅是水灰比的差異。在水含量較低的情況下,這將導(dǎo)致一個更大的新拌砂漿稠度。平均來說,孔徑變小,密度和抗壓強度則上升。
詳細(xì)的觀察氣孔的形狀使得將對象安排到不同類別中就成為一種必要。對分級來說,對象的區(qū)域要有一個合適的特征,因為這個尺寸可以在樣本上直接測量而并沒有從另一片測得的數(shù)據(jù)估算。直徑也是一個可以想象的合適的分級特征,但此值是從實測區(qū)域計估算的,因此是受到數(shù)學(xué)的缺陷影響的,例如舍入造成的誤差。
根據(jù)他們的面積,這些對象一共被分為11個級別。所有面積小于0.1 mm2的氣孔和面積大于1.0 mm2的對象成為一個級別。介于0.1 mm2和1.0 mm2的面積按照0.1mm2的跨度被分為9個級別??倸饪茁?,而不是對象的數(shù)量,
對不同級別的氣孔對泡沫混凝土性能的影響是至關(guān)重要的。
,在大多數(shù)情況下,B0.1mm2和N1.0mm2級占有較大數(shù)量的整體孔隙。樣本C/3/0.08/0.40是一個例外,它展示了在介于0.3和0.4 mm2的較大數(shù)量。在所有樣本中,大部分對象是處于b0.10mm2級別。在這個級別中,在每個測量面積上,可以檢測到介于224和573之間的氣孔數(shù)。相比之下,在級別N1.0mm2中檢測到的氣孔就要少很多,有8至17個對象。歸因于它們的大小,這些只代表了18.6%和49.6%的總孔隙面積。
圖2—-泡沫混凝土拋光的部分(左:W / C比=0.45;右:W / C比= 0.35);總圖像的寬度:80毫米
圖3—-使用和不使用外加劑時的以密度為函數(shù)的抗壓強度曲線
為了量化抗壓強度較優(yōu)結(jié)構(gòu)的影響因素,生產(chǎn)的泡沫混凝土被分為兩組。只由水泥、水和發(fā)泡劑組成的一組和較優(yōu)化添加化學(xué)添加劑和摻合料的一組進行對比。
圖3通過比較104個樣品的不同結(jié)構(gòu)清楚地顯示了選定的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的影響。指數(shù)趨勢線的數(shù)值相關(guān)系數(shù)為R2= 0.979和R2 =0.888,這和單個測量數(shù)據(jù)數(shù)值幾乎完全符合。用化學(xué)外加劑和摻合料生產(chǎn)的混合物的趨勢線,明顯的在只由水泥、水和鋁生產(chǎn)的混合物的趨勢線之上??箟簭姸鹊奶岣呷Q于質(zhì)量密度。強度也隨著質(zhì)量密度的上升而提高。對于質(zhì)量密度為700 kg/m3的抗壓強度的增加幅度共計17%,而密度上升為1100 kg/m3時抗壓強度增加幅度達到了20%。
所用的基本材料水泥發(fā)泡劑是生產(chǎn)泡沫混凝土關(guān)鍵性材料,能否生產(chǎn)出合適密度的泡沫混凝土就在乎選擇好的合適的水泥發(fā)泡劑?,F(xiàn)在市面上的水泥發(fā)泡劑品類眾多,價格也是千差萬別。很多人在選擇發(fā)泡劑具有盲目性再或者就看哪個價格低就選哪個。其實水泥發(fā)泡劑在泡沫混凝土占有的成本是較低的,如果光憑價格來選用水泥發(fā)泡劑,小編以為不可取。
現(xiàn)在市面上水泥發(fā)泡劑發(fā)泡劑大體分為合成型水泥發(fā)泡劑,動植物蛋白水泥發(fā)泡劑,復(fù)合型水泥發(fā)泡劑,松香皂水泥發(fā)泡劑.這些種類的發(fā)泡劑各有其優(yōu)缺點。其中合成型水泥發(fā)泡劑因其價格低被很多人選用,尤其在屋面保溫市場運用比較普遍,大家看到透明狀且價格低都屬于這類型的發(fā)泡劑。究其主要原因是屋面保溫市場不講求質(zhì)量,用施工單位自己話說“屋面保溫就是做豆腐渣工程”,不過繼續(xù)這樣下去市場遲早做爛。
動物蛋白水泥發(fā)泡劑優(yōu)勢是具有較好的泡沫穩(wěn)定性與閉孔率。植物型水泥發(fā)泡劑起泡力與穩(wěn)定性相對比較平衡,在很多人的觀念里,水泥發(fā)泡發(fā)泡劑只是發(fā)泡降密,這種想法是非常片面的。水泥發(fā)泡劑其實關(guān)系到泡沫混凝土制品的強度,導(dǎo)熱系數(shù),凝固速度,吸水率,澆注高度等性能。故此選用水泥發(fā)泡劑時不能單看其價格,而應(yīng)該看整體成本。泡沫混凝土中水泥成本是主要成本。降低水泥成本是降低泡沫混凝土成本的關(guān)鍵。如何降低水泥成本呢,可通過提升強度降低水泥用量。同密度泡沫混凝土強度提升了,如果保持強度不變,就可以降低水泥用量降低密度同樣達到原有的強度。如原來生產(chǎn)400密度泡沫混凝土強度為0.6mpa,而通過提升強度可用350達到0.6mpa.這樣節(jié)省了50公斤水泥,強度達到了,保溫隔熱性能還提升了??蛇@關(guān)鍵之一就是選擇好的水泥發(fā)泡劑。
水膠比對水泥漿在膨脹時的體積增長量具有關(guān)鍵影響。為保證水泥漿在一個低水量下的膨脹,聚羧酸高效減水劑的引入是必要的。此外,硬化水泥漿體的結(jié)構(gòu)通過使用具有化學(xué)活性的硅灰得到優(yōu)化。樣品在帶有數(shù)字圖像分析系統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡,壓汞法測孔隙率的儀器以及掃描電子顯微鏡下進行了檢查。這些研究方法將在其后作簡單的描述。
3.1 拋光截面的制作
為了能夠用數(shù)字圖像分析來對泡沫混凝土的結(jié)構(gòu)進行檢測,首先必須將氣孔用染色的環(huán)氧樹脂飽和。樣本首先在烘干箱內(nèi)烘干。去除孔隙通道內(nèi)的水是必要的,因為它干擾了環(huán)氧樹脂的滲透和聚合。干燥樣品隨后放入模具,送入真空室。環(huán)氧樹脂灌注進模具中直到樣品完全被淹沒。一段時間后,真空緩慢取代空氣,使環(huán)氧樹脂壓到氣孔中。當(dāng)環(huán)氧樹脂硬化后,移除模具,表面的橫截面得以完整的呈現(xiàn)。
3.2 數(shù)字圖像分析
數(shù)字圖像分析技術(shù)通過水泥基體和充滿染色環(huán)氧樹脂之間差異的對比檢測了氣孔。通過光學(xué)顯微鏡對橫截面每個氣孔的分析測定了氣孔的性質(zhì)。
3.3 壓汞孔隙度
為測定孔徑分布,我們使用了壓汞法。因此樣品首先在烘干箱內(nèi)烘干。隨后樣品被放進了一個后來被高達200兆帕壓力的汞充滿的膨脹計。小至4納米的孔徑都可以被測定。
3.4 掃描電子顯微鏡
成像是在高真空下涂抹了導(dǎo)電涂層條件下形成的。對樣品進行了覆蓋碳和金涂層的導(dǎo)電處理。掃描電子顯微鏡的加速電壓是15KV。
4 結(jié)果與討論
硬化水泥漿體的結(jié)構(gòu)是由基體和氣孔的三維織構(gòu)構(gòu)成的。氣孔區(qū)域是由凝膠孔、毛細(xì)孔和氣孔組成的。凝膠孔和毛細(xì)孔的存在是造成微觀特性的主要原因。至于結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,相同的基本途徑維持了他們對礦物結(jié)合泡沫混凝土的有效性,因為他們已經(jīng)發(fā)展到應(yīng)用于高性能混凝土或甚至超高性能混凝土上。本文的重點是針對特制結(jié)構(gòu)的孔隙區(qū)域及其微孔結(jié)構(gòu)。
具有多孔結(jié)構(gòu)和輕質(zhì)特性的礦物結(jié)合泡沫材料已經(jīng)確立了他們在建筑行業(yè)的地位。這些質(zhì)地細(xì)密的混凝土依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是現(xiàn)在已不再有效的德國標(biāo)準(zhǔn)DIN4164。他們將質(zhì)量密度≤2000 kg/m3的混凝土列為輕質(zhì)混凝土[14]。受制于生產(chǎn)過程,礦物結(jié)合泡沫材料被稱為蒸壓加氣礦物結(jié)合混凝土或泡沫混凝土。這些建材的特點將在[4,7-12,14]中描述。
在本文中,我們提出了一種方法來控制氣硬性礦物結(jié)合泡沫混凝土的特性,這有助于擴大這些建材的應(yīng)用類型。通過這種方法,將使眾所周知的制造流程得到進一步發(fā)展,以此新產(chǎn)生的輕量級混凝土將得到可重現(xiàn)的特點。這樣,現(xiàn)代建筑任務(wù)的要求得以滿足,當(dāng)然也包括設(shè)計領(lǐng)域。為描述和評價礦物結(jié)合泡沫材料的微觀結(jié)構(gòu),光學(xué)顯微鏡與數(shù)字圖像分析相結(jié)合[16]以及掃描電子顯微鏡是合適的工具。
2 技術(shù)基礎(chǔ)
泡沫是一種由氣體、液體和/或氣體和固體組成的分散系統(tǒng),其中氣體體積的比例占主導(dǎo)地位。在所有泡沫中,每一個氣泡都有一個封閉的空腔,和相鄰氣泡之間沒有氣體連接。在泡沫中,氣體是一個間歇性或者分散的相,而連續(xù)相以基質(zhì)或液相[8]存在。
圖1—-根據(jù)生產(chǎn)過程進行的礦物結(jié)合泡沫混凝土分類
圖1顯示了根據(jù)制造過程來對礦物結(jié)合泡沫材料進行的分類。在新拌水泥漿體中形成氣泡的過程是至關(guān)重要的?;瘜W(xué)擴散,以及物理或方法機械發(fā)泡是眾所周知的方法且而技術(shù)發(fā)展十分成熟。蒸壓加氣混凝土主要基于自流平細(xì)砂漿,石英砂,水泥和/或石灰和加入水中的通常是鋁粉的發(fā)泡劑。穩(wěn)定的材料固化后從其模具中移除到充滿高壓飽和蒸汽氛圍的蒸壓釜中幾個小時,從而獲得其較終性能[14,15]。
泡沫混凝土要得到其結(jié)構(gòu)是通過使用泡沫發(fā)生器或向水泥漿體引入發(fā)泡劑,用快速旋轉(zhuǎn)的攪拌混合器發(fā)泡實現(xiàn)的。漿體由膠凝材料(通常是水泥)、級配合理的石英砂、水和泡沫外加劑組成的。發(fā)泡成型后,混凝土在正常大氣條件下硬化。
在機械發(fā)泡過程中,泡沫劑被添加到砂漿中。無數(shù)的氣泡通過高速攪拌機機械的引入。一個相對不穩(wěn)定的泡沫會發(fā)展為一個不規(guī)則和未定義的孔結(jié)構(gòu)[11]。在實踐中,更常見的制造方法是物理發(fā)泡。預(yù)先制備的由水和化學(xué)外加劑組成的泡沫以外加組分形式混合到砂漿中。在這些條件下,會產(chǎn)生更穩(wěn)定和具有優(yōu)良細(xì)孔的砂漿[11] 。
蒸壓加氣混凝土常用于建筑砌塊、墻壁和天花板、非承重結(jié)構(gòu)以及鋼筋增強結(jié)構(gòu)組分。這些建筑單元用于建房和工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)中。目前泡沫混凝土的主要應(yīng)用領(lǐng)域是回填和找平。到目前為止,還不能用合適的材料實現(xiàn)其作為建筑結(jié)構(gòu)材料用于承重結(jié)構(gòu)單元中。
泡沫的孔隙特性對礦物結(jié)合泡沫材料的物理力學(xué)特性影響顯著。重要的不僅僅是強調(diào)氣孔,而且還有毛細(xì)管和凝膠孔隙的特征。氣硬性泡沫混凝土技術(shù)應(yīng)用的可能性強烈的限制于其物理力學(xué)特性。一方面,這歸結(jié)于高水含量的新拌砂漿,另一方面歸結(jié)于產(chǎn)生泡沫方法的不足,這些方法用今天的一般操作程序不能保證較佳的孔隙分布。
對于作為承重建筑單元應(yīng)用很有必要的強度目前只能在飽和蒸汽的氣氛中以大約190℃,1.2N/mm2來蒸壓硬化獲得。除此之外,將Ca(OH)2和SiO2轉(zhuǎn)化為硅酸鹽水合物(CSH)的轉(zhuǎn)換也可能是由這個過程得到的,它也降低了固體的收縮趨勢。
孔隙率,這里特別指氣孔率,對于加氣混凝土來說受控于發(fā)泡鋁粉的添加量和顆粒尺寸。因此,總氣孔面積和孔隙大小分布是可以調(diào)節(jié)的。氣孔分布上,化學(xué)發(fā)泡相對于物理發(fā)泡提供了更高的規(guī)律性和較高的重現(xiàn)性。
這種認(rèn)識導(dǎo)致的結(jié)論是:礦物結(jié)合、空氣養(yǎng)護的泡沫混凝土,要保證提高其特性,較好通過化學(xué)擴散來制造。新制泡沫混凝土的高含水量阻礙了具有緊密結(jié)構(gòu)的硬化水泥基體的產(chǎn)生。為了確保有一個結(jié)構(gòu)致密的水泥基體,降低含水量是很有必要的。這也帶來了矛盾,這只能通過使用化學(xué)外加劑轉(zhuǎn)化到泡沫中。
3 材料與方法被研究的泡沫混凝土由一個不含骨料的水泥漿組成。一些部分添加了摻合料和添加劑。表1列出了生產(chǎn)出砂漿混合物的材料。依據(jù)EN197-1標(biāo)準(zhǔn)制造的CEMI42.5R水泥被用來作為膠凝材料。通過使用不同粒度的鋁粉,氣孔分布在硬化材料中是可控的,而氣孔量是由總量調(diào)整的。