保溫膨脹珍珠巖混凝土配合比設(shè)計(jì)與分析

王 兆 輝

(中鐵十八局集團(tuán)房地產(chǎn)開發(fā)有限公司,天津 津南區(qū) 300222)

0 引 言

隨著我國(guó)建筑業(yè)的規(guī)模發(fā)展壯大，我國(guó)每年約有17-18億平方米的新建建筑，居世界第一[1-2].我國(guó)是能源消費(fèi)大國(guó)，因?yàn)榻ㄖ袠I(yè)不合理利用能源產(chǎn)生的能源消耗占我國(guó)能源消費(fèi)總量的30%[3].在我國(guó)，僅有低于10%的建筑達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)[4].我國(guó)現(xiàn)階段建筑具有數(shù)量多，能耗大，資源利用率低等特點(diǎn).對(duì)于建筑節(jié)能有2種解釋，其中廣義上的建筑節(jié)能主要是通過使用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的，主要體現(xiàn)在建筑全生命周期的節(jié)能.狹義的建筑節(jié)能主要是指建筑投入使用期間的建筑節(jié)能.節(jié)能效果需要減少熱損失來完成[5].目前，我國(guó)的建筑節(jié)能已經(jīng)能夠達(dá)到75%，建筑節(jié)能已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)[6-10].

1 試驗(yàn)過程

1.1 立方體抗壓強(qiáng)度的測(cè)定

試驗(yàn)設(shè)備：采用WHY-2000kN微機(jī)控制壓力萬能試驗(yàn)機(jī)，如圖1所示.

圖1 萬能試驗(yàn)機(jī)

試驗(yàn)過程：按照規(guī)范GB/T50081-2002，步驟如下：

1.2 導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定

試驗(yàn)設(shè)備：HS-DR-5型瞬態(tài)平面熱源法導(dǎo)熱儀，如圖2所示.

試驗(yàn)過程：首先，采用烘干箱，恒溫50℃～70℃對(duì)試件烘干至恒重，然后將試件表面處理干凈，再進(jìn)行測(cè)樣.將導(dǎo)熱儀探頭置于兩個(gè)試件之間，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最后記錄熱導(dǎo)率.

2 各種礦物質(zhì)對(duì)保溫膨脹珍珠巖混凝土性能的影響分析

2.1 氣相二氧化硅的影響

為了直觀描述氣相SiO2對(duì)保溫膨脹珍珠巖混凝土性能的影響規(guī)律，通過繪制抗壓強(qiáng)度與摻加量的關(guān)系，如圖3(a)所示，導(dǎo)熱系數(shù)與摻加量的影響，如圖3(b)所示：

圖3 氣相SiO2對(duì)抗壓強(qiáng)度與導(dǎo)熱系數(shù)關(guān)系圖

從圖3中可以看出，氣相SiO2摻加量對(duì)結(jié)構(gòu)保溫膨脹珍珠巖混凝土抗壓強(qiáng)度影響較大，且呈負(fù)增長(zhǎng)的關(guān)系.隨著SiO2摻量的增加，其抗壓強(qiáng)度降低.添加5%的氣相SiO2，28天抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值；添加20%的氣相SiO2，28天抗壓強(qiáng)度達(dá)到最小值.氣相SiO2摻量與結(jié)構(gòu)保溫膨脹珍珠巖混凝土導(dǎo)熱系數(shù)呈負(fù)增長(zhǎng)的關(guān)系，隨著氣相SiO2摻量的增加，其導(dǎo)熱系數(shù)逐漸降低，當(dāng)摻量為5%時(shí)，達(dá)到最大值0.23W/(m·K)，而摻量為20%時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)，其最小值0.13W/(m·K)，其導(dǎo)熱系數(shù)下降一半左右.其主要原因在于在熱傳導(dǎo)的過程中，內(nèi)部孔隙限制空氣分子的運(yùn)動(dòng)，阻礙能量交換，抑制了熱量傳遞，從而降低其導(dǎo)熱系數(shù).

2.2 水灰比的影響

為了直觀描述水灰比對(duì)保溫膨脹珍珠巖混凝土性能的影響，繪制了水灰比與抗壓強(qiáng)度與導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系，如圖4所示：

圖4 W/C與抗壓強(qiáng)度與導(dǎo)熱系數(shù)關(guān)系圖

從圖4可以看出，隨著水灰比的增加，其抗壓強(qiáng)度逐漸降低，當(dāng)W/C為0.30時(shí)28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值11MPa，W/C為0.34時(shí)28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到最小值9.4MPa.主要原因在于水泥水化反應(yīng)過程中，水泥顆粒不斷進(jìn)行水化，新生成的水化產(chǎn)物繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，水逐漸減少，水泥逐漸失去塑性，強(qiáng)度增加.隨著水灰比的增大，含水率增大，凝膠相對(duì)減小，降低混凝土強(qiáng)度.隨著水分流失，逐漸產(chǎn)生孔隙和裂縫，降低強(qiáng)度.

2.3 珍珠巖骨料的影響

為了直觀描述珍珠巖骨料對(duì)保溫膨脹珍珠巖混凝土性能的影響，繪制了珍珠巖骨料與抗壓強(qiáng)度與導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系，如圖5所示：

圖5 骨料摻量對(duì)抗壓強(qiáng)度與導(dǎo)熱系數(shù)關(guān)系

從圖5可以看出，膨脹珍珠巖骨料摻量增加，與結(jié)構(gòu)保溫膨脹珍珠巖混凝土抗壓強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且當(dāng)摻量為60%時(shí)28d抗壓強(qiáng)度平均值達(dá)到最大值11.2MPa，當(dāng)摻量為80%時(shí)，28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到最小值10.0MPa，主要原因在于混凝土的強(qiáng)度取決于孔洞的數(shù)量和骨料的強(qiáng)度.當(dāng)膨脹珍珠巖骨料的孔隙率較大，其強(qiáng)度較低，從而使混凝土的抗壓強(qiáng)度降低.當(dāng)骨料含量超量時(shí)，骨料空隙在混凝土中會(huì)形成滲透空隙，進(jìn)而降低強(qiáng)度.

2.4 納米CaCO3的影響

為了直觀描述納米CaCO3對(duì)保溫膨脹珍珠巖混凝土性能的影響，通過繪制其摻加量與抗壓強(qiáng)度與導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系，如圖6所示：

圖6 納米CaCO3摻量與抗壓強(qiáng)度與導(dǎo)熱系數(shù)關(guān)系圖

從圖6可以看出，納米納米CaCO3摻量與結(jié)構(gòu)保溫膨脹珍珠巖混凝土抗壓強(qiáng)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系.其抗壓強(qiáng)度隨摻量的增加而降低為，其28d抗壓強(qiáng)度平均值上升4%.混凝土水化硬化后，由于納米CaCO3尺寸小，會(huì)填充混凝土孔隙，使得混凝土密實(shí)度提高[13].

2.5 玄武巖纖維的影響

本文玄武巖纖維摻加量為0、2、4、6、8 kg/m3，進(jìn)而結(jié)合其他礦物摻量，進(jìn)而找到達(dá)到最優(yōu)力學(xué)性能的配合比，如圖7所示.

圖7 玄武巖纖維摻量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系圖

由圖7可知，當(dāng)玄武巖纖維從0增加到8kg/m3時(shí)，28d的平均抗壓強(qiáng)度增加了7%.結(jié)構(gòu)保溫膨脹珍珠巖混凝土混合一定的玄武巖纖維，并使得纖維分散在混凝土上，如果混凝土壓縮裂紋,這些纖維可以限制裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展，提高混凝土的抗壓強(qiáng)度.如果玄武巖纖維含量過高，纖維在混凝土中的聚集和分散不均勻，影響混凝土密實(shí)度、抗壓強(qiáng)度、垮塌程度和工作性能，增加成本.

3 結(jié) 論

為改善結(jié)構(gòu)保溫膨脹珍珠巖混凝土性能，本文分析配合比對(duì)結(jié)構(gòu)保溫膨脹珍珠巖混凝土性能的影響及原因，確定最佳配合比，通過分析獲得以下結(jié)論：

1、氣相SiO2、水灰比、膨脹珍珠巖骨料、納米CaCO3、玄武巖纖維，均有利于結(jié)構(gòu)保溫膨脹珍珠巖混凝土抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù).

2、通過分析對(duì)照，一次找到各個(gè)礦物摻量的最優(yōu)配合比，氣相二氧化硅、水灰比、骨料、、納米CaCO3、玄武巖纖維的量分別為10%、0.34、90%、0.5%，及4kg/m3時(shí).

3、根據(jù)分析可知，所選配合比生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)保溫膨脹珍珠巖混凝土具有較高的抗壓強(qiáng)度和較低的導(dǎo)熱系數(shù)，是一種理想的結(jié)構(gòu)保溫材料.