温度对泡沫混凝土性能影响

崔玉理，贺鸿珠

（1.同济大学 材料科学与工程学院，上海 201804；2.临沂大学 建筑学院，山东 临沂 276005）

随着中国建筑墙体材料改革与建筑节能政策的推行，节能型建筑材料的开发与应用受到广泛的重视.泡沫混凝土具有节能、利废、保温、轻质、隔热、耐火等性能，在建筑领域应用广泛［1］.然而，泡沫混凝土的强度、导热系数、吸水率等主要性能指标受到生产工艺、养护制度、原材料性能等多因素影响［2－6］，特别是温度对其性能影响较大，温度过低会造成保温性能下降、吸水率增加，这对墙体保温系统的耐久性非常不利.本文通过改变水温和环境温度对泡沫混凝土性能的影响进行研究，为其优质高效生产提供理论指导.

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

水泥（C）：山东沂州水泥集团生产的P·Ⅱ52.5水泥；粉煤灰（FA）：邹城电厂提供，45μm 方孔筛筛余9%（质量分数），需水量91%（质量分数），烧失量2.8%（质量分数），含水量0.1%（质量分数）；硅灰（SF）：山东宏艺股份有限公司提供，比表面积22m2／g；早强剂（ESA）：实验室自制，具有早强、稳泡、防塌陷等作用；防水剂（WPA）：硬脂酸钙，白色粉末，不溶于水；发泡剂：质量分数为27.5%的双氧水；聚丙烯纤维（PP）：长度规格6mm；减水剂（SP）：聚羧酸减水剂，灰白色粉末，苏州兴邦化学建材有限公司生产，减水率25%（质量分数）.硬石膏（AN）：浅灰色粉末状，80μm 方孔筛筛余≤10%（质量分数），山东宏艺科技股份有限公司提供.

1.2 试验方法

经试验，选定泡沫混凝土的配合比如表1 所示［7－8］.按照表1中的配合比称取原材料，然后在搅拌机内混合均匀，装入密封桶备用.

表1 泡沫混凝土的配合比Table 1 Mix proportion（by mass）of foam concrete %

水灰比的大小不仅对泡沫混凝土的浇筑成型有影响，对其性能也有重要影响.在设定的配合比下，通过试验确定加水量与粉料的质量比为0.5.在满足泡沫混凝土强度和保温性能的情况下，通过试验确定发泡剂的加入量为粉料质量的5%.先将水加入搅拌锅，再加入粉料搅拌60s，然后加入发泡剂，搅拌10s，迅速入模，原地静止24h，脱模，按照表2所示条件养护到规定的龄期.

表2 泡沫混凝土制备用水温以及养护环境条件Table 2 Water temperature and curing conditions for foam concrete preparation

2 试验结果与分析

2.1 凝结时间

按照GB／T 1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》，测试泡沫混凝土浆料在不同温度条件下的凝结时间.浆料凝结时间（t）与养护温度（T）的关系如图1所示.经拟合，浆料初凝时间与养护温度的关系为：lg tc＝－0.343 4T＋3.388 2，R2为0.997 4；浆料终凝时间与养护温度的关系为：lgtz＝－0.323 9T＋3.434 4，R2为0.995 1.由此可见，在实际生产中，可通过温度调节来控制浆料的凝结时间.

图1 浆料凝结时间与养护温度的关系Fig.1 Relationship of setting time and curing temperature

2.2 内部形貌

不加发泡剂时，试块在不同温度下养护24h，再放置在标准养护箱内养护至龄期28d，然后在105℃烘箱内烘干至恒重，磨光切割面，采用Hitachi S－3400N 扫描电镜进行观察，其形貌如图2 所示.由图2可见，在不同养护条件下，试块内部泡孔大小有一定的变化，当养护温度低时，泡孔孔径约为0.5mm，较大和较小的泡孔少，随养护温度的升高，泡孔数量逐渐增多，当养护温度为30～40℃时，泡孔孔径减小，约为0.3mm，泡孔大小较均匀.这一方面是由于温度低，凝结时间长，有利于泡孔的形成和生长，另一方面是由于温度低使混凝土水化速度减慢，限制了泡孔形成与生长.因此温度过低或过高均不利于泡孔的形成和生长.试验发现，养护温度为30～40℃时，可获得数量较多且相对均匀的泡孔.

加入发泡剂后，将在不同水温下制备的泡沫混凝土试块分别在室内、室外养护28d，然后在105℃烘箱内烘干至恒重，其内部形貌如图3所示.由图3可见，试块的孔径随水温的升高而减小，当水温为20℃时，孔径平均2～3mm；当水温50℃时，孔径变小，数量增多，孔径平均1～2mm；当水温为40℃时，孔壁较光滑，连通孔减少，封闭孔增多，孔径大小均匀.

2.3 干密度

水温对泡沫混凝土干密度的影响见图4.由图4可见，通过水温变化制备的泡沫混凝土试块，其干密度随水温升高而逐渐降低.

2.4 抗压强度

泡沫混凝土试块的抗压强度按照JG／T 266—2011《泡沫混凝土》进行试验.测试结果见图5，6.

试验结果表明：养护环境和水温对泡沫混凝土的抗压强度均有影响.在室内养护条件下，随水温的升高，泡沫混凝土的抗压强度均随之减小，对于同一试块，在水温低于45℃时，其抗压强度随龄期的增加而增加，在温度高于45℃时，其后期抗压强度出现倒缩.在室外自然养护条件下，水温在10～20℃变化波动，相对湿度在50%～75%变化波动，泡沫混凝土试块的抗压强度随水温升高而降低，随龄期的增加而出现倒缩.

图2 养护温度对浆料硬化后内部形貌的影响Fig.2 Influence of curing temperature on internal morphology of pastes after hardening

图3 水温对泡沫混凝土内部形貌的影响Fig.3 Influence of water temperature on internal morphology of foam concrete

图4 水温对干密度的影响Fig.4 Influence of water temperature on dry density of foam concrete

图5 室内环境下水温对泡沫混凝土抗压强度的影响Fig.5 Influence of water temperature on compressive strength of foam concrete in standard condition

图6 室外环境下水温对泡沫混凝土抗压强度的影响Fig.6 Influence of water temperature on compressive strength of foam concrete in outdoor condition

2.5 导热系数

图7 水温对导热系数的影响Fig.7 Influence of water temperature on thermal conductivity

按照JG／T 266—2011 标准要求，将泡沫混凝土试块烘干后测试其导热系数，结果如图7所示.由图7可见，泡沫混凝土的导热系数随水温的升高而降低，且在水温低于40℃时，其导热系数降低较明显.在孔隙率相同的情况下，闭孔增加可有效减小对流传热，在水温高于40℃时，虽然泡沫混凝土的孔隙率增加，密度降低，但由于连通孔有所增加，导致导热系数增大.当水温为35～40℃时，泡沫混凝土的导热系数较小，约为0.06W／（m·K）.

3 结论

（1）养护温度在5～50℃时，泡沫混凝土浆料的初、终凝时间的对数与养护温度呈线性关系，因此可根据凝结时间选择合适的养护温度.

（2）水温在35～40℃时，泡沫混凝土内部孔径分布均匀，连通孔少，保温性能较好.

（3）水温对泡沫混凝土的抗压强度、导热系数具有一定的影响，当水温为35～40℃时，试块的抗压强度较高，保温性能较好.

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