煤矸石泡沫混凝土性能及其影响因素研究

刘　宁

(江苏师范大学，江苏 徐州　221000)



煤矸石泡沫混凝土性能及其影响因素研究

刘宁

(江苏师范大学，江苏 徐州221000)

在不同的密度等级下，分别选取不同的水料比与泡沫体积，研究了泡沫混凝土密度和强度的变化规律，结果表明低密度等级的主要影响因素是泡沫体积，中密度和高密度等级的主要影响因素是水料比。

煤矸石，泡沫混凝土，水料比，密度

0　引言

泡沫混凝土，是利用物理发泡的方式制得泡沫，再将泡沫与浆体混合，经搅拌、成型、养护形成的轻质多孔材料[1]，由于其质轻、防火、保温性能好、吸音等优良性能，在建筑工程中越来越受到广大消费者的青睐。但是由于是一种水泥制品，因此具有高能耗、其干缩易引起裂缝等缺点[2]。

本文所研究的煤矸石，是与煤系地层共生的一种矿业废料，以Si，Al为主要元素，具备发生火山灰活性的基本条件，可与水泥的水化物发生二次反应，获得强度，将其作为掺和料用于泡沫混凝土中，既能减少水泥用量、废物利用，又可减轻环境的压力，一举多得[3]。本文主要研究对于不同密度等级的泡沫混凝土，将煤矸石代替50%的水泥后，选取不同水料比和泡沫体积，对其密度和强度等性能的影响。

1　实验

1.1原材料

水泥：江苏省诚意牌42.5普通硅酸盐水泥；发泡剂：蛋白发泡剂；减水剂：萘系普通减水剂；煤矸石：选自陕西省铜川市。

1.2实验仪器

水泥净浆搅拌机，镘刀，振动台等。

1.3实验步骤

1)将实验仪器及器具清理干净，使其处于待工作状态；

2)按照表1的实验配比[4]称量原材料，制得泡沫和煤矸石水泥净浆；

3)将已制得的泡沫和煤矸石水泥净浆混合均匀，装入40 mm×40 mm×160 mm的试模内，轻微振动后成型，静置24 h脱模，并放入水中开始养护；

4)达到规定龄期后，参照GB/T 11969—2008蒸压加气混凝土性能实验方法测试试块的强度[5]。

表1　试验配合比

2　实验数据与分析

2.1实验数据

按照1.3实验方法进行实验后，得到的数据见表2。

表2　实验结果

上述实验数据显示，对于低密度泡沫混凝土，水料比越大，泡沫体积越小，其密度和强度越大；而对于中密度和高密度泡沫混凝土则相反，水料比越小，泡沫体积越大，试件的密度和强度越大。

2.2实验数据分析

一般情况下，普通混凝土的水灰比是影响密度和强度的主要因素，密度和强度会随着水灰比的增大而减小。主要原因在于水灰比较大时，蒸发和干缩作用比较强，进而引起混凝土内部的微细孔增多，使得密度降低。强度之所以降低主要是因为孔隙的产生引起了应力集中[6]；但对于泡沫混凝土，影响因素除了水料比外，还有泡沫体积，表2实验数据显示，在低密度情况下，水料比越大，密度和强度越大，这主要因为低密度情况下，泡沫体积与浆体体积之比远大于1，因此泡沫体积作为主要因素影响泡沫混凝土的性能。高密度中泡沫体积仅占总体积的1/3，因此泡沫体积对于试件的影响较小，其性质类似于普通混凝土。

除变化趋势外，高密度泡沫混凝土在不同的水料比情况下，其变化速率也有所不同，如图1，图2所示，以28 d龄期为例，水料比由0.40增加到0.41时，密度和抗压强度变化较快，而由0.42～0.43的过程中，密度和抗压强度变化较慢。这主要是因为由0.40～0.41的过程中，由于水分的增多，在养护过程中水分蒸发较多，产生较多孔隙[7]，使得密度变小，强度变弱，而由0.41～0.42的过程中，孔隙已趋于稳定，变化较小。

图1　密度随水料比的变化曲线(28d)

图2　抗压强度随水料比的变化曲线(28d)

2.3最佳配比确定

泡沫的加入使得泡沫混凝土具有轻质保温的性能[8]，但是往往会伴随着强度的降低，所以密度或强度不能单独作为泡沫混凝土的评价标准，为此本实验采用28 d抗压强度与密度之比(Rc/ρ)为主要评价指标，二者的比值越大，配比越好。由表2可以得出，低密度等级的最佳配比为2号配比，中密度等级的最佳配比为4号配比，高密度等级的最佳配比为7号配比。

3　结语

1)对于不同密度等级，影响其性能的主要因素不同，低密度主要影响因素是泡沫体积，中密度和高密度主要影响因素是水料比。

2)对于低密度泡沫混凝土，水料比越大，泡沫体积越小，密度和强度越大；而对于中密度和高密度泡沫混凝土则相反。

3)高密度泡沫混凝土在不同的水料比情况下，其变化速率也有所不同，水料比由0.40增加到0.41时，密度和抗压强度变化较快，而由0.42～0.43的过程中，密度和抗压强度变化较慢。

4)低密度泡沫混凝土最佳配比：水料比为0.41，泡沫体积为1 000 mL；中密度泡沫混凝土最佳配比：水料比为0.40，泡沫体积为800 mL；高密度泡沫混凝土最佳配比：水料比为0.40，泡沫体积为500 mL。

[1]闫振甲,何艳君.泡沫混凝土实用生产技术[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2]李文博.泡沫混凝土发泡剂性能及其泡沫稳定改性研究 [D].大连：大连理工大学，2009.

[3]徐林.煤矸石的物理化学性能与煤矸石烧结砖的产品质量[J].砖瓦，2010(2):28-30.

[4]李应权,朱丽德,李菊丽,等.泡沫混凝土配合比的设计[J].徐州工程学院学报(自然科学版),2011,26(2):1-5.

[5]李龙珠，夏勇涛，刘文斌，等.泡沫混凝土的正交试验研究[J].硅酸盐通报,2010(6):1497.

[6]明辉.大掺量粉煤灰泡沫混凝土的研究[D].长春:吉林大学,2006.

[7]许晨阳,范兴旺,张亮,等.活化煤矸石做掺合料——混凝土力学性能研究[J].商品混凝土,2010(4):35-43.

[8]俞心刚,魏玉荣,曾康燕，等.用煤矸石为主要原材料制备泡沫混凝土的优越性[J].混凝土世界,2010，6(12):58-59.

The research of properties and its influencing factors of foam concrete with coal gangue

Liu Ning

(JiangsuNormalUniversity,Xuzhou221000,China)

Study the change of the density and strength through selecting different water material ratio and bubble volume under the different density level. The results showed the bubble volume affected the low density degree most, but the most influence of medium and high density level was water material ratio.

coal gangue, foam concrete, water material ratio, density

1009-6825(2016)21-0120-03

2016-05-13

刘宁(1987- )，女，助理工程师

TU528.58

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