石膏泡沫混凝土的性能研究

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石胃泡沫混凝土硇胜鹾研究　

向仁科　，石宗利　，谢建海　

（１．兰州交通大学机电工程材料系，甘肃兰州７３００７０；　２．湖南大学复合材料研究所，湖南长沙４ｌ００８２）　

摘要：以脱硫石膏为基材，通过添加矿渣、水泥和自制添加剂改性，外掺少量生石灰、促凝剂和发泡剂制备／１　同密度等级的石膏泡　沫混凝土。研究了不同外加剂掺量对胶凝材料初、终凝时间和力学性能的影响，测试＿『石膏泡沫混凝土的导热系数，阐述了产品的热工　

性能。测试结果表明，产品的强度高、导热系数低，综合性能优良，有利于工业副产石膏的资源化利用和提高节能减排水平。　关键词：石膏泡沫混凝土；冻融循环：导热系数　

中图分类号：ＴＵ５２８．２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１—７０２Ｘ（２０１１）０９—０００８—０３　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　ｇｙｐｓｕｍ　ｆｏａｍｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｘ／ＡＮＧ　Ｒｅｎｋｅ　，ＳＨＩ　Ｚｏｎｇｌｉ　～，Ｘ　Ｊｉａｎｈａｉ　（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ　７３００７０，Ｇａｎｓｕ，Ｃｈｉｎａ：　

２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｈｕｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１００８２，Ｈｕｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｇｙｐｓｕｍ　ｆｏａｍｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｌｅｖｅｌ　ｉｓ　ｍａｄｅ　ｂｙ　ｔａｋｉｎｇ　ｆｌｕｅ　ｇａｓ　ｄｅｓｕｌｐｈｕｒｉｚａｔｉｏｎ　ｇｙｐｓｕｍ　ａｓ　ｈａｓｅ　ｍａ—　ｔｅｒｉａｌ，ｓｌａｇ，Ｐｏａｌａｎｄ　ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｓｅｌｆ－ｍａｄｅ　ａｄｄｉｔｉｖｅｓ　ａｓ　ｍｏｄｉｆｉｅｒ，ｓｍａｌｌ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ＣａＯ，ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ　ａｎｄ　ｆｏａｍｉｎｇ　ａｇｅｎｔ　ａｓ　ａｄｍｉｘｔｕｒｅ．＿ｒｈＰ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ａｄｍｉｘｔｕｒｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ—ｆｉｎａｌ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｔｉｍｅｓ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｇｅｌｌｅｄ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｗａｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ，ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　

ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　ｇｙｐｓｕｍ　ｆｏａｍｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｗａｓ　ｔｅｓｔｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｗａｓ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｈａｓ　ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｌｏｗ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ａｎｄ　ｇｏｏｄ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｉｔ　ｉｓ　ｃｏｎｄｕｃｉｖｅ　ｔｏ　ｕｓｉｎｇ　ＦＧＤ　ｇｙｐｓｕｍ　

（ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｂｙ－ｐｒｏｄｕｃｔ）ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｅｎｅｒｇｙ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｌｅｖｅ１．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｙｐｓｕｍ　ｆｏａｍｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ：ｆｉ＇ｅｅｚｅ—ｔｈａｗ　ｃｙｃｌｅ；ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　

世界能源日趋紧缺，节能环保是目前建筑制品发展的重　大课题。为了社会的可持续发展，我国提出了居住建筑６５％　

节能设计新标准Ｉ】－２１。夏热冬冷地区建筑外墙的传热系数应满　足　≤１．５　Ｗ／（ｍ２．Ｋ）１３］。因此，要发展新型保温砌块，提高墙体　

保温性能　。石膏泡沫混凝土砌块是利用工业脱硫石膏，掺　加一些矿渣、水泥、外加剂等制备而成嘲。其具有质量轻、强度　

高、绿色环保、隔声性能好及尺寸精确、干法作业、施工快捷和　成墙占地面积小等特点　，无需煅烧，不但可以实现工业副产　

石膏的资源化利用，而且可以提高节能减排的水平［８１。　

ｌ试验　

１．１原材料及生产工艺　

基金项目：国家重点新产品计划资助项目（２０Ｏ７ＧＲＤ２ＯＯ２３）　

收稿日期：２０１１－０３—２ｌ　作者简介：向仁科，男，１９８５年生，湖南保靖人，硕士研究生。地址　

４１００８２湖南省长沙市岳麓区洲尾子组９栋１单元２楼，Ｅ—ｍａｉｌ　

３３１０７５１８５＠ｑｑ．ｃｏｍ。　

・８・　新型建筑材料　２０１１．９　脱硫石膏：湖南长沙铜官火电厂‘，二水石膏含量大于　９５％，品质较高；矿渣：市售矿渣粉；水泥：市售３２．５级普通硅　

酸盐水泥；生石灰：磨细生石灰粉；促凝剂：实验室自制；保水　剂：市售甲基纤维素；发泡剂：ＪＴ复配水泥发泡剂。　

石膏泡沫混凝土的制备工艺过程为：将脱硫石膏在６０　下烘干，然后按ｍ（脱硫石膏）：ｍ（矿渣）：ｍ（普通硅酸盐水泥）：　

ｍ（自制添加剂）＝４：５：１：１．５配比计量，再掺入适量的生石灰、复　合促凝剂、减水剂和保水剂混合均匀进行粉磨，过８０目筛，同　

时按ｍ（发泡剂）：ｍ（水）＝１：４０配制发泡剂溶液，用发泡机制备　泡沫，将粉料以０．４５的水灰比搅拌成均匀料浆，再根据砌块　

密度要求掺入适量泡沫搅拌均匀，入模成型，在３５℃条件下　养护８　ｈ，脱模在自然条件下养护至规定龄期。　１．２试验方法　复合胶凝材料性能测试：初、终凝时间及抗压强度参照　

ＧＢ／Ｔ　１７６６９．４—１９９９《建筑石膏净浆物理性能的测定》进行。　石膏泡沫混凝土性能测试：石膏泡沫混凝土的密度、含水　率、抗压强度、抗冻性参照ＧＢ／Ｔ　１１９６９－－１９９７《加气混凝土实　

验方法总则》进行，导热系数参照ＧＢ／Ｔ　１０２９４－－２００８《

绝热材　向仁科，等：石膏泡沫混凝土的性能研究　

料稳态热阻及有关特性的测定一防护热板法》进行。　

２试验结果与分析　

通过试验确定了ｍ（脱硫石膏）：ｍ（矿渣）：ｍ（水泥）＝４：５：ｌ，　同时对自制添加剂、促凝剂和生石灰的掺量进行了研究。　

２．１　自制添加剂、促凝剂和生石灰的最佳掺量　不同自制添加剂及促凝剂掺量对复合胶凝材料性能的　

影响分别见表１和表２。　表１　自制添加剂掺量对复合胶凝材料性能的影响　

注：外掺２％促凝剂。　表２促凝剂掺量对复合胶凝材料性能的影响　

注：掺１５％自制添加剂。　从表１可看出，掺入自制添加剂可以促进复合胶凝材料　

的凝结，对早期强度提高有明显效果，当掺量为１５％时，３　ｈ　初凝，２０　ｈ终凝，便于泡沫混凝土的生产，但对后期的强度没　

有明显提高作用，２８　ｄ强度基本持平。综合凝结时间和成本　考虑，选用１５％的自制添加剂掺量。　从表２可看出，随着促凝剂掺量的增加，复合胶凝材料　的初、终凝时间逐渐缩短，对强度基本没有影响，但当促凝剂　掺量增加到３％时，出现泛霜现象（见图１），且随着掺量增加，　

泛霜加剧，而掺量为２％时，无泛霜现象，促凝效果良好。　

图１掺３％促凝剂时泡沫混凝土的泛霜现象　表３为不同生石灰掺量对泡沫混凝土性能的影响。　表３生石灰掺量对泡沫混凝土性能的影响　

生石灰掺量／％０　１　２　３　４　密度／（ｋｇ／ｍ　）　９７６　９７５　９８２　９７０　９７８　抗压强度／ＭＰａ　５．７２　６．５７　７．６６　７．２４　６．３２　

从表３可以看出，泡沫混凝土密度在９７５　ｋｇ／ｍ　左右时，　

掺入适量的生石灰可以提高泡沫混凝土的强度，随着生石灰　掺量的继续增加，泡沫混凝土的强度逐渐下降，其最佳掺量为　２％。掺入泡沫混凝土中的生石灰水化生成Ｃａ（０Ｈ）：，大量的　

ＯＨ一促进矿渣溶解、水化，生成Ｃ—Ｓ—Ｈ凝胶（９１，从而提高泡沫　混凝土的强度，但随着生石灰含量的增加，生成的Ｃ—Ｓ—Ｈ凝　胶与过量的生石灰反应生成大量的钙矾石，导致泡沫混凝土　

体积安定性不良，产生大量的微裂纹（见图２），强度反而下　降。　

图２掺３％生石灰时泡沫混凝土的开裂现象　２．２泡沫混凝土的力学和热工性能　选用１５％自制添加剂、２％促凝剂和２％生石灰，以０．４５　

的水灰比搅拌成料浆，再加入不同量的泡沫，制备出不同密度　的泡沫混凝土，对其抗压强度和导热系数进行了测试，结果见　表４。密度等级与导热系数的对应关系见表５。　表４不同密度泡沫混凝土的抗压强度和导热系数　

干表观密抗压强度导热系数　干表观密抗压强度导热系数　度／（ｋｇ／ｍ　）　／ＭＰａ　／［Ｗ／（ｍ・Ｋ）】　度／（ｋｇ／ｍ　）　／ＭＰａ／［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］　２３２　０．７８　０．Ｏ４５６　５９５　２．４０　０．１３６２　３１５　１．０５　０．０５６１　７２５　３．８０　０．１７７０　４２２　１．４０　０．０６３５　８２０　４．５０　０．１９４８　５２４　１．６２　０．０９４４　９５９　６．６Ｏ　０．２５３０　５５４　１．７５　０．１２５２　ｌ０７９　７．９０　０．２５７１　

表５密度等级与导热系数对应关系　

密度等级　Ｂ０３　Ｂ０４　Ｂ０５　Ｂ０６　Ｂ０７　Ｂ０８　Ｂ０９　Ｂ１０　

导热系数／［Ｗ／（ｍ・Ｋ１］，≤０，０８　Ｏ．１０　０．１２　Ｏ．１４　０．１８　０．２１　０，２４　０．２７　由表４的结果对泡沫混凝土的导热系数与干表观密度进　行线性拟合（见图３），得出泡沫混凝土导热系数和干表观密　

Ｎ　ＥＷ　ＢＵＩ　ＬＤｌＮＧ／＇ＡＡＴＥＲＩＡＬＳ　・９・

　向仁科，等：石膏泡沫混凝土的性能研究　

度的关系式：　

ｙ＝一０．０３５０４＋２．８１６５９ｘ１０￣Ｘ　

图３泡沫混凝土密度与导热系数的拟合结果　

从图３可知，相关系数达０．９８５９３。从表４和表５可看出，　

各试样的导热系数均达到ＪＣ／Ｗ　１０６２－－２００７《泡沫混凝土砌　块》规定的密度等级所对应的导热系数要求。　石膏泡沫混凝土的技术指标见表６。　表６石膏泡沫混凝土的技术指标　

从表６可以看出，该石膏泡沫混凝土能满足ＪＣ／ｒＩ１　ｌ０６２—　

２００７标准要求，密度等级Ｂ０８的强度达到Ａ３．５的要求，而其　导热系数小于Ｂ０８的要求，冻融循环后的质量损失为２．３５％，　强度损失为１３．３％，远小于２５％。　

以２４０　ｍｍ厚墙体为例，热阻计算公式：　

尺　式中：Ｒ——材料层的热阻，ｍ２・Ｋ／Ｗ；　材料层的厚度，ｍ；　

Ａ——材料的导热系数，Ｗ／（ｍ・Ｋ）。　根据公式求得２４０　ｍｍ厚石膏泡沫混凝土墙体的热阻　Ｒ＝１．２３２　ｍ２，Ｋ／Ｗ。根据ＧＢ　５０１７６—９３《民用建筑热工设计规　

范》，围护结构最小传热阻：　

【）．　Ｒ。　△　式中：　ｉ——冬季室内计算温度，ｑＣ，一般居住建筑取１８　ｃｃ，高　级居住建筑，医疗和托幼建筑，取２０℃；　

一围护结构冬季室外计算温度，　，按ＧＢ　５０１７６＿＿　

・１０・　新型建筑材料　２０１１．９　９３第２．０．Ｉ条规定采用；　ｎ一温差修正系数；　

Ｒ＿＿一围护结构内表面换热阻，ｍ２ｏＫ／Ｗ；　△　室内空气与围护结构内表面的允许温差，ｃｃ。　根据ＧＢ　５０１７６—９３附表规定，选取ｔｉ＝２０℃，ｒｅ＝一１６　ｏＣ（北　京Ⅳ型），ｎ＝ｌ（外墙），Ｒｌ＿Ｏ．１１　ｍ２￣Ｋ／Ｗ，Ａｔ＝６．０　ｏＣＯｔ，墙），计算　

得Ｒ０．ｍ＝０．６６　ｍ２￣Ｋ／Ｗ。可见，该石膏泡沫混凝土墙体的热阻　远高于民用建筑热工设计规范的要求，具有优良的保温隔