超輕水泥基材料強度測試的影響因素研究

 建筑外墻保溫可以使建筑在使用過程中節(jié)省更多的 能源與能量，是建筑節(jié)能的一個有效途徑[1]。目前大量作 為外墻保溫使用的有機保溫材料（如EPS、XPS、PU等）， 雖質(zhì)輕、保溫效果好，但其易燃、易老化，耐久、耐候性差 等缺點也為建筑物日后的使用帶來很多問題和安全隱患。 作為一種被廣泛關(guān)注的新型節(jié)能墻體材料，超輕水泥基材 料在具有保溫、隔熱、隔聲、使用壽命長等多方面優(yōu)越性 能的同時，也克服了有機保溫材料易燃、有毒以及施工難 等弊端，使用量日益擴大[2-4]，其穩(wěn)定制備和工業(yè)化生產(chǎn)對 社會可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。 國內(nèi)外對于輕質(zhì)水泥基材料的研究大多針對 300kg/m3 以上的普通發(fā)泡水泥[5]，但隨著水泥基材料向 輕質(zhì)化和更高保溫性能方向發(fā)展，低于300kg/m3 的超輕 發(fā)泡水泥成為其發(fā)展的必然趨勢。超輕發(fā)泡水泥作為一 種新型的建筑節(jié)能材料，其建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水泥基泡沫 保溫板》（JC/T2200-2013）頒布不久，標(biāo)準(zhǔn)中測試的相 關(guān)要求較少，材料的制備和測試過程中的問題較多。如 用某一配比制備出一塊超輕發(fā)泡水泥大塊制品，其內(nèi)部 強度與密度的均勻性以及不同測試方式對強度測試大 小的影響等研究較少，但這些問題的研究對于未來超輕 高性能發(fā)泡水泥的制備、檢測及工業(yè)化生產(chǎn)具有重要的 指導(dǎo)意義。 由于實驗室的攪拌設(shè)備（1400r/min）轉(zhuǎn)速較低，模 具（Φ150mm×300mm）較小，同一配比制得的超輕發(fā) 泡水泥，其強度和密度波動較大。因此課題組在上海松 江中試基地通過中等規(guī)模試驗，對超輕發(fā)泡水泥大塊 制品強度與密度的均勻性、強度測試方式等進行了相關(guān) 研究。 1 試驗 1.1 原材料與儀器 原材料：水泥（上海海螺水泥廠生產(chǎn)的P·O 42.5普通 硅酸鹽水泥）；纖維（上海金山石化廠生產(chǎn)的聚丙烯纖維， 纖維長度9mm）；粉煤灰（上海石洞口電廠出產(chǎn)的II級粉煤 灰）；外加劑（湖南岳陽產(chǎn)雨虹牌聚羧酸系減水劑）；發(fā)泡 劑（上海產(chǎn)27.5%雙氧水）；穩(wěn)泡劑（河北產(chǎn)穩(wěn)泡劑）；普通 自來水。 儀器：高速攪拌機（北京清大農(nóng)研科技有限公司生產(chǎn) 的單罐攪拌機，轉(zhuǎn)速2400r/min）；電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海 路達(dá)實驗儀器有限公司生產(chǎn)的101-2型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥 超輕水泥基材料強度測試的影響因素研究 馬一平 王 洋 黎 志 楊曉杰 （同濟大學(xué)先進土木工程材料教育部重點實驗室 上海 201804） 摘 要：試驗以普通硅酸鹽水泥為膠凝材料，在中試基地利用化學(xué)發(fā)泡法制備了尺寸為 1230mm×930mm×330mm的超輕發(fā)泡水泥大塊。本文定義了大塊制品的6個維度，并采 用單因子方差分析法及拉依達(dá)準(zhǔn)則分析了大塊制品內(nèi)部干表觀密度、抗壓強度及比強度 的均勻性，以及試件尺寸、受壓方向、壓縮變形程度、干燥狀態(tài)及養(yǎng)護制度對超輕發(fā)泡水 泥比強度測試結(jié)果的影響。結(jié)果表明，超輕發(fā)泡水泥大塊制品內(nèi)部具有較好的均勻性，但 試件尺寸、受壓方向、壓縮變形程度、干燥狀態(tài)及養(yǎng)護制度等因素對比強度測試結(jié)果影響 均較大。 關(guān)鍵詞：水泥基材料；超輕發(fā)泡水泥；強度測試；單因子方差分析

電子萬能試驗機（深圳市新三思材料檢測有限公司 生產(chǎn)的CMT4204型微機控制電子萬能試驗機）。 1.2 發(fā)泡水泥制備 準(zhǔn)確稱量原材料，先將水泥、纖維、粉煤灰、硅灰以 及外加劑充分?jǐn)嚢?，后加入溫水?5℃～45℃）制得均勻 的漿料，然后迅速加入發(fā)泡劑攪拌7s～8s后靜停，快速將 料漿注入模具。其制備流程如圖1所示，制備模具及其尺 寸如圖2所示。 1.3 測試方法 1.3.1 超輕發(fā)泡水泥干表觀密度測試方法 參照《水泥基泡沫保溫板》（JC/T2200-2013）進行 測試。隨機抽取3塊樣品，各加工成一塊滿足設(shè)備要求 的試件，其長、寬不得小于100mm，厚度為制品厚度。將 需要測試的試件放入干燥箱內(nèi)，緩慢升溫至65℃±2℃， 烘干至恒定質(zhì)量（恒溫3h兩次稱量試件質(zhì)量變化率小于 0.2%），稱取自然狀態(tài)下的質(zhì)量M（kg）。干表觀密度按照 公式ρ=M/V計算，其中V為試件體積（m3 ），ρ為試件的 干表觀密度（kg/m3 ）。 1.3.2 超輕發(fā)泡水泥抗壓強度測試方法 參照《水泥基泡沫保溫板》（JC/ T220 0-2013）進 行測 試。隨 機 抽取4 塊樣品，各加工 成一 個受 壓 面為 100mm×100mm的試件，厚度為制品厚度，但不應(yīng)大于其 寬度，烘干方法同1.3.1。然后將試件移至干燥器中冷卻 至室溫，以（10±1）mm/min的速度對試件經(jīng)行加荷，直至 試件破壞，當(dāng)試件在壓縮變形5%時沒有破壞，則以壓縮 變形5%時的荷載為破壞荷載F（N）?？箟簭姸劝凑展?P=F/S計算，其中S為試件受壓面積（mm2 ），P為試件抗壓 強度（MPa）。 1.4 分析方法 1.4.1 超輕發(fā)泡水泥維度定義 超輕發(fā)泡水泥成型養(yǎng)護脫模后（如圖3所示）削皮 去邊，加工為1200mm×900mm×300mm的大塊制品， 若考察其內(nèi)部各點強度與密度的均勻性，需利用一定 體積的試 樣來表征。因此將發(fā)泡水泥大塊制品切割為 100mm×100mm×100mm的標(biāo)準(zhǔn)試件（如圖4所示）。將距 離大塊邊緣200mm以內(nèi)的試件定義“邊部”，200mm以外 的試件定義“中部”，同時試件又來自“上、中、下”3層，因 此試件可分為“邊上、邊中、邊下、中上、中中、中下”6個 維度。通過測試各個維度試件的密度與強度，并采用一 定的分析方法來檢測超輕發(fā)泡水泥大塊制品內(nèi)部密度與 強度的均勻性。圖3為剛脫模后的超輕發(fā)泡水泥大塊制品 及其尺寸，圖4為超輕發(fā)泡水泥大塊的切割方法以及6個 圖 1 超輕發(fā)泡水泥制備流程圖 圖 2 超輕發(fā)泡水泥大塊制品模具示意圖 圖 3 超輕發(fā)泡水泥大塊制品脫模后圖 圖 4 超輕發(fā)泡水泥大塊的切割與分類示意圖 86 試驗研究 Experimental Research CHINA CONCRETE 2015.07 NO.73 維度的示意圖，圖5為超輕發(fā)泡水泥脫模后左半部切割現(xiàn) 場圖。