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仿火山渣装饰效果的轻质多孔混凝土制备与性能研究
张磊蕾1,2，刘洪彬3，王武祥1,2，王爱军1，廖礼平1
（1.中国建筑材料科学研究总院有限公司，北京 100024；2.绿色建筑材料国家重点实验室，北京100024；3.山东天意机械股份有限公司，济宁 272100）
摘 要：通过控制调孔剂、粉煤灰掺量来调整相关轻质多孔混凝土的气孔孔径大小和孔径分布，使其具有仿火山渣的装饰效果。基于抗压强度和装饰效果的要求，提出了A08级仿火山渣轻质多孔装饰混凝土的适宜配合比。试验结果表明，按此配合比制备的轻质多孔装饰混凝土不但具有良好的仿火山渣装饰效果，同时具有良好的物理力学性能，多孔混凝土的密度等级为A08级，强度等级达到A5.0级。
关键词：轻质多孔混凝土；仿火山渣；抗压强度
0 前言
随着我国经济的高速发展，物质生活水平的不断提高，城市面貌的日益改善，人们对建筑墙体的装饰要求也越来越高，天然石材以其绚丽自然的外观和良好的防护性能而备受推崇。但天然石材施工工艺复杂，造价高，另外天然石材受产地和环境等因素影响，使用和发展均有一定的局限性。目前，常用的仿石材装饰混凝土多是利用混凝土的可塑性和材料构成的特点，在成型过程中进行艺术加工，使其表面具有装饰性线型和纹理质感，但这种装饰混凝土保温性能差。兼具保温和装饰效果的仿石材装饰混凝土研究和应用鲜有报道。
本文采用化学发泡工艺制备一种具有仿火山渣装饰效果及保温一体化的轻质多孔混凝土，系统研究各组成材料（如调孔剂、稳泡剂、矿物掺合料、速凝剂等）与该轻质多孔装饰混凝土气孔孔型、孔径、物理力学性能相关性，确定最佳配合比。
1 原材料及试验方法
1.1 原材料
水泥选用冀东水泥集团股份有限公司生产的P·O 42.5R级水泥；掺合料选用北京市石景山热电厂生产的Ⅲ级干排粉煤灰；骨料选用0.425~0.850 mm石英砂；早强剂为淡黄色粉末，型号为AC014；速凝剂选用浓度为50%的硫酸铝速凝剂；调孔剂为透明液体，型号为WB370；稳泡剂选用硬脂酸钙；发泡剂选用浓度为50%的双氧水；颜料为氧化铁黑；纤维选用北京某公司生产的长度5 mm的聚丙烯纤维；水为北京市自来水。
1.2 试样制备
首先将水泥、掺合料、骨料、早强剂、速凝剂、调孔剂、稳泡剂、颜料、纤维和水按设定配比计量，并使用高速搅拌机（搅拌速度1 500~2 000 r/min）将其搅拌成均匀浆体，搅拌时间为90~180 s；然后在浆体中加入发泡剂，继续搅拌至均匀，搅拌时间控制在5~10 s。然后在10 s内将制备好的轻质多孔混凝土浆料一次性浇注入模，待浆料发泡结束后覆盖上塑料布，在试验室环境条件下预养24 h。脱模前先切除试块面包头，脱模后将试块在标准养护室[湿度95%以上，温度（25±0.5）℃]养护28 d。
1.3 性能测试
主要测试仿火山渣轻质多孔装饰混凝土的干表观密度和抗压强度。性能测试方法参照GB/T 11969—2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》，试块尺寸为100 mm×100 mm×100 mm。
2 试验结果与分析
2.1 调孔剂对轻质多孔混凝土孔结构和性能的影响
调孔剂的作用机理为：轻质多孔混凝土采用化学发泡工艺制备，双氧水通过化学反应产生大量均匀细小的气泡，在气泡形成的同时，调孔剂使部分细小气泡合并为大气泡，最终气泡被料浆固化后形成大小不一、形状不规则、杂乱无章的气孔。
本文主要研究密度等级为B08（干表观密度740~830 kg/m3）的轻质多孔装饰混凝土，调孔剂设计了0、0.007、0.014、0.021、0.028、0.035共6个掺量，基本配比见表1。
不同调孔剂掺量下轻质多孔混凝土断面气孔结构见图1。众所周知，常规的化学发泡混凝土气孔非常均匀细小，不具有火山渣的装饰效果，见图1（a）。掺加调孔剂后，当调孔剂掺量很少（仅0.007%）时，轻质多孔混凝土中即出现不规则较大气孔；当调孔剂掺量增加至0.014%时，轻质多孔混凝土中大孔数量明显增加，大孔、小孔对比明显，具有良好的火山渣装饰效果；继续增加调孔剂掺量时，轻质多孔混凝土气孔没有更明显的变化。改变调孔剂掺量，虽然明显改变了轻质多孔混凝土气孔孔径及孔径分布，但并没有明显影响其抗压强度，见表2。因此，结合气孔装饰效果、抗压强度和成本，轻质多孔混凝土中调孔剂适宜掺量为0.014%。
2.2 稳泡剂对轻质多孔混凝土孔结构和性能的影响
在轻质多孔混凝土料浆中气泡形成时，同时存在气泡调整的过程。因此，料浆发泡过程并不稳定，需要掺加稳泡剂来提高料浆发泡稳定性。
轻质多孔混凝土基本配比为m（水泥）∶m（粉煤灰）∶m（骨料）∶m（早强剂）∶m（速凝剂）∶m（调孔剂）∶m（减水剂）∶m（颜料）∶m（双氧水）∶m（水）=36.5∶19.3∶40∶3.5∶2.19∶0.014∶0.12∶0.7∶0.63∶26.5，稳泡剂设计了0、0.028、0.080、0.130共4个掺量。成型时发现不掺加稳泡剂时，发泡料浆极易下沉、不稳定，增加稳泡剂掺量可明显提高发泡稳定性，无冒泡或下沉现象。观察轻质多孔混凝土断面发现，不同稳泡剂掺量下，断面气孔并无明显变化，28 d抗压强度亦无明显变化，即稳泡剂掺量对轻质多孔混凝土装饰效果和性能无明显影响，因此，考虑生产成本，稳泡剂掺量定为最低掺量0.028%。
2.3 粉煤灰掺量对轻质多孔混凝土孔结构和性能的影响
粉煤灰具有形态效应、微集料效应和活性效应，是常用的活性混合材之一，本文拟通过掺加粉煤灰来提高抗压强度。轻质多孔混凝土基本配比为m（水泥）∶m（骨料）∶m（早强剂）∶m（速凝剂）∶m（调孔剂）∶m（稳泡剂）∶m（减水剂）∶m（颜料）∶m（双氧水）=36.5∶40∶3.5∶2.19∶0.014∶0.028∶0.12∶0.7∶0.63，粉煤灰设计了29.3、24.3、19.3、14.3共4个掺量，为保证浆体相同的工作性，水料比相应进行了调整，配合比及试验结果见表3。随着粉煤灰掺量从14.3%逐渐增加至29.3%，轻质多孔混凝土抗压强度明显提高，从2.9 MPa增至5.0 MPa，提高幅度达72%。
不同粉煤灰掺量的轻质多孔混凝土断面气孔结构见图2。粉煤灰掺量较少（14.3%）时，浆体黏度较低，气泡调整阻力较小，较容易合并成大泡，因而轻质多孔混凝土中不规则的大气孔数量占比较高；随着粉煤灰掺量逐渐增加，浆体黏聚性增加，化学发泡过程中气泡调整阻力增加，合并成大泡时难度增加，因而表现出大孔数量明显逐渐减少，粉煤灰掺量29.3%时，大孔与小孔对比明显，经粗略统计，80%以上小孔孔径在0.3 mm以下，少部分大孔孔径在处于0.5~3 mm，具有良好的火山渣装饰效果，与天然火山渣孔结构较为相似。此时，轻质多孔混凝土具有良好的物理力学性能，干表观密度806 kg/m3，28 d抗压强度5.0 MPa，强度等级A5.0级。
2.4 其他因素对轻质多孔混凝土孔结构和性能的影响
轻质多孔混凝土制备的关键是使浆体的凝结速率与发泡剂发泡速率相协调，本文通过掺加速凝剂来调整浆体的凝结速率，从而保证浆体结构稳定性。研究表明，速凝剂掺量对轻质多孔混凝土抗压强度及装饰效果均影响不大。因此，综合考虑轻质混凝土浆体稳定性、硬化体物理力学性能和装饰效果，将速凝剂掺量定为2.19%。同时，掺加了0.11%的聚丙烯纤维来提高轻质多孔混凝土抗裂性，其抗压强度及装饰效果亦无明显变化。
3 轻质多孔装饰混凝土推荐配合比
基于上述试验结果，以抗压强度和装饰效果为基准，轻质多孔装饰混凝土推荐配合比为编号870，见表4。用表4制备的轻质多孔装饰混凝土仿火山渣装饰效果好，密度等级A08，强度等级A5.0。
4 结论
（1）通过调整调孔剂、粉煤灰掺量，可改变轻质多孔混凝土气孔孔径大小和孔径分布，使其具有仿火山渣装饰效果。
（2）提出仿火山渣轻质多孔装饰混凝土的适宜配合比：m（水泥）∶m（粉煤灰）∶m（骨料）∶m（早强剂）∶m（速凝剂）∶m（调孔剂）∶m（稳泡剂）∶m（减水剂）∶m（颜料）∶m（双氧水）∶m（水）=36.5∶29.3∶30∶3.5∶2.19∶0.014∶0.028∶0.12∶0.7∶0.55∶30.6。按此配合比制备的轻质多孔装饰混凝土不但具有良好的仿火山渣装饰效果，同时具有良好的物理力学性能：密度等级达到A08，强度等级达到A5.0。
摘自：《混凝土与水泥制品》公众号
张磊蕾1,2，刘洪彬3，王武祥1,2，王爱军1，廖礼平1
（1.中国建筑材料科学研究总院有限公司，北京 100024；2.绿色建筑材料国家重点实验室，北京100024；3.山东天意机械股份有限公司，济宁 272100）
摘 要：通过控制调孔剂、粉煤灰掺量来调整相关轻质多孔混凝土的气孔孔径大小和孔径分布，使其具有仿火山渣的装饰效果。基于抗压强度和装饰效果的要求，提出了A08级仿火山渣轻质多孔装饰混凝土的适宜配合比。试验结果表明，按此配合比制备的轻质多孔装饰混凝土不但具有良好的仿火山渣装饰效果，同时具有良好的物理力学性能，多孔混凝土的密度等级为A08级，强度等级达到A5.0级。
关键词：轻质多孔混凝土；仿火山渣；抗压强度
0 前言
随着我国经济的高速发展，物质生活水平的不断提高，城市面貌的日益改善，人们对建筑墙体的装饰要求也越来越高，天然石材以其绚丽自然的外观和良好的防护性能而备受推崇。但天然石材施工工艺复杂，造价高，另外天然石材受产地和环境等因素影响，使用和发展均有一定的局限性。目前，常用的仿石材装饰混凝土多是利用混凝土的可塑性和材料构成的特点，在成型过程中进行艺术加工，使其表面具有装饰性线型和纹理质感，但这种装饰混凝土保温性能差。兼具保温和装饰效果的仿石材装饰混凝土研究和应用鲜有报道。
本文采用化学发泡工艺制备一种具有仿火山渣装饰效果及保温一体化的轻质多孔混凝土，系统研究各组成材料（如调孔剂、稳泡剂、矿物掺合料、速凝剂等）与该轻质多孔装饰混凝土气孔孔型、孔径、物理力学性能相关性，确定最佳配合比。
1 原材料及试验方法
1.1 原材料
水泥选用冀东水泥集团股份有限公司生产的P·O 42.5R级水泥；掺合料选用北京市石景山热电厂生产的Ⅲ级干排粉煤灰；骨料选用0.425~0.850 mm石英砂；早强剂为淡黄色粉末，型号为AC014；速凝剂选用浓度为50%的硫酸铝速凝剂；调孔剂为透明液体，型号为WB370；稳泡剂选用硬脂酸钙；发泡剂选用浓度为50%的双氧水；颜料为氧化铁黑；纤维选用北京某公司生产的长度5 mm的聚丙烯纤维；水为北京市自来水。
1.2 试样制备
首先将水泥、掺合料、骨料、早强剂、速凝剂、调孔剂、稳泡剂、颜料、纤维和水按设定配比计量，并使用高速搅拌机（搅拌速度1 500~2 000 r/min）将其搅拌成均匀浆体，搅拌时间为90~180 s；然后在浆体中加入发泡剂，继续搅拌至均匀，搅拌时间控制在5~10 s。然后在10 s内将制备好的轻质多孔混凝土浆料一次性浇注入模，待浆料发泡结束后覆盖上塑料布，在试验室环境条件下预养24 h。脱模前先切除试块面包头，脱模后将试块在标准养护室[湿度95%以上，温度（25±0.5）℃]养护28 d。
1.3 性能测试
主要测试仿火山渣轻质多孔装饰混凝土的干表观密度和抗压强度。性能测试方法参照GB/T 11969—2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》，试块尺寸为100 mm×100 mm×100 mm。
2 试验结果与分析
2.1 调孔剂对轻质多孔混凝土孔结构和性能的影响
调孔剂的作用机理为：轻质多孔混凝土采用化学发泡工艺制备，双氧水通过化学反应产生大量均匀细小的气泡，在气泡形成的同时，调孔剂使部分细小气泡合并为大气泡，最终气泡被料浆固化后形成大小不一、形状不规则、杂乱无章的气孔。
本文主要研究密度等级为B08（干表观密度740~830 kg/m3）的轻质多孔装饰混凝土，调孔剂设计了0、0.007、0.014、0.021、0.028、0.035共6个掺量，基本配比见表1。
不同调孔剂掺量下轻质多孔混凝土断面气孔结构见图1。众所周知，常规的化学发泡混凝土气孔非常均匀细小，不具有火山渣的装饰效果，见图1（a）。掺加调孔剂后，当调孔剂掺量很少（仅0.007%）时，轻质多孔混凝土中即出现不规则较大气孔；当调孔剂掺量增加至0.014%时，轻质多孔混凝土中大孔数量明显增加，大孔、小孔对比明显，具有良好的火山渣装饰效果；继续增加调孔剂掺量时，轻质多孔混凝土气孔没有更明显的变化。改变调孔剂掺量，虽然明显改变了轻质多孔混凝土气孔孔径及孔径分布，但并没有明显影响其抗压强度，见表2。因此，结合气孔装饰效果、抗压强度和成本，轻质多孔混凝土中调孔剂适宜掺量为0.014%。
2.2 稳泡剂对轻质多孔混凝土孔结构和性能的影响
在轻质多孔混凝土料浆中气泡形成时，同时存在气泡调整的过程。因此，料浆发泡过程并不稳定，需要掺加稳泡剂来提高料浆发泡稳定性。
轻质多孔混凝土基本配比为m（水泥）∶m（粉煤灰）∶m（骨料）∶m（早强剂）∶m（速凝剂）∶m（调孔剂）∶m（减水剂）∶m（颜料）∶m（双氧水）∶m（水）=36.5∶19.3∶40∶3.5∶2.19∶0.014∶0.12∶0.7∶0.63∶26.5，稳泡剂设计了0、0.028、0.080、0.130共4个掺量。成型时发现不掺加稳泡剂时，发泡料浆极易下沉、不稳定，增加稳泡剂掺量可明显提高发泡稳定性，无冒泡或下沉现象。观察轻质多孔混凝土断面发现，不同稳泡剂掺量下，断面气孔并无明显变化，28 d抗压强度亦无明显变化，即稳泡剂掺量对轻质多孔混凝土装饰效果和性能无明显影响，因此，考虑生产成本，稳泡剂掺量定为最低掺量0.028%。
2.3 粉煤灰掺量对轻质多孔混凝土孔结构和性能的影响
粉煤灰具有形态效应、微集料效应和活性效应，是常用的活性混合材之一，本文拟通过掺加粉煤灰来提高抗压强度。轻质多孔混凝土基本配比为m（水泥）∶m（骨料）∶m（早强剂）∶m（速凝剂）∶m（调孔剂）∶m（稳泡剂）∶m（减水剂）∶m（颜料）∶m（双氧水）=36.5∶40∶3.5∶2.19∶0.014∶0.028∶0.12∶0.7∶0.63，粉煤灰设计了29.3、24.3、19.3、14.3共4个掺量，为保证浆体相同的工作性，水料比相应进行了调整，配合比及试验结果见表3。随着粉煤灰掺量从14.3%逐渐增加至29.3%，轻质多孔混凝土抗压强度明显提高，从2.9 MPa增至5.0 MPa，提高幅度达72%。
不同粉煤灰掺量的轻质多孔混凝土断面气孔结构见图2。粉煤灰掺量较少（14.3%）时，浆体黏度较低，气泡调整阻力较小，较容易合并成大泡，因而轻质多孔混凝土中不规则的大气孔数量占比较高；随着粉煤灰掺量逐渐增加，浆体黏聚性增加，化学发泡过程中气泡调整阻力增加，合并成大泡时难度增加，因而表现出大孔数量明显逐渐减少，粉煤灰掺量29.3%时，大孔与小孔对比明显，经粗略统计，80%以上小孔孔径在0.3 mm以下，少部分大孔孔径在处于0.5~3 mm，具有良好的火山渣装饰效果，与天然火山渣孔结构较为相似。此时，轻质多孔混凝土具有良好的物理力学性能，干表观密度806 kg/m3，28 d抗压强度5.0 MPa，强度等级A5.0级。
2.4 其他因素对轻质多孔混凝土孔结构和性能的影响
轻质多孔混凝土制备的关键是使浆体的凝结速率与发泡剂发泡速率相协调，本文通过掺加速凝剂来调整浆体的凝结速率，从而保证浆体结构稳定性。研究表明，速凝剂掺量对轻质多孔混凝土抗压强度及装饰效果均影响不大。因此，综合考虑轻质混凝土浆体稳定性、硬化体物理力学性能和装饰效果，将速凝剂掺量定为2.19%。同时，掺加了0.11%的聚丙烯纤维来提高轻质多孔混凝土抗裂性，其抗压强度及装饰效果亦无明显变化。
3 轻质多孔装饰混凝土推荐配合比
基于上述试验结果，以抗压强度和装饰效果为基准，轻质多孔装饰混凝土推荐配合比为编号870，见表4。用表4制备的轻质多孔装饰混凝土仿火山渣装饰效果好，密度等级A08，强度等级A5.0。
4 结论
（1）通过调整调孔剂、粉煤灰掺量，可改变轻质多孔混凝土气孔孔径大小和孔径分布，使其具有仿火山渣装饰效果。
（2）提出仿火山渣轻质多孔装饰混凝土的适宜配合比：m（水泥）∶m（粉煤灰）∶m（骨料）∶m（早强剂）∶m（速凝剂）∶m（调孔剂）∶m（稳泡剂）∶m（减水剂）∶m（颜料）∶m（双氧水）∶m（水）=36.5∶29.3∶30∶3.5∶2.19∶0.014∶0.028∶0.12∶0.7∶0.55∶30.6。按此配合比制备的轻质多孔装饰混凝土不但具有良好的仿火山渣装饰效果，同时具有良好的物理力学性能：密度等级达到A08，强度等级达到A5.0。
摘自：《混凝土与水泥制品》公众号
【“神兽”沉迷网络老母心焦 老师作家来支招】在班级建图书柜，每学期更换书籍，让学生通过书店等途径寻书列书单，学校审核后再购买；通过各种社团开展的读书活动，比如读书沙龙、读书报告会、分享会，不同年级的学生可以相互分享读书心得；开设“学子讲堂”，主讲人就是学生；开设关于读书的“衍林讲堂”公众号，常发表学生们写的读后感。学校领导、老师也起表率作用，和学生们一起读书，鼓励家长和孩子们一起亲子共读……海南中学这些做法，受到了很多学生的欢迎。https://t.cn/A6wrivbo
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