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摘要 节能保温是当今建筑市场的主题。国务院和建设部也已经明文规定要节 能5 0 并最终取缔红砖，因此需要有新的墙体材料和保温方式。本文针对这 点做了以下几个方面的内容： 首先对于e l 5 0 的轻集料混凝土基本性能进行了实验。研究结果表明 c l 5 0 的砂轻混凝土保温性能良好，导热系数在湿润状态下可以达到0 6 9 7 w m ，同时由于掺加5 0 7 0 的粉煤灰替代水泥，也具有良好的经济效益和社 会效益；另外在实验室条件下研制了粉煤灰造壳陶粒，并对其基本性能进行 了研究。 其次对于轻集料混凝上的配合比提出了种新的设计方法并进行了实验 验证。研究结果表明轻集料混凝土的设计宜采用松散体积法，其基本的参数 为砂率s ”胶容比c p “和单位用水量或称固定用水量w ，并总结出轻集料混 凝土的准用水量为1 6 0k g m 1 左右，集灰比i 1 则大致取为3 4 5 ；同时在推导砂 率s ，的过程中引入了密实系数e 。 最后本文还研究了掺加粉煤灰和陶粒的聚氨酯塑料泡沫的各种物理性 能。研究结果表明其抗压强度可以达到0 1 o 1 5 m p a ，甚至更高，其发泡工 艺受发泡条件的影响比较显著，掺加陶粒和粉煤灰后发泡量相对要变小，不 助燃，火焰离开后自动熄灭。 关键词：轻集料混凝土， 导热系数，砂率，胶容比，单位用水量，聚氨酯 泡沫塑料 a b s t r a c t s a v i n g e n e r g ya n dc o n s e r v i n ge n e r g yisb e c o m i n gt h em a i n t i t l ei n b u i l d i n gm a r k e t ，o u rc o u n t r yh a sp r o p o s e dt os a v e5 0 e n e r g ya n db a nt h e u s eo fb r i c k s onewb u i i d i n gm a t e r i a l sa n dm e t h o do fc o n s e r v i n ge n e r g y n e e dt ob ed e v e l o p e d 。t h i sa r t i e l ei sf o c u s e do n1 0 ws t r e n g t hl i g h t w e i g h t a g g r e g a t ec o n c r e t e ，t h em a i n i d e a sa r ea sf o l l o w f i r s t i y ，t h eb a s i cp r o p e r t i e so fc l 5 0l i g h t w e i g h ta g g r e g a t ec o n c r e t e a r et e s t e da n di t i se m p h a s 2 z e dt ot h eh e a tp r e s e r v a t i o n t h er e s u l t so f e x p e r i m e n t ss h o wt h a tc l 5 0li g h t w e i g h ta g g r e g a t ec o n c r e t eh a v eg o o d p r o p e r t yo f h e a tp r e s e r v a t i o na n di t sc o e f f i c i e n to fh e a tc o n d u c t i v i t y i s0 6 9 7w m u n d e rh u m i dc o n d i t i o n s f o r5 0 c e m e n tisr e p l a c e db y f l ya s h ，t h e r ei sg o o de c o n o m i ca n ds o c i e t yb e n e f i t t h ec e r a m s i t eo ff l y a s hh u l li sd e v e l o p e da n dt h eb a s i cp r o p e r t i e sa r et e s t e d s e c o n d l y ，an e wd e s i g nm e t h o di sp r o p o s e dt ot h em i xr a t i od e s i g no f li g h t w e i g h ta g g r e g a t ec o n c r e t ea n dg i y e ne x p e r i m e n t a lt e s t ，t h er e s u l t s s h o wt h ed e s i g nm e t h o do fl i g h t w e i g h ta g g r e g a t ec o n c r e t ei sb e s ta d o p t e d b yl o o s ev o l u m em e t h o da n dt h eb a s i cc o e f f i c i e n t sa r es a n d a g g r e g a t er a t i 0 s p ，g l u e c a p a c i t yr a t i oc ph a n du n i tw a t e rc o n s u m p t i o nw s o m ec o n c l u s i o n s a r ed r a w nw h i c haret h a tu n i tw a t e rc o n s u m p t i o ni sa b o u t1 6 0k g m a n d a g g r e g a t e c e m e n tr a t i 0ni sa b o u t3 4 5 a l s oa n e wt e r m f i l l e r c o e f f i c i e n te 。i sd e r i r e dd u r i n gd e d u c i n gs a n g a g g r e g a t er a t i o l a s t l yt h ep r o p e r t i e so fr i g i dp o l y u r e t h a n ef o a m sd a s h e dw i t hf l ya s h a n dc e r a m s i t earet e s t e da n dt h er e s i j l t ss h o wt h a tt h es t r e n g t ho fr i g i d p o l y u r e t h a n ef o a m sc a nb eu pt o0 1 5m p a ，o re v e nh i g h e r t h es p a r k l i n g q u a n t i t yi $ i n f l u e n c e d b a d l yb ys p a r k l i n gt e c h n o l o g y k e yw o r d s ： l i g h t w e i g h ta g g r e g a t ec o n c r e t e ，h e a tc o n d u c t i n gc o e f f i c i e n t s a n d a g g r e g a t er a t i o ，g l u e c a p a c i t yr a t i o ，u n i tw a t e r c o n s u m p t i o n ，p o l y u r e t h a n ef o a m s 大连理工大学硕士学位论文白保温混凝土 绪论 近年来，我国城镇建设发展迅速，尤其是住宅产业已经被国家确定为新 的经济增长点。为贯彻执行国务院办公厅转发建设部等部门关于推行住宅 产业现代化提高住宅质量若干意见的通知( 国办发1 9 9 9 7 2 号文) ，建设部、 国家经贸委、国家质量技术监督局联合发布1 9 9 9 1 2 9 5 号文件关于在住宅建 设中淘汰落后产品的通知明确规定了我国从2 0 0 0 年6 月1 日至2 0 0 3 年6 月3 0 日，我国将有1 6 0 个城市限时禁止使用粘土砖( 辽宁省包括大连、沈阳、 本溪等十七个城市) 。 发展新型墙体材料替代粘土砖具有保护耕地、节约能源、利用废渣、治 理环境污染、改善建筑功能等重大的经济和社会效益，是国民经济、社会、 环境和资源协调发展的客观需要，是城市可持续发展的需要。粘土砖将逐步 限制或禁止使用，需要用新的墙体材料取代。同时，为满足国办发 1 9 9 9 7 2 号文件节能5 0 的技术要求，必须有与新的墙体材料相配套的建筑保温技术。 0 i 墙体的保温方式 当今建筑市场上主要有三种结构形式：砖混结构、框架结构和建筑模网 结构。传统的砖混结构由于使用粘土砖( 除混凝土小型砌块外) ，一方面要大 量浪费土地资源，另一方面也很难满足当今社会对建筑结构要求节能5 0 的 要求，即使要达到这个要求，其墙体的厚度也必将成倍的增加，如沈阳地区 建筑墙厚要达到8 9 0 m m 才能达到这一标准，也就是现在的墙体( 3 7 0 m m ) 的 2 4 倍，这样红砖用量成倍增加，毁田能耗也成倍的增加。框架结构虽然其墙 体的填充可以用混凝土小砌块和粘土空心砖，但由于小砌块自身保温性能不 能满足节能5 0 的要求，还需要另外采用保温措旌，同时采用轻集料混凝土 小砌块，由于其缝隙并不能象现浇混凝土那样完全消失，因此也会造成能源 的浪费。现在其常用的保温方式有外保温和内保温两种方式。外保温的方式 虽然有很多好处，如可以避免产生热桥、室温较稳定、可以保护混凝土墙等： 内保温则施工方便，但这两种方式由于都需要二次施工，浪费人力和物力， 同时外保温的方式由于直接接受阳光照射，容易引起保温材料的老化，从而 失去保温性能：而内保温由于在房屋装修的时候容易破坏保温层，从而降低 其保温效果。建筑模网由于直接在外面覆盖一4 0 c m 厚的聚苯乙烯板，从而避 免了二次施工，但是这样在外面抹灰后，容易导致保护层丌裂，同时在两块 模网拼接处由于接触不密实，容易导致冷桥现象。 基于以上，若采用混凝土直接保温的方式，则可以解决以上三种结构保 温方式的缺点，同时可以满足建筑节能5 0 的要求，而轻集料混凝土由于其 导热系数比较小，具有良好的保温性能，可行性研究表明其直接用来保温。 因此选择轻集料混凝土自保温混凝土作为墙体保温材料。 大连理工大学硕士学位论文自保温混凝土 0 2 轻集料的发展概况 轻集料的发展大体可以分为以下几个阶段： ( 1 ) 天然轻集料的开发利用：天然轻集料是由火山爆发形成或水成的多 孔轻质岩石经加工而形成的一种轻集料，主要品种有浮石、火山渣、珊瑚岩、 贝壳岩等。此种轻集料在火山资源丰富的国家，如德国、日本、意大利和前 苏联等很早就得到广泛的应用，我国虽有丰富的天然轻集料资源，但由于受 开采、运输等方面的条件限制，每年的全国丌采量仅l o o 多万m 3 。 ( 2 ) 工业废渣轻集料的开发利用：工业废渣轻集料是由粉煤灰、煤矸石、 煤渣、矿渣等工业废渣经加工而成的多孔轻集料。因它的丌发应用不仅可废 物零用，而且还有重大的环保意义，所以在一些工业发达的国家早在上个世 纪就已开发利用。我国利用工业废渣做轻集料只是从5 0 年代才开始研究。先 是利用煤渣和粉煤灰直接生产墙体材料制品，以后着重发展烧结粉煤灰陶粒、 自然煤矸石、膨胀矿渣珠和非煅烧粉煤灰轻集料。 ( 3 ) 人造轻集料的开发利用：人造轻集料是以粘土、页岩等为主要原材料， 经加工烧制而成的一种轻集料。1 9 1 3 年，人造轻集料首先在美国研制成功，以后由 于其原材料来源广泛，轻集料的性能可根据用途调节，其研究开发一直受到人 们的重视。美国、前苏联和丹麦等国家都是发展人造轻集料的主要国家。前苏 联在8 0 年代轻集料的总产量达到了5 1 0 0 m ，成为世界轻集料总产量最多的国 家，其中8 0 的为人造轻集料。我国从6 0 年代就开始研制人造轻集料，至今 品种齐全，主要是页岩陶粒、粉煤灰陶粒和粘土陶粒等，但由于种种原因， 发展缓慢。直到8 0 年代后期和进入9 0 年代后，随着建筑业的蓬勃兴起和节 能建筑的发展，产量才有较大的提高。根据1 9 9 5 年的不完全统计，以超轻陶 粒为主的各种陶粒年产量约达2 0 0 万m ，而现今的统计是年产6 0 0 多万m 。 同时高强高性能陶粒也已经成为研究的重点。 0 3 轻集料混凝士的优越性 0 3 1 轻质高强 轻集料混凝土韵表观密度一般为8 0 01 9 5 0 k g m 。结构用轻集料混凝土其 表观密度为1 4 0 0 1 9 5 0 k g m 。，比普通混凝土可减轻2 0 4 0 ，而强度可达到 普通混凝土常用的强度等级c l l 5 o c l 5 0 0 ，甚至更高；用作墙体的结构保 温轻集料混凝土强度可达c l 5 0 c l l 5 0 ，表观密度只有8 0 0 4 1 2 0 0 k g m 1 ，比 普通砖墙轻3 0 5 0 。 0 3 2 抗震性能强 轻集料混凝土由于密度小，质量轻，弹性模量低，在地震荷载作用下所承 受的地震力小，震动波的传递速度也较慢，且结构的自震周期长，对冲击能 量的吸收快，减震效果显著。若不仅在承重结构采用轻集料混凝土，在围护 结构中也采用轻集料混凝土，则可以大大的减轻建筑物的质量，其抗震效果 将更显著。 o 3 3 耐火性能好 轻集料混凝土庙于导热系数低，热阻值大，在高温作用下，温度由表及里 大连理工大学硕士学位论文 自保温混凝土 的传递速度将大大减慢，可保护钢筋，其耐火极限时间可达3 4 h 。对同一耐 火等级的构件来说，钢筋轻集料混凝土板的厚度可比普通混凝土减薄2 0 3 0 。 0 3 4 保温性能好 表观密度为8 0 0 1 4 0 0 k g m 的轻集料混凝土是一种性能良好的墙体材料。 其导热系数0 2 3 0 5 2 w m k ，仅为普通混；疑土导热系数的l 6 l 3 。与粘 土砖墙相比，其砌体不仅强度高，整体性能好，而且保温性能也很好，可使 墙体的厚度及重量减少一半左右。用超轻陶粒混凝土制成的多排孔小砌块， 其技术经济效果更为显著。 0 3 5 施工适用性强 轻集料混凝土的生产与施工工艺与普通混凝土基本相同，不需要特殊的生 产设备，就可以制作任何形状的结构构件后构筑物。既可以用于现浇、泵送， 也可以制作各种预制构件。 0 3 6 耐久性抗冻性好 轻集料混凝土耐腐蚀( 酸、碱) 性能优于普通混凝土。抗冻性能优良，多 次冻融循环强度损失 2 ，甚至强度还有所增长。1 9 7 6 年，各地对1 9 5 8 年以 来所建的轻集料混凝土工程进行了实测，无论是预制的还是现浇的，室内的 还是室外的，墙体还是梁柱，桥梁还是囤船，所含钢筋都没有腐蚀，测的的 炭化深度一般不超过3 0 m m ，强度不仅没有损失，反而继续增长。 0 3 7 经济效益好 用轻集料混凝土做建筑墙体，可降低墙体自重3 0 j o ；高层建筑采用 轻集料混凝土，仅楼板一项即能降低建筑物自重1 5 1 6 ；用轻集料混凝土作 屋面版，屋盖重量可降至1 5 0 2 0 0k g m 1 ，并节约钢材1 0 左右；用轻集料混 凝土做梁、柱和其它承重构件，与普通混凝土相比，可减少钢筋2 j 5 0 ， 重量减轻约1 0 ，降低结构造价3 。据原苏联中央情报局资料介绍，用陶粒 混凝土建造高楼，可降低建筑物白重3 0 4 0 ，减少劳动强度2 0 ，减少材料 运输重量3 0 4 0 。降低工程造价l o 。同时由于生产粗骨料，很多是采用工 业废料或下脚料，因此一方面可以减少有限的土地资源的流失，另一方面也 可以减少环境污染，使其重新造福人类。 0 4 本课题的意义和主要内容 自保温混凝土由于是现场浇注混凝土，可以直接与结构连成一体，旋工 方便，避免了为了保温进行二次施工的程序，同时可以避免由于采用外保温 的方式而导致的混凝土抹灰开裂的问题；由于满足了节能5 0 的要求可以减 少墙体的厚度，从而增加建筑物的使用面积。然而任何事物都不是十全十美 的，自保温混凝土由于其粗骨料本身的问题，如吸水率大，导致混凝土的耐 久性降低，也需要进一步的解决：同时轻集料混凝土的配合比计算没有统一 的公式，计算比较麻烦，也需要进行修整。 基于以上原因，本试验所要达到的指标和主要内容如下： ( 1 ) 导热系数 2 0 51 8 52 5 98 7 03 7 41 4 83 08 53 3 60 402 2 20 41 3 62 0 02 8 08 7 03 7 4 8 0 3 0 2 03 1 10 402 3 304 51 8 71 7 52 4 59 1 43 6 l15 02 91 7536 404 202 0 90 4 31 6 8 18 52 5 99 3 53 5 518 52 88 534 904 30 2 l80 5 2 0 92 0 02 8 09 7 93 4 21 6 02 72 033 0 04 5 02 2 5 041 6 注：1 编号1 ，4 ，7 的为c l 50 轻集利混凝土； 2 编号2 ，5 ，8 的为c l l 00 轻集料混凝十： 3 编号3 ，6 ，9 的为c l l 5 0 轻集料混凝十。 由于本次实验主要的影响因素是轻集料混凝土的导热系数，且根据轻集料 混凝土中轻集料的用量越多，其导热系数越低的常识；综合考虑其抗压强度 和表观密度( 见表1 9 ) ，因此选择“1 ”号实验，同时为了做对比实验，选择 一个c l l 0 0 的配比作对照实验 表1 99 组不同配合比的2 8 天抗压强度 t a b l e1 92 8d a y s c o m p r e s s s i v es t r e n g t ho fm i xr a t i oo f9g r o u p s - 标号 l23406789 强度m p a1 4 31 3 51 5 61 2 61 8 31 7 91 5 61 1 61 9 5 设计表观密 1 7 2 41 7 5 01 7 3 01 6 7 0 1 6 8 0 1 7 0 0 1 6 8 0 1 7 3 01 7 5 0 度( k g m 。) 实测表观密17 0 01 7 1 01 7 1 51 6 9 71 7 1 51 7 1 91 7 1 31 6 9 817 1 8 度( k g m 3 ) 1 2 2c l 5 0 页岩陶粒混凝土的物理性能 1 2 2 1c l 5 0 陶粒混凝土的强度 大连理工大学硕士学位论文自保温混凝土 表1 1 0轻集料混凝土强度 强度 c l 5 0 混凝土 抗压强度劈裂强度抗折强度轴压强度 编号 ( m p a )( p a )( m d a )( m p a ) l 13 73 61 0 11 5 2 21 3 14 0 50 8 4 51 5 3 31 3 73 10 81 4 o 平均 1 3 53 5 80 8 9 81 4 8 c l l 0 0 混凝土 11 5 22 30 7 01 1 4 21 3 31 2o 8 11 2 ，7 31 3 4 1 00 7 71 3 ，1 平均 1 4 o1 5 80 7 61 2 4 由表可以看出总体c 【，1 0 o 页岩陶粒混凝土的强度比c l 5 0 页岩混凝土的 低，可能是由于人为因素把实验数据给记反了，因此又重新做实验进行验证， 验证数据见表1 1 1 ( 7 天的强度为实测强度，2 8 天的强度为推算强度) 。 表1 1 17 天混凝土的验证强度 7d a y s t e s t e da n dv e r i f i e ds t r e n t ho fc o n c r e t e 强度 c l 5 0 混凝土 抗压强度( m p a ) 劈裂强度( m p a )抗折强度( m p a )轴压强度( m p a ) 编号 7 天2 8 天 7 天 2 8 天 7 天 2 8 天7 天2 8 天 l6 71 1 51 22 1o 4o 77 81 3 4 26 11 0 4o 91 5o 5 2o 98 11 3 9 37 21 3 21 01 ，7o 4 80 87 41 2 7 平均 6 71 1 71 01 8o 4 7o ，87 71 3 3 c l l 0 0 混凝土 18 3 1 4 2 1 42 4 0 7 1 ，l8 61 4 7 28 o1 3 71 72 90 6 21 o8 1 1 3 9 38 11 3 9 1 1 l _ 9o 5 6 0 9 9 7 1 6 6 平均 8 11 3 9 1 4 2 4o 6 2l ，08 81 5 1 由上表可见，表1 1 0 中c l i o 0 和c l 5 0 的数据确实是记录反了，应予 以调换。 国外的一些资料表明，充分捣实的轻骨料混凝土的抗压强度与水泥用量 和总水灰比有关，而且对于每种骨料都有各自的关系曲线。对于一种骨料， 大连理工大学硕士学位论文自保温混凝土 固定一个水泥用量，强度就有约1 0 0 k g m 2 的差别，这主要是由于拌和料需要 不同的工作度而要求采用不同的水灰比的缘故；而抗压强度与总水灰比间的 关系减少了结果的分散性。不同骨料的这种关系上的差异可能是吸水率和表 面特征的不同所造成的。在水灰比低而水泥用量很大时，这种情况是少有的。 对于某一特定的拌和料，水泥的强度和轻骨料混凝土的强度之间成线性关系， 不过对于不同的轻骨料会有不同的关系。其它实验还表明，改变轻骨料的级 配，混凝土的抗压强度就会改变，这主要是因为仍要满足一定的工作度要求， 水灰比改变了。 1 2 2 2 软化系数和饱和吸水率 轻集料混凝土的吸水率计算公式如下 w ：竺二堡x 1 0 0( 卜1 ) m 0 ：f f n - m o 1 0 0 ( 卜2 ) m 0 式中w ，吸水时间为t 时的吸水率( ) ； w 。吸水4 8 h 的饱和吸水率( ) ； 肌浸水时间为t 时的试件平均质量( g ) i i l c ，浸水前试件平均质量( g ) 。 轻集料混凝土的软化系数计算公式如下： 占= 丛( 1 3 ) 式中t 9 轻集料混凝土的软化系数； f 。，绝干状态轻集料混凝土的抗压强度( m p a ) f 。饱和水状态混凝土的抗压强度( m p a ) 。 表1 1 2轻集料混凝土软化系数 t a b l e1 1 2s o f t e nc o e f f i c i e n to fl i g h t w e i g h ta g g r e g a t ec o n c r e t e 编号浸水前( m p a )浸水后( m p a )软化系数( 口) 11 2 51 0 o 21 6 81 4 4 31 4 61 2 2 49 89 3 0 8 7 8 51 9 21 7 6 61 5 91 3 4 平均值 1 4 81 3 0 大连理工大学硕士学位论文自保温混凝十 表l ，1 3轻集料混凝土饱和吸水率 时间 重量g 平均 吸水率 hl 23406 o1 6 0 0l5 5 01 6 7 51 6 2 01 6 3 01 5 l o1 5 9 7 50 o 51 6 3 515 9 51 7 0 51 6 6 51 6 8 01 5 5 01 6 3 8 32 5 5 l1 6 5 0 1 6 0 5 17 3 51 6 7 51 6 8 51 5 6 5 1 6 5 2 53 4 4 31 6 6 51 6 2 01 7 4 517 0 0l7 0 51 5 8 01 6 6 9 。2 4 ，4 9 61 6 7 51 6 3 01 7 5 51 7 0 51 7 l o1 5 9 01 6 7 6 74 9 6 1 21 6 8 01 6 3 51 7 6 51 7 1 01 7 1 51 6 0 01 6 8 4 25 4 3 2 41 6 8 51 6 3 51 7 6 51 7 1 51 7 2 51 6 0 51 6 8 8 35 6 8 4 8 1 6 9 0 1 6 4 01 7 7 01 7 2 01 7 3 01 6 0 51 6 9 2 55 9 3 饱和吸水率5 9 3 经过计算得c l 5 0 陶粒轻集料混凝土的软化系数为0 8 7 8 ，大于所要求的 软化系数值0 8 5 ，其饱和吸水率为j 9 3 ，远远小于要求的吸水率1 5 ；表明 这种混凝土浸水前后强度变化不大，且具有良好的耐水性能。由图卜1 可以 看出，轻集料混凝土的吸水率在最初的几个小时内吸水特别侠，在2 4 小时后， 其吸水率基本达到饱和。虽然相对于普通混凝土来说，轻集料混凝土的吸水 率比较大，但是其抗渗性却并不比普通混凝土差，这主要是由于轻集料的“微 泵”作用，提高了集料周围砂浆的密实性和“锚固”作用，从而提高了轻集 料混凝土的抗渗能力。 图卜l 时间与吸水率的关系 j 06 0 时间( t ) 1 2 2 3 轻集料混凝土的抗冻性实验 轻集料混凝土的抗冻性同普通混凝土一样，是以其抗冻标号来表示的， 即以2 8 天龄期标准试件，按g b j 8 2 - 8 5 规定的标准实验方法快冻法或馒 大连理工大学硕士学位论文自保温混凝土 冻法测得的混凝土能够经受的最大冻融循环次数确定的。在本实验中，由于 条件的限制，采用的是慢冻法，要求质量损失不超过j ，强度损失不超过2 5 。 实验中测得的具体数据见表1 1 4 。 表1 1 4 轻集料混凝土的抗冻性实验 t a b l e1 1 4 a n t i f r e e z i n ge x p e r i m e n t so f1i g h t w e i g h t a g g r e g a t ec o n e r e t e 笳号 c l 5 0昆凝土 强度( m p a )质量( g ) 循环次数123 平均 123 平均 冻前 1 2 21 1 21 3 21 2 21 6 8 7 1 7 3 5 1 6 8 51 7 0 2 2 5 次循环 1 4 21 2 01 4 81 3 61 6 9 01 7 3 91 6 8 617 0 5 5 0 次循环 1 2 i1 4 31 2 51 2 91 6 8 917 3 71 6 8 517 0 4 c l l 0 0 混凝土 冻前 1 5 91 3 11 3 01 4 01 7 1 21 7 2 61 7 0 81 7 1 5 2 5 次循环 1 6 71 5 51 1 o1 4 41 7 1 51 7 3 l1 7 1 31 7 2 0 5 0 次循环 1 8 81 7 21 1 81 5 91 7 1 51 7 3 01 7 1 217 1 9 由数据可见，c l 5 0 与c l l 0 0 陶粒混凝土的强度与质量经过2 5 次和j o 次冻融循环后都没有损失，也就是说其抗冻标号均为f 5 0 。强度和质量都没有 损失反而有所增加，其原因可分析如下： ( 1 ) 轻集料的多孔性是保证轻集料混凝土具有良好抗冻性的主要原因。因 为这些不易被水饱和的轻集料内部孔隙，可以容纳混凝土受冻时被水膨胀压 力排挤的部分未冻结的水分，从而减少膨胀压力及混凝土的内应力，避免混 凝土遭受损坏，因此采用未预湿的干轻集料配成的混凝土，即使不加引气剂 也可以获得良好的抗冻性。本实验就是采用未预湿的干轻集料。一旦经过预 湿，则因集料部分孔隙充水，其抗冻性将降低，如图l 一2 所示。轻集料的孔 隙结构和它的烧成程度对轻集料混凝土的抗冻性也有很大的影响，如具有敞 开和连通孔隙较多的膨胀矿渣和烧结性陶粒，其混凝土的抗冻性都较差；以 某些生烧的( 未煅烧透的) 陶粒或风化的天然轻集料配制的混凝土，抗冻性 也较差。 ( 2 ) 在配合比的配制过程中，掺加了5 0 含量的粉煤狄，同时也掺加了具 有减水和引气效果的，由大连理工大学建材教研室研制的d g 型粉煤灰高效活 化剂，这些都能够提高混凝土的抗冻性。引气剂能增加混；疑土的含气量且使 气泡均匀分布，而减水剂则能降低混凝土的水灰比，从而减少孔隙率，提高 水泥石的密实性，而粉煤灰的掺加则能改善混凝土的和易性及其它一系列物 理力学性能，三者综合作用，共同提高了混凝土的抗冻性 ( 3 ) 在陶粒混凝土中，由于陶粒表面粗糙多孔，且具有一定的火山灰活性， 再加上陶粒的吸水作用使其界面上的水泥砂浆水灰比降低，使陶粒界面强度 大连理工大学硕士学位论文自保温混凝土 大大提高，从而增强了陶粒混凝土抵抗受冻破坏的能力。 冻 融 次 数 百 分 比 烧 = j 气干集料i _ 浸湿集料 f i g 1 2i n f l u e n c eo fp r e h u m i dli g h t w e i g h ta g g r e g a z et o c o n c t e t e sa n t i f r e e z e ( 4 ) 由于陶粒与水泥砂浆为一种弹性较协调、较匀质的材料，其弹性模 量差值仅为3 4 3 m p a ，因此在冻融循环作用下，陶粒混凝土内部不易产生较大 的应力集中，而使其具有较大的抗冻能力。 以上四个方面综合作用，使陶粒混凝土在经受2 j 次和j o 次循环后强度不 但没有减少，反而有所增加。 1 2 2 4 轻集料混凝土的收缩性能 轻集料混凝土的收缩和普通混凝土一样，是由化学收缩、干燥收缩和碳化 收缩三部分组成。轻集料混凝土的收缩一般用试件单位长度的收缩变形来表 示，称为收缩应变( m m m ) 简称收缩值，用公式表示如下： ，一， s 。= l 兰 ( 卜4 ) ” ， 式中 s 。轻集料混凝土的收缩应变，即收缩值( m m m ) ； ，混凝土试件的初始长度( m m ) ： ，某龄期( t ) 所测得的试件长度( 姗) ； 卜混凝土试件的有效长度( m m ) 。 实验中所用试件尺寸为1 0 0 xi 0 0 5 1 j ，实验龄期分别为l ，3 ，7 ，1 4 2 8 ，4 j ，6 0 ，9 0 天，具体实验结果见表1 1 j 。 大连理工大学硕士学位论文自保温混凝土 表1 1 5c l 5 0 轻集料混凝土不同龄期下的收缩值( m m ) t a b l e1 1 5s h r i n ko fd i f f e r e n tc u r ea g e so fc 1 5 0 时间1371 42 84 56 09 0 编号 l0 0 4 00 0 4 00 0 3 90 ，0 4 00 0 4 10 0 3 7 0 0 2 3 0 o o l 20 0 2 00 0 2 00 0 4 70 ，0 4 50 0 4 50 0 2 20 0 1 50 0 0 3 30 0 3 00 0 2 00 0 4 30 0 4 90 0 4 9o 0 2 l0 。0 1 20 0 0 3 平均 0 0 3 0 0 0 2 7 0 0 4 30 0 4 50 0 4 5o 0 2 70 0 1 7 0 0 0 2 综合 0 0 3 00 0 5 7o 1 0 0o 1 4 5o 1 9 0o 2 1 7o 2 3 40 2 3 6 由图1 3 和图1 - 4 可以看出轻集料混凝土的收缩在初始一个月内比较大， 9 0 天以后试件尺寸基本没有变化，即收缩基本完成。影响轻集料混凝土的收 缩因素就本实验而言主要有以下几个方面。 02 5 0 2 三 要0 1 5 型 要o l 掣 0 0 5 0 4 06 08 01 0 0 时i n ( d ) 图卜3c l 5 0 轻集料混凝土收缩值随时间变化曲线 f i g 1 3 c u r v eo fc h 5 0l i g h t w e i g h ta g g r e g a t ec o n c r e t e s s h r i n kw i t h t i m e 0 3 0 2 5 0 2 o 01 5 耋0 1 0 - 0 5 0 4 06 08 0i 0 0 时间( 天) 图l 一4c l l o 0 轻集料混凝土收缩值随时间变化曲线 f i g 1 4 c u r v eo fc l l 0 0l i g h t w e i g h ta g g r e g a t ec o n c r e t e s s h r i n kw i t ht i m e 4 大连理工大学硕士学位论文白保温混凝十 ( 1 ) 材料方面的因素，这主要是指水泥用量、水灰比、集料的品质以及外 加剂和掺和料的影响。水泥的用量越大轻集料混凝土的收缩就越大，在此实 验中，水泥用量比较少，因此其收缩值也比较小。国外的有些资料表明水泥 的用量每增加5 0 k g ，混凝土的收缩值就增加1 0 左右。水灰比对轻集料混凝 土的收缩影响更是显而易见。水灰比越大，其孔隙率越大，收缩也越大，欧 洲混凝土协会和预应力混凝土委员会( c e b f i p ) 的资料证明，在水泥用量不 变时，混凝土的收缩与其水灰比成e 比( 表1 1 6 ) 表i 1 6 混凝土水灰比坩收缩值的影响 t a b l e1 1 6i n f l u e n c eo fc o d c f e l e sw a l e r c e m e n lr a l ：i ot os h r i n k 灰集比 水灰比 o 40 50 6o 7 1 ：30 8 0 1 2 0 1 ：4 o 5 51 8 51 9 5 1 ： 50 4 0o 6 0o 7 00 8 5 1 ：6o 3 00 4 0o 5 5o 6 5 1 ：7o 2 0o 3 00 4 0o 5 0 集料品质的影响主要是指轻集料的颗粒形状及级配组成。粒型较好的轻 集料对其混凝土的收缩无明显影响；对于粒型不规则的轻集料，由于需要增 大水泥用量( 对于高标号轻集料混凝土来说) 才能保证所需的和易性，因而 其收缩值相对来说比较大，最高可达i m m m 。因此集料品质的影响最终反映在 水泥用量及水泥石的密实度方面，而最终则反映在混凝土的强度上。本实验 所配制的混凝土其标号仅为c l 5 0 ，因此其收缩值相对于其它混凝土来说比较 ，j 、。 粉煤灰掺和料对轻集料混凝土的收缩也有一定的影响。以往的实验结果 表明掺加i 0 2 0 粉煤灰的混凝土，在保持总用水量不变的条件下，其收缩 值约减少5 ，特别是对于粒型不规则的轻集料混凝土掺加粉煤灰的效果更好。 在本实验中，粉煤灰的掺加量采用的是超量替换法，替代5 0 的水泥。 ( 2 ) 环境方面的影响在正常的大气条件下，环境介质的相对湿度对混凝 土的收缩值有很大的影响，因为介质的相对湿度直接影响水分的蒸发。介质 的湿度越小，混凝土与周围介质的湿交换就越剧烈，水分的蒸发就越快，收 缩也就越大( 见图卜5 ) 。本实验所测试件均在标准养护室中养护，其收缩 值的测量也是在养护室中，因此这一因素的影响不大。 实际上对轻集料混凝土的收缩影响因素还有工艺、结构两个方面，但对于 本实验，其影响不大，因此不与讨论。 现在对于轻集料混凝土收缩的计算，国内外已经提出了一个多系数方程式 。这个多系数数学表达式是由基本方程及一系列的影响系数叠加而成，即： c ( t ) = ( f ) 。届压屈5 ( 1 5 ) 大连理工大学硕士学位论文 自保温混凝土 s ( f ) 。= 面丽t x 1 0 3( 1 6 ) 届屈各种影响系数，其取值见表卜1 7 。 其中式( 卜6 ) 所表示的轻集料混凝土的初始测试龄期为2 8 天。 i ； 一 制 孽 善 j 一 7 - 多 一二o 爿珍嘭 一：石赢一 二粘十陶牡 。钻 陶# 协f ：陶毂 钦7 。 枯土附垃 砸嚣陶柑t 戈热砂 赴嚣附牲一走然砂 栩列蛙膻一。t ， 图卜5 不同湿度条件下轻集料混凝土的收缩 f i g 1 5s h r i n ko fl i g h t w e i g h ta g g r e g a t ec o n c r e t ei n d i f f e r e n th u m idc o n d i t i o n s 表1 一l7 轻集料混凝土收缩影响系数 t a b l el 一1 7 i n f l u e n c i n gc o e f f i c i e n to fs h r i n ko f1 i g h t w e i g h ta g g r e g a t e c o n c r e t e 影响因素变化条件符号修正系数 4 01 3 0 相对湿度 6 0b 1 o o ( ) 8 0o 7 5 2 0 0 1 2 0 2 5 01 0 0 截面尺寸3 7 50 9 5 ( 体积表面积)5 o ob !o 9 0 ( c m ) l o o oo 8 0 1 5 0 00 6 5 2 0 0 00 4 0 养护方法标准养护 b 。1 0 0 蒸汽养护 o 8 0 粉煤灰取代水泥 o bj 1 0 0 率( )l o 2 0o 9 5 6 大连理工大学硕士学位论文自保温混擞十 1 2 2 5c l 5 0 轻集料混凝土的导热系数 轻集料混凝土导热系数的测量所用仪器为n 1 】| y 一4 型热流计，其基本原理 为：当一定的热流q 垂直流过热流探头，在其基板两面就有一定的温差t ， 这个温差使装在一基板上的差动热电偶产生一定的电动势，由于基板的厚度 x 和导热系数土一定，在稳定的条件下，根据傅立叶定律，其热密度可由下 面的公式确定： 口：一五二上( 1 7 ) v爿 因此由温差决定的热流测头的输出电势e 就反映了热流密度的大小 q = c e ( 1 8 ) 其中c 为测头系数，本实验中为1 1 6 w m 2m v 。由公式( 1 7 ) 和( 卜8 ) 联立就可以求出材料的导热系数 ： 五一c 。e 。v x ( 1 9 ) v7 _ 实验中所用试件的尺寸为4 5 0 3 0 0 x1 6 0 m m 表1 1 8c l 5 0 轻集料混凝土的导热系数 t a b l e1 1 8h e a t c o n d u c t i n gc o e f f i c i e n to fc h 5 01 i g h t w e i g h t a g g r e g a t ec o n c r e t e 温度 c l 5 0 混凝土 次八上表面下表面温差0 ( w m 2 )土( w m ) 13 29 91 3 15 3 0 6 4 7 23 61 0 11 3 76 40 7 4 7 c l l 0 0 混凝土 lo1 7 61 7 6- 8 40 7 6 4 2o1 7 61 7 68 00 7 2 7 经过计算得c l 5 0 轻集料混凝土的导热系数为0 6 9 7w m ，符合设计 要求( 0 9w m ) ，而c l l 0 0 轻集料混凝土的导热系数为0 7 4 6w m ， 也符合设计的要求。 影响轻集料混凝土导热系数的因素主要有干表观密度和湿度。文献资料“。 表明当混凝土的干表观密度由8 8 8 k g m 。增加到1 7 5 0k g m 1 时，其导热系数相 应的由0 2 4 4w m k 增大到0 8 3 w m k ，即密度增大一倍，其导热系数增大 3 4 倍。这是由于密度较大的轻集料混凝土一般为砂轻混凝土，其细集料为结 晶状的密实的石英砂，使其导热系数迅速增大：而低密度的细集料，由于其 结构含有大量的孔隙和玻璃体，因而其导热系数较低，这说明轻集料的矿物 成分及其结构组成对混凝土的导热系数有明显的影响。同时混凝土的湿度( 或 含水率) 对其导热系数也有明显的影响，轻集料混凝土的导热系数随湿度的 提高而增大。 大连理工大学硕士学位论文自保温混凝七 1 2 2 6 轻集料混凝土的弹性模量 轻集料混凝土的弹性模量所用试件尺寸为1 0 0 1 0 0 3 0 0 m m ，取应力为 0 4 f 。的加荷割线模量为轻集料混凝土的弹性模量值。：。 图1 6 轻集料混凝上的应力一应变全曲线 f i g 1 6s t r e s s s t r a i nc urveo fli g h t w e i g h ta g g r e g a t ec o n c r e t e 这是因为轻集料混凝土的弹性模量是它的短期变形的特征值，也即只考 虑在施加荷载初所反映出来的物理力学性能，又因混凝土是非匀质材料，故 在荷载作用下的变形性能很复杂。在轴向受压荷载作用下，混凝土的变形模 量并不服从虎克定律，其应力一应变曲线仅在瞬时荷载和低荷载作用的情况 下，才反映出其应力与应变的关系。通过实测发现，轻集料混凝土的变形在 应力o o 4 5 f 。以后，横向变形加速发展，与应力呈非线性关系，并随 0 的进一步增大而增加。所以取应力为0