超轻水泥基材料强度测试的影响因素研究

 建筑外墙保温可以使建筑在使用过程中节省更多的 能源与能量，是建筑节能的一个有效途径[1]。目前大量作 为外墙保温使用的有机保温材料（如EPS、XPS、PU等）， 虽质轻、保温效果好，但其易燃、易老化，耐久、耐候性差 等缺点也为建筑物日后的使用带来很多问题和安全隐患。 作为一种被广泛关注的新型节能墙体材料，超轻水泥基材 料在具有保温、隔热、隔声、使用寿命长等多方面优越性 能的同时，也克服了有机保温材料易燃、有毒以及施工难 等弊端，使用量日益扩大[2-4]，其稳定制备和工业化生产对 社会可持续发展具有深远的意义。 国内外对于轻质水泥基材料的研究大多针对 300kg/m3 以上的普通发泡水泥[5]，但随着水泥基材料向 轻质化和更高保温性能方向发展，低于300kg/m3 的超轻 发泡水泥成为其发展的必然趋势。超轻发泡水泥作为一 种新型的建筑节能材料，其建材行业标准《水泥基泡沫 保温板》（JC/T2200-2013）颁布不久，标准中测试的相 关要求较少，材料的制备和测试过程中的问题较多。如 用某一配比制备出一块超轻发泡水泥大块制品，其内部 强度与密度的均匀性以及不同测试方式对强度测试大 小的影响等研究较少，但这些问题的研究对于未来超轻 高性能发泡水泥的制备、检测及工业化生产具有重要的 指导意义。 由于实验室的搅拌设备（1400r/min）转速较低，模 具（Φ150mm×300mm）较小，同一配比制得的超轻发 泡水泥，其强度和密度波动较大。因此课题组在上海松 江中试基地通过中等规模试验，对超轻发泡水泥大块 制品强度与密度的均匀性、强度测试方式等进行了相关 研究。 1 试验 1.1 原材料与仪器 原材料：水泥（上海海螺水泥厂生产的P·O 42.5普通 硅酸盐水泥）；纤维（上海金山石化厂生产的聚丙烯纤维， 纤维长度9mm）；粉煤灰（上海石洞口电厂出产的II级粉煤 灰）；外加剂（湖南岳阳产雨虹牌聚羧酸系减水剂）；发泡 剂（上海产27.5%双氧水）；稳泡剂（河北产稳泡剂）；普通 自来水。 仪器：高速搅拌机（北京清大农研科技有限公司生产 的单罐搅拌机，转速2400r/min）；电热鼓风干燥箱（上海 路达实验仪器有限公司生产的101-2型电热恒温鼓风干燥 超轻水泥基材料强度测试的影响因素研究 马一平 王 洋 黎 志 杨晓杰 （同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室 上海 201804） 摘 要：试验以普通硅酸盐水泥为胶凝材料，在中试基地利用化学发泡法制备了尺寸为 1230mm×930mm×330mm的超轻发泡水泥大块。本文定义了大块制品的6个维度，并采 用单因子方差分析法及拉依达准则分析了大块制品内部干表观密度、抗压强度及比强度 的均匀性，以及试件尺寸、受压方向、压缩变形程度、干燥状态及养护制度对超轻发泡水 泥比强度测试结果的影响。结果表明，超轻发泡水泥大块制品内部具有较好的均匀性，但 试件尺寸、受压方向、压缩变形程度、干燥状态及养护制度等因素对比强度测试结果影响 均较大。 关键词：水泥基材料；超轻发泡水泥；强度测试；单因子方差分析

电子万能试验机（深圳市新三思材料检测有限公司 生产的CMT4204型微机控制电子万能试验机）。 1.2 发泡水泥制备 准确称量原材料，先将水泥、纤维、粉煤灰、硅灰以 及外加剂充分搅拌，后加入温水（35℃～45℃）制得均匀 的浆料，然后迅速加入发泡剂搅拌7s～8s后静停，快速将 料浆注入模具。其制备流程如图1所示，制备模具及其尺 寸如图2所示。 1.3 测试方法 1.3.1 超轻发泡水泥干表观密度测试方法 参照《水泥基泡沫保温板》（JC/T2200-2013）进行 测试。随机抽取3块样品，各加工成一块满足设备要求 的试件，其长、宽不得小于100mm，厚度为制品厚度。将 需要测试的试件放入干燥箱内，缓慢升温至65℃±2℃， 烘干至恒定质量（恒温3h两次称量试件质量变化率小于 0.2%），称取自然状态下的质量M（kg）。干表观密度按照 公式ρ=M/V计算，其中V为试件体积（m3 ），ρ为试件的 干表观密度（kg/m3 ）。 1.3.2 超轻发泡水泥抗压强度测试方法 参照《水泥基泡沫保温板》（JC/ T220 0-2013）进 行测 试。随 机 抽取4 块样品，各加工 成一 个受 压 面为 100mm×100mm的试件，厚度为制品厚度，但不应大于其 宽度，烘干方法同1.3.1。然后将试件移至干燥器中冷却 至室温，以（10±1）mm/min的速度对试件经行加荷，直至 试件破坏，当试件在压缩变形5%时没有破坏，则以压缩 变形5%时的荷载为破坏荷载F（N）。抗压强度按照公式 P=F/S计算，其中S为试件受压面积（mm2 ），P为试件抗压 强度（MPa）。 1.4 分析方法 1.4.1 超轻发泡水泥维度定义 超轻发泡水泥成型养护脱模后（如图3所示）削皮 去边，加工为1200mm×900mm×300mm的大块制品， 若考察其内部各点强度与密度的均匀性，需利用一定 体积的试 样来表征。因此将发泡水泥大块制品切割为 100mm×100mm×100mm的标准试件（如图4所示）。将距 离大块边缘200mm以内的试件定义“边部”，200mm以外 的试件定义“中部”，同时试件又来自“上、中、下”3层，因 此试件可分为“边上、边中、边下、中上、中中、中下”6个 维度。通过测试各个维度试件的密度与强度，并采用一 定的分析方法来检测超轻发泡水泥大块制品内部密度与 强度的均匀性。图3为刚脱模后的超轻发泡水泥大块制品 及其尺寸，图4为超轻发泡水泥大块的切割方法以及6个 图 1 超轻发泡水泥制备流程图 图 2 超轻发泡水泥大块制品模具示意图 图 3 超轻发泡水泥大块制品脱模后图 图 4 超轻发泡水泥大块的切割与分类示意图 86 试验研究 Experimental Research CHINA CONCRETE 2015.07 NO.73 维度的示意图，图5为超轻发泡水泥脱模后左半部切割现 场图。