采用近场动力学方法模拟了泡沫混凝土三维模型的单轴拉伸,通过与文献数据对比验证了数值模拟的有效性。基于对孔隙率为30%~70%、单元孔隙球度为0.6~1.0的泡沫混凝土三维模型的模拟结果,探讨了泡沫混凝土的孔隙结构对抗拉性能的影响。结果表明:泡沫混凝土的抗拉性能(弹性模量、强度和断裂能)随着孔隙率的增加而降低,随着单元孔隙球度的增加而提升。泡沫混凝土三维模型的抗拉性能具有显著的非均质性,这是由于孔隙随机分布导致不同模型的水泥骨架壁厚级配不同所致,在壁厚较薄的局部区域容易造成应力集中,从而削弱泡沫混凝土的抗拉性能。

为了提高铝土尾矿泥(以下简称尾泥)的资源化利用率,根据含水量对广西某岩溶洼地型排泥库的尾泥状态进行了分类,研究了不同状态尾泥对W4密度等级泡沫混凝土工作性、力学性能、体积吸水率和孔结构的影响,并进行了微观分析。结果表明:尾泥状态大致分为可塑态、软塑态、流塑态和高流塑态;采用软塑态尾泥制备的泡沫混凝土性能不满足相关标准要求;采用流塑态和高流塑态尾泥制备的泡沫混凝土性能基本一致,且满足相关标准要求。

为降低泡沫混凝土生产过程中的能耗,改善泡沫混凝土的性能,研究了流变性对高早强免蒸压泡沫混凝土发气效果和硬化后性能的影响。结果表明:当屈服应力超过200 Pa后,泡沫混凝土不再膨胀;高早强免蒸压泡沫混凝土的6 h抗压强度可以达到2.7 MPa,导热系数基本不大于0.20 W/(m·K);浆体的屈服应力偏小可能导致孔隙率(体积密度)相近的泡沫混凝土导热系数相差30%,抗压强度相差100%左右。

在聚灰比为0、1%、3%、5%的情况下,研究了丁苯橡胶对泡沫混凝土干密度和抗折、抗压强度的影响,并通过显微图像处理和SEM从孔结构角度分析了丁苯橡胶对泡沫混凝土的改性机理。结果表明:随着聚灰比的增加,泡沫混凝土的孔隙率和平均孔径均呈先增后减的趋势,孔隙圆度值略有降低,导致干密度和抗压强度均先减小后增大,抗折强度先略有降低后快速增大。

研究了矿渣、粉煤灰以及热等离子技术处理城市垃圾后的熔融残渣(MWTPT)替代10%的水泥对泡沫混凝土性能的影响,并通过XRD、水化热和SEM方法分析了MWTPT的作用机理。结果表明:MWTPT可以作为矿物掺合料替代水泥制备泡沫混凝土;掺MWTPT泡沫混凝土的抗压强度在后期优于掺粉煤灰的泡沫混凝土,抗折强度在早期优于掺矿渣泡沫混凝土和掺粉煤灰泡沫混凝土;与掺粉煤灰泡沫混凝土相比,掺MWTPT泡沫混凝土的7 d、15 d抗折强度分别提高了19.1%、31.8%。

制备了一种以高性能纤维增强水泥基复合材料为壳体、泡沫混凝土为芯体的新型复合墙板,并对其力学性能、热工性能进行了研究。结果表明:随着纤维掺量的增加,复合墙板的3 d、7 d和28 d抗折强度明显增加,7 d和28 d抗折强度均能达到20 MPa以上,极限抗弯荷载系数为9.0;空心墙板的力学性能与复合墙板基本一致;空心墙板的传热系数较高,为3.20 W/(m2·K),复合墙板的传热系数最低,为0.82 W/(m2·K)。

利用废旧轮胎破碎后的橡胶颗粒替代部分河砂制备了泡沫混凝土,研究了橡胶颗粒掺量、水灰比对混凝土的密度、流动性、抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量和耐高温性能的影响。结果表明:橡胶颗粒的掺入降低了混凝土的密度、坍落度、抗压强度和弹性模量,但当橡胶颗粒掺量为20%时,试件的抗压强度仍高于10 MPa;试件的劈裂抗拉强度随着橡胶颗粒掺量的增加呈先增后减的趋势,且当橡胶颗粒掺量为20%时强度达到最大;高温对试件的抗压强度不利,与常温相比,经过100℃、200℃高温处理后,试件的抗压强度分别降低了3.1%~33.0%、25.0%~55.0%。

采用Design-Expert软件研究了原状粉煤灰及铁尾矿砂对泡沫混凝土干密度、吸水率及抗压强度的影响,并观察了泡沫混凝土断面的细观结构。结果表明:原状粉煤灰掺量的增加会使泡沫混凝土的干密度和吸水率降低,当原状粉煤灰掺量占胶凝材料的40%时,泡沫混凝土的抗压强度最高;固定粉煤灰掺量为40%,铁尾矿砂掺量在0~50%范围内增加会使泡沫混凝土的干密度和抗压强度增加,吸水率降低;当原状粉煤灰掺量<40%时,原状粉煤灰掺量越多,泡沫混凝土内部的气泡越稳定;铁尾矿砂掺量的增加可使泡沫混凝土的孔径减小,密实度增加。

总结了纤维的种类(无机纤维、有机纤维)、掺量和掺入方式(单掺、混掺)对泡沫混凝土性能的影响,分析了纤维在泡沫混凝土中的作用机理,指出了纤维增强泡沫混凝土存在的不足,并对其未来研究方向进行了展望。

通过一系列不同配合比泡沫混凝土的制备,系统研究了水胶比、粉煤灰及细砂掺量、表观密度、增稠剂、龄期、水泥强度等级、养护方式等常见因素对泡沫混凝土湿密度与干密度的影响。结果表明,水胶比对泡沫混凝土湿干密度比的影响最大且呈正相关,粉煤灰掺量越高,湿干密度比越大,而表观密度等级和细砂掺量则呈反相关,增稠剂、龄期、水泥强度等级、养护方式等因素对湿干密度比的影响不大。