为研究矿物掺合料对泡沫混凝土力学性能、导热系数、抗冻性的影响,以粉煤灰掺量10%的泡沫混凝土为基准,通过分别单掺硅灰和矿粉及复掺硅灰、矿粉研究了矿物掺合料对泡沫混凝土性能的改善作用。结果表明:当分别单掺硅灰和矿粉时,泡沫混凝土的抗压强度、抗折强度及抗冻性均得到一定提升,导热系数随之增大;当复掺硅灰和矿粉,且复掺比例为2∶1时,泡沫混凝土的强度和抗冻性最佳,导热系数最大。

泡沫混凝土(FC)作为一种轻质多孔材料具有优良的保温隔热效果,将其用作建筑保温墙体材料可以有效降低建筑能耗。利用可再分散乳胶粉(RDL)和玻化微珠(GB)改性FC,研究了RDL和GB单独取代以及RDL和GB共同取代快硬硫铝酸盐水泥对FC干密度、抗压强度、导热系数和拉伸黏结强度的影响。结果表明:RDL可以显著提高FC的拉伸黏结强度,GB可以显著降低FC的干密度和导热系数;RDL和GB共同取代水泥时更有利于改善FC的综合性能;RDL和GB总掺量为3%时改善效果最佳,此时FC的干密度为311.7 kg/m^3,抗压强度为0.42 MPa,导热系数为0.0783 W/(m·K),拉伸黏结强度为0.1139 MPa。

以普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硫铝酸盐水泥、石膏为胶凝材料,掺入减水剂、保水剂、纤维、发泡剂等制备了泡沫混凝土,通过分析发泡剂稳泡时间、泡沫混凝土的凝结时间、抗压强度和膨胀率确定了最优配合比,并对最优配合比下的墙板进行了中试试验。结果表明:发泡剂的最佳稳泡时间为1 h以内;当m普通硅酸盐水泥∶m粉煤灰∶m硫铝酸盐水泥∶m石膏=5.0∶4.0∶0.4∶0.6时,泡沫混凝土的初凝时间小于60 min,抗压强度>3.5 MPa,膨胀率达到镁基水泥水平,抗开裂性能良好,且此配合比下的墙板各项性能指标良好。

通过试验确定了不同发泡剂(阴离子型表面活性剂F01、非离子型表面活性剂F02、表面活性剂F03、蛋白质发泡剂F04、表面活性剂F05)和稳泡剂W01的最佳稀释倍率范围,从而优选出了合适的发泡剂类型。基于此,通过正交试验研究了发泡剂和稳泡剂的稀释倍率对发泡效果和稳泡能力的影响,得到了不同发泡剂与稳泡剂的最佳稀释倍率,并给出了最佳复配比例。结果表明:发泡剂F02、F03、F04和稳泡剂W01的最佳稀释倍率分别为70、80、120和150,最佳复配比例(质量比)为14.3∶12.5∶8.3∶6.7。

采用普通硅酸盐水泥、气凝胶粉、石墨改性EPS颗粒、发泡剂等制备了干密度约为120 kg/m3的石墨改性EPS颗粒超轻泡沫混凝土,研究了石墨改性EPS颗粒对其密度、力学性能、吸水率、导热系数和孔结构的影响。结果表明:当石墨改性EPS颗粒掺量为30%时,超轻泡沫混凝土的各项性能最优,抗压强度为0.25 MPa,吸水率为10.3%,导热系数为0.0326 W/(m·K);随着石墨改性EPS颗粒掺量的增加,损泡率明显增大,孔径分布和孔结构参数发生明显改变。

研究了水灰比对密度等级为300级和500级泡沫混凝土抗压强度、导热系数和孔隙率的影响。结果表明:泡沫混凝土的密度等级不同,水灰比对其性能的影响存在差异;在水灰比为0.25时,300密度等级泡沫混凝土的抗压强度达到最大,为1.13 MPa,保温性能相对较优;随着水灰比的增加,500密度等级泡沫混凝土的导热系数不断增大,抗压强度和孔隙率不断减小,在水灰比为0.35时,其强度和保温性能达到最优;泡沫混凝土的孔隙率与抗压强度、导热系数之间存在良好的相关性。

在泡沫混凝土孔结构实测参数的基础上,基于随机算法构建了泡沫混凝土代表性体积单元(RVE)模型,结合voxel网格技术,在周期性边界条件下模拟了泡沫混凝土的传热。结果表明:基于球体随机产生算法构建的RVE模型与泡沫混凝土的实测孔结构特征高度一致,孔径分布平均偏差最高为-2.0%,孔隙率平均偏差为-0.1%;基于voxel网格技术在周期性边界条件下求解出的泡沫混凝土导热系数模拟值与实测值的平均偏差仅为-3.1%,具有良好的可靠性。

研究了在碱激发方式下再生黏土砖粉的活性激发效果和机理,探究了活性激发后的再生黏土砖粉用于制备泡沫混凝土的可行性。结果表明:复合碱激发剂可以提高再生黏土砖粉-水泥胶凝材料的28 d抗压强度和活性指数,当复合碱激发剂掺量为3%时,试件的28 d抗压强度和活性指数分别为22.42 MPa和73.3%,激发效果最好;当采用复合碱激发剂时,胶凝材料体系的水化放热速率和水化放热总量低,水化反应时间长,试件的后期强度高;当复合碱激发剂掺量为3%、再生黏土砖粉掺量为40%、水胶比为0.50时,再生黏土砖粉泡沫混凝土的性能满足JG/T 266—2011《泡沫混凝土》的要求。

通过正交试验研究了水灰比、HTFC掺合料、减水剂、发泡剂对泡沫混凝土性能的影响,改进了用于输送、生产和浇筑的施工设备。结果表明,各因素对泡沫混凝土流动度的影响顺序大小为:发泡剂掺量>水灰比>减水剂掺量>HTFC掺合料掺量。满足实际施工要求的自流平泡沫混凝土的配合比为:水灰比0.5~0.6、HTFC掺合料掺量35%~40%、减水剂掺量1.00%、发泡剂掺量3.0%~3.5%。

通过正交试验研究了气泡群掺量、再生微粉掺量、水料比和羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)掺量对再生微粉泡沫混凝土性能的影响,并结合功效系数法确定了再生微粉泡沫混凝土的最优配合比。采用SEM和XRD探究了再生微粉泡沫混凝土的微观结构。结果表明:再生微粉泡沫混凝土的抗压强度随着气泡群掺量、再生微粉掺量的增加呈下降趋势,随着水料比的增加呈先上升后下降的趋势,随着HPMC掺量的增加呈上升趋势;再生微粉泡沫混凝土的最优配合比为气泡群掺量4%、再生微粉掺量30%、水料比0.6、HPMC掺量0.07%;再生微粉泡沫混凝土抗压强度的提升主要归因于孔隙细化和HPMC减少了连通孔的产生。