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。

通过强度、干密度测试以及XRD、FTIR、SEM分析,研究了纳米C-S-H对固硫灰蒸压加气混凝土性能及水化产物的影响。结果表明:随着纳米C-S-H掺量的增加,蒸压加气混凝土的干密度和抗压强度均呈先增后降的趋势,且当纳米C-S-H掺量为3%时,蒸压加气混凝土的抗压强度最大,较空白组提高了13.2%;在蒸压养护条件下,纳米C-S-H的掺入一方面促进了体系中的Ca(OH)2与固硫灰中的活性SiO2和Al2O3反应,形成了更多的托贝莫来石和C-S-H凝胶,另一方面加速了托贝莫来石和C-S-H凝胶的生长速度,形成了尺寸更大的反应产物;纳米C-S-H的掺入降低了蒸压加气混凝土中的孔洞率,提高了蒸压加气混凝土的密实度和强度;固硫灰中的三种主要物相与Ca(OH)2的蒸压反应活性大小为薄片叠层状的黏土矿物热分解产物最高,带棱角粒状的石英颗粒次之,球状的铝硅酸钙物相最低。

以岩棉纤维为增强材料,有机硅为改性剂,采用物理发泡法制备了超轻泡沫混凝土,并研究了其性能和微观结构。结果表明:随着有机硅掺量的增加,试件的干密度、抗压强度、体积吸水率和导热系数均降低;随着岩棉纤维掺量的增加,试件的干密度变化不明显,抗压强度增大,体积吸水率和导热系数先降低后升高;当有机硅掺量为1.0%、岩棉纤维掺量为2.0%时,超轻泡沫混凝土的综合性能最优;超轻泡沫混凝土中的气孔多为近球形,孔径尺寸分布在50~1000μm之间,不同孔径气孔相互堆叠且分布均匀。

为保持飞机拦阻系统用超轻质混凝土溃缩强度的长期稳定,设计了“P·I水泥+惰性掺合料”胶凝材料体系,基于超轻质混凝土的干密度及溃缩强度的变化规律,确定了关键制备参数的适宜取值范围,研究了超轻质混凝土的孔结构特征。结果表明,“P·I水泥+重质碳酸钙”体系下超轻质混凝土在60 d后溃缩强度基本保持稳定,重质碳酸钙掺量为63.0%~64.3%时,超轻质混凝土60~150 d溃缩强度变化率为0.93%~7.08%,压溃曲线平台段应力偏差为±4.98%~±9.70%。发泡剂和稳泡剂的推荐掺量分别为4.4%、5.0%,稳泡剂能优化超轻质混凝土孔径分布。适宜水胶比为0.54~0.56,提高水胶比可能增加气孔的数量。

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。

研究了水灰比对磷渣粉煤灰泡沫混凝土流动性、干密度、强度、干缩性能和吸水率的影响。结果表明,磷渣粉煤灰泡沫混凝土随着水灰比从0.35增加到0.55,泡沫混凝土的流动度增大,干密度先减小再增大,7d和28d的抗折、抗压强度先升高后降低,吸水率先降低后增大,收缩值先减小后增加。当水灰比为0.40时,泡沫混凝土的流动度、干密度、7d和28d的抗压强度、抗折强度、吸水率和收缩值等性能均达到最佳值。

采用正交试验分析,研究了粉煤灰掺量、矿渣掺量、水灰比对泡沫混凝土性能的影响关系。试验结果表明,在双掺粉煤灰矿渣泡沫混凝土中,矿渣掺量对泡沫混凝土抗压强度有显著地影响,随着矿渣掺量的增加,泡沫混凝土的抗压强度不断增加,并且导热系数也随之增加。当矿渣掺量为10%时,双掺粉煤灰矿渣泡沫混凝土具有最低的导热系数。

通过实验室模拟试验,研究了生石灰、铝粉膏及水的用量对利用固硫灰渣生产蒸压加气混凝土砌块的干密度及抗压强度的影响。试验结果表明:当固硫灰渣的用量较大时,生石灰的用量是主要的影响因素,其用量不应低于17%;铝粉膏的用量对抗压强度的降低影响较显著,对干密度的减少影响相对较小,其用量不宜超过0.08%;在满足砌块生产时对料浆稠度要求的条件下,水的用量主要影响抗压强度。

通过研究高钛矿渣堆积空隙率、细钛矿渣用量对高钛矿渣空心砌块基体材料的抗压强度、干密度的影响,结合前期实验结果进行配合比的优化调整,在此基础上,进行了混凝土空心砌块的实际生产。结果表明,筛分后的高钛矿渣质量比为m(>1.16 mm):m(<1.16 mm)=6:4时,其空隙率最低为20.2%,此搭配下水泥用量最低,除去用水量,最佳水泥用量为18%左右,与前期实验结果一致;随细钛矿渣用量增加,基体材料抗压强度先增加后降低,干密度变化不大;在相同水泥用量的条件下,细钛矿渣的掺入量越多,其抗压强度越高;优化配比后水泥用量可降至10%,其配比为m(高钛矿渣):m(水泥):m(脱硫石膏):m(细钛矿渣)=75:10:5:10,可制备出抗压强度为5.7 MPa,干密度为1086 kg/m^3,MU5.0的低碳轻骨料空心砌块。

对中高层钢结构建筑楼顶板所需要的泵送轻骨料混凝土进行了优化配比研究,对已有轻骨料混凝土配比在运用过程中的特点及不足进行了分析。从优选原材料入手,对本工程混凝土配合比进行了设计及优化,得到了低密度泵送轻骨料混凝土。试验结果表明,此配比下的轻骨料混凝土力学性能、体积稳定性等均满足规范和工程要求。研究成果为同类建筑结构、大跨径桥梁建设的泵送轻骨料混凝土及要求减轻结构自重的工程提供了参考。