陶粒泡沫混凝土与陶粒EPS混凝土性能的试验研究

陶粒泡沫混凝土与陶粒EPS混凝土性能的试验研究刘昊阳;杨正宏【摘要】针对自保温墙体材料,设计了2种基于陶粒混凝土的新型保温材料——陶粒泡沫混凝土与陶粒EPS混凝土.设计混凝土密度等级为700级,通过改变陶粒掺量为15％、20％、25％、35％,研究了陶粒掺量对这2种混凝土强度、保温性能、吸水性及收缩的影响.结果表明,制备的陶粒泡沫混凝土导热系数可低至0.09W/(m·K),陶粒EPS混凝土抗压强度可达4 MPa,收缩率在0.25％以下,吸水率较低.综合来看,陶粒EPS混凝土性能较好;陶粒掺量显著影响混凝土性能.%Ceramsite foam concrete and ceramsite EPS concrete are designed as two new kinds of self thermal insulation wall material in this paper.The density grade of both kinds of concrete is 700.The effects of ceramsite dosage on the concrete strength,heat preservation,water absorption and shrinkage are studied with the ceramsite dosage of 15％,20％,25％ and 35％.The results show that the thermal conductivity of ceramsite foam concrete can be as low as 0.09 W/(m·K).Compressive strength of ceramsite EPS concrete is 4 MPa and shrinkage rate is under 0.25％ with lower waterabsorption.Ceramsite EPS concrete has better performance.Ceramsite dosage significantly affects the performance of concrete.【期刊名称】《新型建筑材料》【年(卷),期】2017(044)004【总页数】4页(P103-106)【关键词】陶粒泡沫混凝土;陶粒EPS混凝土;陶粒掺量;抗压强度;导热系数【作者】刘昊阳;杨正宏【作者单位】同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室,上海201804;同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室,上海201804【正文语种】中文【中图分类】TU528.2随着国家节能减排工作持续推进，建筑物围护结构节能越来越受到了广泛的重视。

在此背景下，新型保温节能墙体材料不断研发，陶粒混凝土材料认可度逐渐提高。

普通陶粒混凝土虽具有较高强度，但导热系数较大，解决这一问题的技术路线之一是在普通陶粒混凝土中引入新组分。

有学者研制了陶粒泡沫混凝土，将导热系数降至0.156 W/（m·K），并制成传热系数为0.940 W/（m2·K）的陶粒泡沫混凝土砌块墙体[1]。

张泽平等[2]以玻化微珠为主要绝热材料制成玻化微珠陶粒混凝土，导热系数均在0.2 W/（m·K）以下，最高抗压强度可达27 MPa。

本文分别将泡沫和聚苯乙烯颗粒（EPS颗粒）引入普通陶粒混凝土中，制成陶粒泡沫混凝土和陶粒EPS混凝土，探讨了陶粒掺量对这2种混凝土性能的影响，对相同陶粒掺量的2种混凝土的性能进行了对比研究。

1.1 原材料水泥：太仓海螺公司生产的P·O42.5水泥，主要性能指标见表1。

陶粒：上海群拥陶粒制品有限公司生产的黏土陶粒，表面黑褐色，里面暗灰色，表面粗糙有凹凸痕迹，主要性能指标见表2。

实验前将陶粒在水中浸泡1 h，移入带孔能漏水的筐中，覆盖湿毛巾，直至陶粒达到饱和面干状态。

发泡剂：洛阳科恩精细化学品有限公司生产的动物蛋白型发泡剂，外观为浅棕色透明液体。

使用该发泡剂制出的泡沫绵密稳定，体积密度稳定在70 kg/m3左右。

EPS颗粒：上海政一包装材料有限公司生产的原生EPS颗粒，粒径2～3 mm，堆积密度13.6 kg/m3，表观密度19.7 kg/m3。

表面光滑无裂缝、孔洞，圆球状较规则。

1.2 实验设计本文采用体积法计算陶粒泡沫混凝土的配合比。

混凝土设计干体积密度为700 kg/m3，净水灰比固定为0.5，陶粒掺量为15%、20%、25%、35%，其中陶粒掺量指陶粒体积占陶粒泡沫混凝土总体积的百分比，净水灰比为不包括轻集料1 h 吸水量在内的混凝土用水量对应的水灰比。

陶粒泡沫混凝土配合比设计见表3。

基于表3的陶粒泡沫混凝土配合比，保持总用水量不变，以相同体积的EPS颗粒替代泡沫，得到相应的陶粒EPS混凝土配合比（见表4）。

需要指出的是，由于本文使用的EPS颗粒密度很小，在干燥试件中其质量占比小于1%，那么以相同体积的EPS颗粒替代泡沫使混凝土实际干密度增加少于1%，故可以认为陶粒EPS 混凝土的设计干密度与陶粒泡沫混凝土的设计干密度相同。

1.3 性能测试混凝土抗压强度按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验标准》进行测试，试件尺寸为100 mm×100 mm× 100 mm。

导热系数按照GB/T 10294—2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》进行测试，试件尺寸为300 mm×300 mm×30 mm。

取测试完导热系数后的试件，参照GB/T 5486—2008《无机硬质绝热制品试验方法》测试其体积吸水率。

收缩率参照JGJ 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法》进行测试，试件尺寸为40 mm×40mm×160 mm。

2.1 抗压试验结果与分析陶粒掺量对2种密度等级为700级混凝土抗压强度的影响见图1。

从图1可以看出，陶粒泡沫混凝土的28 d抗压强度总体偏低，在1 MPa左右。

相同陶粒掺量的陶粒EPS混凝土的强度要明显高于陶粒泡沫混凝土，28 d抗压强度最高可达4MPa，略小于同密度等级蒸压加气混凝士砌块。

2种混凝土的28 d抗压强度均随陶粒掺量的增加而降低，而陶粒EPS混凝土的变化幅度较大。

本文选择的陶粒表观密度相对混凝土设计干体积密度较大，为获得目标干体积密度，水泥浆体体积密度需减小，这样会造成混凝土强度降低。

而EPS颗粒在水泥浆体中能提供一定强度，泡沫的气孔没有强度，故EPS水泥浆体相对泡沫水泥浆体强度更高，进而陶粒EPS混凝土的强度高于陶粒泡沫混凝土。

相同体积密度的混凝土，随着陶粒掺量的增加，水泥浆体的体积百分含量降低，其密度进一步降低，混凝土强度相应降低，故陶粒泡沫混凝土与陶粒EPS混凝土的强度均随陶粒掺量的增加而降低。

2.2 导热系数试验结果与分析陶粒掺量对2种密度等级为700级混凝土导热系数的影响见图2。

从图2可以看出，2种混凝土的导热系数都较小，A-1、A-2、A-3、B-1、B-2组混凝土导热系数均小于0.18 W/（m·K），符合GB 11968—2006《蒸压加气混凝士砌块标准》B07级的要求。

由于EPS颗粒的导热系数大于气孔，相同陶粒掺量的陶粒EPS混凝土的导热系数比陶粒泡沫混凝土的导热系数大，随着陶粒掺量的增加，二者的差距减小。

2种混凝土的导热系数均随陶粒掺量的增大而增大。

本文中混凝土可以视为以陶粒作为分散相，分布于以泡沫水泥浆体作为连续相的传热模型[3]。

热流传递的路径取决于模型中各相的导热系数。

当分散相导热系数小于连续相的导热系数时，热流会避开分散相，如图3（a）所示；当分散相导热系数大于连续相的导热系数时，热流会尽可能的经过分散相，如图3（b）所示[4]。

本文选用陶粒表观密度显著高于水泥浆体密度，陶粒导热系数高于水泥浆体，故热流主要通过陶粒传递，混凝土的导热系数均随陶粒掺量的增大而增大。

2.3 收缩试验结果与分析陶粒掺量对2种密度等级为700级混凝土收缩率的影响见图4。

从图4可以看出，随着龄期的延长，2组混凝土的收缩率均不断增大。

陶粒EPS混凝土收缩率总体明显小于陶粒泡沫混凝土。

同种混凝土在相同龄期的条件下，随着陶粒掺量的增加，陶粒泡沫混凝土试件的收缩率普遍减小。

硬化水泥浆失水收缩是陶粒泡沫混凝土干燥收缩的主要原因，而陶粒和EPS颗粒均可以约束水泥石的收缩变形，进而降低收缩值。

随着陶粒掺量增加，陶粒在混凝土中的骨架作用愈发明显，使得收缩率减小[5]。

2.4 吸水试验结果与分析陶粒掺量对2种密度等级为700级混凝土体积吸水率的影响见图5。

从图5可以看出，陶粒EPS混凝土的吸水率小于陶粒泡沫混凝土，原因是泡沫水泥浆体硬化后形成的气孔孔径不一，且含有部分连通孔。

而EPS颗粒中的孔洞孔径相近，为多闭合孔，且EPS材料具有憎水性，故陶粒EPS混凝土的吸水率小于陶粒泡沫混凝土。

混凝土的吸水率随着陶粒掺量的增加而增加，这是由于陶粒的吸水率较大。

（1）陶粒的掺量显著影响着混凝土的各项性能。

保持混凝土体积密度不变，陶粒掺量为15%、20%、25%、35%时，混凝土抗压强度随陶粒掺量的增加而降低；混凝土的导热系数随陶粒掺量的增加而增大；混凝土收缩率随陶粒掺量的增加而减小；混凝土的吸水率随陶粒掺量的增加而增大。

（2）由于泡沫水泥浆体与EPS水泥浆体的差别，陶粒泡沫混凝土与陶粒EPS混凝土相比，陶粒泡沫混凝土的保温性能较好，导热系数最低可至0.09 W/（m·K），陶粒EPS混凝土的收缩率、吸水率较低，抗压强度较高，28 d抗压强度最高能达到4 MPa。

综合对比分析，陶粒EPS混凝土性能优于陶粒泡沫混凝土。

（3）配制的体积密度为700级的2种陶粒混凝土保温性能优良，可以替代蒸压加气混凝士砌块使用。

陶粒掺量为20%的陶粒EPS混凝土28 d抗压强度为4 MPa，导热系数为0.17 W/（m·K），收缩率小于0.25%，体积吸水率为14.5%。

（4）一般而言，混凝土的体积密度越低，强度越低，保温性能越好。

降低混凝土的体积密度，可从骨料、水泥浆体2方面考虑。

本文在固定混凝土体积密度的前提下，对骨料、水泥浆体这2方面进行了初步试验。

配制某一密度等级的陶粒泡沫混凝土或陶粒EPS混凝土时，应充分考虑陶粒和水泥浆体的密度匹配。

由于条件所限，本试验所用陶粒表观密度明显高于混凝土的设计干体积密度，导致混凝土强度偏低，且陶粒的保温性能无法发挥。

下一步应选择表观密度与混凝土设计干体积密度相近的陶粒，对2种混凝土的性能作进一步优化。

【相关文献】[1]王庆轩，石云兴，屈铁军，等.陶粒泡沫混凝土砌块墙体的热工性能测试与分析[J].新型建筑材料，2014（12）：26-30.[2]张泽平，安培霞，师鹏，等.玻化微珠陶粒混凝土的正交试验研究[J].混凝土，2010（2）：78-80.[3] 周顺鄂，卢忠远，严云.泡沫混凝土导热系数模型研究[J].材料导报，2009（6）：69-73，83.[4]曹振，苏宇峰，张蕾，等.陶粒泡沫混凝土导热系数影响因素研究[C]//中国硅酸盐学会混凝土与水泥制品分会.2013年混凝土与水泥制品学术讨论会论文集，武汉，2013：495-501.[5] 刘文斌，张雄.陶粒泡沫混凝土收缩性能研究[J].混凝土，2013（11）：105-107.。