引氣劑對粉煤灰混凝土導熱性能與抗壓強度的影響★

王 冉 羅肖意 杜書鵬 方光秀*

(延邊大學工學院，吉林 延吉 133002)

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引氣劑對粉煤灰混凝土導熱性能與抗壓強度的影響★

王 冉 羅肖意 杜書鵬 方光秀*

(延邊大學工學院，吉林 延吉 133002)

介紹了引氣劑的作用，通過混凝土抗壓強度試驗以及混凝土導熱系數試驗，分析了在一定范圍內引氣劑的摻量對粉煤灰混凝土抗壓強度與導熱系數的影響，給出了在嚴寒地區使用該種引氣劑摻量的加氣粉煤灰混凝土作為建筑填充墻時，其保溫層的最佳經濟厚度。

粉煤灰混凝土，引氣劑，抗壓強度，導熱系數

在建筑行業中，由于對綠色節能的要求，建筑墻體中保溫層越來越重要，研究如何提高混凝土的保溫性是一項重要課題。引氣劑能使混凝土在攪拌過程中引入大量均勻分布、穩定而封閉的微小氣泡，從而改善混凝土的和易性和耐久性[1]。引入的封閉氣泡能緩沖水結冰時的膨脹作用，提高抗凍性；空氣的導熱系數較小又使混凝土有良好的保溫性。

本文針對引氣劑對混凝土抗壓強度和導熱系數的影響進行研究，分析引氣劑摻量在一定合理范圍內，引氣劑對粉煤灰混凝土導熱性能、抗壓強度的影響規律，同時給出在使用加氣粉煤灰混凝土砌筑墻體時，保溫層的最佳經濟厚度。

1 試驗設計方案

1.1 試驗原材料

本試驗選用的材料為：1)水泥：選用冀東水泥磐石有限責任公司生產的盾石牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥。2)細骨料：含水率為4.7%的砂。3)粗骨料：粒徑20 mm以下，含水率為3%的碎石。4)粉煤灰：Ⅰ級粉煤灰，改善砂漿的和易性。5)引氣劑：宏祥建筑外加劑廠生產。

1.2 配合比分析與導熱系數測定

當粉煤灰摻量不超過30%時，粉煤灰摻量對混凝土強度影響并不是很大[2]，所以本次試驗粉煤灰摻量取30%；當水灰比為0.7時，相同條件下的混凝土強度最高，所以本次試驗采用的水灰比為0.7(見圖1)[2]。預期坍落度為35 mm～50 mm，單位用水量為195 kg，查混凝土砂率選用表，砂率取為35%。

采用DRH-300導熱系數測試儀測量，由熱板和冷板測試頭、冷板恒溫系統、熱板控溫系統、數據采集系統和計算機測控系統組成。兩塊試樣分別放置在左、右冷熱板之間，利用試樣恒溫裝置壓緊試樣，由測厚裝置測出兩試樣厚度，冷板恒溫系統和熱板控溫系統提供試樣兩面穩定溫差，計算機調節熱板中的量熱板與護熱板溫度相等，此時，加在量熱板上的功率即是通過試樣的熱流，根據式(1)計算試樣導熱系數(單位：W/(m·K))：

λ=Q·d/S·ΔZ·ΔT=P·d/S·ΔT=I·U·d/S·ΔT

(1)

其中，I為熱極電流，A；U為熱極加熱電壓，V；d為試樣厚度,m；S為試樣有效受熱面積，m2；ΔZ為測定時間間隔，h；ΔT為冷熱極板間(試樣兩平面)平均溫差，K。

采用加氣粉煤灰混凝土試驗配合比如表1所示。

表1 加氣粉煤灰混凝土試驗配合比

1.3 模具制備

制作測量混凝土導熱系數的模具，規格為300 mm×300 mm×30 mm，為防止模具吃水，制作中將底板噴漆，側面的木條涂油，如圖2所示。

2 混凝土性能試驗

試驗方法。將原材料放進攪拌機中攪拌，裝模。其中，抗壓試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，試件按GB/T 50081—2002普通混凝土力學性能試驗方法標準方法成型，在同條件中靜養24 h后拆模，移入標準養護室養護至28 d，進行抗壓強度試驗。

攪拌后混凝土坍落度要求如表2所示。

表2 混凝土坍落度要求

攪拌后混凝土坍落度，和易性均滿足要求，如圖3，圖4所示。

導熱系數試件尺寸為300 mm×300 mm×30 mm，在同條件中養護72 h后拆模，移入標準養護室養護至14 d，進行導熱系數測定。

3 試驗結果與討論

3.1 引氣劑摻量與混凝土抗壓強度的關系

引氣劑的摻入使混凝土的含氣量增加，氣泡的存在減小了混凝土的有效受力面積，使混凝土的強度有所降低[2]。本試驗將一定范圍內(0.005%～0.012%)引氣劑摻量與混凝土抗壓強度的關系整理為圖5。

粉煤灰混凝土早期抗壓強度隨著引氣劑的摻量增加而呈現出一種降低趨勢，從28 d抗壓強度的角度考慮，該范圍內引氣劑的最佳摻量為0.008%。

3.2 引氣劑摻量與混凝土導熱系數的關系

引氣劑使混凝土在攪拌過程中引入大量均勻分布、穩定且封閉的微小氣泡，由于空氣的導熱系數小，使混凝土保溫性能得到提升。本試驗將一定范圍內(0.005%～0.012%)引氣劑摻量對混凝土導熱系數的影響整理為圖6。

粉煤灰混凝土28 d齡期的導熱系數隨著引氣劑摻量的增加而呈現出一種增大趨勢。從保溫性能的角度考慮，該范圍內引氣劑的最佳摻量為0.005%，此時隨著齡期的增加而導熱系數稍有增大。

3.3 砌筑墻體的有關建議

加氣混凝土用作砌筑外墻材料時，為了滿足房屋保溫的要求，有時需要考慮設計保溫隔熱層。本文通過計算給出了其保溫隔熱層在滿足節能前提下的經濟厚度。文獻[3]指出保溫隔熱層厚度的計算公式如下：

1)圍護結構熱阻R的計算：

R=R1+R2+R3+…+Rn=σ1/λ1+σ2/λ2+σ3/λ3+…+σn/λn

(1)

其中，R1，R2，R3，…，Rn為各材料層的熱阻，m2·K/W；σ1，σ2，σ3，…，σn為各材料層的厚度，m；λ1，λ2，λ3，…，λn為各材料層的導熱系數，W/(m·K)。

2)圍護結構熱惰性D的計算:

D=D1+D2+D3+…+Dn=R1S1+R2S2+R3S3+…+RnSn

(2)

其中，S1，S2，…，Sn為各材料層的蓄熱系數，W/(m2·K),空氣層的蓄熱系數取為0。

3)傳熱系數K的計算：

K=1/(Ri+∑R)

(3)

其中，Ri為窗戶、空氣層等熱阻。

上述K的計算方法適用于不帶抗震柱、圈梁等熱橋部位的多層結構。

由GB 50189—2005公共建筑節能設計標準知，在吉林嚴寒地區，圍護結構部位體形系數不大于0.4時，K≤0.45。當加氣粉煤灰混凝土砌筑外墻的厚度為240 mm，保溫層采用膠粉聚苯顆粒保溫隔熱砂漿時，取保溫層的導熱系數為0.058，結合式(1)～式(3)，計算得到保溫層的經濟厚度為0.094 m。

4 結語

本文通過試驗研究隨著引氣劑摻量在一定范圍內(0.005%～0.012%)增加時，其與粉煤灰摻量為30%的混凝土抗壓強度、導熱系數的關系，結論如下：1)粉煤灰混凝土早期抗壓強度隨著引氣劑的摻量增加而呈現出一種降低趨勢，從28 d抗壓強度的角度考慮，該范圍內引氣劑的最佳摻量為0.008%。2)粉煤灰混凝土28 d齡期的導熱系數隨著引氣劑摻量的增加而呈現出一種增大趨勢，從保溫性能的角度考慮，該范圍內引氣劑的最佳摻量為0.005%。3)保溫層厚度應參考具體材料，在嚴寒地區，當加氣粉煤灰混凝土墻厚240 mm、保溫材料為膠粉聚苯顆粒保溫隔熱砂漿時，保溫層經濟厚度為0.094 m，應分層施工。

[1] 周愛軍,張 玫.土木工程材料[M].北京:機械工業出版社,2011.

[2] 劉衛東.混凝土導熱系數實驗研究[J].中外公路,2012,32(1):226-228.

[3] 郝先成.節能型外墻保溫隔熱材料系統研制與應用[D].武漢：武漢理工大學碩士學位論文，2006.

The influence of air-entraining additive on concrete capability about thermal conductivity and compressive strength★

Wang Ran Luo Xiaoyi Du Shupeng Fang Guangxiu*

(CollegeofEngineering,YanbianUniversity,Yanji133002,China)

By analysing the effects of the air-entraining additive on the capability and doing experimentation about compressive strength, the article gives recitals about how a bit of air-entraining additive influence heat conductivity coefficient and anti-pressure ability of concrete. In the meantime, the article gives the economic thickness of the insulating layer when the air-entraining coal ash concrete used as infilled wall in severe cold area.

fly ash aerated concrete, air-entraining additive, compressive strength, thermal conductivity

1009-6825(2016)30-0114-02

2016-09-12

王 冉(1996- )，男，在讀本科生； 羅肖意(1996- )，男，在讀本科生； 杜書鵬(1996- )，男，在讀本科生

方光秀(1967- )，男，博士，教授

TU522.32

A

★:延大大學生暑期學校創新實驗項目(項目編號：SQC2016001)；延大科技發展計劃校企合作項目(項目編號：602015001)