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文献速读 Cement Concrete Comp. ：粉煤灰矿渣基高强碱激发泡沫混凝土的研制  题目 Development of fly ash and slag based high-strength alkali-activated foam concrete 粉煤灰矿渣基高强碱激发泡沫混凝土的研制 关键词 碱激发；泡沫混凝土；气泡动力学；高强；纤维增强 来源 出版年份：2022年 来源：Cement and Concrete Composites 课题组：河北工业大学土木与交通学院郝逸飞课题组 研究背景 泡沫混凝土（FC）是一种由泡沫与胶凝材料形成的多孔轻质保温材料，具有密度低、隔热和隔声能力强、有利于提高结构抗震性能的特性。传统FC的胶凝材料采用普通硅酸盐水泥（OPC）。但OPC生产需高温煅烧，成本较高，且大量排放CO2、SO2、NOx等，不利于环境保护。碱激发材料是一种以硅铝质废弃物（粉煤灰、矿渣和其他工业固体废物等）为原料的低碳胶凝材料，具有快速硬化、早强及耐腐蚀性强等特性，同时可降低70%-90%碳排放，从而成为一种潜在的OPC替代材料。基于上述特性，碱激发材料被广泛应用于FC生产，即碱激发FC（AAFC）。FC采用物理发泡或化学发泡方式制备。其中，物理发泡所制备泡沫不受原料或环境影响，且其水孔系统状态较为稳定，从而成为一种较为流行的FC制备方法。控制好气泡在浇注过程中分布和稳定性，是保证FC质量的关键。基于气泡动力学可从理论上分析气泡稳定存在于浆体中的受力条件。 研究出发点 现有研究中发泡剂的选取并未考虑气泡和浆体混合的稳定性，气泡在浆体中可能发生聚并和破灭，故有必要提出一个适用于FC的气泡稳定性公式。同时，现阶段所制备的AAFC存在易碎、易开裂等问题，需开发价格便宜、易于生产的改性增强材料解决上述问题。 研究内容 本文通过物理发泡法制备出粉煤灰矿渣基高强AAFC，通过对浆体中的气泡进行受力分析，提出了气泡稳定性公式；然后结合不同发泡剂性能选取发泡剂，系统性研究了不同密度AAFC的流动性、吸水率和力学性能，确定了最佳耐碱玻璃纤维掺量，解决了低密度（200–500 kg/m³）AAFC易碎、易开裂等问题。  图1 压力差引起的气泡聚并过程  图2 气泡在浆体中的受力分析  图3 气泡稳定性公式  图4 不同发泡剂所制备气泡的最大直径  图5 泡沫稳定性S和直径d的关系  图6 不同密度FC的流动性  图7 不同密度FC的吸水率  图8 FC孔结构  图9 不同密度FC力学性能：（a）抗压强度；（b）抗折强度  图10 不同纤维掺量对FC力学性能影响：（a）抗压强度；（b）抗折强度 主要结论 本研究成功制备了粉煤灰矿渣基高强碱激发泡沫混凝土（AAFC），并通过添加耐碱玻璃纤维提高低密度AAFC各项性能，并比较了不同AAFC流动性、吸水率、强度和韧性等综合性能。本文主要结论如下： （1）气泡稳定性对FC质量至关重要；为减少气泡聚并，气泡大小应尽可能均匀；提出了避免FC中气泡离析的稳定性指标； （2）与传统OPC基FC相比，本研究所制备AAFC流动性更高、强度更大； （3）添加耐碱玻璃纤维会影响低密度AAFC性能；当玻璃纤维添加量为0.5%时，AAFC综合性能达到最佳水平。 与传统OPC基FC相比，在相同密度下，本研究所开发的AAFC强度更高。考虑到传统OPC基FC很难达到低于300 kg/m3密度或高于10 MPa强度，开发高强AAFC为FC更广泛应用提供了突破口。低密度AAFC（200–500 kg/m3）可作为一种有前途的非结构应用材料（例如轻质砖、建筑围护结构等），有利于建筑节能；中等密度AAFC（500–1000 kg/m3）具有足够强度，可用于生产轻质保温墙，有望在现场预制和安装，提高施工效率；较高密度AAFC（1000–1200 kg/m3）具有用于生产承重结构/构件的潜力。后续需对AAFC作为结构材料进行全面研究，包括复杂应力状态下力学性能、材料耐久性、钢筋掺入以及结构分析和设计等。 本期编者简介 翻译: 杨光照 硕 士 天津大学 本期学术指导 罗 宁 教 授 中国矿业大学 文献链接： https:///10.1016/j.cemconcomp.2022.104447 |
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