新型無機建筑節能材料的研究與應用張云升東南大學材料學院江蘇省土木工程材料重點實驗室2011.9.28匯報內容目錄一、研究背景及存在的問題二、研究思路四、力學性能八、微觀機理六、塑性變形七、耐久性十、結論三、流動性能五、熱學性能九、工程應用1.建筑節能背景

a.能耗高

建筑能耗約占我國總能耗的30-40%既有建筑420億m2，每年新增建筑面積約20億m2高能耗建筑占95%b.低碳經濟節能減排（“十二五”規劃綱要）

c.材料

推動社會進步的基礎建筑節能市場將持續升溫，節能環保材料具有廣闊潛力。2.保溫材料現狀水泥發泡劑外加劑纖維水細集料3、泡沫混凝土及其特性價格低廉保溫隔熱耐火其它質輕壽命長泡沫混凝土泡沫混凝土的特性國外：1.設計理論2.多孔混凝土孔隙結構的研究3.強度影響因素、預測模型4.功能特性國內：1.60年前起步2.粉煤灰降低40%成本3.現澆技術的推廣4.標準規范的制定4.泡沫混凝土的研究現狀5.研究中存在的問題a.強度低b.收縮大c.吸水率高d.耐久性研究缺乏e.微觀機理研究缺乏宏觀性能研究微觀機理研究力學性能塑性變形抗凍性吸水率微孔結構形成SEM掃描分析原材料、配合比優選優化為研究應用提供理論依據CT分析1.本試驗制備技術優化方案

泡沫穩定性差、強度偏低、吸水率高、凝結時間長、塑性變形大

制備方法、配合比設計、原材料、養護制度優化原材料1.水泥：P.Ⅱ52.5普通硅酸鹽水泥2.粉煤灰：?級粉煤灰3.發泡劑：蛋白型發泡劑（1:30拌制）4.減水劑：聚羧酸高效減水劑,

摻量0.1%5.聚丙纖維6.水：自來水試驗方法1.泡沫混凝土的制備2.力學性能研究3.塑性變形研究方法4.微結構形成研究5.耐久性研究方法2.試驗原材料及方法（1）重量法計算原材料容重設計好后，已知水膠比、粉煤灰摻量，根據下式計算出水泥質量、粉煤灰質量、水的質量。

C+W+F=D（1）W/（C+F）=X（2）F/（C+F）=Y（3）由上式可得：C=D(1-Y)/(1+X)W=DX/(1+X)F=DY/(1+X)

C:水泥用量W:水的質量F:粉煤灰質量D:設計容重X：水膠比Y：粉煤灰摻量

3.配合比設計理論(2)體積法計算泡沫質量

1m3泡沫混凝土中，由水泥、粉煤灰、水和泡沫組成。泡沫添加量Mfoam按下式計算。

Vc+Vw+Vfa+Vfoam=1m3

Vfoam=1-Vc+Vw+Vfa

Mfoam=Vfoam*ρfoam

其中V=M/ρ

Mfoam：泡沫質量ρfoam：泡沫密度（3）本試驗部分配合比注：w為水，c為水泥，b為膠凝材料。并通過改變水膠比、集料摻量進行控制。編號濕容重（kg/m3）FA（%）w/cw/b干容重（kg/m3）130000.350.35279250000.350.3546235000.20.440.35/0.547845000.40.580.35/0.548455000.60.880.35/0.5459680000.350.357697100000.350.35954810000.20.440.35/0.5937910000.40.580.35/0.59781010000.60.880.35/0.5103011120000.350.351148(4)泡沫砼制備

泡沫制備Foam=Surfactantsolution+CompressedairForcedthroughahighshearnozzleFoamProductionFoam=Surfactantsolution+CompressedairForcedthroughahighshearnozzle

Foamdensityis40-60kg/m3QualityControl:FoamDensityFOAMSTABILITYCHECK(DropOutTest)Foamseparationafter20mins

三、流動性能泡沫混凝土的工作性圖水膠比對流動性的影響Consistence/Workability:

FlowTime(MarshConemethod)<60secondsmixwillflowandself-compactRheology:FundamentalParameters

MTS材料試驗機研究干容重、水膠比、粉煤灰摻量、聚丙纖維及EPS顆粒摻量、養護制度及齡期對抗壓強度的影響。四、力學性能1.受壓破壞機制研究延性破壞機制隨著容重的減小延性顯著增加2.容重對抗壓強度影響容重的增加，抗壓強度增加容重500kg/m3容重1000kg/m33.水膠比對抗壓強度影響最佳水膠比為0.44.粉煤灰摻量對抗壓強度影響粉煤灰最佳摻量40%純水泥試樣粉煤灰40%試樣5.聚丙烯纖維和EPS摻量對抗壓強度影響聚丙烯纖維摻量增加，抗壓強度增加EPS顆粒摻量增加，抗壓強度降低6.養護制度及齡期對抗壓強度影響高溫蒸壓養護0.5MPa~180℃8h達到2.33MPa養護齡期增加，抗壓強度增加

五、保溫隔熱性能導熱系數泡沫混凝土導熱系數圖14.含水率對導熱系數的影響泡沫混凝土墻體的熱學性能實驗單純空斗墻的熱阻僅為0.28m2-K/W空斗墻填充泡沫混凝土的熱阻為0.41m2-K/W，保溫性能提升了47%空斗墻填充泡沫混凝土+無機內保溫砂漿熱阻可達0.71m2-K/W，提升了153%。1.測試原理及儀器橫向和豎向結合測長SBT-AS早期水泥漿體塑性變形測試儀六、早期塑性變形2.早期塑性變形過程a.早期膨脹b.塑性收縮a.最大膨脹值ε1比較3.橫向和豎向測試的對比分析b.塑性收縮值ε2比較4.粉煤灰摻量對塑性變形的影響b.對塑性收縮的影響a.對早期膨脹的影響粉煤灰摻量增加，塑性變形增加

泡沫混凝土體積穩定性圖不同水膠比對沉降量的影響及不同容重推薦水膠比300kg/m3依據普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準（GB/T50082－200）進行耐久性研究。1.

抗凍性容重增加，吸水率降低容重增加，抗凍性增加七、耐久性2.吸水率及抗凍性的影響粉煤灰最佳摻量為40%3.

碳化和防火性能CarbonationResistanceFireResistance1100degC超聲波聲速法（UPV）——原位檢測

V=L/t

其中V為超聲波傳播速度，L為超聲波傳播距離（本試驗為100mm），t為超聲波聲時。1.微結構形成過程a.懸浮階段b.固化階段c.完全固化階段八、微觀機理2.容重對聲速的影響容重增加，聲速增加，到達轉折點時間縮短3.粉煤灰對聲速的影響粉煤灰摻量增加，聲速減慢，到達轉折點的時間延長4.溫度對聲速的影響溫度增加，聲速減慢，到達轉折點時間縮短5、泡沫砼孔結構frontrightAA=88.6%VV=89.4%實際干密度為230kg/m3空隙率為86.5%FoamandBaseMixProductionUsingatruckmixerGoodforsmallvolumesbutRequirestechnicalsupportLargelyreplacedbyvolumetricmixers

MixingProcedures:1.TruckMixed九、工程應用

MixingProcedures2:

In-LineFoamInjectionandPumpingFormworkPressureFormworkPressure泡沫混凝土應用保溫屋面現澆地基填充預制板塊現澆泡沫砼工程Sawnchannelsforutilities無機節能保溫型緊急建造房無機節能保溫型緊急建造房無機節能保溫型緊急建造房1.容重是影響泡沫混凝土性能最主要