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1、硬质聚氨酯泡沫废料轻骨料混凝土Amor Ben Fraj, Mohamed Kismi, Pierre Mounanga摘要：本研究探讨了力学性能和将硬质聚氨酯泡沫废料作为粗骨料（8 / 20mm） 的轻骨料凝土的耐久性参数。不同混凝土中加入聚氨酯泡沫废料和高效减水剂， 对体积密度、烧失量、干燥收缩、抗压强度、动态弹性模量、总孔隙度、透气性 和氯离子扩散系数的影响已被研究和分析。结果表明，与普通混凝土 （没加聚氨 酯泡沫废料）相比，加入了聚氨酯泡沫废料使混凝土的干密度降低了 29-36%。密 度的减少是由于轻质混凝土总孔隙度的增加造成的，这也导致了轻质混凝土更高 的透气性和氯离子扩散系数的增加
2、。这些降低混凝土耐久性的负面影响，改善了 水泥基体的特性。轻骨料混凝土的抗压强度在816 MPa，并且动态弹性模量在 1015GPa，这拥有较高性能混凝土拌合物几乎满足了结构轻质混凝土机械密度的标准。这些结果巩固了聚氨酯泡沫塑料用于轻骨料混凝土生产使用的想法。 关键词：轻骨料混凝土，聚氨酯泡沫废料，抗压强度，渗透性，收缩，氯离子扩散本文对混凝土中轻骨料的用途提出了许多积极的方面。Kayali 1最近总结了 以下好处:加入轻骨料的混凝土引起的低密度可降低结构自重，基脚的尺寸大小, 板和横梁。这就扩大了建筑的有效使用面积。运输费用和处理预制要素的设备也 减少了。此外，轻骨料混凝土的低热量传输提供更
3、高的隔热性能，可以提高耐火 性。轻质混凝土中使用的两种低密度骨料可分为：天然骨料（浮石，硅藻土，火 山渣等）和人工骨料（膨胀珍珠岩，油页岩，粘土，板岩，玻璃，中空微球，聚苯 乙烯或其他自然聚合有机高分子材料，塑料颗粒等）。人工骨料可以通过特定程 序或来自工业废弃物或副产品中获得。许多用于轻质混凝土生产的工业废料（轻 质碎砖头，焚化炉底灰3，废旧轮胎4-6，塑胶废料7 9，褐煤发电残留10）或蔬 菜副产品（木削片11,油棕榈壳12，亚麻副产品13）的研究已经开始。根据他们 的来源（矿物，蔬菜或工业）和性质，这些轻骨料以特殊的方式影响混凝土的硬化 性能。通过化学，机械和热预先处理这些废物有时是必要
4、13-15,大部分的研究得 出结论认为，固体废物用作轻骨料构成了一个稳定它们物价有趣的方法。在塑料领域，肺泡泡沫废物占了每年产生的塑料废弃物相当数量的比例16。 它们被用来作为燃料17或在工业制造过程添加18,19。虽然较少关于这方面研究发 表，但是将发泡胶废物加入轻质混凝土的生产也是一个有趣的选择20,21。先前研究22重点是用硬质聚氨酯泡沫废料粒子（0-10mm）生产的混凝土的热 性能。目前的工作涉及到用聚氨酯泡沫中8-20mm的粗骨料生产的轻质混凝土进 展和表征。聚氨酯泡沫轻骨料混凝土的力学性能和耐久性参数是正常混凝土的四 倍。为了保持各种混凝土之间有一个可比的骨料粒度分布，对聚氨酯泡沫
5、废料过 筛，让粒子大小8/20mm硅质粗骨料分布曲线相同的，使混凝土生产中便于控制。 试点工作的目的是分析了加入聚氨酯泡沫同时增加粗骨料和高效减水剂对不同 混凝土各种性能的影响，如体积密度，烧失量，干燥收缩，抗压强度，动弹性模 量，总孔隙度，透气性和氯离子扩散系数。扫描电子显微镜（SEM）也进行了观测， 以研究胶凝矩阵之间和轻骨料界面区的形态。2实验研究2.1物料2.1.1水泥，普通骨料和高效减水剂本研究的水泥是澳电从圣皮埃尔拉考尔工厂（法国）的CEM I 52.5 N。其化学 组成和主要理化性质如表1。沙子是河沙0/6.3 mm,比重是2580 kg/m3和吸水率为0.90%（质量分数）。粗
6、 骨料是硅质砾石8/20 mm（比重：2590 kg/m3的，吸水率：0.49%，质量分数）。 粗细骨料粒径分布如表2。低水灰比的混凝土中加入聚羧酸基高效减水剂是为了减少用水量，并提高其 可操作性。聚羧酸基高效减水剂呈液态时，其比重是1050 kg/m3和20%干含量。表1化学组成和水泥物理性能化合物%（重量）化合物%（重量）主要化合物按重量CaO64.35K2O0.98C3S62.01SiO220.20烧失量1.65C2S11.13W4.85不溶性残渣0.22c3a8.11Fe2O32.80活性碱0.80C4AF8.45MgO0.90游灰1.30石膏6.56SO33.05布莱恩细度339m2
7、/kgNa?。0.16密度（-）3.16表2粗细骨料级配筛余尺寸（mm）累计通过（）筛余尺寸（mm）累计通过（）细骨料轻质粗骨料细骨料轻质粗骨料20100599.216972.586.814921.2568.912.5610.6345.910110.31514.7830.161.56.31000.080.22.1.2聚氨酯泡沫轻骨料轻骨料混凝土加入聚氨酯泡沫废料的粗颗粒（8-20 mm）。表3提供了其主要 物理力学性能。应该指出的是，与其他混凝土原料（水泥，水，沙子和砾石）相比, 聚氨酯泡沫是一种非常好的可压缩材料，因此，它的密度可以根据所施加的压力 测出。轻骨料的吸水率需要其浸水24小时后测
8、定。聚氨酯硬质泡沫的力学性能 要用3个立方体的样品在20 C 1兹维克50千牛万能试验机上进行测试，并取 其平均值。试样尺寸为50毫米x 50毫米x 50毫米且横梁移动速度为5毫米/分钟。轻骨料过筛分成5个不同粒径围（表2）。这促使设计轻质混凝土配合比必须 严格控制粗骨料级配。这次研究不考虑粒径大于20mm骨料。先前研究得出 泡沫废物最好的部分集中在0-10mm。在这里，最小的轻骨料是8毫米筛粒子（表 2）。表3聚氨酯泡沫轻骨料性能比重容重孔隙率吸水率形变小于10%抗氏模量(kg/m3)(kg/m3)(%)(%)压强度（kPa）(MPa)45219813.41745.62.2混凝土拌合物本次制
9、作了 4组加入聚氨酯泡沫骨料的混凝土（LWAC-1, LWAC-1sat, LWAC-2sat和LWAC-3sat和1组普通混凝土。5组混凝土配合比详情如表4。 LWA用于 LWAC-1，LWAC-1sat, LWAC-2sat 和 LWAC-3sat 浸水 24 小时前的 参照，以改善混凝土拌合物的和易性。不考虑由预湿LWA消耗的水量的混凝土 水灰比如表4。LLWAC-1sat LWAC-2sat和LWAC-3sat预湿消耗的水量分别 为 47 kg/m3, 49 kg/m3 和 62 kg/m3。表4混凝土配合比和坍落度配方 编号配合比（kg/m3）聚氨酯泡 沫体积含量（）水灰比坍落 度/
10、mm水泥水砂正常总量聚氨酯泡 沫总量SPNWC39722082486700.55170LWAC-139722082415.1340.5560LWAC-1sat39722082415.1340.55190LWAC-2sat41518386215.81.405350.4480LWAC-3sat35315672420.11.196450.4460LWAC-2sat和LWAC-3sat的拌合物与实际相比由于减水剂而使水灰比降 低了 20%。LWAC-2sat拌合物聚氨酯泡沫和水泥含量的情况略有增加，而 LWAC-3sat拌合物水泥量减少，聚氨酯泡沫总含量则显着增加。2.3试验方法和测试步骤制样前要先测
11、混凝土拌合物密度及其坍落度。混凝土样品模具分为圆柱形 （直径：llcm，高度：22cm）和棱柱形（7 x7 x 28 cm）。成型后，样品要在温度20 2 C、相对湿度90%的环境下养护24小时才脱模。圆柱形样品在20 2C的水 箱中养护直到测试前才能取出。棱柱形样品在温度20 2 C和50 5 %的相对 湿度的实验室中晾晒。28天抗压强度，总孔隙度和180天转让参数（气体渗透和 氯离子扩散系数），用圆柱形样品测量。干燥收缩率，烧失量和弹性模量的动态 测试用棱柱形样品（见图1）。图1 粗聚氨酯泡沫废料图2不同配合比圆柱样品2.3.1 坍落度试验和湿密度坍落度要根据具体实际情况来测。混凝土湿体积
12、密度要根据混凝土的质量和 体积来测。2.3.2 干燥收缩和烧失量混凝土干燥收缩用一个校准千分表（精度：土 0.001mm）在7x7x28cm的棱柱 形试样上测定。烧失量用精度土 0.01g的天平测量。获得样品1天和28天的平均 值。2.3.3 力学性能28天抗压强度测试用圆柱形试样。弹性模量的动态要用Grindosonic 设备 在 28 天的棱柱形试样测定。本文提到的每个力学性能值从两个试样进行试验得 到的平均价值。2.3.4 扫描电镜检测压缩测试后，用扫描电子显微镜(SEM )观察聚氨酯泡沫混凝土片段。2.3.5 气体渗透性 用金刚石锯片切开圆柱型混凝土试样，获得两个平行的 50mm 厚的
13、盘面。从 每个气缸的中心部分提取一个盘面 (图 2)，并抛光和清洗。侧其厚度精确到0.1mm，并在弧形表面用环氧树脂涂密封，是气体只能从盘面进出，确保测量精 度。干燥和水饱和程度直接影响混凝土气体渗透性。本次试验中盘面在40C干 燥几星期，直至质量固定不变(0.01g),以确保试样用相同的含水量。然后，把 试样在测试前48小时放在20C的干燥器中冷却。图 3 透气性测试实验装置的布局示意图渗透性测量使用中性气体氮气来进行渗滤实验(图 3)。这种方法是运用各种不同的压力使气体以稳定的气体流量Q(立方米/秒)通过盘面。表观渗透率KA(m2) 的计算式如(式 1)。L是的样品厚(m), A是横截面面
14、积(m2)，卩是的粘度系数(1.78 x 10-5 Pas 20C), Piniet是进气压力(Pa), Putiet是出口压力(Pa)，T0和P0分别是标准温度(0C)和 标准压力(1.01325 x 105Pa)，T是环境温度(C)。Kiinkenberg 提供的关系式(2)介绍了一种在的渗透系数的概念 K V (m2)(2)Pm是平均气压(坝)，Pm =(Pinlet +Poutlet)/ 2，卩是科林贝尔系数(Pa)。为了确定K V，KA是通过测量压力(Pinlet)，计算平均压力倒数(1 /Pm)。从5条曲线看，其线 性回归的相关性是令人满意的，其系数大于 0.99(图4)图4 Ka1 /Pm曲线2.3.6 开孔孔隙率混凝土试件开孔率百分比可以使用下列公式(3)：(3)Wsat是水饱和样品(使用真空泵)的质量(g); Wdry是试样在40 C和化学干燥器中 冷却烘干后质量(g)；及Wsubm是试样在静水条件下的饱和的质量(g)。该测量实在 渗透测试后的试样进行的。2.3.7 氯离子扩散系数氯离子扩散参与了腐蚀钢筋可能导致混凝土结构耐久性的损失。混凝土抗 氯离子渗透已基本研究了1,24,25。由于扩散实验费时，所以提出稳定
