硬质聚氨酯泡沫塑料轻集料混凝土

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。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8～16 MPa，并且动态弹性模量在10～15GPa，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

1.引言

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[2]，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[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]。

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：± 0.001mm)在7×7×28cm的棱柱形试样上测定。烧失量用精度± 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40℃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20℃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K A(m2)的计算式如(式1)。

(1)

L 是的样品厚(m)，A是横截面面积(m2)，μ是的粘度系数(1.78 × 10-5 Pa·s，20℃)，P inlet是进气压力(Pa)，P outlet是出口压力(Pa)，T0和P0分别是标准温度(0℃)和标准压力(1.01325 × 105Pa)，T是环境温度(℃)。

Klinkenberg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)

P m是平均气压(坝)，P m =(P inlet+P outlet)/ 2，β是科林贝尔系数(Pa)。为了确定K ，K A是通过测量压力(P inlet)，计算平均压力倒数(1 /P m)。从5条曲线看，其线V

性回归的相关性是令人满意的，其系数大于0.99(图4)

图4 K A—1 /P m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)

W sat是水饱和样品(使用真空泵)的质量(g); W dry是试样在40 ℃和化学干燥器中

冷却烘干后质量(g);及W subm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，所以提出稳定状态迁移试验以加速混凝土试件中氯离子的渗透。

图5展示了Djerbi等人[26]开发的氯离子迁移机，在本实验中也有用到。经过透气性和孔隙度的测试，两块试样会被分别放在NaOH(0.025 mol/L)和KOH(0.083 mol/L)中。在上述溶液中加入NaCl (0.513 mol/L)并在其过12V的电流。试验温度为20±1 ℃。有流动度不变，有效氯离子数De (m2/s)可以通过能斯特普朗克方程变形来计算。这个方程忽视电迁移流的扩散和对流流动。根据这个假设，给出如下公式(4)：

(4)

C0是氯离子浓度(mol/m3靠近负极的溶液，假定其不变)，Q[Cl-]是氯离子经过一段时间t(s)的量(mol/m2)，L是试样后(m)，z是价离子数(z=1)，F 是法拉第常数(F= 96480 J / V)，E是电压降(V)，R是气体摩尔常数(J/mol/K),T是温度(℃)。

图5 氯离子迁移机图6瑞士万通自动滴定仪

氯离子浓度的电位滴定方法使用瑞士万通自动滴定仪以0.05M AgNO3滴定。(图6)

3.结果分析

3.1 加工性能与密度

3.1.1 坍落度检测

混凝土坍落度列于表4，围在60至190mm。用干的轻骨料(LWAC-1)代替普通骨料(NWC)会造成坍落度的损失。高孔隙率轻骨料会吸收大量水和粘贴水泥使同一时间拌合物可操作性降低。预先使轻骨料水饱可以减轻这种可操作性的损失：明显的，LWAC-1sat配方的混凝土比LWAC-1和NWC的混凝土有更高的坍落度。可操作性的涨幅与轻骨料最初的含水率有关，轻骨料中的水部分进入水泥混合基质中。为保持轻骨料预湿的积极作用，LWAC-2sat和LWAC3-sat用水饱和聚氨酯泡沫生产混凝土。这些混凝土的坍落度比LWAC-1sat小：这种差异是由于LWAC-2sat其较小的水灰比导致水泥含量高，和LWAC3-sat聚氨酯泡沫总量含量较高引起的。与LWAC-1sat相比，高效减水剂加入不能有效增加或保持了可操作性。然而，实验意图是获得塑性混凝土混合物。

3.1.2 密度