聚乙烯醇纤维泡沫混凝土的性能试验
2012年第2期
2月
混凝土与水泥制品
CHINA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS
2012No .2February
聚乙烯醇纤维泡沫混凝土的性能试验
邓
均，霍冀川，宋言红，高
银，赵
星，刘
煦
（西南科技大学四川省非金属复合与功能材料重点实验室，绵阳621010）
摘
要:利用实验室自制的蛋白类发泡剂，以普通硅酸盐水泥为结合剂，制备了粉煤灰-水泥基泡沫混凝土。探
讨了聚乙烯醇纤维不同长度、掺量对表观密度为700~800kg/m3的泡沫混凝土吸水率、抗压抗折强度、劈裂抗拉强度、收缩率的影响。结果表明，聚乙烯醇纤维可显著增强泡沫混凝土的抗折强度，当纤维长度为12mm 、体积率为
0.23%时，28d 抗折强度增大了43.24%；纤维体积率0.08％时，纤维长度为6mm 的泡沫混凝土抗压抗折强度最高。
关键词:泡沫混凝土；聚乙烯醇纤维；抗压抗折强度；劈裂抗拉强度
Abstract:Taking ordinary Portland cement as combine agent, the fly ash-cement foamed concrete is prepared with laboratory made protein foaming agent. The effects of polyvinyl alcohol (PVA)fiber with different lengths and contents on the water absorption, compressive and flexural strength, splitting tensile strength and shrinkage rate of foamed concrete with apparent density of 700~800kg/m3are investigated. The results show that PVA fiber can significantly enhance the flexural strength of foamed concrete. When the volume rate of 12mm fiber is 0.23%, the flexural strength at 28days increases 43.24%,and when the fiber volume rate is 0.08%,the compressive and flexural strength of 6mm fiber foamed concrete are the highest.
Key words:Foamed concrete; PVA fiber; Compressive and flexural strength; Splitting tensile strength
中图分类号：TU528
文献标识码：A
文章编号：1000-4637（2012）02-41-04
0前言
随着我国墙体材料改革与建筑节能政策的推
混凝土的可塑性和抗拉强度[7]；碳纤维和抗碱玻璃纤维都能有效增强基材的强度和断裂韧性[8]；掺加
行, 节能型建筑材料的开发和应用受到了广泛的重视。我国大力提倡发展节能、利废、保温、轻质、隔热等新型材料，学者们对泡沫混凝土也进行了深入的研究和开发[1]。泡沫混凝土中含有大量细小封闭的圆形空隙，具有良好的热工性能，防火性能满足国家公消[2011]65号文件对民用建筑外保温材料采用燃烧性能为A 级材料的要求，具有较好的发展前景。但泡沫混凝土存在着料浆稳定性差、强度低、收缩大、易开裂吸水、韧性较差等问题[2]，限制了其广泛应用。
粉煤灰中含有一定的轻质空心微珠，具有潜在的火山灰活性, 添加到水泥中可进一步提高混凝土的保温性能和轻质性能, 并可降低泡沫混凝土制品的生产成本[3~5]。粉煤灰-水泥基泡沫混凝土的应用既节能又有效利用了我国当前排量较大的工业废渣———粉煤灰。纤维在水泥基材料中具有增强、阻裂和增韧的作用，在泡沫混凝土中加入玻璃纤维可使抗折强度大大提高[6]；聚丙烯纤维可以增加泡沫
基金项目:四川省非金属复合与功能材料重点实验室开放基金(10zxfk11),；四川省应用基础研究计划（2009TY01450）；四川省建设厅新型墙体材料专项基金。
ZMQ 纤维和防水粘结剂能显著降低混凝土的脆性，
提高混凝土的抗折强度、抗渗性和热工性能[9]。本文通过试验，利用实验室自制的蛋白类发泡剂，以普通硅酸盐水泥为结合剂，制备了粉煤灰-水泥基泡沫混凝土，并探讨了聚乙烯醇纤维不同长度、不同掺量对表观密度为700~800kg/m3对泡沫混凝土吸水率、抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度、收缩率等的影响。
11.1
试验原材料
（1）水泥：42.5级普通硅酸盐水泥，其各项性能
指标均符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》标准。
（2）粉煤灰：采用绵阳某电厂原灰粉磨，具体粉磨工艺为:用SM-500型球磨机每次粉磨10kg ，粉磨
40min 。粉煤灰粉磨后的比表面积为422kg/m2，活性指数为83.1%。
（3）发泡剂：实验室自制的蛋白质发泡剂，发泡倍数为21.6，稳泡时间16.2h 。
（4）聚乙烯醇纤维（PVA ）：由重庆某公司提供，有关性能见表1。
（5）水：普通自来水。
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2012年第2期
表1
直径/μm
抗拉强度/MPa
混凝土与水泥制品
聚乙烯醇纤维的物理力学性能
断裂伸长率/%
长度/mm
总第190期
弹性模量/GPa密度/（g/cm3）
15≥800≥4004~96、12、201.3
1.2泡沫混凝土的制备
试验采用预发泡的方法制备泡沫混凝土，具体
度好、细小稳定，一般制泡所需时间为2～3min 。将制好的泡沫按体积加入料浆中拌和均匀，最后将泡沫混凝土注入涂好油的试模中，用镘刀及时刮平表面，带模在温度20℃±1℃，湿度95%±5%的标准养护条件下静置24h 后脱模，脱模后继续标养至规定龄期。
工艺如下:按表2配合比称量水泥、粉煤灰和纤维并拌合均匀，加水搅拌即得到水泥基料浆。料浆搅拌的同时，按配比量取发泡剂加入制泡机中，采用中速起泡，后采用高速搅泡以使泡沫大小均匀、粘
表2
编号
水泥/kg
粉煤灰/kg
每m 3泡沫混凝土配合比
水/kg
聚乙烯醇纤维/kg
纤维长度/mm
泡沫体积率/L
A1A2A3A4A5A6
[***********]
[***********]
[***********]
-1.0002.0003.0001.0001.000
-121212620
[***********]
1.3测试方法
（1）表观密度、吸水率和劈裂抗拉强度均采用
气混凝土干燥收缩试验方法》规定的方法进行。
（3）抗压抗折强度采用40mm ×40mm ×160mm 成型试件，并测定7d 、28d 强度。
尺寸为100mm ×100mm ×100mm 的试件，依照GB/T
11970-1997《加气混凝土体积密度、含水率和吸水率试验方法》及GB/T50081-2002《普通混凝土力学
性能试验方法标准》进行测定。
（2）线性收缩的测试参照GB/T11972-1997《加
表3
编号
湿重
干重
2结果与分析
2.1聚乙烯醇纤维泡沫混凝土的性能
聚乙烯醇纤维泡沫混凝土的各项性能指标详见表3。
聚乙烯醇纤维泡沫混凝土的各项性能吸水率
抗压强度/MPa
抗拉强度/MPa
劈裂抗拉强度/MPa
/（kg/m3）905.9927.5929.7932.4939.4911.0
/（kg/m3）714.1710.4707.8704.6732.1702.3
/%31.831.731.431.530.932.2
7d 3.683.333.523.833.623.21
28d 5.735.205.455.905.474.53
7d 0.850.991.181.441.120.94
28d 1.481.731.792.152.191.59
A1A2A3A4A5A6
0.810.990.950.930.831.05
2.2湿容重、干容重和吸水率
由表3可见，聚乙烯醇纤维长度对泡沫混凝土
的掺入对毛细孔孔径级别的影响不大。
2.3抗压强度和抗折强度（1）抗压强度
聚丙烯醇纤维掺量对泡沫混凝土强度的影响
干重的影响不大，其中掺长度为6mm 纤维的干重稍大，此现象可能是由于纤维长度较短，同等掺量条件下泡沫混凝土中分布较多较广，从而在搅拌过程中导致多范围的泡沫破裂造成的。等掺量下，掺长度为20mm 纤维的干重略低于掺长度为12mm 纤维的，但均低于未掺纤维的干重。同时从表4还可看出，聚乙烯醇纤维的掺入以及等量的不同长度的纤维对泡沫混凝土的吸水率影响不明显，这说明纤维
见图1。从图1可以看出，在其它条件保持不变的情况下，随着12mm 聚乙烯醇纤维掺量的增加，泡沫混凝土的7d 、28d 抗压强度变化趋势大致相同，先有所降低，然后又有一定程度的增大。较低的纤维掺量对泡沫混凝土的强度有一定影响，这主要是由于在泡沫混凝土搅拌过程中纤维的掺入破坏了一部
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分泡沫的结构，而较少的纤维不能在混凝土内部形成三维网状结构。但当纤维体积率不断增加，泡沫混凝土的抗压强度增大，且当纤维体积率为0.23%时，泡沫混凝土的28d 抗压强度增大了2.97%。这表明纤维在泡沫混凝土搅拌过程中破坏的泡沫结构是有限的，随着纤维体积率的增大，纤维在泡沫混凝土中的密集度增大，形成了牢固的三维网状结构，故其抗压强度增大。
响规律大致相同，如图3所示。随着纤维掺量的增加，泡沫混凝土的抗折强度呈上升趋势。当纤维体积率为0.23%时，28d 抗折强度增大了43.24%，这表明聚乙烯醇纤维的掺入可显著增强泡沫混凝土的抗折强度。
聚乙烯醇纤维长度对泡沫混凝土7d 和28d 抗折强度的影响规律大致相同，如图4所示。其中，掺入6mm 纤维的泡沫混凝土抗折强度最高，28d 抗折
聚乙烯醇纤维长度对泡沫混凝土抗压强度的影响见图2。由图2可见，泡沫混凝土的7d 、28d 抗压强度变化趋势大致相同，都有所降低。等掺量不同长度的纤维对泡沫混凝土的抗压强度影响不同，长度越长，抗压强度越低。掺6mm 纤维时，试件的
强度比未掺纤维时增大了47.97%；12mm 次之，掺
20mm 纤维的泡沫混凝土抗折强度最低。由于20mm
纤维过长，导致同质量条件下纤维数量较少，且分布不均，故其对抗折强度的提高不明显。
.2.0.8.6.4.2.0
7d 28d
28d 抗压强度最高为5.47MPa ，比掺20mm 纤维的试件高出20.75%。
2.4劈裂抗拉强度
劈裂抗拉强度主要用来衡量泡沫混凝土的抗
裂性能。本试验劈裂抗拉强度试验结果见表3。从表
（2）抗折强度
12mm 聚乙烯醇纤维的掺入增大了泡沫混凝土
的抗折强度，且对泡沫混凝土7d 和28d 强度的影
3数据可以看出，聚乙烯醇纤维对泡沫混凝土的抗裂性能是有益的，其中，12mm 纤维体积率为0.08%
时，抗裂性最好，
劈裂抗拉强度比不掺纤维的试件
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2012年第2期混凝土与水泥制品总第190期
提高了22.22%。等掺量不同长度的纤维也不同程度地增强了泡沫混凝土的抗裂性能，其中，纤维体积率为0.08%长度为20mm 的聚乙烯醇纤维提高最多，比不掺纤维试件高出29.63%。
泡沫混凝土的早期收缩性；掺入体积率为0.23％，长度为12mm 的聚乙烯醇纤维可适当减小泡沫混凝土
28d 的线性收缩值。
由表4还可看出，体积率为0.08％时，不同长度
的聚乙烯醇纤维对泡沫混凝土的收缩性影响较大，均高于不掺纤维泡沫混凝土的线性收缩值。其中，
2.5收缩性
表4为聚乙烯醇纤维泡沫混凝土收缩试验结
果。比较表4中A1、A2、A3、A4的数值可知，当掺入体积率为0.08％的12mm 聚乙烯醇纤维时，泡沫混凝土各龄期的线性收缩值都比不掺纤维大；但当掺入的纤维体积率增大到0.15％时，泡沫混凝土各龄期的线性收缩值均比不掺纤维的要小；当掺入的纤维体积率为0.23％时，只有28d 的线性收缩值比不掺纤维的小。由此可得出结论：掺入体积率为
6mm 和12mm 纤维对泡沫混凝土线性收缩值的影
响在各龄期均大致相同，但6mm 纤维的3d 收缩值远小于1d 收缩值，而12mm 纤维的1d 、3d 收缩值变化不明显，这说明6mm 纤维在泡沫混凝土水化初期抑制了泡沫混凝土的收缩。20mm 纤维泡沫混凝土的线性收缩值最大，远高于不掺纤维的泡沫混凝土，故掺入长度为20mm 的纤维于泡沫混凝土中意义不大。
0.15％，长度为12mm 的聚乙烯醇纤维可有效抑制
表4
编号
聚乙烯醇纤维泡沫混凝土收缩试验结果
线性收缩值/10-6
1d 218.2591.354.4283.3703.22857.3
3d 208.6601.556.7351.2404.12882.1
7d 478.4966.0272.1521.5782.33154.2
14d 987.71512.3848.11127.41440.23587.0
28d 1185.21658.3897.9879.81551.33533.2
A1A2A3A4A5A6
3结论
（1）不同体积率的12mm 聚乙烯醇纤维与体积
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制备研究[J].粉煤灰综合利用, 2005（1）：50-51.
率为0.08％的不同长度聚乙烯醇纤维的掺入对泡沫混凝土的干重和吸水率影响不大。
（2）泡沫混凝土抗压强度随12mm 聚乙烯醇纤维体积率的增大，先有所降低，然后又有一定程度的增大，且当纤维体积率为0.23%时，泡沫混凝土
[5]沈新元. 粉煤灰泡沫混凝土墙体填充料设计[J].粉煤灰综
合利用, 2006（4）：18-19.
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28d 抗压强度增大2.97%。聚乙烯醇纤维的掺入可显著增强泡沫混凝土的抗折强度，当长度为12mm
的纤维体积率为0.23%时，28d 抗折强度增大了
226-229.
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收稿日期：2011-12-31
作者简介：邓均(1989-)，女，硕士研究生。联系电话：[1**********]
43.24%。当聚乙烯醇纤维体积率为0.08％时，6mm
纤维泡沫混凝土的抗压抗折强度最高。
（3）聚乙烯醇纤维的掺入可有效改善泡沫混凝土的抗裂性能，20mm 纤维泡沫混凝土抗裂性能较好。掺入体积率为0.15％的12mm 聚乙烯醇纤维可有效抑制泡沫混凝土的早期收缩。
参考文献：
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E-mail:[email protected]
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