本文是一篇土木工程论文，本文分别利用氯氧镁水泥、硫氧镁水泥、磷酸镁水泥作为胶凝材料制备镁基盐粉煤灰泡沫混凝土，并通过测试三种镁基盐粉煤灰泡沫混凝土的性能确定胶凝材料种类。采用正交设计试验，分别测试双氧水掺量、MgO 与 MgCl2 的摩尔比、粉煤灰掺量、EVA 掺量、聚丙烯纤维掺量对镁基盐粉煤灰泡沫混凝土力学性能与物理性能的影响。
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
在我国房屋建筑工程材料中，墙体工程材料占 70%，传统的实心粘土砖在生产过程中需要破坏土地，消耗资源，污染环境，并且保温隔热性差[1]。随着科技的不断进步，我国开始限制一些耗能材料的使用，其中建筑材料方面便提出限制实心粘土砖的使用，要求加大力度实施墙体材料革新工作。截至 2010 年，中国 600 多个城市已经基本完成“禁实”任务，除此之外，还将此任务在县城开始展开，并且部分县城也已开始禁止实心粘土砖的生产与使用[2]。
通过近二十年的实践经验，国家出台了关于墙材革新与建筑节能环保发展计划以及一系列与之相符的政策，形成了具有中国特色的墙材革新模式[3]。新型墙体材料逐渐得到了发展和实际应用，在房屋建筑材料市场上占据了重要的地位。与我国传统墙体工程材料相比，新型墙体砌块具有更多优点，种类也日趋繁多，但目前对于理想的保温承重一体化的墙体砌块还在研究中。由于泡沫混凝土具有轻质、保温隔热等优点，泡沫混凝土砌块作为墙体砌块是对于保温承重一体化理想的创新，可以显著提高建筑的保温性能，但目前泡沫混凝土砌块的强度较低，对于墙体承载力方面还不满足要求。因此，研究一种绿色强度高保温性好的泡沫混凝土砌块，对于建筑行业的发展将作出贡献。
镁基盐粉煤灰水泥泡沫混凝土是以镁水泥、粉煤灰为胶凝材料，在胶凝材料中加入发泡剂所制备的一种轻质混凝土。镁水泥的优点具有早期强度高、凝结硬化快、粘结性好、导热系数低导致保温性能好、耐火性强、耐磨性好与耐腐蚀性好等，与现在使用较多的普通硅酸盐水泥相比，在水泥制备过程中煅烧温度、生产能耗低，制备的过程较为简单，有害气体排放远远低于普通硅酸盐水泥，节能环保[4]。镁基盐水泥泡沫混凝土在制备时能够有效的利用其它工业生产以及农业生产的废料，如工程废料中的粉煤灰、矿渣、硅灰以及农业生产废料中的麦秆、秸秆和锯末等，废料的有效利用对维护生态环境具有重要的积极作用[5]。镁基盐粉煤灰泡沫混凝土做成砌块，不仅没有削弱混凝土的保温隔热性能，还使镁基盐泡沫混凝土具有了能耗化，自重轻，施工速度快，施工方便的优点，保温效果好使得建筑物的有效使用面积增大，并且具备了保温材料与建筑物寿命相同，避免二次更换保温层的优点。将轻质保温环保的混凝土材料作为房屋建筑材料，在房建方面可以有效的实现节能减排、绿色环保。
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1.2 泡沫混凝土
1.2.1 泡沫混凝土的概念
泡沫混凝土顾名思义就是在胶凝材料中加入发泡剂制备而成。发泡剂的种类主要有物理发泡剂制成均匀泡沫与使用双氧水等化学发泡剂，将发泡剂加入到胶凝材料以及集料、其他外加剂组成的浆料中，经过浇注、养护而形成的轻质保温的建筑工程材料[6]。在泡沫混凝土内部分布着大量微小气孔，微小气孔的存在可以显著降低混凝土的自重，所以泡沫混凝土属于多孔混凝土，气孔还可以起到保温以及吸声的作用[7]。与此同时泡沫混凝土耐久性好、制备工艺简单的特点会推动它在房屋建筑工程行业中具有更大范围的应用。
1.2.2 泡沫混凝土的性能
在普通混凝土主要有胶凝材料、细骨料、粗骨料以及其他外加剂组成的，而泡沫混凝土与普通混凝土相比，不同之处是泡沫混凝土中不掺加粗骨料，这主要是由于粗骨料密度较大，在泡沫混凝土制备过程中下沉影响其发泡工艺。泡沫混凝土内部结构中含有大量的气孔，无论是气孔的数量还是气孔的直径都远远大于普通混凝土[8]。泡沫混凝土性能方面的优点[9-12]主要有以下几点：
1. 质轻
泡沫混凝土内部含有大量的微小气孔，且数量较多，普通混凝土的密度通常2500kg/m3 左右，而泡沫混凝土的密度在 300-1800kg/m3 左右，其中 300-1200kg/m3 的泡沫混凝土应用是最为常见。超轻质泡沫混凝土的密度可以达到 160kg/m3，在一些房屋建筑工程中获得了实际应用。为了降低建筑物的自重，减少建筑物的建造成本，泡沫混凝土在建筑物的内外墙体、楼面等部位中不断被应用，可以使建筑的自身重量降低四分之一左右，有些实际应用工程可使结构物总重降低 1/3。
2. 保温隔热性能好
泡沫混凝土中所包含的大量封闭的细小孔洞使得泡沫混凝土具有良好的热工性能，当封闭孔洞成为贯穿孔洞时，其保温隔热的能力会大大下降，封闭孔洞的存在导致保温性能远远高于普通混凝土。热工性能的评价指标是导热系数，实际工程应用最广泛的泡沫混凝土的导热系数大约为 0.08-0.3W/(m·K)，作为墙体与屋面材料时可以大大提高其保温性能，节省成本。
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第二章 墙体砌块发展概况
2.1 石砌块概况
早期最具代表性的石砌块砌体是埃及的金字塔，最大的金字塔为胡夫金字塔，整个塔一共用了 230 余万块的石块砌筑而成。罗马的斗兽场也是一个石砌块砌筑的砌体结构，罗马斗兽场是一个椭圆形场地，其长轴大概有 188m，短轴长大概有 156m，一共有 4 层，总共高约为 57m。圣彼得大教堂全部使用大理石砌筑而成，其高度为 45.4m，长度为 211m，总面积约为 2.3 万 m2。石砌块砌体在我国同样有着悠久的历史[68]，秦代的时候变使用乱石和土将秦、燕、赵北面的城墙连接在一起，后来经过多次修建，最终形成了现在的万里长城，如图 2-1 所示。现存的赵州桥也是全部由料石修建的，它已经有 1400 多年的历史了，长度约为 50.82m，跨度约为 37.02m，高度约为 7.23m，如图 2-2 所示。
石砌块的强度高，耐久性好，因此石砌块砌体一直被保存了近千年，历史悠久，但其质容重太大，需要大量开采，耗费大量人力，不适合现代建筑墙体的使用，目前石砌块多用于装饰材料。
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2.2 土坯砖概况
土坯的制作过程为选取自然土壤，其含沙量要小，将土壤进行晾晒后拍打成粉末状，再对土壤进行过筛，筛除土壤中的植物根茎以及体积较大的砂砾。在过筛后的土壤中倒入一定比例的水进行搅拌，搅拌均匀的土壤倒入模具内进行制坯。用夯具将模具里的土壤夯实，去除模具后，将制备成型的土坯砖晾晒，晾晒干燥后即可使用。土坯砖的长度在 30～50cm 左右，宽度在 14～30cm 左右，高度在 8～20cm 左右[69]，土坯砖如图 2-3 所示。土坯砖砌体结构施工方便、原料选择便利、生产成本低、防火性能以及保温隔热性好，但土坯砖的容重较大，强度低，耐久性差，不适用于现代建筑，已经被新型墙体材料取代。
过去，由于实心粘土砖的原材料资源丰富、制备过程简单、技术含量低、经济效益快且高，被长期广泛用作主要墙体材料之一[71,72]。随着人民经济、生活水平的不断提高，实心粘土砖已不能满足现在人们对墙体材料各项性能的需求。实心粘土砖的表观密度约为 1600~1700kg/m3 左右，使用其砌筑墙体会造成建筑物自身重量过大而增加建筑成本；使用实心粘土砖砌筑的墙体需要砂浆抹平处理，使得墙体的厚度加大，导致使用实心粘土砖作为建筑物的隔墙会减少实际使用面积；实心粘土砖保温隔热性差、吸声隔音效果不明显，生产能耗大并且破坏耕地、污染环境，已经远远不符合现代国家提倡的建筑节能环保的要求，因此我国从 2010 年已经禁止生产实心粘土砖，开始提倡墙体建筑材料的革新。
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第三章 镁基盐粉煤灰泡沫混凝土的制备...............................15
3.1 试验原材料............................................15
3.2 镁基盐粉煤灰泡沫混凝土的制备方法..................................16
3.3 胶凝材料的选择..........................................16
第四章 氯氧镁水泥泡沫混凝土力学性能研究..................................27
4.1 正交试验设计................................27
4.2 正交表..............................................27
4.3 极差分析................................28
第五章 氯氧镁水泥泡沫混凝土物理性能研究..................................43
5.1 导热系数极差分析.....................................43
5.2 配合比参数对氯氧镁水泥泡沫混凝土物理性能的影响....................................44
第五章 氯氧镁水泥泡沫混凝土物理性能研究
5.1 导热系数极差分析
氯氧镁水泥泡沫混凝土导热系数极差分析结果如表 5-1 所示，由表 5-1 可知，各因素对氯氧镁水泥泡沫混凝土导热系数影响的主次关系为双氧水掺量>粉煤灰掺量>MgO 与 MgCl2 的摩尔比>聚丙烯纤维掺量>EVA 掺量，最优配比为 A1B1C1D2E2。泡沫混凝土导热系数的大小与泡沫混凝土的孔隙率及孔的结构直接相关。双氧水的添加量影响着气孔形成时的内动力，进而对泡沫混凝土的孔结构有影响，对气孔总数、连通孔数量与连通孔尺寸有直接影响；粉煤灰加入会相应减少氯氧镁水泥的用量，有效减少了氯氧镁水泥泡沫混凝土水化所放出的热量，适量掺入粉煤灰在一定程度上抗压减少大孔和连通孔生成的概率；MgO 与 MgCl2 的摩尔比一方面对于氯氧镁水泥水化速率有直接影响，氯氧镁水泥凝结时间对气孔的数量影响较大，另一方面摩尔比不同造成水化放热不同，进而影响 H2O2 放出 O2 的速率不同，对气孔尺寸有明显影响；聚丙烯纤维可以减少氯氧镁水泥泡沫混凝土的孔壁中的空隙、裂缝等，使得泡沫混凝土孔隙率增大，平均孔径减小，但总体影响较小；EVA 掺量对气孔结构影响微小。
土木工程论文参考
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结论与展望
1. 结论
本文分别利用氯氧镁水泥、硫氧镁水泥、磷酸镁水泥作为胶凝材料制备镁基盐粉煤灰泡沫混凝土，并通过测试三种镁基盐粉煤灰泡沫混凝土的性能确定胶凝材料种类。采用正交设计试验，分别测试双氧水掺量、MgO 与 MgCl2 的摩尔比、粉煤灰掺量、EVA 掺量、聚丙烯纤维掺量对镁基盐粉煤灰泡沫混凝土力学性能与物理性能的影响，结合 SEM、XRD、FTIR、TG-DSC 分析各影响因素对镁基盐粉煤灰泡沫混凝土力学性能的作用机理，结合孔结构参数分析各影响因素对镁基盐粉煤灰泡沫混凝土物理性能的作用机理，并运用灰熵分析法确定对镁基盐粉煤灰泡沫混凝土抗压强度、导热系数有重要影响作用的孔结构参数，计算其关系模型。本文得出的主要结论如下：
（1）镁基盐粉煤灰泡沫混凝土水化产物的种类、微观结构与数量由镁水泥组分配比直接决定，其中 MgO 与 MgCl2 摩尔比直接影响氯氧镁水泥泡沫混凝土生成 5 相的量，MgO 与 MgSO4 摩尔比直接影响硫氧镁水泥泡沫混凝土生成 5.1.7 相的量，MgO与 NH4H2PO4 质量比直接影响磷酸镁水泥泡沫混凝土生成 MgNH4PO4·6H2O 的量，镁水泥的组分配比通过影响镁基盐粉煤灰泡沫混凝土水化产物中强度相的数量与结构进而影响其强度。
（2）泡沫混凝土密度越大，物料所占比例增加，气孔结构也随之变化，泡沫混凝土的密度与其抗压强度之间的存在密切关系。本文运用三种镁基盐粉煤灰泡沫混凝土抗压强度与干密度的拟合公式，对比相同干密度的镁基盐粉煤灰泡沫混凝土的抗压强度，研究发现氯氧镁水泥泡沫混凝土的抗压强度较大。
（3）氯氧镁水泥泡沫混凝土 3d 与 7d 抗压强度影响因素的主次关系为双氧水掺量>MgO 与 MgCl2 的摩尔比>粉煤灰掺量>EVA 掺量>聚丙烯纤维掺量，各因素对氯氧镁水泥泡沫混凝土 28d 抗压强度影响权重与 3d、7d 抗压强度影响因素的主次关系略有不同，EVA 掺量的影响显著性增强。各因素对氯氧镁水泥泡沫混凝土抗折强度影响的主次关系为双氧水掺量>聚丙烯纤维掺量>MgO 与 MgCl2 的摩尔比>粉煤灰掺量>EVA 掺量。