气泡混合轻质土芯层基本性能及耐久性试验研究

作     者：陈雅妮 

作者单位：长沙理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨伟军

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：气泡混合轻质土 轻钢龙骨复合墙体 耐久性 抗渗性能 抗冻性能 碳化系数 

摘      要：近年来,随着国家对绿色建筑与节能建筑的大力推广,给新型墙体材料的发展与应用提供了前所未有的机遇,其中轻钢龙骨复合自保温墙体的应用最为广泛。同时气泡混合轻质土由于其保温隔音性好、高流动性、固化后的自立性等特点备受工程界与公路领域的关注。基于气泡混合轻质土材料特性,将其与轻钢龙骨复合墙体相结合,采用气泡轻质土作为轻质保温材料填充至复合墙体内部,不仅有节约材料成本、施工方便及良好的保温隔音效果,还将对气泡轻质土发展应用至土木工程其他方向具有重要意义。为开发出可用作轻钢龙骨复合墙体芯体的气泡混合轻质土,本文制备了不同成分比例的气泡混合轻质土,通过研究其基本物理性能、力学性能以及耐久性变化规律,探讨原料土、粉煤灰及气泡含量对气泡混合轻质土各项性能的影响变化及程度,本文主要研究内容及获得成果如下:(1)通过湿容重试验、流动度试验、抗压强度试验及干密度试验对不同组成比例轻质土进行了基本物理性能及力学性能试验,分析了原材料掺量不同对气泡混合轻质土各项性能影响变化规律。试验结果表明原料土掺量、粉煤灰与原料土掺量比、气泡掺量对气泡混合轻质土各性能均有不同程度的影响;(2)基于导热系数试验及轻钢龙骨复合墙体热工性能计算理论,计算不同墙体厚度的传热系数并对照我国现行的节能设计规范中对不同建筑类别及不同气候地区的传热系数限值,探讨了 100 mm～370 mm不同厚度复合墙体的适用建筑类型及地区;(3)通过水位下降高度试验及吸水率试验,研究了不同成分比例轻质土的抗渗性能,通过分析质量吸水率与体积吸水率计算公式,认为体积吸水率较质量吸水率更能反映材料的抗渗性能,并将试验结果与我国大部分现行轻质墙体材料规范进行了对比。试验结果表明各试样水位下降高度试验结果与吸水率试验结果规律大致相同。原料土掺量对轻质土吸水率影响较大,且随粉煤灰掺量比增大,气泡混合轻质土吸水率呈下降趋势。除个别配比外,其余配比轻质土吸水率均可满足轻质墙材规范要求;(4)通过抗冻性能试验,研究了不同成分比例轻质土经15次完整冻融循环的质量与抗压强度,并计算其质量损失率与抗压强度损失率。试验结果表明气泡混合轻质土的抗冻融能力随原料土掺量增多而减弱,粉煤灰可以明显改善轻质土抗冻性能,同时轻质土抗冻性能受气泡掺量影响明显,且存在一个最佳气泡掺量数值;(5)通过人工快速碳化试验,研究了不同成分比例气泡混合轻质土的碳化系数及其碳化深度随时间变化影响规律,并根据自然条件与快速碳化试验碳化速率系数的关系,由碳化试验所得碳化结果推算出自然条件下轻质土碳化深度,预测轻质土及复合墙体碳化寿命。试验结果表明原料土掺量、粉煤灰与原料土掺量比及气泡含量均对气泡混合轻质土碳化性能影响明显,且碳化龄期越长,碳化深度呈现线性递增关系。通过优化设计配比、在复合墙体外表面涂装气密性高的饰面材料及提高养护环境等方式,气泡混合轻质土及其复合墙体服役寿命可满足设计要求。本文研究成果为将气泡混合轻质土有效应用于轻钢龙骨复合墙体提供一定试验依据与参考。