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河北工业大学硕士学位论文基于分形理论的泡沫混凝土的性能研究姓名：李丽媛申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：田稳苓20091101河北工业大学硕士学位论文 i基于分形理论的泡沫混凝土的性能研究 摘 要 基于分形理论的泡沫混凝土的性能研究 摘 要 近年来，随着建筑物向高层、大跨方向发展，建筑材料的自重也越来越受到人们的关注作为多孔材料的泡沫混凝土，在屋面、非承重墙及热力管道的保温层中发挥着重要作用，地基补偿等新应用也在不断发展目前我国正处于墙体改革时期，泡沫混凝土制品以其轻质、高强、节能、利废、保温隔热等优良特性成为可以替代粘土砖的材料之一因此，研究泡沫混凝土的宏观性能及微观结构具有重要意义 本文通过试验研究了粉煤灰， 水泥， 发泡剂种类及掺量对泡沫混凝土的表观密度和 28d抗压强度的影响，还研究了掺泡量的多少对泡沫混凝土保温性能的影响 基于分形理论适合于研究不规则图形的特点，本文利用分形理论对泡沫混凝土的微观结构进行了深入分析，利用 MATLAB 语言编写程序，对泡沫混凝土的微观结构图片进行了分形维数的计算分析结果表明，泡沫混凝土微观结构具有分形特征，其分形维数在1.3~2.0 之间。

并进一步分析了粉煤灰、水泥、发泡剂掺量不同时，泡沫混凝土的分形特征，得出随着粉煤灰和发泡剂掺量的增大，分形维数加大，表观密度减小，28d 抗压强度降低，导热系数减小的结论最后通过回归的数学公式，把分形维数与泡沫混凝土的制备及性能联系起来，为改善泡沫混凝土的性能提供了有力的帮助 经过上述研究，获得了容重轻、强度高、保温隔热性能好、导热系数小、满足国家要求的泡沫混凝土墙体材料，并首次对泡沫混凝土的微观结构进行了深入的分析 关键词：关键词：泡沫混凝土，抗压强度，表观密度，导热系数，分形理论，分形维数 基于分形理论的泡沫混凝土的性能研究 ii STUDY ON PERFORMANCE OF FOAMED CONCRETE WITH FRACTAL THEORY ABSTRACT Recently, with the development of the building to the high-rises and long span, the dead weight of building materials get more and more attention. As a porous material, foamed concrete played an important role in the roof, non-load-bearing walls and heat insulation pipes, ground-based compensation are also constantly developed. At present, it is the period of the wall reform in china, foamed concrete is one alternative to clay brick materials because of the excellent properties of light weight, high strength, energy saving, utilize waste and thermal insulation. Therefore, there is great significance to study the macro-performance and microstructure of foamed concrete. The effects of fly ash, cement, foaming agent type and content on the density and 28d compressive strength of foamed concrete were studied by experiment. The effect of foamed content on thermal insulation performance was also studied in this paper. Because the fractal theory is suitable for the study of complex and irregular figure, the functions of studying microstructure of foamed concrete were analyzed. The program was design with MATLAB and the fractal dimensions of microstructure figures of foamed concrete were calculated. The results show that the microstructure of foamed concrete has the fractal characteristic and the fractal dimension varies form 1.3 to 2.0. The fractal characteristic of foamed concrete with different content of fly ash, cement and foaming agent were further analyzed. The results show that the fractal dimension increases, density, 28d compressive strength and conductivity factor decreases with the increase of fly ash and foaming agent. Finally, the fractal dimension and the preparation and performance of foamed concrete were related by regressive mathematical formula. It is helpful for improving the performance of foamed concrete. According to the above study, light density, high strength, well thermal insulation, small conductivity factor foamed concrete fitting the demand of our national standard for wall material was obtained. The microstructure of foamed concrete was analyzed for the first time. KEY WORDS: foamed concrete, compressive strength, density, conductivity factor, fractal theory, fractal dimension 河北工业大学硕士学位论文 1第一章 绪论第一章 绪论 混凝土材料是当今世界用途最广、用量最大的材料之一。

它不仅可以根据需要成型为各种形状的工程结构，还可以坚固建筑物，是一种造价低廉的大宗建筑材料随着材料科学与工艺技术的发展，混凝土的性能日益改善，如今，随着社会的发展，生产和生活中对新型建筑的要求也日趋广泛新技术，新材料的研究和发明，为建筑业提供了更广阔的发展空间，更多、更先进的材料被现代混凝土所运用，因此，衍生出了许多新型混凝土材料近年来，随着科学技术的发展，国内外对泡沫混凝土进行了深入的研究与开发，使其在建筑领域的应用越来越广 §§1-1 泡沫混凝土的定义及特性 泡沫混凝土的定义及特性 1-1-1 泡沫混凝土的定义 泡沫混凝土的定义 泡沫混凝土又名发泡混凝土，是多孔混凝土中的一种，是用机械方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入到含硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂等组成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、养护而成的轻质多孔材料泡沫混凝土与普通混凝土在组成材料上最大的区别是泡沫混凝土中没有普通水泥混凝土中使用的粗集料，同时含有大量封闭气泡[1] 1-1-2 泡沫混凝土的特性 泡沫混凝土的特性 由于泡沫混凝土含有大量的气泡，因此表现出许多与普通混凝土不同的特殊性能，并将被应用于一些普通混凝土不能胜任的具有特殊性能要求的场合。

其具体特性如下： （1）轻质 泡沫混凝土的密度一般为 300kg/m3~1200kg/m3，相当于普通水泥混凝土的 1/5~1/10 左右，也低于一般的轻骨料混凝土由于泡沫混凝土的密度小，在建筑物的基础、内外墙体、屋面、楼面等建筑结构中采用该种材料，一般可使建筑物自重降低 25%左右，有些可达结构物总重的 30%~40%[2] （2）保温隔热性能好 由于泡沫混凝土中含有大量封闭的细小孔隙，采用泡沫混凝土作为建筑物墙体及屋面材料，具有良好的热工性能， 即良好的保温隔热性能 通常密度等级在 300kg/m3~1200kg/m3范围内的泡沫混凝土，导热系数在 0.08~0.3 W/(m · K)之间 （3）隔音耐火性能好 由于泡沫混凝土含有大量孔隙，因此它也是一种良好的隔音材料，可用于建筑物的楼层和高速公路的隔音板，地下建筑物的顶层等也可采用该材料作为隔音层泡沫混凝土不含有机质材料，不会燃烧，从而具有良好的耐火性，在建筑物上使用，可提高建筑物的防火性能 （4）抗震性能好 泡沫混凝土由于密度小，质量轻，在地震荷载作用下所承受的地震力比同体积的普通混凝土小，震动波的传递速度也较慢，且结构的自振周期长，对冲击能量吸收快，因而减震效果显著。

基于分形理论的泡沫混凝土的性能研究 2 （5）其他性能 泡沫混凝土可泵性好，这使其特别适用于大体积现场浇注和地下采空区的填充浇注工程，此外，泡沫混凝土可大量利用工业废渣，价格低廉；另外，泡沫混凝土产品的含水率可根据室内环境的变化而变化，具有一定的调节室内外环境的作用 §§1-2 泡沫混凝土的应用现状 泡沫混凝土的应用现状 1-2-1 泡沫混凝土在国内的应用现状 泡沫混凝土在国内的应用现状 泡沫混凝土具有大量封闭气泡，密度小、保温隔热性能好、耐火性强、生产施工方便、可大量利用工业废渣，在节能墙体中占有一席之地同时，我国也把泡沫混凝土应用在其它方面泡沫混凝土在我国的应用主要有以下几方面： （1）泡沫混凝土砌块 泡沫混凝土砌块是泡沫混凝土在墙体材料中应用量最大的一种材料在我国南方地区，一般用密度等级为 900kg/m3~1200kg/m3的泡沫混凝土砌块作为框架结构的填充墙， 主要是利用该砌块隔热性能好和轻质高强的特点在北方，泡沫混凝土砌块主要用作墙体保温层，也是利用了其良好的保温隔热性能 广东省江门市质检所研制的蒸压泡沫混凝土砖是一种新开发生产的新型环保和节能墙体材料，在国内目前尚属首创[3]。

泡沫混凝土砌块尺寸规格，加工性能好，可钉钉、钻切打孔等另外，采用泡沫混凝土砌块作为墙体填充材料，可以大幅度减轻结构自重，从而减少桩的数量或桩孔直径，减少工程造价或增加建筑物的高度[4]在地震荷载作用下所承受的地震力小，抗震性能好，有很好的应用前景 （2）泡沫混凝土轻质隔墙板 目前用于建筑物分户和分室隔墙的主要材料是 GRC 轻质墙板，但由于原材料价格较高，影响了其推广及应用中国建筑材料科学研究院采用 GRC 隔墙板生产工艺结合固体泡沫剂和泡沫水泥的研究成果，开发了粉煤灰泡沫水泥轻质墙板的生产技术，在保持 GRC 轻质墙板使用效果的基础上，不但能明显的降低生产成。