土木工程专业毕业设计（论文）-陶粒（砂）增强加气混凝土的研制.doc

毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 班 级 2010 级 学生姓名 xxx 学 号 发题日期： 2011 年 03 月 13 日 完成日期： 2010 年 06 月 25 日 题 目 陶粒（砂）增强加气混凝土的研制 1、本论文的目的、意义 我国建筑业的快速发展使得本行业的能耗越来越多，建造和使用建筑时直 接、间接的能耗已经占到全社会总能耗的 30%。建筑节能对经济的持续发展和 生态环境的改善及保护具有重要意义，建筑节能已是迫在眉睫。现国内正在大 力开展对节能墙体材料的研究和利用，确保建筑节能目标的实现。在我国现阶 段经济基础条件下，外墙外保温和墙体自保温仍是实现建筑节能的二大主要保 温措施，而墙体自保温体系因其自身的优点必将成为建筑的主要保温措施。加 气混凝土因其优良的热工性能，在自保温体系中得到了广泛的应用。 加气混凝土是指以硅质材料和钙质材料为主要原料，掺加发气剂 ，经加水 搅拌，由化学反应形成内部孔隙，经一定养护条件而形成的轻质人造石材。在 上世纪二十年代，世界上就出现了加气混凝土。随着研究的深入，生产工艺水 平的提高，加气混凝土的质量和产量都得到了很大的提高，到 1999 年，国内加 气混凝土产量达 1000 万立方米。但中国加气混凝土工业的整体技术水平还较低， 在 200 条生产线中，年生产能力不足 5 万立方米，工艺设备简陋的生产线占 70%以 上，产品以加气混凝土砌块为主，板材和其它高附加值的种类并不多，产品合 格率也不高，生产经营和管理水平还较低，整个行业需加强技术改造，提高装 备技术水平与产品应用技术水平，淘汰生产能力小于 5 万立方米/年，生产工艺 装备简陋，手工切割的生产线。 我国生产的加气混凝土类型按原材料分主要包括三种。即水泥矿碴砂， 水泥石灰粉煤灰，水泥石灰砂。因为水泥石灰粉煤灰加气混凝土 能够使用大量工业废料粉煤灰，减少工业废料对环境的负担，受到广泛的关注。 火力发电站的废料粉煤灰，变废为宝，即替代了粘土保护耕地，又减少了粉煤 灰的堆放对耕地的占用，减少了环境污染。加气混凝土具有保温隔热的性能， 可以减少电力的浪费，从而节约一些不可再生的能源。加气混凝土中陶粒的加 入能大大增加材料的强度，从而使加气混凝土用于某些承重的结构中，扩大了 加气混凝土的使用范围。陶粒（砂）增强加气混凝土是一种建筑节能材料，可 以节约大量的能源。 本课题研究的陶粒（砂）增强加气混凝土是由轻质陶粒（砂） ，粉煤灰，石 灰，水泥，水和铝粉及必要的化学外加剂经一系列物理化学过程形成的人造材 料。在陶粒增强加气混凝土中，陶粒（砂）起骨架作用，其主要作用是提高加 气混凝土的强度；粉煤灰为化学反应提供活性二氧化硅；石灰提供氧化钙物质， 并通过与水反应生成氢氧化钙，为铝粉的发气提供碱性环境；水泥能加快坯体 的硬化，形成强度；铝粉是发气剂。课题试验部分将以正交分析方法为主，通 过强度和密度两方面的正交试验，综合考虑选择最佳的正交因素水平，得出原 材料的最优配合比。最后将进行配合比验证，测试陶粒（砂）增强加气混凝土 的强度，密度，吸水性等方面性能。本课题试验设计的目标是陶粒（砂）增强 加气混凝土试件的 14 天立方体抗压强度在 6.5mpa 以上，能满足 a07 级加气混 凝土要求；试件的干密度在 1200kg/m3以下；试件内部胶凝材料的发气效果好， 胶凝材料与陶粒（砂）的粘聚性好，同时还要求新拌物的流动性和保水性好， 成型过程中陶粒（砂）能均匀的分布在胶凝材料中，不产生陶粒（砂）上浮或 下沉的现象。 陶粒（砂）增强加气混凝土是以轻质陶粒（砂）为骨料的加气混凝土，采 用常压养护工艺，是一种轻质、高强、保温、隔热的优质墙体材料。2006 年， 上虞多元新型墙体有限公司与浙江大学建筑工程学院合作，利用管桩余浆及陶 粒与引气浆体的有机复合，成功开发了墙体材料新品种陶粒增强加气砌块。 由浙江省科技厅组织的鉴定认为，其整体技术处国内领先水平。以期陶粒（砂） 增强加气混凝土能应用到更广泛的工程中去。 2、学生应完成的任务 （1）原材料选择及性能试验； （2）试验方案设计及试件制作并对试验数据进行收集与整理； （3）试件性能测试及其研究 3、论文各部分内容及时间分配：（共 9 周） 第一部分原材料选择及性能试验； (2 周) 第二部分试验方案设计及试件制作并对试验数据进行收集与整理； (5 周) 第三部分试件性能测试及其研究； (1 周) 评阅及答辩交老师评阅并修改 (1 周) 备 注 指导教师： 年 月 日 审 批 人： 年 月 日 摘 要 针对目前建筑物对墙体材料高强轻质保温、隔热和隔声的要求，本文 提出采用高强轻质陶粒作为骨料，以水泥石灰粉煤灰为胶凝材料，同时使 用铝粉为发气剂，并以减水剂和石膏作为外加剂，从而形成以陶粒为骨料的新 型自保温墙体材料陶粒（砂）增强加气混凝土。 与传统加气混凝土不同的是，本课题所设计的陶粒增强加气混凝土不需要 蒸压养护。传统蒸养制度不仅要使用大量的热源，而且还会降低生产效率。而 没有蒸压养护的加气混凝土则是利用石灰在消化过程中的放热（体积很大时其 中心温度达 90） ，在常温常压下直接养护，不仅节约能源，降低成本，而且 生产效率高。 本课题将根据试制试件的情况确定正交实验设计方案，再根据方案制作试 件得出抗压强度结果，而后采用材料最佳配合比，进行配合比验证，在验证时 加入减水剂和石膏，以观察它们对抗压强度的影响。本课题最终得到了强度高 （14 天强度可达 6.5mpa） ，密度适中（干密度在 10001200kg/m3） ，孔隙好的 陶粒（砂）增强加气混凝土。 关键词：自保温墙体材料，陶粒（砂）增强加气混凝土，干密度，抗压强度， 抗折强度 目 录 摘 要5 第 1 章 绪 论.1 1.1 建筑节能的紧迫性和重要性 1 1.2 建筑节能的发展现状和发展规划 2 1.3 实现建筑节能的技术途径 3 1.4 国内外节能墙体体系分类及其材料的研究现状 3 1.5 本课题的目的、意义和主要研究内容 4 1.5.1 本课题的目的.4 1.5.2 本课题的意义.5 1.5.3 本课题的主要研究内容.5 第 2 章 原材料选择及性能试验.6 2.1 陶粒（砂） 6 2.1.1 筛分析试验 7 2.1.2 堆积密度.7 2.1.3 表观密度 8 2.1.4 空隙率 9 2.1.5 筒压强度 .10 2.1.6 吸水率 .10 2.1.7 粒形系数 .10 2.2 水泥 .11 2.3 生石灰粉 .12 2.4 粉煤灰 .12 2.5 减水剂 .13 2.6 石膏 .13 第 3 章 试验方案设计及试件制作14 3.1 试验方案设计 .14 3.1.1 整体试验方案的制订 .14 3.1.2 正交实验设计14 3.2 试件制作 .15 3.2.1 试验方案的确定15 3.2.2 试件的制作 .16 3.2.3 小结 .18 第 4 章 试件性能测试及其研究19 4.1 干体积密度,含水率及吸水率试验 19 4.1.1 试验方法 .19 4.1.2 试验结果及讨论 .19 4.2 强度试验 .21 4.2.1 强度测试说明 .21 4.2.2 测试结果及分析 .22 4.2.3 小结 .32 4.3 破裂面分析 .32 第 5 章 结论与展望34 5.1 结论 .34 5.2 展望 .34 参考文献.36 附 录37 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 1 页 第 1 章 绪 论 1.1 建筑节能的紧迫性和重要性 我国建筑业的快速发展使得本行业的能耗越来越多，建造和使用建筑时直接、间 接的能耗已经占到全社会总能耗的 30%。更令人担忧的是我国现有建筑中 95%达不到 节能标准，新增建筑中节能不达标的超过 80%，单位建筑面积能耗是发达国家的 23 倍，这将成为未来社会沉重的能源负担。根据最新的调研结果，在施工图设计审查阶 段，北方严寒和寒冷地区大城市新建居住建筑执行建筑节能设计标准比例为 90%，夏 热冬冷地区比例只有 20%，夏热冬暖地区比例仅为 11%。而实际在施工过程中按节能 设计标准施工的建筑又大打折扣，北方地区的比例为 50%，夏热冬冷地区的比例为 14%， 夏热冬暖地区的比例仅为 11%左右。 夏热冬冷地区的主要分区指标是最冷月平均温度 010，最热月平均温度 2530。重庆年平均气温为 18，1 月份气温最低，月平均气温为 7，最低极限 气温为零下 3.8，7 月至 8 月份气温最高，多在 2738之间，最高极限气温可 达 43.8，是长江流域 3 大“火炉”城市之一。重庆还是中国日照最少城市之一，年 均日照时 1259.5 小时。7 月至 8 月份略高，月均日照时 230 小时。其它月份在 150 小 时以下。由于这种一年四季相对较大的温差，同时随着经济的快速发展，人们对生活 水平的要求越来越高，而普通的墙体材料根本不能起到保温隔热的作用，因此夏热冬 冷时节使用空调等致冷取暖设备已成为普遍的现象。这必然会导致电力和能源的大量 浪费，甚至局部地区的电力短缺。 建筑节能对经济的持续发展具有重要意义。能源是现代经济建设的基本物质基础， 在很大程度上决定和制约着整个国家国民经济的发展。自 1973 年爆发世界性能源危 机后，能源问题一直是各国关注的重点。能源为经济发展提供动力，经济的持续发展 依赖于能源的发展，能源短缺会制约经济的发展。而能源资源绝大部分是不可再生的， 对于有限的能源资源，除了开发新的能源资源外，其它节约而有效的方法就是节能。 建筑节能是整个节能工作的主要组成部分，这是因为建筑的使用寿命一般为 50 年左 右，有的甚至长达 100 年，在这漫长的“生命周期”里建筑物要消耗巨大的能源，一 般建筑总能耗占全社会能耗的 20%30%。欧美发达国家建筑使用能耗一般占全社会能 耗的 30%40%，建筑总能耗占全社会能耗的 40%50%。同时建筑节能节地的开展能 带来建筑结构、材料的创新发明，保持建筑市场的持续发展，从而保障经济的持续发 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 2 页 展。 建筑节能对生态环境的改善和保护具有重要意义。人们占地建房、毁田制砖不仅 占用了宝贵的可利用土地资源，又因为粘土实心砖制造耗能多、保温性能差，造成能 源浪费。建筑节能带来了环保绿色的建筑产品，这些绿色产品不仅在生产过程中耗能 少，又具有很好的保温隔热效果。同时利用一些工业废料，减少了工业废料对环境的 污染。 为持续发展经济，保护生态环境，开展建筑节能工作将具有重大意义。 1.2 建筑节能的发展现状和发展规划 1986 年发布试行的国家第一部民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分) (jgj26-86)标志我国建筑节能工作正式启动。1993 年发布的民用建筑热工设计规范 (gb50176-93) ,旅游旅馆建筑热工与空调节能设计规范(gb50189-93)不仅对民用 建筑节能做要求，对商业建筑节能也做出规定要求。1995 年在旧的民用建筑节能设 计标准(jgj26-86)上修改发布新的标准 jgj26-95。但长期以来我国建筑节能工作进 展缓慢，主要有三方面原因:一是受经济利益的困扰。二是宣传力度不够。三是建筑 节能法律不健全。直到 1998 年颁布的中华人民共和国节约能源法使中央、地方 政府制定的各类建筑节能的规程、规范和标准有了法律的依据。 我国建筑节能从起步到现在大致经历了两个阶段:第一阶段，从 1986 年起，要求 节能率在 1980 年当地通用设计能耗水平的基础上节能 30%。进入 20 世纪 90 年代，经 过多方努力，全国节能建筑已达 5000 万 m2，但这些节能建筑与当时全国采暖地区新 建居住面积相差甚远。第二阶段，从 1996 年起到 2010 年，为实现“建筑节能九五计 划和 2010 规划” ，在达到第一阶段节能要求的基础上实现节能 50%的目标。 为加大第二阶段节能工作力度，政府出台一系列标准和规范。如既有居住建筑 节能改造技术规程(jgj129-2000)、 夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准 (jcj75-2003)、 建筑照明节能标准(gb50034-2004)以及公共建筑节能设计标准 (gb50189-2005)。并对未来建筑节能发展进行了规划，建设部下发的关于发展节能 省地型住宅和公共建筑的指导意见中指出到 2010 年，我国不同气候地区城镇新建 建筑实现节能率为 50%，并开展城市既有居住和公共建筑的节能改造，大城市完成改 造面积 25%，中等城市完成 15%，小城市完成 10%。到 2020 年，北方和沿海经济发达 地区和特大城市新建建筑实现节能 65%的目标，并实现大部分既有建筑的节能改造。 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 3 页 1.3 实现建筑节能的技术途径 建筑节能就是建筑中提高能源利用效率，用有限的资源和最小的能源消费代价取 得最大的经济和社会效应。我们一般把建筑节能范围定义为减少建筑使用过程中的能 耗，它涉及到建筑、建材、施工、采暖、通风、空调、照明、电器、热工、能源、环 境等许多专业内容，是许多学科交叉结合形成的一门综合性技术。由于受经济、历史 条件的限制，建筑节能在不同的发展时期，有着不同的含义和内容。在发达国家，建 筑节能经历了三个阶段:第一阶段，在建筑中节约能源;第二阶段，在建筑中保持能源、 减少热损失;第三阶段，提高建筑中能源的利用效率。建筑节能具体的实施过程中一 般通过以下技术途径实现的： (1)通过建筑构造主要是围护结构上采取节能措施。建筑围护结构组成部分(如墙、 屋顶、门窗等)的设计对建筑能耗有着根本的影响。通过改善建筑围护结构的热工性 能，夏季可减少热量由室外传入室内，冬季可减少室内热量的流失，从而减少建筑冷、 热消耗。一般增加围护结构的费用为总投资的 3%6%时，节能可达 20%40%;增加造 价 6%10%，建筑节能可达 50%。所以提高围护结构尤其是外墙的热工性能，改善其 组成材料的热工性能，是目前建筑节能最有效的技术措施之一。 (2)通过建筑规划设计节能。建筑师与能源分析专家、环境专家、设备工程师、 结构工程师紧密配合，利用全新的设计理念设计出低能耗建筑、零能耗建筑、绿色建 筑等。具体措施可归纳为三个方面:合理选择建筑地址;合理的外部环境设计;合理设 计建筑形体。 (3)通过提高建筑用户用能效率。这主要指建筑的采暖、空调与通风、电器照明 等方面采取的措施，如采用节能灯、高能效的采暖空调系统等1。 1.4 国内外节能墙体体系分类及其材料的研究现状 节能墙体体系一般分为两大类，一类是复合保温墙体体系，该保温墙体体系包括 以下几种： (1)外墙外保温墙体体系。外墙外保温就是在承重墙体外面附加聚苯板等保温性 能良好的绝热保温材料作保温层或外涂保温砂浆。它的优点是:能避免产生热桥，避 免内墙面冬季结露，有利于保护主体结构，大大减少温度应力对结构的破坏，增加结 构的使用寿命。同时它不占用建筑使用面积。但这一保温墙体体系施工较复杂且施工 质量要求高，如聚苯烯板粘贴、粘钉或嵌固质量不好时，容易出去板间裂缝;保温砂 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 4 页 浆由于施工质量问题使其在温、湿作用下出现开裂空鼓，甚至脱落，这些都影响其保 温效果及使用年限。其次此保温墙体体系成本较高，每平方米造价增加近 100 元。 (2)外墙内保温墙体体系。这种外墙内保温体系把保温材料设在墙体的内侧，所 用材料有聚苯乙烯板、岩棉板、水泥膨胀珍珠岩板、充气石膏板或保温砂浆等，现在 最常用保温砂浆。这种保温墙体体系施工难度不大，价格也便宜，但会降低室内空间 的有效使用。 (3)夹心复合保温墙体体系。这种保温墙体体系有两种做法，一种是建筑墙体采 用混凝土空心砌块或其它空心砌块，在砌块孔洞中填充隔热保温材料(如聚苯颗粒或 膨胀珍珠岩等)。另一种是混凝土砌块等墙体主材料砌筑在保温材料的两侧。这种保 温墙体体系不存在内外表面面层处理问题，但施工较为复杂，同时整个墙体较厚，影 响建筑有效使用面积。 另一类是以单一墙体材料的节能外墙体系，也就是自保温墙体体系。自保温墙体 体系有着其自身的优点。 (1)热工性能稳定，不受施工质量的影响； (2)施工作业简单，无需二道工序； (3)避免了二次装修对内保温材料的破坏作用； (4)排除了外保温材料耐久性不能与建筑物使用寿命相一致的矛盾(聚苯板外保温 体系所能承诺的使用年限最高为 30 年)； (5)能解决高层建筑的墙体保温问题(聚苯板外保温体系的使用高度目前限于 50m 以下)； (6)通过材料块体结构形式的设计，可以解决外墙渗漏问题； (7)综合成本和性能优于外墙外保温体系； 在我国现阶段经济基础条件下，外墙外保温和墙体自保温仍是二大主要保温措施。 但从墙体保温体系的发展趋势来看，墙体自保温体系因其自身的优点必将成为建筑的 主要保温措施。现国内正在大力开展对节能墙体材料的研究和利用，确保建筑节能目 标的实现。 1.5 本课题的目的、意义和主要研究内容 1.5.1 本课题的目的 本课题针对目前国内建筑节能方面的要求以及自保温墙体材料的发展现状，旨在 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 5 页 采用陶粒（砂）粉煤灰石灰和水泥，同时采用铝粉作为胶凝材料的发气剂,在此 之后再加入减水剂和石膏，在标准养护条件下制作出密度小强度相对较高的陶粒 （砂）增强加气混凝土，具体的目标为： 1） 试件的 14 天立方体抗压强度在 6.5mpa 以上，能满足 a07 级加气混凝 土要求； 2） 试件的干密度在 1200kg/m3以下； 3） 试件内部胶凝材料的发气效果好，胶凝材料与陶粒（砂）的粘聚性好。 并且要求新拌物的流动性好保水性好，成型过程中陶粒能均匀的分布在胶凝材 料中，不产生上浮或下沉的现象。 1.5.2 本课题的意义 采用火力发电站的废料粉煤灰，变废为宝，即替代了粘土保护耕地，又减少了粉 煤灰的堆放对耕地的占用，减少了环境污染。加气混凝土具有保温隔热的性能，可以 减少电力的浪费，从而节约一些不可再生的能源。加气混凝土中陶粒的加入能大大增 加材料的强度，从而使加气混凝土用于某些承重的结构中，扩大了加气混凝土的使用 范围。陶粒（砂）增强加气混凝土是一种建筑节能材料，可以节约大量的能源。 1.5.3 本课题的主要研究内容 （1）原材料的选用及其性能的测试 选用粉煤灰石灰水泥及陶粒作为陶粒（砂）增强加气混凝土的主要原材料， 采用铝粉作为胶凝材料的发泡剂，根据需要加入减水剂和石膏。石灰采用生石灰粉， 因此要使用粉碎机将其粉碎到需要的细度；水泥需使用新鲜的水泥。 （2）正交因素及水平的合理选择 在这期间，要先根据组成材料的重要性选出几个需要考虑的因素，然后根据相关 资料数据暂定出合适的因素水平，设计出正交试验表格。试做其中一部分试验的试件， 7 天龄期之后测试其强度，如达不到估计的强度值，可调整因素水平，重新设计正交 水平表，直到满足要求为止。 （3）正交因素对力学性能影响的研究 一定龄期的试件抗压强度结果出来之后，通过数据分析，得出结论，选择最优的 材料配合比。 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 6 页 （4）采用最佳材料配合比制作试件，加入外加剂进行配合比验证。 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 7 页 第 2 章 原材料选择及性能试验 考虑到强度的要求，本研究采用具有较好耐久性和稳定性的水泥基胶凝材料，同 时以粉煤灰替代一部分水泥，以增加后期的强度。陶粒作为骨料，能改变加气混凝土 强度方面的不足。掺加生石灰的主要目的是提供氧化钙成分，同时在制作体积较大的 试件时生石灰的消化放热，可为强度的快速形成提供热能。生石灰消化反应后的氢氧 化钙能增加料浆的碱性，使铝粉能够在水泥初凝之前的短时间内完成发气，从而形成 料浆的多孔隙结构。粉煤灰主要起到微集料效应和火山灰效应，能使陶粒（砂）增强 加气混凝土在后期强度继续增加，同时利用废料粉煤灰又能顺应当今社会环保的潮流 和趋势。铝粉作为发气剂，其用量虽少，却在加气混凝土形成过程中占有至关重要的 地位。在后期的配合比验证的试验中会掺入减水剂和石膏，研究两种外加剂对强度的 影响。掺加减水剂的目的是在保持料浆的稠度和流动性的情况下，减少水的用量，使 自由水蒸发的裂缝尽可能少。石膏的加入主要起硫酸盐激发作用。 因此，本课题的主要原材料为水泥石灰粉煤灰和陶粒，发气剂为铝粉，外加 剂为萘系高效减水剂和石膏。 2.1 陶粒（砂） 根据轻集料标准的定义，轻集料是指堆积密度不大于 1100kg/m3的轻粗集料和堆 积密度不大于 1200kg/m3的轻细集料的总称。页岩陶粒（砂）是轻集料中的一种，它 是指由粘土质页岩板岩等为主要原料经破碎筛分，或粉磨制粒，烧胀而成的一种 人造轻集料2。 本课题设计时预计加气混凝土料浆的干密度会在 800kg/m3左右，湿密度将有可能 达到 1000kg/m3。为了节约试验经费，根据就地取材的原则，陶粒（砂）选用了宜昌 光大陶粒制品有限责任公司生产的高强轻质结构页岩陶粒，粗轻集料陶粒（以下简称 陶粒）密度等级为 800 级，即堆积密度在 710800kg/m3之间；细轻集料陶砂（以下 简称陶砂）密度等级为 600 级，即堆积密度在 510600kg/m3之间。光大陶粒（砂） 的执行标准为 gb/t17431.1-1998。其性能测试及结果如下（采用中华人民共和国国家 标准轻集料及其试验方法 标准号 gb/t17431.1-1998）： 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 8 页 2.1.1 筛分析试验 测试结果及数据处理（见表 2.1） 表 2.1 陶粒（砂）筛分析试验报告： 材料名称：陶粒品种：高强轻质页岩陶粒产地：湖北.宜昌 试验项目：筛分析 筛孔尺寸（mm）191613.29.54.75筛底总量 03.546.6304.8614.830.0999.7 筛余品质（g） 08.129.9241.5648.271.8999.4 00.44.730.461.53.0100 ai(%) 00.83.024.264.87.2100 00.45.135.597.0100 ai(%) 00.83.828.092.8100 10099.694.964.53.00 pi(%) 10099.296.272.07.20 执行标准：gb/t17431.2-1998试验结果：合格 材料名称：陶砂品种：高强轻质页岩陶粒产地：湖北.宜昌 试验项目：筛分析 筛孔尺寸 （mm） 9.54.752.361.180.60.30.150.075筛底总量 04.3273.895.362.628.421.37.57.5500.7 筛余品质（g） 02.1270.7113.478.622.56.51.94.5500.2 00.954.719.012.55.74.21.51.5100 ai(%) 00.454.122.715.74.51.30.40.9100 00.955.674.687.192.897.098.5100 ai(%) 00.454.577.292.997.498.799.1100 10099.144.425.412.97.23.01.50 pi(%) 10099.645.522.87.12.61.30.90 公式= x m 75 . 4 75 . 4 36 . 2 18 . 1 6 . 03 . 015 . 0 100 5)( a aaaaaa 第一次筛分=(97+92.8+87.1+74.6+55.6)-50.9/(100-0.9)=4.06 1x m 第二次筛分=(54.5+77.2+92.9+97.4+98.7)-50.4/(100-0.40=4.20 2x m =(4.06+4.20)/2=4.13 x m 执行标准： gb/t17431.2-1998 试验结果： 4.13 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 9 页 2.1.2 堆积密度 采用自然堆积密度，即自然堆积状态下陶粒单位体积的质量。结果及数据处理如 下（见表 2.2） 表 2.2 陶粒（砂）堆积密度 材料名称：陶粒品种：高强轻质页岩陶粒产地：湖北.宜昌 试验项目：堆积密度 1 m=3.3=11.05,11.1mv=10=775 1 =780 2 =778 执行标准：gb/t17431.2-1998试验结果：778 材料名称：陶砂品种：高强轻质页岩陶砂产地：湖北.宜昌 试验项目：堆积密度 1 m=1.15=3.77,3.77mv=51=5242=524 =524 v mm1000)( 1 1 m容量筒重，kg； 筒和试样总重，kg；m v容量筒体积，l； 1，第一次堆积密度，kg/m3； 1 2，第二次堆积密度，kg/m3； 2 ,堆积密度平均值，kg/m3。 执行标准：gb/t17431.2-1998试验结果：524 2.1.3 表观密度 结果及计算见表 2.3. 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 10 页 表 2.3 陶粒（砂）表观密度 陶粒表观密度 =13 1 v=711,710 v=300m=1515 1ap =1522 2ap =1518 ap 300 1000 1 vv m ap 金属块体积，ml； 1 v 总体积，ml；v 陶粒的干质量，g；m 表观密度，kg/m3。 ap 陶砂表观密度 =150 0 m=937 1 m=973,971 2 m=1316 1ap =1293 2ap =1305 ap ； 210 0 mmm m ap 陶砂初始质量,g； 0 m 瓶+水质量,g； 1 m 瓶+水+陶砂质量总和,g； 2 m 表观密度,kg/m3。 ap 2.1.4 空隙率 在测定粗细集料的堆积密度和表观密度的基础上，通过计算，可以得出在自然堆 积状态下的空隙率。 粗集料空隙率计算公式：=（1-）100 ap =（1-778/1518）100=49（%） 细集料空隙率计算公式：=（1-）100 ap 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 11 页 =（1-524/1305）100=60（%） 2.1.5 筒压强度 只有陶粒才测筒压强度，陶砂不测。粗集料筒压强度计算公式：=，测试结 a f f p 果为 5.4mpa。 2.1.6 吸水率 结果及计算见表 2.4。 表 2.4 陶粒（砂）的吸水率 陶粒的吸水率 =300 0 m=305.4,306.4,308.2 1 m=1.8,2.1,2.7 a w=2.2 a w 陶砂的吸水率 =300 0 m=358.5,356.8,357.6 1 m=19.5,18.9,19.2 a w=19.2 a w 计算公式： ；100 0 01 m mm wa 干试样质量,g； 0 m 饱和面干试样质量,g； 1 m 3 组试验结果平均值,%。 a w 2.1.7 粒形系数 粒形系数是指粗集料的长向最大尺寸与中间截面最小尺寸的比值，适用于测定轻 粗集料，结果及评定（见表 2.5） 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 12 页 表 2.5 粒形系数表 1.7，1.1，1.4，1.1，1.6，1.5，1.2，1.1，2.5，1.5 1.2，1.2，1.3，1.4，1.5，1.5，1.4，1.5，1.5，1.5 1.2，1.4，1.4，2.6，1.3，1.8，1.3，1.8，1.1，1.4 1.2，1.5，2.2，1.2，1.2，1.9，1.1，2.1，1.7，1.7 1.1，1.2，1.5，1.8，1.1，1.5，1.1，1.8，1.2，1.5 50 次粒形系数 1.7，1.5，1.3，1.8，1.1，2.0，1.1，1.4，1.4，1.1 1.4，1.2，1.5，1.5，1.6，1.4，1.4，1.5，1.5，1.7 1.3，1.6，1.9，1.6，1.7，1.4，1.9，1.1，1.5，1.4 1.3，2.3，1.1，1.1，1.5，1.3，1.5，1.3，1.4，1.4 1.2，1.9，1.6，1.5，1.5，1.5，1.2，1.2，1.4，1.4 1.5 粒形系数平均值 1.5 两次结果平均值1.5 由于轻集料具有强吸水性的特点，因此在制作试件时，陶粒采用预湿工艺，掺入 一定量的水使陶粒处于表干状态后，再与料浆混和搅拌，以防止陶粒周围料浆中的水 被陶粒吸走，影响这些料浆的发气效果强度及与陶粒之间的粘结力。 2.2 水泥 水泥在本课题中和石灰一起作为混合钙质材料，主要起保证浇注稳定及加速坯体 硬化的作用。本课题选用的水泥是重庆天助水泥其性能见表 2.6。 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 13 页 表 2.6 水泥性能试验表 品种：普通硅酸盐水泥 p.o42.5r 原材料 产地：重庆天助水泥有限公司 试验项目：水泥细度试验 仪器设备：0.075mm 方孔筛，塑料袋 试验方法：负压筛法 筛余百分率（%）：5.0 试验项目：标准稠度用水量（%） 试验方法：标准法 试验结果：24.6 试验项目：凝结时间（min） 初凝时间：110 终凝时间：165 试验项目：胶砂强度（mpa） 3 天：抗折：3.74抗压：17.6 28 天：抗折：8.91抗压：44.5 2.3 生石灰粉 石灰是石灰石等物质经高温煅烧分解，放出二氧化碳，但未达到烧结状态的以 氧化钙为主要成分的白色块体，磨细之后就成了生石灰粉。生石灰粉在加气混凝土中 的作用：一是向其中提供有效的氧化钙，使之在水热条件下与硅质材料中的 sio2al2o3作用，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，从而使砌块获得强度；二是提高料 浆的碱度，提供铝粉发气条件，促进铝粉进行发气反应；三是水化放热为提高加气混 凝土料浆温度提供有效的热源，促进坯体中胶凝材料的进一步凝结硬化，加快强度的 形成。值得注意的是，生石灰粉在水化过程中会产生体积的膨胀，要尽可能使这种情 况发生在料浆完全凝固之前。 生石灰粉 0.075mm 方孔筛筛余百分率为 49.8%。 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 14 页 2.4 粉煤灰 粉煤灰是以煤为燃料的发电厂排出的废渣，它在加气混凝土中的作用是提供二氧 化硅成分，在有一定热量的条件下与氧化钙反应，生成水化硅酸钙。本课题采用的粉 煤灰是重庆发电厂的级粉煤灰。 表 2.7 粉煤灰技术指标 项目名称细度（45 微米方孔筛）需水量 烧失量 （%） 含水量 （%） 三氧化硫 gb1596- 2005（）质量指 标 25105813 实测值 37.51027.10.81 2.5 减水剂 通过加入减水剂在料浆相同稠度情况下减少水的用量，可以减少水在迁移过程中 形成的孔道和缝隙，以期提高强度。本课题采用的是萘系高效减水剂。 2.6 石膏 石膏是一种较常用的胶凝材料，在加气混凝土中做发气过程中的调节剂。石膏的 调节作用主要体现在两个方面：一是生成水化硫铝酸钙及其凝胶，并使 csh(i)向托贝 莫来石转化，使制品增加强度降低收缩值；二是石膏作为缓凝剂延缓水泥凝结速度， 抑制石灰消解，延缓料浆的稠化速度。 本课题石膏是选用的重庆洁宇脱硫石膏综合利用有限公司的二水脱硫石膏粉，其 技术参数为（见表 2.8）： 表 2.8：石膏的技术参数 镭-226（bq/kg）10.641.64三氧化二铁0.08% 钍-232（bq/kg）2.311.08三氧化二铝0.15% 钾-40（bq/kg）22.1446.96氧化钙30.93% ira0.05氧化镁0.40% ir0.04三氧化硫44.08% 附着水10%烧失量（800）20.97% 结晶水19.88%caso4+caso4.2h2o96% 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 15 页 二氧化硅1.08% 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 16 页 第 3 章 试验方案设计及试件制作 3.1 试验方案设计 3.1.1 整体试验方案的制订 陶粒（砂）增强加气混凝土是以陶粒（砂）为骨料的加气混凝土，陶粒(砂)通过 骨架作用增加加气混凝土的强度。本课题的主要任务是研究在没有蒸压养护制度的情 况下各原材料最佳的配合比，使陶粒（砂）增强加气混凝土能具有最佳的性能。同时 也研究原材料是如何影响陶粒（砂）增强加气混凝土的性能以及影响程度的大小，以 及在今后的研究和生产中应该注意的问题，并提供一些建议性的意见供参考。 因此，本课题采取了如下的试验方案： （1）本课题以陶粒（砂）增强加气混凝土的 7d、14d 抗压强度和干密度为设计 技术指标，采用正交实验设计方法，4研究原材料及组成对陶粒（砂）增强加气混凝 土性能的影响； （2）在正交试验结果分析基础上，研究化学外加剂对陶粒（砂）增强加气混凝 土强度发展及孔结构的影响； 3.1.2 正交实验设计 本课题正交实验设计的步骤如下： （1）实验指标是陶粒增强加气混凝土的强度（mpa）和密度（kg/m3） 。实验目的 提高陶粒增强加气混凝土的力学性能和空隙率，降低它的密度，以保证陶粒（砂）增 强加气混凝土的力学性能和热工性能。 （2）选定因素和水平。课题的目的是通过正交实验设计研究陶粒（砂）增强加 气混凝土性能变化规律，并确定最佳的配合比。 为了便于分析和研究，本课题做了下面的处理，确定了影响指标的因素： 1）假定一种状态，在该状态下，陶粒（砂）增强加气混凝土的发气完全结束， 水分未散失。 2）从空间上考虑陶粒（砂）增强加气混凝土的构成，它的体积是陶粒（砂）的 体积与加气混凝土的体积之和。选定陶粒（砂）的体积率（陶粒（砂）的体积占该状 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 17 页 态下材料总体积的百分率，%）为第一个正交因素。 3）假定一个该状态下加气混凝土合理的密度，然后根据体积算出加气混凝土质 量。它是水的质量和胶凝材料的质量之和，水和胶凝材料的质量比为水料比，作为第 二个正交因素。 4）胶凝材料包括水泥、石灰和粉煤灰，选定水泥和石灰占整个胶凝材料的质量 百分率（%）作为另两个正交因素。 这样，在知道陶粒（砂）增强加气混凝土体积情况下，就可以根据陶粒的体积率 计算使用陶粒的体积和质量，同时也可计算加气混凝土料浆的体积，从而计算出水的 用量和各胶凝材料的质量。 因素水平的确定先要经过理论的分析，然后需再做试验，最后认为合理，才能够 完全确定。比如说陶粒（砂）的体积率的确定就是先通过陶粒（砂）的空隙率，它的 体积率应该小于 1 减空隙率，在这个范围内进行试验，确定 3 个较合理的水平。而水 泥，石灰及水料比可以借鉴加气混凝土的经验进行试验。确定的 3 个因素水平要使测 试的结果能够看出明显的差别，间隔不能太小，才能进行相互之间的比较，也不能太 大，否则得不到合理的配合比。 （3）选择正交表。本课题采用四因素三水平，选用 (l934)正交表，共九组试验。 3.2 试件制作 首先，根据加气混凝土砌块生产过程中的一些经验确定一个料浆的配合比，再根 据陶粒的空隙率能确定陶粒的大致体积率，最后确定正交因素水平。 3.2.1 试验方案的确定 首先，本课题还是从陶粒（砂）加气混凝土入手，通过理论分析，借鉴前人的经 验和长时间的试件试制，选择了各因素的水平。据相关资料，生产体积密度为 500kg/m3蒸压加气混凝土的配合比：水泥（425 号硅酸盐水泥）10%，生石灰 20%，二 水石膏（占钙质材料用量）10%，粉煤灰约 70%，铝粉 0.6，气泡稳定剂少量，水料 比 0.60.7。3通过该配合比，对料浆的组成有了一些了解。陶粒的空隙率为 49%， 所以陶粒的体积率要在 51%以下，就可以使陶粒的表面包裹上一层加气混凝土料浆， 混合料的工作性就会很好。最先试做试件水泥和石灰的质量百分比均取的是 10%，20%，30%，陶砂的体积率取的 0.35，0.40 和 0.45，水料比 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 18 页 0.55，0.60，0.65。通过 7 天抗压强度试验，强度极低，进行了因素水平调整。最终 确定的因素水平（见表 3.1） 。 表 3.1 因素水平表 水平水泥(%)石灰(%)陶粒(%)w/s 13010300.50 24020350.55 35030400.60 根据因素水平表，试验的方案也就出来了（见表 3.2） 表 3.2 试验方案设计表 试验号水泥（%）石灰（%）陶粒（%）水料比 13010300.50 23020350.55 33030400.60 44010350.60 54020400.50 64030300.55 75010400.55 85020300.60 95030350.50 3.2.2 试件的制作 当因素水平确定后，就可以计算出各原材料的用量（原材料用量表见附录 2，陶 粒（砂）增强加气混凝土在减水剂加入后相应减少 15%用水量） ，试件就可以开始制作 了。前期试验原材料除水泥、石灰、粉煤灰、陶粒（砂）和水外，还有用量虽少却很 重要的铝粉。根据资料，铝粉的掺量取加气混凝土料浆质量的 6。 （1） 试件规格。根据试验条件和研究需要，最初制作的空白对比试验纯加气混 凝土和陶砂增强加气混凝土试验试件尺寸规格是 4040160mm 的胶砂试件，陶粒加 气混凝土试件是 100100100mm 的立方体试件。后期的所有试件都是 100100100mm 的立方体试件。 （2） 集料预处理。由于陶粒（砂）是吸水性极强的骨料，所以在陶粒（砂）与 在胶砂搅拌机里拌制好的加气混凝土浆料浆混合前，要事先用水将陶粒（砂）湿润至 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 19 页 表干的状态，以防止陶粒（砂）过分吸水导致其周围的料浆比别处料浆干，使质量不 均匀。 （3） 搅拌和装模。料浆的拌制按计算好的水泥、石灰、粉煤灰和铝粉称量后， 将计算出的所需的水倒入湿润的搅拌锅中，然后将胶凝材料倒入，用砂浆搅拌机手控 快搅 3 分钟即可。空白对比试验纯加气混凝土直接将料浆倒入事先准备好的试模，各 试模料浆均匀分布，然后轻轻抖动两次，让其平整，等待发泡。陶砂加气混凝土胶砂 试件制作在料浆搅拌好后再将湿润好的陶砂倒入搅拌锅中快速搅拌一分钟装模，轻轻 抖动，让其密实，如果流动性较小，就要插捣密实。陶粒加气混凝土试件的制作是在 料浆搅拌完成后，再将料浆倒入装在盆中润湿了的陶粒上，然后搅拌均匀，再均匀的 装入试模中。类似于流态混凝土5，勿需震捣。装模时一定要小心仔细均匀的铲入试 模中，不能直接倒，否则会使装填不均匀，测试结果会出现很大误差。 （4） 发气和刮平。本课题采用的是铝粉发气剂。铝粉发气质量是用发气曲线评 定的。瑞典西波列克思规定的铝粉标准发气曲线的定义为：在 45的温度下用 70g 铝 粉掺入到 50g 水泥、30ml 水、20ml 浓度为 0.1ml/l 的 naoh 溶液组成的水泥浆中进行 发气，其发气量与发气时间的关系曲线。一般要求在 2min 前发气要慢，3min 后发气 速度要快，80%以上的发气应在 38min 内完成。8min 后发气减慢，16min 时发气基 本结束。6 本课题使用的铝粉可能与上述的铝粉有所不同，但如果按照这种温度和 发气速度，将无法保证试件成型。本人也曾用 45温水做过试验，结果没有一个试件 成功发气。因此，在既要保证铝粉和其它原料能够均匀混合，又要保证发气过程大部 分在装填试模后完成，本课题使用水温为 20左右的冷水。这样发气速度在前 5 分钟 左右的时间都较慢，而后回缓慢进行，到 1 个小时左右的时间发气将会完成，这在初 凝之前，从而保证发气不会产生不良后果。一般要在发气完全结束，水泥终凝之前将 试模上多余的混合料刮掉，凹陷的部位用湿的浆体或小集料填好，然后抹平。刮和抹 要轻轻进行，不能破坏试件内部的孔隙结构。一次抹平之后过一段时间要二次抹平。 试件的制作图见图 3.1a,b。 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 20 页 3.1a 发气后 3.1b 刮平后 （5） 拆模与养护。由于试件强度低，形成强度时间长，因此拆模的时间是在试 件成型两天后。拆模后的试件放到标准养护室中，在强度很小时不要将试件浸在水中， 否则试件可能会因此而坏掉。 3.2.3 小结 在大约一个星期的试制试件过程中，总结了试件制作经验，也确定了要重点研究 的因素及大致的因素水平，为正交试验的设计提供了试验依据。在试件的制作过程中， 最为关键的就是要保证料浆发气的质量。保证发气质量最重要的两个方面一是铝粉称 量的准确，另一方面就是搅拌之后铝粉必须能均匀的分布在料浆中。由于流动度较大， 制作试件的试模密封性要好，否则料浆就会流掉，影响成型。温水制作加气混凝土虽 有可能增大材料的强度，但温水会导致发气的加快，如不能在铝粉加入后较短的时间 范围内将混合料填模，会让铝粉产生的大部分气体白白浪费掉。用冷水制作较好，发 气会在一个小时之内完成。但如果水温太低会导致发气时间过分延长，甚至是在水泥 初凝之后的很长时间才完成，这样会导致很大的内应力，同样会影响强度。一般加气 混凝土用水的温度在 2025较为合理。粉煤灰的用量不能太大，否则弥水现象将会 剧增。 陶粒（砂）增强加气混凝土试件的制作是相对较复杂的事，在制作之前，必须经 过多次的实验，确定出一种简单可行且准确的方法，将其程式化。这样在后来的试件 制作中就可以制作出质量较一致的试件，测试结果也就会更加精确一些，更具有研究 的价值。 同时，由于加气混凝土的强度较低，即使不用集料或者用的是细集料，最好也制 作 100100100mm 规格的试件，因为这样在做强度试验的时候由于受压面积增大， 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 21 页 在读数盘上显示的压力数值就会更大，测试的结果会更准确些。 西南交通大学专科升本科毕业设计 第 22 页 第 4 章 试件性能测试及其研究 4.1 干体积密度,含水率及吸水率试验 4.1.1 试验方法 （1）干体积密度和含水率。通过干体积密度试验结果能够比较详细的了解陶粒 增强加气混凝土的质量情况，判断混凝土在密度上能否满足预定要求，并在有需要的 时候进行调整，使得到满意的结果。方法是重新做六个试件，3 个为陶砂增强加气混 凝土试件，3 个为陶粒增强加气混凝土试件，成型后 14 天进行干体积密度测试。测试 时将试件从标准养护室中取出