早强剂对煤矸石_粉煤灰泡沫混凝土性能的影响

1、 2010年5期 早强剂对煤矸石-粉煤灰泡沫混凝土性能的影响俞心刚魏玉荣曾康燕(重庆大学材料科学与工程学院，重庆400045摘要以普通硅酸盐水泥为粘合剂，用煤矸石和粉煤灰部分水泥，研究掺加不同的早强剂对此种泡沫混凝土的强度、吸水率以及孔结构的影响。结果表明：早强剂的种类对此这种泡沫混凝土的强度、吸水率以及孔的结构形态有显著的影响。关键词泡沫混凝土；煤矸石；粉煤灰；早强剂1引言泡沫混凝土通常是采用机械或压缩空气的方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入含硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂组成的浆体中，经混合搅拌、浇注成型、养护而成的一种多孔材料。由于其具有质量较轻、保温节能性能好的特点，近年来

2、在非承重墙体材料中占据着重要的地位。目前，国内外对泡沫混凝土的研究主要集中在水泥-石灰-砂泡沫混凝土、水泥-砂泡沫混凝土和粉煤灰泡沫混凝土，而对煤矸石-粉煤灰泡沫混凝土的研究还很少。本实验设计使用煤矸石和粉煤灰以一定的比例替代部分水泥，掺加两种不同的早强剂激发煤矸石和粉煤灰的活性，通过调整泡沫剂掺量和水料比控制其密度，主要研究密度在500kg/m3560kg/m3时煤矸石-粉煤灰泡沫混凝土的性能。研究发现，早强剂的种类及掺量对此种混凝土的强度有很大的影响。实验还对两种早强剂下密度相近的泡沫混凝土的吸水性进行了研究。实验发现，这两种早强剂对吸水率和吸水速率也有很大的影响。实验还运用扫描电子显微镜

3、和体式显微镜以及图像处理系统分别对孔结构形态和平均孔径分布进行了分析，研究了气孔结构形态和不同孔径分布与吸水率及吸水速率的关系。通过观察可以看出，掺加两种不同早强剂时，泡沫混凝土的气孔结构形态和孔径分布都有很大的不同。2实验部分2.1实验材料煤矸石：选自重庆中梁山煤矿，其化学成分见表1。将煤矸石在最佳温度煅烧后，用球磨粉磨1.0h ，勃氏比表面积1049.79m 2/kg。粉煤灰：化学成分见表1。水泥：重庆拉法基水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥，其化学成分见表2，主要技术性能见表3。2.2制备成型工艺及实验配方设计先将称好的水泥、煤矸石、粉煤灰、生石灰混合均匀，加入搅拌机中搅拌，再先后加入

4、外加剂和水，搅拌1min 后，再加入制备好的泡沫，搅拌均匀再浇注成100mm ×100mm ×100mm 的试件，按标准养护至相应的龄期，其工艺流程见图1，实验基准配合比见表4。表1煤矸石和粉煤灰的化学成分(%材料名称SiO 2Al 2O 3Fe 2O 3CaO MgO SO 3TiO 2烧失量煤矸石57.821.14.610.581.170.312.2213.3表2水泥的化学成分(%材料名称SiO 2Fe 2O 3Al 2O 3CaO MgO SO 3总碱量烧失量水泥22.022.656.1958.992.532.670.703.08表3主要技术性能细度（%）标准稠度（%

5、）初凝时间（min ）终凝时间（min ）安定性抗压强度（MPa ）抗折强度（MPa ）合格30.955.75.88.8·25· 2010年5期 2.3测试方法本实验测试参照GB/T11969加气混凝土性能试验方法测试泡沫混凝土的强度、干表观密度、吸水率，并计算其吸水速率。孔隙率的测量采用“质量-体积直接计算法”进行。采用体式显微镜及图像处理系统测试泡沫混凝土的孔径，利用扫描电子显微镜对泡沫混凝土的内部孔结构进行测试。3实验结果及讨论3.1早强剂的种类及掺量对泡沫混凝土强度、密度及孔隙率的影响不同种类和掺量的早强剂均对泡沫混凝土强度、密度及孔隙率有较大的影响，见表5、图2。

6、如表5所示，早强剂掺量的变化对泡沫混凝土的密度和孔隙率影响不大。随着早强剂掺量的增大，Na 2SO 4作为早强剂的泡沫混凝土密度变化范围在514kg/m3548kg/m3之间，CaSO 4作为早强剂的密度变化范围在526kg/m3541kg/m3之间，而孔隙率的变化很小，总体上使用CaSO 4作早强剂时的孔隙率稍大于Na 2SO 4作早强剂时的孔隙率。由图2可以看出，早强剂的种类和掺量均对泡沫混凝土的强度有较大的影响。从整体上看，早强剂Na 2SO 4比早强剂CaSO 4对泡沫混凝土的早强效果明显，其28d 时的强度也相对较高，当使用Na 2SO 4作早强剂时，其强度发展较快，其7d 的强度已

7、经和28d 的强度相近，而CaSO 4作早强剂时，早期强度发展相对缓慢，7d 时的强度较28d 时的强度相差较大。从图2中还可以看出，随着Na 2SO 4掺量的不断增大，其7d 和28d 的强度也不断增大，当掺量达到5%时强度增至最大，当掺量大于6%时强度开始减小，并且28d 时的强度较7d 时的强度稍有下降；而CaSO 4作早强剂时，随着掺量的增大，其7d 和28d 的强度都在不断的增大。Na 2SO 4早强效果优于CaSO 4的主要原因是：硫酸钠极易溶解于水，在水中能较快地与氢氧化钙反应生成颗粒细小的二水石膏，细小的二水石膏不仅可以促进水泥的反应，而且还可以结合氢氧化钙与粉煤灰和煤矸石中活

8、性的氧化铝和二氧化硅进行反应生成钙矾石，这些都大大地加快了反应速度，使泡沫混凝土的早期强度发展较快。另外，在这些快速反应的过程中，反应还消耗了较多的水，使生成物比较致密，会使泡沫混凝土的骨架致密，强度较高，相应的后期强度也会较高。而对于CaSO 4，由于使用的硫酸钙粒度较大，影响了它与水泥及粉煤灰和煤矸石中活性成分的二次反应，又由于泡沫混凝土在成型的过程中水料比较大和泡沫剂形成气孔的存在，而反应速度又相对较慢，从而使生成物较为疏松，泡沫混凝土的骨架会较为疏松，这些因素导致了其早期强度发展相对较慢，后期强度也相对较低。3.2早强剂的种类对泡沫混凝土孔径及气孔结构的影响早强剂种类对泡沫混凝土气孔的

9、影响主要体现在平均孔径的分布和气孔的结构，本实验使用体式显微镜及相关的图像分析系统对泡沫混凝土的孔径进行分析，使用扫描电子显微镜对气孔的结构进行了分析。本实验主要分析两组分别以Na 2SO 4和CaSO 4作为早强剂的试样，密度和气孔率分别为：548kg/m3和70.5%、534kg/m3和73.8%，早强剂的掺量均为5%，成型时的流动度分别为20.4cm 、23.6cm ，其他成分见表4，其孔径分布及气孔结构见图3图5。泡沫剂与水形成的泡沫混入料浆，经过搅拌，泡沫被料浆固定在其中，经过料浆中各种成分的复杂反应后，料浆凝固，泡沫中的气泡被保留下来，这便完成了气泡转化为泡沫混凝土气孔的过程，这一

10、过程是泡沫混凝土气孔形成最主要的过程。不同的早强剂对煤矸石-粉煤灰泡沫混凝土的气孔孔径和气孔的结构也有表4实验的基准配合比(%水泥煤矸石粉煤灰生石灰泡沫剂减水剂水料比353025100.120.90.46表5不同种类和掺量早强剂对应泡沫混凝土的密度及孔隙率早强剂Na 2SO 4CaSO 4掺量（%）3456734567·26· 2010年5期 重要的影响，在两种试样密度相近的情况下，使用Na 2SO 4为早强剂的泡沫混土孔径主要分布在500m 800m ，其次为大于800m 的气孔，而使用CaSO 4为早强剂的泡沫混凝土孔径主要分布在300m 500m 之间，其次是100m

11、 300m 的气孔。结合图4和图5可以看出，早强剂Na 2SO 4对应的泡沫混凝土形成的气孔不仅孔径较大，而且连通的气孔占多数，而早强剂CaSO 4所对应的泡沫混凝土的气孔孔径相对较小，而且封闭的气孔占多数。这主要是因为用Na 2SO 4作早强剂时，早期反应比较快，当加入早强剂后料浆的稠度增大，料浆与泡沫混合时，泡沫在料浆中不能分散均匀，料浆中包裹的泡沫团就会较大，而且使用Na 2SO 4早强剂时，浆体各成分之间早期反应速度就加快，需水量也就相对较大，又由于液膜在重力和表面张力下排液，这样料浆就会吸收泡沫排出的水分，并加上料浆的挤压，液膜产生不均匀扩散，从而导致封闭的泡沫孔产生缺陷，凝结后表现

12、为不完整的孔，形成连通孔且孔径较大。而用CaSO 4作早强剂时，早期反应不太快，料浆的稠度也较稀，料浆与泡沫混合的过程中，泡沫在料浆中分布相对比较均匀，料浆中包裹的泡沫团也就相对较小，因为料浆较稀，料浆对液膜的挤压也相对较小，液膜不容易破裂，这样料浆凝结后，便在内部形成了较多的封闭型气孔，孔径也会较小。3.3早强剂的种类对泡沫混凝土吸水性的影响泡沫混凝土的吸水率有两种表示方法：第一种是质量吸水率，是泡沫混凝土吸收水分的质量与泡沫混凝土干燥质量之比，无量纲；第二种是体积吸水率，用每立方米泡沫混凝土的吸水量来表示，单位为kg/m3。本实验采用测气孔结构和孔径分布的两试样进行吸水性的测试，吸水率采用

13、质量吸水率表示，其吸水率和吸水速率见图6、图7。·27· 2010年5期小，连通孔所占比例也较小，所以其前期的吸水率和吸水速率都会较使用早强剂CaSO 4时大。由于小于100m 的孔后者的比例要大于前者，孔径较小时水分进入时比较困难，所以尽管后者的孔隙率稍大于前者，但72h 的吸水率后者小于前者。4结论（1）早强剂的种类和掺量对煤矸石-粉煤灰泡沫混凝土的强度影响都比较大，掺加Na 2SO 4的强度比掺加CaSO 4的高，早强剂Na 2SO 4最佳掺量为5%。（2）掺加不同的早强剂对煤矸石-粉煤灰泡沫混凝土的气孔结构和孔径有较大影响，掺加Na 2SO 4的连通孔的比例比掺加C

14、aSO 4的高，孔径的尺寸也比较大。（3）掺加不同的早强剂对煤矸石-粉煤灰泡沫混凝土的吸水率也有一定的影响，掺加Na 2SO 4前期的吸水率和吸水速率都比掺加CaSO 4的高，72h 吸水率也大于后者。参考文献:4邵洪江，丁铸，孙风金，王永滋. 早强剂和蒸养对粉煤灰泡沫混凝土性能影响. 吉林建材.1999（1）：16-20.5王玉婷，蒋友新，李玉香，郑爱国，康祥梅. 发泡剂在水泥基多孔吸声混凝土中的应用. 混凝土.2008（4）：42-46.泡沫自身参数对泡沫混凝土性能影响的研究扈士凯李应权罗宁段策(建筑材料工业技术监督研究中心，北京100024摘要对泡沫自身的容重、掺量、孔径分布等因素对泡沫混凝土性能的影响进行研究，结果表明：泡沫容重对泡沫混凝土的强度等性能有很大的影响，泡沫容重在70g/L90g/L时最为合适；随着泡沫掺量的增加，泡沫混凝土的干表观密度及强度逐步降低；泡沫孔径分布不均匀，对泡沫混凝土的力学性能有负面影响。关键词泡沫混凝土；泡沫容重；泡沫掺量；泡沫孔径分布1引言泡沫混凝土是由预制出的泡沫与水泥（砂）浆均匀混合、硬化而成的一种多孔材料，具有轻质、保温隔热、低弹性模量、大流动度等特点，在屋面、地暖以及回填工程中得到了广泛的应用。在影响泡沫混凝土性能的诸多因素中，泡沫自身的性能起着很大的作用，相同的配合比，使用不同的泡沫便会得到性能