新型蒸压加气混凝土发气材料的研究

新型蒸压加气混凝土发气材料的研究

在攀钢-钛铁高炉矿渣中，ti2含量超过20%。通过氯化钠法对提钛处理后的残余渣（又名提钛渣，tz）具有一定的细度和水化活性，可以用来代替磷酸生产的蒸压混凝土砌块。然而，由于提钛渣的密度和等级等物理指标与石灰不同，在应用过程中，使气混凝土生产中的原料浓度降低。传统的铝粉用作发气剂容易混淆和逃离气泡，从而显著降低了发气率。因此，在这项工作中，普通混凝土引用剂与传统铝粉结合，开发出了一种新的压缩混凝土发气材料，有效解决了这个问题。1原材料1.1粉煤灰的破碎、磨细、成分配水泥:中国建筑材料研究院监制生产的“外加剂检验专用基准水泥”(PO42.5,记为C);生石灰:建筑工地使用的块状石灰经破碎、磨细而成(记为CaO);粉煤灰:Ⅱ级灰(记为FA),上海宝钢自备电厂出产;提钛渣:原始钒钛磁铁矿渣经过磨细和高、低温的提钛处理后得到(记为TZ),为灰色细砂状的干粉.采用荧光分析方法测试的提钛渣、水泥、粉煤灰与石灰的化学成分(质量分数)见表1.1.2激光粒度分布法按照砂的细度测试和计算方法得到提钛渣细度模数为0.53,属于极细的颗粒料;采用比重瓶测试的提钛渣真密度为2.963t/m3,比粉煤灰的密度(约为2.2t/m3)高出很多.由于提钛渣中的细粉料易吸潮,会粘附在筛布表面堵塞筛孔,所以无法用勃氏法或负压筛法检验其细度,于是采用激光粒度分布方法测试其粒径分布、平均粒径和中值粒径,并计算其比表面积,得到其平均粒径、中值粒径分别为360.0,320.0μm,比表面积为75.4m2/kg,比一般的湿排粉煤灰颗粒粗,所以其替代粉煤灰拌和的料浆稠度将明显降低,容易离析.而从其粒径分布图(见图1)可以看出,提钛渣的粒径分布范围较小,匀质性好,其最可几粒径约为100μm,但小于90μm的细颗粒含量极少,这对料浆的黏聚性不利.1.3工业废水处理材料和引气剂的使用混凝土引气剂在搅拌时即能在料浆中产生数量极大的封闭微孔,因这些气孔的尺寸较小,不满足加气混凝土的气泡尺寸要求,所以一般不用其作为加气混凝土的发气材料.但是引气剂能够显著增加料浆的黏聚性,增加其稠度并降低其初始密度,从而减少料浆内部的发气压力,便于铝粉产生的气泡长大;同时,会有一些铝粉颗粒被包裹在气泡中,使铝粉颗粒的发气环境得到改善.新型加气混凝土发气材料(记为XJ)按照质量比由245份工业废渣粉、1份混凝土引气剂和4份铝粉组成,即引气与发气材料占XJ质量的1/50.之所以采用工业废渣粉对引气剂和铝粉进行稀释,是因后两种材料的掺量较低,经过稀释后在使用时便于准确计量.工业废渣粉可以是粉煤灰、脱硫石膏粉、火山灰或矿渣粉中任一种或其复合材料;混凝土引气剂可以是松香皂、松香热聚物、甜菜碱、木质素磺酸盐或茶皂素中任一种或其复合材料.本试验采用茶皂素、脂肪酰氨烷基甜菜碱和传统铝粉进行对比分析.与新型加气混凝土发气材料一样,分别用工业废渣粉将其分散、稀释50倍,并记为CJ,TJ和LJ.按照产品说明书,茶皂素作为混凝土引气剂的建议掺量为水泥质量的0.00005%～0.00030%,所形成的孔径范围为0.01～0.08mm,为不连续的封闭球形,分布均匀,稳定性好.当含气量为5%(体积分数,下同)以上时,气泡间距系数L小于100μm;当含气量为6%时,气泡间距系数L约为80μm.甜菜碱属于两性表面活性剂,其起泡性好,与阴离子、阳离子、非离子表面活性剂配伍后能够增加起泡量和起到稳泡作用,作为混凝土引气剂时的掺量为0.00005%～0.00020%;铝粉掺量为粉料质量的0.0007%～0.0015%,即1/1000左右.2试验结果与分析2.1试验结果分析首先采用一次性塑料杯进行发气试验.料浆加水、搅拌后将塑料杯放进加有60℃热水的保温杯中,以便模拟实际生产时的料浆环境温度.配合比、加水后的料浆温度及干密度等结果见表2,料浆发泡过程见图2.从表2看出,除4#,5#试样外,引气剂与发气剂掺量折算成纯剂的掺量均为1/1000;小样试验得到的干密度比标准规定和实际生产的干密度偏高,这可能是由于小样试验环境温度低于实际生产的料浆温度所致.1#～6#试样采用的粉体材料配比一致,与采用纯铝粉LJ的6#试样相比,采用茶皂素CJ与铝粉LJ按照1︰3(质量比)复合的1#试样其干密度与之接近;当甜菜碱TJ掺量增加而铝粉掺量降低为两者相同时(2#试样),由于铝粉量减少而使该试样的干密度显著增加;采用TJ与LJ按照1︰3(质量比)复合的3#试样其干密度从855kg/m3降至785kg/m3;减少引气剂的4#,5#试样由于总发气材料用量减少而使其干密度明显提高;7#试样完全不掺粉煤灰,结果由于料浆稠度降低,在料浆发气过程中能够明显观察到铝粉产生的部分气泡逃逸出浆体表面,于是发气效果受影响,同时因料浆中高密度材料比例增加,所以其干密度较大;8#试样采用了更高比例的粉煤灰,所以料浆稠度较大,但因其增加了用水量而不至于产生离析,发气效果较好,加上料浆中低密度的粉煤灰比例增加,所以其干密度较小.2.2入模、养护和平均抗压强度根据上述试验结果设计了一种新型发气材料,即采用甜菜碱与铝粉按照质量比1︰4复合,然后采用脱硫石膏粉将其稀释50倍.采用7cm×7cm×7cm三联试模成型,每次成型3个模具共9块试样.因为实际生产时的料浆温度可达90℃以上,所以预先将模具放进80℃烘箱中,再将拌和好的料浆立即倒进模具中,每个模具装湿料500g,入模料浆高度大约为模具高度的2/3,然后关上烘箱门.通过烘箱的玻璃门可以观察到,料浆入模后约几十秒钟后即开始发气、鼓包,大约在入模后30min,发气、鼓包进度停止,可以看到在模具上方由于料浆发泡而形成的“面包头”;让料浆连带模具在烘箱中停留8h,期间在4h时取出模具,用铲刀沿模具上边缘削去“面包头”;拆除模具后将试样放进蒸压釜中,按照压强为1MPa、恒压及恒温时间均为12h的蒸压制度进行养护;养护结束后取出试样,静停1d,分别从3个三联模中各取2个试样,共6个试样测试其平均抗压强度;剩余3个试样放在60℃烘箱中烘24h,测试其平均干密度.试样配合比及其抗压强度、干密度测试结果如表3.从表3看出,采用新型发气材料制备的蒸压加气块试样干密度为526kg/m3,比采用同掺量铝粉制备的加气块试样干密度降低约90kg/m3,降低幅度为17%,其抗压强度也相应降低.根据GB11968—2006《蒸压加气混凝土砌块》,采用新型发气材料制备的蒸压加气块干密度满足B05级合格品要求,而采用铝粉制备的加气块干密度只达到B06级合格品要求,两者相差一个等级;抗压强度则均符合标准要求.2.3本品石的晶态及形貌做过强度测试后,取含新型发气材料的9#试样制成颗粒,然后进行SEM分析,结果如图3所示.从图3可见,蒸压制品中的主要水热合成产物为板状和竹叶状托贝莫来石,结晶良好,形貌清晰;在托贝莫来石中间,能够观察到团聚在一起、接近小球形状的水化水石榴子石,其晶态、形貌也比较清楚,说明其生长、发育良好;有些粉煤灰球反应充分,球体呈蜂窝状,有些则只在表面有点蚀或面蚀,状如榴莲,竹叶状托贝莫来石晶体包裹在其球体周围.这些都是在粉煤灰-石灰-水泥蒸压制品中常见的典型形貌.钛渣无显著的形貌特征,无法从SEM图中分辨出来,也无法观察其与石灰、水泥发生水热合成反应后的产物形貌.但根据化学及矿物成分分析,其中应含有一定的玻璃体,能够与石灰在高温、高压下形成托贝莫来石和水化水石榴子石;同时,由于其本身的高钛特性,应含有一些结构比较稳定的钙钛矿及钛铁矿、托贝莫来石、绿帘石、铬铁矿等,这些矿物成分可能并不发生水热反应.由图3(d)中可以看到一些不知名的小颗粒镶嵌在水热合成产物中,可能是未发生反应的提钛渣组分.3新型混凝土引气剂1.攀钢提钛渣比粉煤灰的密度大、颗粒粗,以其替代粉煤灰生产加气混凝土时,采用传统铝粉发气剂容易造成气