粉煤灰加气混凝土性能的影响因素研究

粉煤灰加气混凝土性能的影响因素研究

墙是建筑物防护结构的重要组成部分。建筑防护结构的节能是指通过开发具有高效隔热和防热性的建筑材料和产品，采用一定的结构设计形式，增强建筑防护结构的隔热性能，降低建筑材料的能耗。因此,集轻质高强、热工性能好、施工效率高等优点为一体的加气混凝土得到了快速的发展和应用。本文采用免蒸压工艺,通过优化原材料组合方案和养护工艺,可作为一种改性效果较好的技术路线应用于制备免蒸压加气混凝土。1试验中，向气混凝土的性能优化和结果分析1.1酶系富矿酸酸盐cao水泥:重庆拉法基P·O42.5水泥,3d抗压、抗折强度分别为17.6、3.74MPa,28d抗压、抗折强度分别为44.5、8.91MPa;生石灰:A-CaO含量70%,取自重庆冬笋轻质建材有限公司;脱硫二水石膏:CaO含量31.6%,SO3含量42%,重庆九龙坡电厂产;粉煤灰:重庆九龙坡电厂准Ⅱ级粉煤灰;减水剂:萘系高效减水剂,重庆恒盛外加剂公司产;早强剂:采用典型有机和无机盐类(三乙醇胺和硫酸钠),重庆西南化学试剂有限公司产;促凝剂:CAS型,重庆川东化工有限公司产;活性矿物掺合料:埃肯SF硅灰(SiO2含量90.5%)和滕辉GNA(S95)磨细矿渣粉;发气剂:加气混凝土铝粉膏,河北三鑫建材公司产。1.2强度配比正交试验本阶段设计L16(45)正交试验研究,因素水平见表1,原材料组合方案中铝粉掺量为粉体总质量的0.08%,减水剂掺量根据浆体流动度调整,各组浆体流动度均大于180mm。主要以试件立方体抗压强度、干密度和浆体膨胀率为考核指标,试验结果见表2。采用正交试验设计极差分析在判断各因素作用时缺乏一个定量,分析结果精度较差。为了更加准确地确定各因素水平间的较优组合,分别把各指标按单一指标进行方差分析(表3~表5),然后再对各指标计算分析结果进行综合平衡。综合考察各考核指标:(1)各因素对加气混凝土性能影响的主次顺序见表6,水料比是显著影响因素,水泥掺量次之,石膏和石灰掺量影响不显著。根据表2正交试验结果,借助数学软件采用多元线性回归的方法,得到强度指标与各因素之间的关系式:式中:f——14d饱水抗压强度,MPa;A——石灰掺量,%;B——水泥掺量,%;C——石膏掺量,%;D——水料比。通过数理统计方法对关系式进行线性相关检验,结果表明,在99%置信度水平下,加气混凝土强度值与各因素呈显著多元线性相关。(2)随着水料比的降低,浆体流动性差,发气与稠化速度向2个相反的方向发展。萘系高效减水剂的加入使浆体具有适宜的流动度,调节了发气与稠化速度间的矛盾,有利于加气混凝土形成致密、均匀的气孔结构。与普通混凝土强度形成的影响因素不同,加气混凝土通过水料比对浆体稠度的影响,制约着膨胀率和干密度的变化,又直接影响到抗压强度。(3)水泥掺量增加可加速坯体硬化,提高坯体的强度,进一步水化生成更多CSH凝胶和AFt,提高加气混凝土强度。1.3复合掺合料对免蒸压加压混凝土性能的影响考虑到第1阶段试验制备的免蒸压加气混凝土强度和密度等级与蒸压加气混凝土国标中的规定存在一定的差距,且过高的水泥掺量对生产成本不利。为了最大限度地提高低等级粉煤灰用量,相应地降低水泥用量,参照外加剂和矿物掺合料对普通混凝土性能的作用机理,本阶段试验采用外加剂和活性矿物掺合料对免蒸压养护工艺下制品的性能进行改善。采用水泥胶砂试验方法,基准料浆配合比设定为水胶比0.6,渠河细砂掺量1350g(细度模数0.98),水泥掺量450g。原材料组合方案中选取典型的有机和无机类早强剂三乙醇胺和硫酸钠进行粉煤灰胶砂单掺试验,通过外加剂对粉煤灰活性的激发效果,确定其较优掺量,配合比及试验结果见表7。由表7可知:(1)三乙醇胺掺量为0.07%的胶砂试件相对第2组未掺试件的7d和28d抗压强度分别增长89%和70%,试件的早期强度显著提高,并促进了后期强度的增长。另有试验表明,当掺量大于0.07%时,试件强度发展趋于平缓。这可以解释为三乙醇胺的掺入促进了水泥中C3A的水化,它能加快钙矾石的生成,随着掺量增多,钙矾石转变成单硫型硫铝酸钙的速度加快,保证了后期强度的提高。(2)硫酸钠提高为1.5%时,试件7d和28d抗压强度较掺量为0.3%的第2组分别增长了221%和84%。表明硫酸钠能够促进水泥早期水化反应,但早期水化物结构形成较快,结构致密程度较差一些,因而后期强度发展缓慢。有资料表明,三乙醇胺和硫酸钠的复掺使用能较好地发挥早强作用。在外加剂试验的基础上,原材料组合方案中同时掺入活性矿物掺合料,进一步研究早强剂的复掺和活性矿物掺合料对加气混凝土性能的影响。配合比固定基准组的粉煤灰掺量59%、水泥掺量30%、铝粉掺量0.16%,水料比取0.34,减水剂掺量视浆体稠度调整。配合比及试验结果见表8。由表8可知:(1)掺入0.5%的硅灰对免蒸压加气混凝土性能影响不大。由于加气混凝土强度值与干密度成正比关系,虽然当硅灰掺量增加到1.0%、1.5%时,14d抗压强度相比硅灰掺量为0.5%的试件略有提高,但试件成型干密度较大,所以在低水料比下,硅灰的掺入对加气混凝土的改性效果不理想。(2)与硅灰的掺入效果形成鲜明对比,磨细矿渣粉在低等级粉煤灰加气混凝土中的掺入效果非常明显,掺量为3%和5%的试件14d抗压强度较基准组分别提高了43%和88%。表8中掺量同为1%的硅灰和磨细矿渣粉,2组试件成型干密度相差不大,而后者强度增长更为明显。结果表明,在免蒸压工艺下利用低等级粉煤灰制备加气混凝土,掺入活性高的磨细矿渣粉与浆体水化产物反应生成更多的水化硅酸钙,有利于试件强度的发展。(3)在干密度均值基本相同的前提下,复掺2种早强剂的加气混凝土各龄期的强度均高于基准组,14d强度增长76%,强度增长仅次于掺5%磨细矿渣粉的作用效果。因此,复掺三乙醇胺和硫酸钠可作为一种效果较好的外加剂应用于改善加气混凝土性能。1.4混凝土配合剂的选择本阶段试验参照JTJ053—94《公路工程水泥混凝土试验规程》中的促凝剂配方进行砂浆促凝压蒸试验,测试通过水浴箱加速养护后的试件强度。配合比及试验结果见表9。由表9可见:(1)在85℃水浴环境下加速养护加气混凝土试件,前3组试件5d抗压强度高出同龄期标养试件105%。结果表明,由于在热养护条件下粉煤灰玻璃体结构网络被破坏,Si—O、Al—O键断裂,活性硅、铝易溶出,加快了水化产物的形成,加气混凝土强度发展较快,试件在短时间内即可获得较高的强度。(2)水料比为0.34时,结合第2阶段矿渣粉单掺试验结果可知,早强剂和矿渣粉的复合掺入更加有利于提高加气混凝土性能。而且从试件性能和成形性、完整性来看,无论是促凝剂的单掺还是促凝剂与矿渣粉复合掺入,其掺入效果都不如早强剂与矿渣粉的复合掺加。因此,参考砂浆促凝压蒸法选用的促凝剂,在粉煤灰加气混凝土中的使用效果不好。(3)GB11968—2006规定B08级加气混凝土合格品的干密度不大于825kg/m3,抗压强度不小于7.5MPa。表9中通过掺加外加剂和活性矿物掺合料热养护工艺下制备的第1组试件虽然干密度略高于B08,但5d龄期强度等级已达到了A7.5级蒸压加气混凝土合格品要求。由于本试验采用小模发气制备加气混凝土,未能充分利用水泥水化和石灰消解放热,不利于铝粉发气和制品强度的增长,与企业规模化制备的产品存在一定的性能差异。因此,通过采用工业化生产进一步调整水料比,改善孔结构和孔壁强度,可进一步降低制品密度并提高其强度以达到GB11968—2006要求。2为物体的劳工性能和微观结构试验2.1材料的保温隔热性能将表9中第1组热养护下制备的粉煤灰加气混凝土与几种墙体材料保温隔热性能进行对比,结果见表10。由表10可知,本文研制的加气混凝土的导热系数较低,密度较小,采用较小的保温层厚度即可获得较大的热阻值,制品热工性能优异。2.2热养条件下的混凝土性能对表9中第1组标养和热养试件分别进行扫描分析(分别见图1~图2)。图3为热养成型试件气孔结构图。图1表明,标养条件下的加气混凝土水化产物以石膏结晶体为主,没有托贝莫来石和水化石榴子石出现,孔隙较多,结合较弱。图2表明,热养条件下的加气混凝土水化产物主要以片状氢氧化钙、针棒状钙矾石、凝胶和结晶度介于凝胶和托贝莫来石晶体之间的CSH(B)为主,还有少量托贝莫来石及AFt、AFm晶体。加气混凝土强度与孔结构有关,强度随孔隙率增大而降低。图3表明,试验制备的加气混凝土气孔结构分布均匀,孔径形状以椭圆形为主,孔径和孔间壁厚度均不足0.1mm,经测试孔隙率在50%~60%。SEM分析结果表明,免蒸压粉煤灰加气混凝土由于养护温度较低,水化产物结晶度较低,凝胶数量较多,凝胶孔的含量比结晶良好的托贝莫来石要多,因而它的收缩性较大,制品强度发展尤其是后期强度会受到制约。3免蒸压蒸发混凝土水化产物的合成影响(1