免蒸压加气混凝土的容重研究

免蒸压加气混凝土的容重研究

1粉煤灰利用的意义目前，中国许多地区使用粉煤灰的利用还不够充分。未利用的粉煤灰对自然生态的破坏往往被人忽视,而会产生严重的长期的恶果。利用粉煤灰质量轻,有活性的特点,用来代替粘土开发新型轻质、低能耗、具有良好综合性能的墙体材料,可以同时对保护环境,节约土地、发展新型墙体材料有重要意义。本研究的目的就是研制一种新型的低能耗免蒸压粉煤灰轻质加气墙体砌块,有较好的强度及隔热保温等综合性能,并作一些理论上的探讨。2实验材料和方法2.1水土石、铝粉膏的制备粉煤灰为湘潭电厂排出的原状粗灰和经浮选脱碳磨细处理后的Ⅱ级精灰;水泥采用长沙新生水泥厂的425号普通硅酸盐水泥;石膏为长沙白田铺天然二水石膏;生石灰取自长沙洞井铺碳酸钙厂,消化速度为8～10分钟,消化温度为92℃,有效CaO为72.23%;矿渣为湘潭钢铁公司的水淬矿渣,经烘干磨细后使用;铝粉膏取自衡阳市硅酸盐制品厂,其固体分大于75%,固体分中活性铝大于90%。其盖水面积大于4000cm2/g。外加剂为自已复合配制,含有三乙醇胺,硫酸钠等。原料的化学成分和颗粒组成见表1和表2。2.2抗压强度、配比及养护将预定细度的原料按预定重量百分比依次加入水泥砂浆搅拌器中,搅拌混合一分钟后加入55℃的热水,水料比为0.55～0.60。三分钟后加入配制的外加剂,分散均匀后再加入铝粉膏搅拌40秒钟。铝粉膏固定用量为0.6%。然后将料浆注入10×10×10cm的模具中,在环境温度25℃,相对湿度60%条件下,静置空气中自然养护24h后脱模,形成立方体试样。脱模后的试样接着放入相对湿度大于96%的养护箱中养护,直到预定龄期,进行相关测定。试样的配比及所测抗压强度等结果见表3。按照表中B3样的配比,浇注了标准砌块,1d后脱模,并在湿空气中养护28d,对其进行观察,发现砌块脱模后强度稳定,外观完好,无裂缝、缺棱掉角的现象。2.3扫描电子显微镜分析用X-射线衍射分析仪对材料的矿物组成进行定性分析,条件为40KV、30mA、Cu-Ka幅射。用扫描电子显微镜进行微结构分析。体积密度和孔隙率的测定采用水浸法。2.4体积密度的测定为了考察体积密度与强度的关系,固定配方B2。通过调节铝粉膏的含量,而获得不同体积密度的试样。从而了解体积密度与强度的关系。其结果见图1。3适当的体积密度表3中试样A1至A3通过固定其它组成来选择最佳的粉煤灰和石灰比。B1至B3在基本固定粉煤灰和石灰之比的情况下来选择适合于该研究项目的水泥用量。C1至C3比较石膏掺量的多少对制品强度的影响。研究发现,该免蒸压制品的粉煤灰和石灰之比在4.5∶1左右较合适。石膏的掺量为2%,再增加石膏掺量对强度的影响不是很明显,而且可能引起制品的过度膨胀导至开裂。由表可见,制品的强度随水泥用量的增加而增加。关于水泥用量有以下综合考虑:国内曾有过免蒸压加气混凝土砌块的生产,但很少继续投入实际使用,由研究有关报导中可以发现,大多数都是不用水泥或水泥用量很少,制品体积密度都是以蒸压加气混凝土为标准,在800kg/m3以下,制品的水化产物不够,强度一般偏低,抗碳化性能差,后期强度得不到保证,很难用于实际的生产和应用。制品只有形成足够的高强度水化物,能紧密相互结合成一个整体后,强度才有保证。粉煤灰能够在激活剂和其它外加剂的作用下发生水化反应,生成水化产物,但它的量还是不够的,所以对免蒸压加气混凝土仅考虑如何降低水泥用量是不可取的,实践表明:应考虑加入适量的水泥,选择适当的体积密度。表3说明,试样强度随水泥用量增加而增长,但水泥用量过多,必将使成本增加。综合以上考虑,选择制品的水泥用量为15%左右较合适。表中B2试样的体积密度为910kg/m3,28d强度为6.3MPa,且后期强度仍继续增长。图1反应了体积密度与强度的关系。可以发现,强度随体积密度的增加而增长。但在低体积密度区域,强度增长较慢。随着体积密度增加,抗压强度增长速率加快。发现这一规律对于指导实际应用有一定的意义,综合制品的性能和生产成本情况后,考虑可以在适当的体积密度范围内进行生产。当体积密度在800kg/m3以下时,强度发展还不是很快,体积密度等于800kg/m3时,试样28d抗压强度为4.9MPa,其3d抗压强度只有2MPa左右。投产时可能不便于实际操作,制品易在生产过程中遭到损坏,为使该免蒸压加气制品具有生产和使用价值,有一个合理的早期强度是必要的。本人认为,本研究的免蒸压加气制品,体积密度大于800kg/m3是比较合理的,如体积密度为910kg/m3时,28d抗压强度为6.3MPa,这种强度,基本可以与B07级加气混凝土砌块相近,可用于一般承重结构,与B07加气混凝土砌块相比,虽然体积密度稍大,但强度基本相近,而工艺却简单得多,投资大大减少。本研究可以在体积密度大于800kg/3时,根据用途制成不同的墙体砌块产品,但随着体积密度的增加,制品质量增大,隔热保温性能下降,原料用量增加,制品成本也随之增大。综合以上考虑,认为体积密度宜控制在800～1100kg/m3之间。试样28d养护后的XRD结果表示于图2。从图中分析,可得出其主要物相为钙矾石,水化硅酸钙以及石英和方解石。Ca(OH)2的衍射峰也能观测到,但相对于其在试样中的总含量而言,其衍射强度是相对较弱的,这表明大量Ca(OH)2已进入了反应。钙矾石和水化硅酸钙(C-S-H)的衍射峰较强,表明此两相的量相对较大。大量的C-S-H和钙矾石的形成表明粉煤灰、石灰、石膏之间发生了反应。相当一部分粉煤灰参与反应,形成C-S-H和钙矾石,促成了制品早期和长期强度的发展。XRD结果也同时显示出一定量的粉煤灰没有参与反应。由石英和方解石的特征峰可见,它们来自粉煤灰。无论怎样,XRD结果表明了大量的钙矾石和C-S-H的形成。由扫描电子显微镜分析(SEM)能够进一步说明一些问题。图3a、b表示在试样中大量形成的钙矾石针状晶体,图3c、d表明了大量形成的C-S-H。大量的钙矾石和C-S-H的形成,表明粉煤灰不是一种隋性组分,而是一种活性组分,这对材料的强度增长和稳定起了决定性作用。在这种形成过程中,石灰和石膏起着激发剂的作用。溶于水中的Ca2+和SO42-吸引粉煤灰中的Al2O3形成钙矾石,粉煤灰中的原始平衡被打破,剩余的SiO2和CaO与溶液中剩余的石灰相遇,形成C-S-H,因此在这种免蒸压加气混凝土材料中,对强度起主要作用的物相组成是钙矾石晶体和水化硅酸钙凝胶,大量的钙矾石和C-S-H向空隙区域伸展,形成连续的交错网络,将部分分散的其它组成联结在一起,促