蒸壓粉煤灰加氣混凝土復(fù)合發(fā)泡劑的研究

蒸壓粉煤灰加氣混凝土復(fù)合發(fā)泡劑的研究

1免蒸加壓混凝土制品的應(yīng)用恒恒混凝土具有輕重量、節(jié)約土壤、方便拆卸等優(yōu)點。它是中國輕粘土材料的一種重要類型，也是未來發(fā)展的一個重要方向。但目前加氣混凝土產(chǎn)品往往需要經(jīng)過高溫、高壓、較長時間(183～197℃、1.0～1.5MPa、8～12h)的養(yǎng)護(hù)過程,設(shè)備投資大,能耗較高,因而產(chǎn)品的生產(chǎn)成本較高。而大部分報道免蒸加氣混凝土制品的研制中,仍存在一些不足之處:①膠結(jié)料用量太多,如水泥類加氣混凝土,05級產(chǎn)品每m3制品水泥用量達(dá)150～300kg,而目前蒸壓加氣混凝土制品水泥用量僅60～100kg;②膠結(jié)料種類以氣硬性膠凝材料為主(石膏、菱苦土、氯氧鎂水泥),這類膠凝材料的抗水性差,從而影響制品的耐久性,應(yīng)用范圍受到限制,難以大面積推廣使用。本文在與工業(yè)生產(chǎn)的蒸壓粉煤灰加氣混凝土相近的原料配方及工藝條件下,通過改善孔結(jié)構(gòu)和激發(fā)粉煤灰的活性,在55～100℃養(yǎng)護(hù)7～1d,使制品的強(qiáng)度及密度指標(biāo)達(dá)到GB/T11968—1997的要求。2材料和方法2.1改性石膏、激發(fā)劑和微塵劑a.實驗所用原材料產(chǎn)地及化學(xué)性質(zhì)見表1。b.石膏:結(jié)晶水含量為14.38%,SO3含量為35.71%。c.激發(fā)劑:為改性工業(yè)用水玻璃;微沫劑WY為自配試劑;鋁粉產(chǎn)自廣東順德。2.2表2顯示了基本的實驗配置2.3澆注成型、濕養(yǎng)護(hù)經(jīng)粉磨的中燒石灰與石膏按配比與粉煤灰、水泥按配方一次投入容器中,激發(fā)劑和微沫劑WY先溶于水,加水后攪拌3min,然后放入鋁粉,再攪拌1min,快速澆注成型,30min發(fā)氣完畢。放入55～60℃的恒溫烘箱中進(jìn)行濕養(yǎng)護(hù),24h脫模,養(yǎng)護(hù)齡期1～7d;若進(jìn)行95～100℃的蒸養(yǎng),則發(fā)氣完畢后,靜停1～2h后才進(jìn)行養(yǎng)護(hù),且4～5h即可脫模,養(yǎng)護(hù)齡期1～2d。2.4可溶性si2與可溶性al2o3對水化產(chǎn)物量的計算取少量破型后的試樣用瑪瑙研缽磨細(xì),經(jīng)105℃烘2h,根據(jù)文獻(xiàn)的方法進(jìn)行可溶性SiO2與可溶性Al2O3分析,以可溶性(SiO2+Al2O3)的量表示水化產(chǎn)物量的多少。3結(jié)果與分析3.1合成wy的氣孔結(jié)構(gòu)加氣混凝土的孔結(jié)構(gòu)是影響其性能的一個重要因素。一般加氣混凝土的孔隙率達(dá)70%～80%,其中由發(fā)泡劑在堿性溶液中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣孔占40%～50%,由水分蒸發(fā)留下的毛細(xì)孔造成的氣孔占20%～40%,大部分氣孔孔徑為0.5～2mm,平均為1mm。近年來,人們對加氣混凝土中的孔結(jié)構(gòu)組成更為重視,并提出最合理的孔隙結(jié)構(gòu)應(yīng)由40%～50%的泡沫孔和50%～60%的加氣孔組成,兩類孔隙呈此優(yōu)化組合時,料漿的保氣能力及內(nèi)聚力增強(qiáng),加氣混凝土具有最佳的物理—力學(xué)性能。泡沫孔有較好的氣孔結(jié)構(gòu),氣孔呈圓球或橢圓球形,分布均勻獨立,孔徑為0.1～0.8mm,并以0.2～0.5mm為主;而加氣孔孔徑為0.4～1.6mm,并以0.4～1.0mm為主。目前我國加氣混凝土工業(yè)所用的發(fā)氣劑為鋁粉(或鋁粉膏),所形成的氣泡都是加氣氣孔。本實驗采用微沫劑WY與鋁粉復(fù)合來改善加氣混凝土的氣孔結(jié)構(gòu)。實驗結(jié)果表明,用單一鋁粉發(fā)氣的制品氣孔較大,連通孔較多,孔徑多在0.4～0.6mm之間,有部分1～1.25mm的大孔;而添加鋁粉與微沫劑WY組成的復(fù)合發(fā)泡劑進(jìn)行發(fā)氣的制品,氣孔變小,連通孔少,孔徑都在0.6mm以下,大多數(shù)在0.2～0.5mm之間,明顯細(xì)化了孔結(jié)構(gòu)。其對制品強(qiáng)度的影響如表3所示。由表3結(jié)果可知:對于試樣1和2,摻WY后強(qiáng)度有明顯地提高,1d強(qiáng)度增長84%,3d強(qiáng)度由0.95MPa增至2.35MPa,增長了147%。這是因為摻入WY后,氣孔結(jié)構(gòu)得到了改善,大氣孔變?yōu)樾饪?在密度相近的條件下,氣孔的比表面積增大。由于氣孔內(nèi)液相含量較高,反應(yīng)物與液相的接觸面積增大,對傳質(zhì)過程有利,故可生成更多的水化產(chǎn)物,1d可溶物(SiO2+Al2O3)由6.72%增至8.41%,3d可溶物(SiO2+Al2O3)由9.06%增至10.61%。這對強(qiáng)度的提高作用較大,尤其是后期強(qiáng)度,因為氣孔小,氣孔內(nèi)壁水化產(chǎn)物層厚,水化產(chǎn)物堆積密集,顆粒之間膠結(jié)能力增強(qiáng),強(qiáng)度增幅也較大。隨著激發(fā)劑摻量由0增至3.4%,1d強(qiáng)度增長幅度較大,強(qiáng)度最多可提高60%,3d強(qiáng)度變化不十分明顯。當(dāng)激發(fā)劑摻量為2.7%時,1、3d強(qiáng)度達(dá)到最大值。并且,各試樣1d的水化產(chǎn)物量與強(qiáng)度的變化趨勢是一致的,說明在早期,強(qiáng)度與反應(yīng)程度有很好的相關(guān)性。摻有激發(fā)劑的3d試樣,當(dāng)摻量由2.0%增至3.4%時,強(qiáng)度與水化產(chǎn)物量的變化趨勢亦相同。未摻激發(fā)劑的試樣2,雖然3d的水化程度比摻有3、4、5試樣都低,但強(qiáng)度卻與之相近,這與水化產(chǎn)物的結(jié)晶程度有關(guān)。激發(fā)劑不但能加速粉煤灰與氫氧化鈣的反應(yīng)速度,還有利于提高水化產(chǎn)物的結(jié)晶程度。試樣5的強(qiáng)度及可溶物量均小于試樣4,這仍可能與水化產(chǎn)物的結(jié)晶狀態(tài)不同有關(guān)。由上述實驗結(jié)果可知,適當(dāng)摻量的激發(fā)劑有利于加速水化反應(yīng),提高制品強(qiáng)度,尤其是早期強(qiáng)度。3.2粉煤灰的及其制品的強(qiáng)度在激發(fā)劑摻量為2.7%,微沫劑WY摻量0.07%,養(yǎng)護(hù)溫度55～60℃條件下,研究不同粉煤灰對制品性能的影響,實驗結(jié)果如表4所示。表4的結(jié)果表明,各試樣的強(qiáng)度均隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長而增長,制品的強(qiáng)度在早期發(fā)展較快,1d強(qiáng)度達(dá)7d強(qiáng)度的55%以上,3d強(qiáng)度達(dá)7d強(qiáng)度的80%以上,隨著齡期的延長,制品的強(qiáng)度增幅減小。這與可溶物含量的增長規(guī)律是一致的。從各試樣可溶物分析結(jié)果(Al2O3/SiO2)的數(shù)據(jù)變化中可見到,隨著齡期的延長,Al2O3的增量較少,Al2O3/SiO2比值在下降,這說明粉煤灰中可溶Al2O3比SiO2更易與Ca(OH)2反應(yīng),水化鋁酸鈣產(chǎn)物要比水化硅酸鈣產(chǎn)物生成更快。隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行,水化硅酸鈣產(chǎn)物才逐漸增多。制品1d強(qiáng)度的建立主要依賴于,早期溶出較多Al2O3形成較多的水化鋁酸鈣及部分較易溶出SiO2形成水化硅酸鈣。而1d以后,由于可溶Al2O3增量很少,制品3～7d強(qiáng)度的增長主要依賴于水化硅酸鈣產(chǎn)物的不斷增加。由此可以認(rèn)為,在本實驗條件下,粉煤灰中可溶Al2O3越多,對提高制品的1d強(qiáng)度越有利,而可溶SiO2的增多,對制品的早后期強(qiáng)度都有利。不同品質(zhì)的粉煤灰,其可溶物的數(shù)量及其制品強(qiáng)度不盡相同,這與粉煤灰本身的性質(zhì)有關(guān)。粉煤灰中可溶物的種類與含量隨著煤的種類、產(chǎn)地、化學(xué)成分、燃燒溫度、細(xì)度等因素而變化。本實驗所選用的4種粉煤灰的化學(xué)成分見表1。從可溶物分析來看,4種灰各齡期的反應(yīng)程度差別不大,水化產(chǎn)物的數(shù)量相當(dāng),但強(qiáng)度卻相差較大。粉煤灰A、B配制的加氣混凝土的1、3、7d強(qiáng)度都較高,并且7d強(qiáng)度均達(dá)到國標(biāo)的要求;粉煤灰C、D配制的加氣混凝土的強(qiáng)度都偏低,尤其是粉煤灰C,早后期強(qiáng)度都低,而且增幅很小。這主要與粉煤灰的含碳量、可溶物的數(shù)量及Al2O3/SiO2比值大小有關(guān)。粉煤灰中的碳,不僅影響到微沫劑(表面活性劑)的發(fā)氣量,破壞孔結(jié)構(gòu),更重要的是碳粒分布在粉煤灰顆粒之間,破壞反應(yīng)產(chǎn)物的相互粘結(jié),降低界面的粘結(jié)力,從而降低制品的強(qiáng)度。C、D粉煤灰的含碳量均較高,故強(qiáng)度較低。粉煤灰A、B與C、D相比,不但含碳量較低,而且在同一齡期,可溶SiO2較多,Al2O3/SiO2較小,因而配制制品強(qiáng)度較高。故在選擇配制加氣混凝土制品的粉煤灰時,應(yīng)選擇含碳較低,可溶物含量較多,可溶SiO2含量較多的為佳。3.3激發(fā)劑對水化產(chǎn)物的活性將養(yǎng)護(hù)溫度提高到95～100℃,實驗結(jié)果如表5所示。由表5可知,將養(yǎng)護(hù)溫度由55～60℃提高到95～100℃,制品的強(qiáng)度大幅度提高,養(yǎng)護(hù)齡期大大縮短,1d齡期制品的強(qiáng)度即可達(dá)到國標(biāo)GB/T11968—1997的要求。這主要是因為溫度對反應(yīng)速度的影響較為顯著,溫度越高,反應(yīng)速度越快,反應(yīng)程度也越高。實驗結(jié)果表明,95～100℃時試樣1d可溶物(SiO2+Al2O3)的數(shù)量幾乎是55～60℃時1d試樣的2倍,甚至比55～60℃時7d試樣的可溶物還多,因而制品強(qiáng)度在1d齡期即可達(dá)到較高的水平。隨著激發(fā)劑摻量的增大,制品1d強(qiáng)度逐漸增大,2d強(qiáng)度逐漸下降,其發(fā)展規(guī)律與水化產(chǎn)物量的變化規(guī)律一致。齡期較短時,激發(fā)劑加速粉煤灰與氫氧化鈣的反應(yīng)速度,水化產(chǎn)物隨激發(fā)劑摻量的增大而增多;而較長齡期時,由于激發(fā)劑改變了水化產(chǎn)物的結(jié)晶形態(tài),制品的強(qiáng)度及水化產(chǎn)物的數(shù)量均較不摻激發(fā)劑的空白樣低。由此可知,激發(fā)劑對制品強(qiáng)度的增強(qiáng)作用隨溫度的升高和養(yǎng)護(hù)齡期的延長而逐漸減弱。4提高制品的強(qiáng)度(1)微沫劑WY與鋁粉組成的復(fù)合型發(fā)氣劑,能較好地改善加氣混凝土中的孔結(jié)構(gòu)。單一鋁粉發(fā)氣,孔徑為0.4～1.25mm,并以0.4～0.6mm為主;采用復(fù)合型發(fā)氣劑,可使孔徑均小于0.6mm,并以0.2～0.5mm為主。在同一密度條件下,可使加氣混凝土的孔結(jié)構(gòu)均勻細(xì)化,并可有效提高制品的強(qiáng)度。(2)摻入改性工業(yè)水玻璃作為粉煤灰活性激發(fā)劑,能加速它與氫氧化鈣的反應(yīng)速度,選擇適當(dāng)摻量可有效地提高制品的早后期強(qiáng)度,在養(yǎng)護(hù)溫度較低時(如55～60℃)作用更為顯著。(3)粉煤灰中