創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱 固硫灰制備600Kg/M3泡沫混凝土專 題 姓名 李密 學(xué)號 手機(jī) Email 專 業(yè) 材料科學(xué)與工程班級 材料0802 指導(dǎo)教師及職稱 嚴(yán)云（教授） 開課學(xué)期 2011 至2012 學(xué)年 1 學(xué)期提交時(shí)間 2012 年 4 月 16 日一、實(shí)驗(yàn)摘要隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，火力發(fā)電對大氣的嚴(yán)重污染已引起人們的高度重視，其主要污染物是向大氣排放的SO2及NOx。循環(huán)流化床（CFB）燃燒技術(shù)是一項(xiàng)近20年發(fā)展起來的清潔煤燃燒技術(shù)，其主要特點(diǎn)是通過加入含有較高CaCO3的物質(zhì)，對燃煤過程中產(chǎn)生的SO2進(jìn)行吸收，降低煙氣中SO2的含量，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。固硫灰是循環(huán)流

2、化床燃煤產(chǎn)生的飛灰，固硫灰與煤粉爐粉煤灰同屬燒黏土質(zhì)摻合料，具有一定的火山灰活性，因此具有較大利用價(jià)值，但由于其煅燒工況不同于普通煤粉鍋爐，故固硫灰的性質(zhì)與普通粉煤灰完全不同。以往的粉煤灰綜合利用技術(shù)不能應(yīng)用于固硫灰。有必要進(jìn)行研究。泡沫混凝土是一種多孔結(jié)構(gòu)的人造材料，具有質(zhì)輕，保溫，隔熱，吸聲隔音，抗震防火，施工簡便等優(yōu)點(diǎn)。采用泡沫混凝土作墻體材料可以大大減輕建筑物自重，同時(shí)改善居住條件，節(jié)約冬季取暖用煤。因此，泡沫混凝土是綠色墻材。 本實(shí)驗(yàn)通過固硫灰-水泥-石灰基體基本性能探究和以此材料為主制備的泡沫混凝土的初步試配，為進(jìn)一步研究固硫灰的性能及其綜合利用提供依據(jù)。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.研究固硫灰

3、的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，凝結(jié)時(shí)間等基本性能。2.研究不同摻量固硫灰對水泥-固硫灰膠砂強(qiáng)度的影響，研究不同摻量固硫灰，加入生石灰激發(fā)劑對固硫灰-水泥-石灰膠砂強(qiáng)度的影響，以2天蒸養(yǎng)模擬固硫灰對水泥-固硫灰膠砂后期強(qiáng)度發(fā)展，以此研究固硫灰對系統(tǒng)后期強(qiáng)度的影響。3.研究不同固硫灰摻量對水泥-固硫灰-水系統(tǒng)泡沫混凝土性能的影響，研究石灰激發(fā)下的固硫灰-水泥-石灰-水基泡沫混凝土的性能變化。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案1、實(shí)驗(yàn)原理 固硫灰本身具有自硬性，水化活性也比粉煤灰強(qiáng)，這些特點(diǎn)決定固硫灰成為一種可以被廣泛利用的材料的可能性非常大。固硫灰的主要礦物組成是-石英、型硬石膏、游離氧化鈣、未分解的石灰石、鈣礬石以及赤鐵礦等

4、，由于固硫劑的加入，固硫灰中的CaO和SO3的含量相比同樣是燃煤產(chǎn)物的粉煤灰大得多，燒失量大，且由于煤質(zhì)波動(dòng)大，固硫劑摻量的波動(dòng)亦很大，造成固硫灰的化學(xué)成分波動(dòng)很大。固硫灰和粉煤灰相比表觀差異較大。固硫灰顆粒表面疏松多孔，主要由形狀不規(guī)則的球形顆粒組成，表面具有深入顆粒內(nèi)部的裂紋。目前，利用固硫灰于混凝土中，粉磨到一定細(xì)度是改善其性能非常重要的方法，本實(shí)驗(yàn)利用粉磨20分鐘的固硫灰進(jìn)行試驗(yàn)，探究其各項(xiàng)性能。通過堿性激發(fā)劑（石灰）的作用，激發(fā)固硫灰的活性，通過不同石灰摻量，測試固硫灰-水泥-石灰的膠砂強(qiáng)度來確定石灰的最佳摻量，為固硫灰制備泡沫混凝土提供依據(jù)。通過正交試驗(yàn)來探究不同水灰比，不同固硫灰

5、，石灰摻量下的泡沫混凝土的各項(xiàng)性能，為制備出符合國家標(biāo)準(zhǔn)的混凝土試塊作嘗試性的研究。2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）不同摻量固硫灰的固硫灰-水泥基體基本性能：標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間（2）固硫灰-水泥-石灰基膠砂性能測試：未摻激發(fā)劑（石灰）下，固硫灰摻量分別為10%、20%、30%、40%、50%、60%時(shí)固硫灰-水泥的膠砂強(qiáng)度；固硫灰摻量為10%和20%，蒸養(yǎng)48小時(shí)的固硫灰-水泥體系的膠砂強(qiáng)度。因固硫灰的吸水性大于水泥，故此處將用水量定為0.54，而非0.5。不同生石灰摻量（等量取代水泥）（摻量分別為5%、10%、15），固硫灰摻量為20%和50%時(shí)固硫灰-水泥-石灰的膠砂強(qiáng)度。水灰比定為0.54。不同

6、固硫灰摻量（50%、55%、60%、65%）對水泥-固硫灰-水系統(tǒng)泡沫混凝土性能的影響，研究石灰激發(fā)下（摻量為5%、10%、15%）的固硫灰（摻量為20%、30%、40%、50%、55%）-水泥-石灰-水基泡沫混凝土的性能變化。3、實(shí)驗(yàn)計(jì)劃3.1不同摻量固硫灰的固硫灰-水泥基體基本性能：按照GB1346-2001水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法的要求測定標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間。3.2固硫灰-水泥-石灰基膠砂性能測試：（1）通過萬能壓力機(jī)以水泥膠砂的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，測試在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)3d，大小為40x40x160mm未摻激發(fā)劑下的固硫灰-水泥膠砂試塊強(qiáng)度，抗折強(qiáng)度以6000N為標(biāo)準(zhǔn)，

7、按水泥膠砂測試方法測定。（2）通過萬能壓力機(jī)以水泥膠砂參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，測試在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)齡期3d，大小為40x40x160mm的，生石灰摻量為5%、10%、15%，固硫灰摻量為20%和50%的固硫灰-生石灰-水泥體系試塊的膠砂強(qiáng)度，抗折強(qiáng)度以6000N為標(biāo)準(zhǔn)，按水泥膠砂測試方法測定。（3）通過萬能壓力機(jī)以水泥膠砂的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，測試在60養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)48小時(shí)，大小為40x40x160mm，固硫灰摻量為10%、20%的固硫灰-水泥體系試塊的膠砂強(qiáng)度，與單摻水泥試塊比較，以此模擬固硫灰對固硫灰-水泥體系后期強(qiáng)度的影響情況。（1） （4）通過萬能壓力機(jī)以水泥凈漿的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，測試在60蒸養(yǎng)箱養(yǎng)護(hù)48小時(shí)，

8、大小為70.7x70.7x70.7，不同固硫灰摻量（50%、55%、60%、65%）的水泥-固硫灰-水系統(tǒng)泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度；測試在生石灰激發(fā)下（摻量為5%、10%、15%）的固硫灰（摻量為20%、30%、40%、50%、55%）-水泥-石灰-水基泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度。4實(shí)驗(yàn)結(jié)果4.1.不同摻量固硫灰的固硫灰-水泥基體基本性能標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量初凝時(shí)間終凝時(shí)間固硫灰43%/30%固硫灰+70%水泥36.50%/水泥26.50%177320分析：由于固硫灰的成型溫度低，難以形成液相而使固硫灰的表面疏松多孔，吸水性比粉煤灰大很多，比水泥亦大，從數(shù)據(jù)上也可以看出，純固硫灰的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量達(dá)到了43%，

9、而純水泥則為26.5%。通過磨細(xì)處理，固硫灰的多孔結(jié)構(gòu)部分遭到破壞，使需水量降低，活性也得到一定的提高，膨脹能也能提前釋放，對基體的膨脹影響相應(yīng)的降低。由于時(shí)間關(guān)系，固硫灰的凝結(jié)時(shí)間未能測定，但是根據(jù)分析，固硫灰的凝結(jié)時(shí)間比水泥大很多，等量取代水泥后，凝結(jié)時(shí)間提前，磨細(xì)處理，凝結(jié)時(shí)間提前。4.2 固硫灰-水泥-石灰基膠砂性能測試4.2.1未摻激發(fā)劑（石灰）下固硫灰-水泥的膠砂強(qiáng)度其中固硫灰摻量分別為10%、20%、30%、40%、50%、60%，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：固硫灰摻量齡期：3d123平均值10%抗折強(qiáng)度4.865.115.115.03抗壓強(qiáng)度23.5224.723.7523.8523.732

10、3.5923.8120%抗折強(qiáng)度3.523.93.883.77抗壓強(qiáng)度20.5619.8820.2720.2720.4620.0620.3930%抗折強(qiáng)度2.612.522.472.53抗壓強(qiáng)度12.7912.6412.9412.8512.9812.8712.8640%抗折強(qiáng)度1.712.021.891.87抗壓強(qiáng)度7.727.727.967.87.767.647.9750%抗折強(qiáng)度1.51.561.661.57抗壓強(qiáng)度6.997.167.077.137.267.137.1860%抗折強(qiáng)度1.131.311.171.2抗壓強(qiáng)度5.255.245.165.125.074.825.2抗折強(qiáng)度關(guān)系如

11、圖： 抗壓強(qiáng)度趨勢如圖：分析：隨著固硫灰摻量的加大，體系的抗折強(qiáng)度成下降趨勢，10%-30%基本上呈等差數(shù)列下降，而40%-60%下降趨勢趨緩，而抗壓強(qiáng)度在固硫灰摻量不大（20%以內(nèi)）時(shí)，強(qiáng)度值下降很慢，超過20%，強(qiáng)度劇烈下降，40%至更大值時(shí)下降趨勢又趨緩。故一般情況下，固硫灰利用的合理摻量不會(huì)很大（可能在20%以內(nèi)），若考慮復(fù)摻其他摻合料和堿性激發(fā)劑來提高固硫灰的活性，則其利用的范圍應(yīng)該會(huì)更大。至于固硫灰對體系后期強(qiáng)度的貢獻(xiàn)，則由下面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來一定程度的反映。4.2.2固硫灰摻量為10%和20%，蒸養(yǎng)48小時(shí)的固硫灰-水泥體系的膠砂強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)4.2.3不同生石灰摻量（等量取代水泥）（

12、摻量分別為5%、10%、15），固硫灰摻量為20%和50%時(shí)固硫灰-水泥-石灰的膠砂強(qiáng)度數(shù)據(jù)4.3.不同固硫灰、石灰摻量的固硫灰-水泥-石灰-水基泡沫混凝土的制備 介于對固硫灰-水泥-石灰基體的研究是為了應(yīng)用于泡沫混凝土上，故有必要對泡沫混凝土的配合比設(shè)計(jì)要求及方法進(jìn)行介紹，具體如下：配合比設(shè)計(jì)的基本原則：1) 按泡沫混凝土干密度要求, 確定水泥及固硫灰用量；2) 通過水泥及固硫灰用量, 確定泡沫混凝土用水量；3) 按照膠凝材料、用水量, 確定水泥凈漿體積；4) 通過水泥凈漿體積, 確定泡沫劑體積；5) 按泡沫體積、實(shí)測泡沫密度, 確定泡沫質(zhì)量；6) 根據(jù)泡沫質(zhì)量、泡沫劑稀釋倍數(shù), 確定泡沫劑

13、的用量.在確定各物料配合比時(shí), 應(yīng)注意某些材料的緩凝性, 它們會(huì)對早期強(qiáng)度變化特別是料漿的初凝有重要影響, 加量較大時(shí)可能會(huì)降低澆筑的穩(wěn)定性, 甚至引起塌模, 因此, 要控制他們的用量. 任何一種設(shè)計(jì)計(jì)算, 與生產(chǎn)實(shí)際之間總會(huì)存在一定的偏差, 還需要進(jìn)行反復(fù)的調(diào)整, 然后才能在生產(chǎn)中應(yīng)用, 并不斷完善.下面以此進(jìn)行具體的配合比設(shè)計(jì)（以水泥-固硫灰-水-泡沫為例）干 = Sa( Mc + Mg) , ( 1)Mw =( M c + M g) , ( 2)Sa為質(zhì)量系數(shù)，取1.2計(jì)算，Mc為水泥Mg為固硫灰,Mw為水， 為水料比。1 m3泡沫混凝土中, 由水泥、固硫灰和水組成的漿體總體積為 V1,

14、 按式( 3) 計(jì)算, 泡沫添加量 V2按式( 4) 計(jì)算. 即配制單位體積泡沫混凝土, 由水泥、固硫灰和水組成漿體體積剩余部分由泡沫填充.V 1 =M g/g+Mc/c+Mw/w, ( 3)V 2 = K ( 1- V 1 ) , ( 4)式中: g為固硫灰密度, 取 2 600 kg/ m3; c 為水泥密度, 取 3 100 kg / m3; w 為水的密度, 取 1 000 kg/ m3; V 1為加入泡沫前, 水泥、固硫灰和水組成的漿體總體積( m3) ; V 2 為泡沫添加量( m3) ; K 為富余系數(shù), 通常大于1, 視泡沫劑質(zhì)量和制泡時(shí)間而定, 主要應(yīng)考慮泡沫加入到漿體中再混

15、合時(shí)的損失, 對于穩(wěn)定性較好的泡沫劑, 一般情況下取 1. 1 1. 3.泡沫劑的用量 Mp按下式計(jì)算：My =泡V 2 , ( 5)M p = M y / (+ 1) , ( 6)2式中: My 為形成的泡沫液質(zhì)量( kg) ; 泡為實(shí)測泡沫密度( kg/ m3) ; Mp 為 1 m3泡沫混凝土的泡沫劑質(zhì)量( kg) 。下面按照固硫灰：水泥=1：1，水料比為0. 5為例進(jìn)行計(jì)算如下：水泥+固硫灰質(zhì)量：600=1.2*（Mc+Mg），故Mc+Mg=600/1.2=500kg以此得出Mc=250kg,Mg=250kg用水量Mw=0.5*500=250kg凈漿體積：V1=250/3100+250

16、/2600+250/1000=0.427M3泡沫體積V2=k(1-V1)=1.2（1-0.427）=0.688M3按泡沫密度為23kg/m3，1：20稀釋計(jì)算，故My=23*0.688=15.81kgMp=15.81/20+1=0.753kg故得出配比：水泥250kg,固硫灰250kg,水250kg,泡沫劑0.753kg。本實(shí)驗(yàn)采用70.7三聯(lián)模，共需要1.06L體積，取一定的富余系數(shù)，按1.2L配置，需要干料600g,由于泡沫的破滅等因素，采用精確的泡沫體積加入很難操作，故實(shí)驗(yàn)時(shí)采用加入泡沫攪拌至1.2L體積為止，體積的測量以直尺的刻度來確定。值得一提的是，在以后的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)按照稱重的方式計(jì)

17、算泡沫的準(zhǔn)確加入量和由此增加的水料比。泡沫劑的好壞直接影響到試塊能否較好的成型，不好的泡沫劑與基體的適應(yīng)性差，容易破泡，導(dǎo)致塌模，加上固硫灰的凝結(jié)時(shí)間慢，加劇了試樣的成型困難。實(shí)際操作中也出現(xiàn)了很多塌模的情況。實(shí)驗(yàn)中共測試了3種泡沫劑，第一種泡沫劑在加入料漿后，在表面可以看到明顯泡沫快速破滅的現(xiàn)象，且小泡迅速的擴(kuò)展聚集成大泡，上浮于表面破滅，漿體在幾分鐘的時(shí)間里就可以看到明顯的凹陷，幾個(gè)小時(shí)后隨即塌陷，在改變泡沫劑稀釋比和料漿稠度的情況下，狀況仍沒有得到明顯的改善，可能的原因之一是此種泡沫劑與固硫灰的適應(yīng)性不好。固硫灰表面疏松多孔，吸水性強(qiáng)，如果水料比過小，固硫灰會(huì)吸收泡沫的水分，導(dǎo)致其大量的

18、破裂。如果料漿過稀，大量的水分存在也將導(dǎo)致泡沫的破滅，料漿過稠則由于其內(nèi)摩擦力過大導(dǎo)致破泡的發(fā)生。故一個(gè)合適的水料比和合適的料漿稠度是成型成敗的重要因素。在試配無果的情況下，改用另一種發(fā)泡劑，成型后表面破泡的情況大為改善，塌模的情況大大改觀。另外，采用動(dòng)物發(fā)泡劑成型效果明顯，表面幾乎看不到破泡的情況，顯示出其優(yōu)異的性能，從實(shí)際情況考慮，本實(shí)驗(yàn)采用第二種發(fā)泡劑進(jìn)行試驗(yàn)，也取得了不錯(cuò)的效果。在設(shè)計(jì)之初，從強(qiáng)度方面考慮，W/C=0.35-0.5，過低的水料比和固硫灰吸水性的雙重作用帶來的料漿稠度大幅度增加只能以減水劑來調(diào)節(jié)至合適的流動(dòng)度，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，效果出現(xiàn)了很大的差異。隨著水料比的降低，減水劑

19、的摻量加大，雖然改善了和易性，但漿體仍然較粘，料漿不易攪拌均勻，漿體結(jié)球很嚴(yán)重，試塊出現(xiàn)凝結(jié)時(shí)間緩慢，塌模現(xiàn)象。W/C=0.35,固硫灰50%的一組，減水劑摻量為0.67%，成型的混凝土氣孔明顯下小上大，上部小孔聚集成大孔，呈現(xiàn)連通狀態(tài)，下部孔洞扁圓，物料下沉嚴(yán)重，容重不均勻。W/C=0.35，固硫灰65%的一組，減水劑摻量達(dá)到了1.1%，此組試塊完全塌陷，氣泡幾乎完全消失，物料漿體下沉成密實(shí)狀態(tài)，頂部有泌水現(xiàn)象，分層明顯。隨著W/C的增大，氣孔和容重逐漸均勻，形狀規(guī)則，試塊沒有塌?，F(xiàn)象。故在低水料比下漿體和泡沫的相容性問題，試塊成型的問題必須得到解決，泡沫混凝土的強(qiáng)度才能有比較大的改觀。在初

20、期摸索階段，采用較大的水料比和摻入堿性激發(fā)劑，促凝劑等來逐步探索。以下為實(shí)驗(yàn)部分的數(shù)據(jù)分析。4.3.1 不同W/C,不同固硫灰百分比下泡沫混凝土強(qiáng)度關(guān)系實(shí)驗(yàn)：正交試驗(yàn)部分設(shè)計(jì)如下：（W/C=0.45-0.6）W/CMc:Mg質(zhì)量比Mw實(shí)驗(yàn)隨機(jī)分組0.4550%:50%300:300270140.4545%:55%270:330270130.4540%:60%240:360270120.4535%65%210:39027010.545%55%270:33030070.550%:50%300:30030020.535%:65%210:39030030.540%:60%240:36030080.55

21、40%:60%240:360330150.5535%:65%210:39033040.5550%:50%300:30033050.5545%:55%270:33033090.635%:65%210:390360100.640%:60%240:360360160.645%:55%270:330360110.650%:50%300:30036061-16組為實(shí)驗(yàn)組，第17組為較低摻量固硫灰（30%），0.55水料比對比組。測試數(shù)據(jù)如下：編號脫模重量（g）烘干后質(zhì)量(g)抗壓強(qiáng)度（MPa）均值(MPa)D112581992013.273.54D122662064.21D132571983.13D21

22、2311741711.51.53D222301731.7D232221671.4D3121716316621.87D322221681.8D332201671.8D412431811682.11.8D422281671.8D432161571.5D512201641652.12.4D522211652.4D532201642.7D612001461471.72.13D622021472.2D632021472.5D712171641662.372.39D722251701.7D732211682.4D812301731712.022.06D822281701.94D832281712.21D91204151145.51.110.98D92188D931901400.85D1012181581561.512.35D1022191562.48D1032201562.21D1111991421421.11.64D1121991421.85D1131991421.42D121/D1222061481481.581.58D123/D131/D132/D1332281721721.651.65D14123417