新型蒸壓加氣混凝土發(fā)氣材料的研究

新型蒸壓加氣混凝土發(fā)氣材料的研究

在攀鋼-鈦鐵高爐礦渣中，ti2含量超過20%。通過氯化鈉法對提鈦處理后的殘余渣（又名提鈦渣，tz）具有一定的細度和水化活性，可以用來代替磷酸生產(chǎn)的蒸壓混凝土砌塊。然而，由于提鈦渣的密度和等級等物理指標與石灰不同，在應(yīng)用過程中，使氣混凝土生產(chǎn)中的原料濃度降低。傳統(tǒng)的鋁粉用作發(fā)氣劑容易混淆和逃離氣泡，從而顯著降低了發(fā)氣率。因此，在這項工作中，普通混凝土引用劑與傳統(tǒng)鋁粉結(jié)合，開發(fā)出了一種新的壓縮混凝土發(fā)氣材料，有效解決了這個問題。1原材料1.1粉煤灰的破碎、磨細、成分配水泥:中國建筑材料研究院監(jiān)制生產(chǎn)的“外加劑檢驗專用基準水泥”(PO42.5,記為C);生石灰:建筑工地使用的塊狀石灰經(jīng)破碎、磨細而成(記為CaO);粉煤灰:Ⅱ級灰(記為FA),上海寶鋼自備電廠出產(chǎn);提鈦渣:原始釩鈦磁鐵礦渣經(jīng)過磨細和高、低溫的提鈦處理后得到(記為TZ),為灰色細砂狀的干粉.采用熒光分析方法測試的提鈦渣、水泥、粉煤灰與石灰的化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù))見表1.1.2激光粒度分布法按照砂的細度測試和計算方法得到提鈦渣細度模數(shù)為0.53,屬于極細的顆粒料;采用比重瓶測試的提鈦渣真密度為2.963t/m3,比粉煤灰的密度(約為2.2t/m3)高出很多.由于提鈦渣中的細粉料易吸潮,會粘附在篩布表面堵塞篩孔,所以無法用勃氏法或負壓篩法檢驗其細度,于是采用激光粒度分布方法測試其粒徑分布、平均粒徑和中值粒徑,并計算其比表面積,得到其平均粒徑、中值粒徑分別為360.0,320.0μm,比表面積為75.4m2/kg,比一般的濕排粉煤灰顆粒粗,所以其替代粉煤灰拌和的料漿稠度將明顯降低,容易離析.而從其粒徑分布圖(見圖1)可以看出,提鈦渣的粒徑分布范圍較小,勻質(zhì)性好,其最可幾粒徑約為100μm,但小于90μm的細顆粒含量極少,這對料漿的黏聚性不利.1.3工業(yè)廢水處理材料和引氣劑的使用混凝土引氣劑在攪拌時即能在料漿中產(chǎn)生數(shù)量極大的封閉微孔,因這些氣孔的尺寸較小,不滿足加氣混凝土的氣泡尺寸要求,所以一般不用其作為加氣混凝土的發(fā)氣材料.但是引氣劑能夠顯著增加料漿的黏聚性,增加其稠度并降低其初始密度,從而減少料漿內(nèi)部的發(fā)氣壓力,便于鋁粉產(chǎn)生的氣泡長大;同時,會有一些鋁粉顆粒被包裹在氣泡中,使鋁粉顆粒的發(fā)氣環(huán)境得到改善.新型加氣混凝土發(fā)氣材料(記為XJ)按照質(zhì)量比由245份工業(yè)廢渣粉、1份混凝土引氣劑和4份鋁粉組成,即引氣與發(fā)氣材料占XJ質(zhì)量的1/50.之所以采用工業(yè)廢渣粉對引氣劑和鋁粉進行稀釋,是因后兩種材料的摻量較低,經(jīng)過稀釋后在使用時便于準確計量.工業(yè)廢渣粉可以是粉煤灰、脫硫石膏粉、火山灰或礦渣粉中任一種或其復(fù)合材料;混凝土引氣劑可以是松香皂、松香熱聚物、甜菜堿、木質(zhì)素磺酸鹽或茶皂素中任一種或其復(fù)合材料.本試驗采用茶皂素、脂肪酰氨烷基甜菜堿和傳統(tǒng)鋁粉進行對比分析.與新型加氣混凝土發(fā)氣材料一樣,分別用工業(yè)廢渣粉將其分散、稀釋50倍,并記為CJ,TJ和LJ.按照產(chǎn)品說明書,茶皂素作為混凝土引氣劑的建議摻量為水泥質(zhì)量的0.00005%～0.00030%,所形成的孔徑范圍為0.01～0.08mm,為不連續(xù)的封閉球形,分布均勻,穩(wěn)定性好.當含氣量為5%(體積分數(shù),下同)以上時,氣泡間距系數(shù)L小于100μm;當含氣量為6%時,氣泡間距系數(shù)L約為80μm.甜菜堿屬于兩性表面活性劑,其起泡性好,與陰離子、陽離子、非離子表面活性劑配伍后能夠增加起泡量和起到穩(wěn)泡作用,作為混凝土引氣劑時的摻量為0.00005%～0.00020%;鋁粉摻量為粉料質(zhì)量的0.0007%～0.0015%,即1/1000左右.2試驗結(jié)果與分析2.1試驗結(jié)果分析首先采用一次性塑料杯進行發(fā)氣試驗.料漿加水、攪拌后將塑料杯放進加有60℃熱水的保溫杯中,以便模擬實際生產(chǎn)時的料漿環(huán)境溫度.配合比、加水后的料漿溫度及干密度等結(jié)果見表2,料漿發(fā)泡過程見圖2.從表2看出,除4#,5#試樣外,引氣劑與發(fā)氣劑摻量折算成純劑的摻量均為1/1000;小樣試驗得到的干密度比標準規(guī)定和實際生產(chǎn)的干密度偏高,這可能是由于小樣試驗環(huán)境溫度低于實際生產(chǎn)的料漿溫度所致.1#～6#試樣采用的粉體材料配比一致,與采用純鋁粉LJ的6#試樣相比,采用茶皂素CJ與鋁粉LJ按照1︰3(質(zhì)量比)復(fù)合的1#試樣其干密度與之接近;當甜菜堿TJ摻量增加而鋁粉摻量降低為兩者相同時(2#試樣),由于鋁粉量減少而使該試樣的干密度顯著增加;采用TJ與LJ按照1︰3(質(zhì)量比)復(fù)合的3#試樣其干密度從855kg/m3降至785kg/m3;減少引氣劑的4#,5#試樣由于總發(fā)氣材料用量減少而使其干密度明顯提高;7#試樣完全不摻粉煤灰,結(jié)果由于料漿稠度降低,在料漿發(fā)氣過程中能夠明顯觀察到鋁粉產(chǎn)生的部分氣泡逃逸出漿體表面,于是發(fā)氣效果受影響,同時因料漿中高密度材料比例增加,所以其干密度較大;8#試樣采用了更高比例的粉煤灰,所以料漿稠度較大,但因其增加了用水量而不至于產(chǎn)生離析,發(fā)氣效果較好,加上料漿中低密度的粉煤灰比例增加,所以其干密度較小.2.2入模、養(yǎng)護和平均抗壓強度根據(jù)上述試驗結(jié)果設(shè)計了一種新型發(fā)氣材料,即采用甜菜堿與鋁粉按照質(zhì)量比1︰4復(fù)合,然后采用脫硫石膏粉將其稀釋50倍.采用7cm×7cm×7cm三聯(lián)試模成型,每次成型3個模具共9塊試樣.因為實際生產(chǎn)時的料漿溫度可達90℃以上,所以預(yù)先將模具放進80℃烘箱中,再將拌和好的料漿立即倒進模具中,每個模具裝濕料500g,入模料漿高度大約為模具高度的2/3,然后關(guān)上烘箱門.通過烘箱的玻璃門可以觀察到,料漿入模后約幾十秒鐘后即開始發(fā)氣、鼓包,大約在入模后30min,發(fā)氣、鼓包進度停止,可以看到在模具上方由于料漿發(fā)泡而形成的“面包頭”;讓料漿連帶模具在烘箱中停留8h,期間在4h時取出模具,用鏟刀沿模具上邊緣削去“面包頭”;拆除模具后將試樣放進蒸壓釜中,按照壓強為1MPa、恒壓及恒溫時間均為12h的蒸壓制度進行養(yǎng)護;養(yǎng)護結(jié)束后取出試樣,靜停1d,分別從3個三聯(lián)模中各取2個試樣,共6個試樣測試其平均抗壓強度;剩余3個試樣放在60℃烘箱中烘24h,測試其平均干密度.試樣配合比及其抗壓強度、干密度測試結(jié)果如表3.從表3看出,采用新型發(fā)氣材料制備的蒸壓加氣塊試樣干密度為526kg/m3,比采用同摻量鋁粉制備的加氣塊試樣干密度降低約90kg/m3,降低幅度為17%,其抗壓強度也相應(yīng)降低.根據(jù)GB11968—2006《蒸壓加氣混凝土砌塊》,采用新型發(fā)氣材料制備的蒸壓加氣塊干密度滿足B05級合格品要求,而采用鋁粉制備的加氣塊干密度只達到B06級合格品要求,兩者相差一個等級;抗壓強度則均符合標準要求.2.3本品石的晶態(tài)及形貌做過強度測試后,取含新型發(fā)氣材料的9#試樣制成顆粒,然后進行SEM分析,結(jié)果如圖3所示.從圖3可見,蒸壓制品中的主要水熱合成產(chǎn)物為板狀和竹葉狀托貝莫來石,結(jié)晶良好,形貌清晰;在托貝莫來石中間,能夠觀察到團聚在一起、接近小球形狀的水化水石榴子石,其晶態(tài)、形貌也比較清楚,說明其生長、發(fā)育良好;有些粉煤灰球反應(yīng)充分,球體呈蜂窩狀,有些則只在表面有點蝕或面蝕,狀如榴蓮,竹葉狀托貝莫來石晶體包裹在其球體周圍.這些都是在粉煤灰-石灰-水泥蒸壓制品中常見的典型形貌.鈦渣無顯著的形貌特征,無法從SEM圖中分辨出來,也無法觀察其與石灰、水泥發(fā)生水熱合成反應(yīng)后的產(chǎn)物形貌.但根據(jù)化學(xué)及礦物成分分析,其中應(yīng)含有一定的玻璃體,能夠與石灰在高溫、高壓下形成托貝莫來石和水化水石榴子石;同時,由于其本身的高鈦特性,應(yīng)含有一些結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定的鈣鈦礦及鈦鐵礦、托貝莫來石、綠簾石、鉻鐵礦等,這些礦物成分可能并不發(fā)生水熱反應(yīng).由圖3(d)中可以看到一些不知名的小顆粒鑲嵌在水熱合成產(chǎn)物中,可能是未發(fā)生反應(yīng)的提鈦渣組分.3新型混凝土引氣劑1.攀鋼提鈦渣比粉煤灰的密度大、顆粒粗,以其替代粉煤灰生產(chǎn)加氣混凝土時,采用傳統(tǒng)鋁粉發(fā)氣劑容易造成氣