礦石加氣混凝土性能的影響因素研究

礦石加氣混凝土性能的影響因素研究

0黨管實(shí)踐中分離出合理的礦產(chǎn)資源,并實(shí)現(xiàn)了混凝土的循環(huán)利用與養(yǎng)護(hù)礦產(chǎn)資源是一個(gè)重要的不可替代自然資源，是人類社會(huì)生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。當(dāng)今世界90%以上的能源和70%以上的工業(yè)原料來自礦產(chǎn)資源,而我國(guó)95%以上的能源和85%以上的工業(yè)原料來源于礦產(chǎn)資源。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),截止到2006年,我國(guó)尾礦堆存總量已達(dá)到80億t以上,其中堆存的鐵尾礦量占全部尾礦堆存總量的近1/3。盡管我國(guó)在礦產(chǎn)資源綜合利用方面取得了很大進(jìn)展,工業(yè)固體廢棄物總體利用率在60%左右,但尾礦綜合利用率不到10%,遠(yuǎn)低于國(guó)外60%的利用率。加氣混凝土屬新型墻體材料,是一種以化學(xué)反應(yīng)獲得氣體而制成的多孔混凝土,具有質(zhì)量輕、保溫性能好、易加工和不燃燒等特點(diǎn)。利用鐵尾礦取代天然資源河砂作為硅質(zhì)材料制備加氣混凝土,不僅減少了天然資源的開發(fā),而且也實(shí)現(xiàn)了固體廢棄物資源的循環(huán)再利用。養(yǎng)護(hù)是混凝土施工和生產(chǎn)工藝中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),與普通混凝土養(yǎng)護(hù)方式不同,加氣混凝土養(yǎng)護(hù)主要包括靜停養(yǎng)護(hù)和蒸壓養(yǎng)護(hù)2個(gè)方面,蒸壓養(yǎng)護(hù)是加氣混凝土獲得最終強(qiáng)度的必要條件。而靜停養(yǎng)護(hù)工序主要是促使?jié)沧⒑蟮牧蠞{繼續(xù)完成稠化、硬化的過程,包括發(fā)氣膨脹和坯體養(yǎng)護(hù)2個(gè)過程,以使料漿完成發(fā)氣形成坯體,并使坯體達(dá)到一定強(qiáng)度,以便進(jìn)行切割及抵抗在蒸壓養(yǎng)護(hù)過程中升溫時(shí)溫度變化和水分遷移所引起的應(yīng)力,防止制品開裂。對(duì)于蒸壓養(yǎng)護(hù)過程人們的研究較多,而對(duì)于靜停養(yǎng)護(hù)的研究則較少。為此,本試驗(yàn)重點(diǎn)考查了靜停養(yǎng)護(hù)階段養(yǎng)護(hù)溫度與養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)鐵尾礦加氣混凝土制品性能的影響。1測(cè)試1.1水泥化學(xué)成分(1)鐵尾礦:北京首云礦業(yè)股份有限公司提供,其化學(xué)成分見表1。(2)水泥:北京市琉璃河水泥有限公司提供的42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,比表面積355m2/kg,初凝時(shí)間125min,終凝時(shí)間220min,標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量24.2%,其化學(xué)成分見表1。(3)石灰:采用北京金隅加氣混凝土有限責(zé)任公司生產(chǎn)所用石灰,消解時(shí)間15min,消解溫度65℃,有效CaO含量大于60%,200目篩篩余12%~15%。(4)脫硫石膏:北京石景山電廠提供,化學(xué)成分見表1。1.2蒸壓養(yǎng)護(hù)及力學(xué)性能測(cè)試加氣混凝土基準(zhǔn)配比為:m(鐵尾礦)∶m(石灰)∶m(水泥)∶m(石膏)=62∶23∶9∶6。原料經(jīng)計(jì)量混合均勻后,加水?dāng)嚢?0s(水溫隨澆注溫度的變化而變化),然后加入鋁粉再攪拌40s,澆入模具后在不同養(yǎng)護(hù)溫度下靜停養(yǎng)護(hù)2h,硬化后的試塊送到工廠高壓釜進(jìn)行蒸壓養(yǎng)護(hù),蒸壓養(yǎng)護(hù)過程中的壓力控制在1.35MPa左右,溫度控制在170~190℃。蒸養(yǎng)結(jié)束后,按照GB/T11971—1997《加氣混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》對(duì)制品的性能進(jìn)行測(cè)試。由于加氣混凝土的強(qiáng)度與試塊的干密度緊密相關(guān),所以采用比強(qiáng)度對(duì)各個(gè)因素進(jìn)行評(píng)價(jià)。比強(qiáng)度(Rb)定義為試塊絕干抗壓強(qiáng)度和干密度的比值,按式(1)進(jìn)行計(jì)算:式中:Rc——試塊抗壓強(qiáng)度,MPa;ρ0——干密度,kg/m3。2試驗(yàn)結(jié)果與討論2.1溫度對(duì)硅質(zhì)材料活性的影響澆注工序的成功與否直接影響到加氣混凝土制品的質(zhì)量,是加氣混凝土能否形成良好氣孔結(jié)構(gòu)的重要工序。它與配料工序一起構(gòu)成加氣混凝土生產(chǎn)工藝過程的核心環(huán)節(jié)。澆注溫度的高低對(duì)料漿的稠化速度、水泥的水化速度及石灰的消解速度都有重要的影響,同時(shí)也對(duì)硅質(zhì)材料的活性有一定的影響。一般來說,溫度越高,水泥的水化速度、石灰的消解速度及硅質(zhì)材料的反應(yīng)速度都加快。當(dāng)養(yǎng)護(hù)溫度為70℃,養(yǎng)護(hù)時(shí)間為2h時(shí),澆注溫度對(duì)制品性能的影響見表2。由表2可以看出,隨著澆注溫度的提高,制品抗壓強(qiáng)度增大;澆注溫度為55℃時(shí),制品抗壓強(qiáng)度最高;但澆注溫度超過55℃時(shí),抗壓強(qiáng)度開始下降。這說明,在澆注溫度為55℃時(shí)制品的性能最優(yōu)。溫度太高,料漿稠化過快,對(duì)鋁粉的發(fā)氣和料漿順利膨脹造成障礙,常常出現(xiàn)憋氣、發(fā)不滿模等現(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)料漿表面出現(xiàn)裂縫,對(duì)制品的強(qiáng)度不利。反之,澆注溫度太低,料漿稠化過慢,料漿保氣能力差,容易形成氣泡偏大,出現(xiàn)料漿向模具外溢流等現(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致塌模,同樣對(duì)制品強(qiáng)度的發(fā)展不利。綜合以上分析,在下述試驗(yàn)中,澆注溫度確定為55℃。2.2直接影響到制品的強(qiáng)度硬化過程的進(jìn)行主要依靠加氣混凝土坯體內(nèi)部具有水化能力的材料自身的反應(yīng)和某些輔助材料的參與和推動(dòng),同時(shí)也需要外部環(huán)境的恰當(dāng)配合,提供維持或促進(jìn)坯體內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的必要條件。通常這主要是指坯體外部的溫度、濕度、空氣流動(dòng)情況及震動(dòng)與否等,一般主要指溫度。養(yǎng)護(hù)溫度直接影響到制品的強(qiáng)度。當(dāng)澆注溫度為55℃,養(yǎng)護(hù)時(shí)間為2h時(shí),養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)制品性能的影響見表3。從表3可以看出,養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)加氣混凝土抗壓強(qiáng)度的影響很大。養(yǎng)護(hù)溫度從40℃升高到70℃時(shí),制品抗壓強(qiáng)度由3.95MPa增大到5.44MPa。養(yǎng)護(hù)溫度為70℃時(shí),制品抗壓強(qiáng)度最高;超過70℃,制品抗壓強(qiáng)度開始下降。這說明,在靜停養(yǎng)護(hù)階段不是溫度越高越好,養(yǎng)護(hù)溫度太高,坯體硬化速度快,鋁粉發(fā)氣速度與坯體硬化速度不協(xié)調(diào),容易產(chǎn)生憋氣現(xiàn)象,導(dǎo)致氣孔結(jié)構(gòu)不均勻,從而使制品強(qiáng)度下降;養(yǎng)護(hù)溫度太低,不但坯體硬化速度減慢,容易發(fā)生塌模,而且坯體成型后,殘留的水分過多,坯體早期強(qiáng)度低,在蒸壓養(yǎng)護(hù)時(shí),水分急劇蒸發(fā)也容易引起制品開裂。此外,坯體在靜停養(yǎng)護(hù)階段需要在一定的溫度下,脫除一部分水分,以保證坯體具有適宜的蒸前含水量和蒸前強(qiáng)度。綜合以上分析,試驗(yàn)過程中采取養(yǎng)護(hù)溫度為70℃最佳。2.3蒸養(yǎng)過程對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響前期靜停養(yǎng)護(hù)硬化的試塊拆模后再放入一定溫度的養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù),進(jìn)行不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)制品性能影響的試驗(yàn)研究。當(dāng)澆注溫度為55℃,養(yǎng)護(hù)溫度為70℃時(shí),養(yǎng)護(hù)到規(guī)定時(shí)間后送入高壓釜進(jìn)行蒸養(yǎng),此時(shí)養(yǎng)護(hù)時(shí)間分別為0、2、4、8、12、24、36和48h。試驗(yàn)結(jié)果見圖1。由圖1可以看出,隨著早期養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加,坯體抗壓強(qiáng)度也逐漸增大。從0h增加到4h時(shí),抗壓強(qiáng)度由0.075MPa提高到0.105MPa,增長(zhǎng)緩慢。從4h增加到8h時(shí),強(qiáng)度由0.105MPa提高到0.205MPa,增長(zhǎng)加快。隨后強(qiáng)度增長(zhǎng)開始變得緩慢,從8h到48h,強(qiáng)度僅從0.205MPa提高到0.275MPa,僅提高了0.07MPa。2.4養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)制品比強(qiáng)度的影響由圖2可以看出,隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加,制品的比強(qiáng)度增大;當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為8h時(shí),制品比強(qiáng)度達(dá)到最高值(絕干抗壓約達(dá)6MPa);超過8h后,制品比強(qiáng)度開始下降。這說明早期養(yǎng)護(hù)時(shí)間為8h時(shí),對(duì)制品比強(qiáng)度的發(fā)展有利。2.5蒸壓養(yǎng)護(hù)階段圖3給出了養(yǎng)護(hù)時(shí)間為8h時(shí),坯體與制品的XRD分析。由圖3可以看出,尾礦和石英幾乎沒有參與水化反應(yīng),坯體中主要物相為石英,還有鈣礬石和少量的水化硅酸鈣,但水化產(chǎn)物的量較少。這說明,在早期養(yǎng)護(hù)階段,加氣混凝土各組成物料之間難以進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)生成新的物相,早期強(qiáng)度主要來源于水泥的水化產(chǎn)物。而蒸壓養(yǎng)護(hù)后,制品中的主要物相為托貝莫來石,此外還有一定數(shù)量的石英和硬石膏等。托貝莫來石是一種結(jié)晶完好的單堿水化硅酸鈣,呈薄片狀,與纖維狀的低堿水化產(chǎn)物CSH(Ⅰ)的合適組成可以使制品獲得較高的強(qiáng)度。原尾礦中的礦物相如斜長(zhǎng)石、角閃石、綠泥石等物相經(jīng)過蒸壓養(yǎng)護(hù)后分解,部分鐵離子、鋁離子進(jìn)入托貝莫來石結(jié)構(gòu)中,形成了新的礦物相,對(duì)制品強(qiáng)度的發(fā)展極為有利。石英的衍射峰強(qiáng)度也明顯下降,殘余的石英在加氣混凝土制品中作為骨料存在。3制品強(qiáng)度及養(yǎng)護(hù)時(shí)間的影響(1)澆注溫度為55℃、養(yǎng)護(hù)溫度為70℃、養(yǎng)護(hù)時(shí)間為8h時(shí),制品內(nèi)部能夠形成良好的氣孔結(jié)構(gòu),制品強(qiáng)度最佳,絕干抗壓強(qiáng)度約達(dá)6MPa。(2)澆注溫度、養(yǎng)護(hù)溫度及前期養(yǎng)護(hù)時(shí)間都對(duì)制品強(qiáng)度有一定程度的影響,影響機(jī)理各不相同。溫度太高,坯體硬化速度快,容易產(chǎn)生憋氣現(xiàn)象,