加氣混凝土砌塊的研制

加氣混凝土砌塊的研制

石英渣是玻璃廠生產(chǎn)玻璃的原料。經(jīng)過過濾和測試，砂巖的薄砂副產(chǎn)品，主要化學(xué)成分為sio2。石英細(xì)砂在浮法玻璃生產(chǎn)中的危害在于,它入爐后會侵蝕耐火材料,降低熔窯壽命,影響配合料的均勻度,同時還會堵塞格子磚通道等等不利于生產(chǎn)的因素。因此,玻璃工業(yè)對石英砂的粒度要求為:介于0.125~0.71mm的顆粒含量要大于95%,小于0.125mm的石英粉含量要小于5%。按照這個比例,石英巖在加工玻璃用石英砂過程中會產(chǎn)生30%的石英尾砂,這其中部分可作為水泥廠干法生產(chǎn)水泥的硅質(zhì)校正原料,但實(shí)際應(yīng)用很不充分。石英尾砂如果處理不當(dāng),干燥季節(jié)隨風(fēng)飛揚(yáng),造成周圍的土地沙化,雨水季節(jié)隨雨水流入江河,對環(huán)境造成嚴(yán)重污染,同時也會加大生產(chǎn)企業(yè)的環(huán)保負(fù)擔(dān)。以安徽省鳳陽縣為例,全縣兩百多家石英砂生產(chǎn)企業(yè),年生產(chǎn)玻璃用石英砂400萬t以上,年排放尾砂近百萬噸,露天堆放占用大量農(nóng)用耕地,填平河溝和山谷,造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。下雨時會隨雨水流入江河造成水體污染、河流堵塞、河床上升或周圍的土地沙化。其造成的嚴(yán)重后果在安徽電視臺“第一時間”等媒體上屢有報(bào)道,如2003年一場大水曾造成鳳陽潘家灣村36戶約40畝土地沙化,無法種植農(nóng)作物。另一方面,專家認(rèn)為,從綜合指標(biāo)看,至今沒有哪種建筑材料可以和加氣混凝土相媲美,加氣混凝土是唯一可實(shí)現(xiàn)墻材革新和節(jié)能50%目標(biāo)的單一節(jié)能墻體材料。加氣混凝土的特點(diǎn)在于節(jié)土、利廢、節(jié)約生產(chǎn)能耗、使用能耗,質(zhì)輕、易加工、施工方便、使用性能好(保溫、隔熱、隔聲、耐火性),等等,是現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)體系——框架結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的理想配套墻體材料。經(jīng)過多年的實(shí)踐,已經(jīng)解決了原來制約其發(fā)展的施工問題如墻體開裂、抹灰技術(shù)等問題,在國家對建筑節(jié)能、墻體材料改革加大實(shí)施力度的新形勢下,對新型墻體材料的需求也越來越突出,加氣混凝土迎來了發(fā)展的新機(jī)遇,必將有很大的發(fā)展空間。然而,從原料供應(yīng)的角度看,傳統(tǒng)的加氣混凝土生產(chǎn)工藝中所用的粉煤灰和河砂資源越來越少,需要尋求其它廉價的硅質(zhì)原材料。本研究課題嘗試?yán)檬⑽采吧a(chǎn)加氣混凝土這樣的水熱合成硅酸鈣綠色建材產(chǎn)品,不僅為加氣混凝土的生產(chǎn)提供了新的原材料,而且有效解決了選礦廠石英尾砂對環(huán)境造成的污染問題,節(jié)省了為解決污染和堆放而需要的大量投入,最大限度地利用石英選礦廠的石英尾砂,增加企業(yè)的產(chǎn)品品種和經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。1原材料和測試設(shè)備1.1石英狀態(tài)對反應(yīng)的影響水泥-石灰-砂體系的加氣混凝土中,砂所起的作用主要是提供氧化硅,在蒸壓條件下與氧化鈣反應(yīng),生成水化硅酸鈣。此外,尚未反應(yīng)的砂子顆粒殘骸在加氣混凝土氣泡壁內(nèi)起到骨架和集料的作用。砂中的SiO2一部分以石英狀態(tài)存在,一部分以長石和其它礦物成分存在,研究表明石英狀態(tài)的SiO2參與反應(yīng)的水化產(chǎn)物其抗壓強(qiáng)度較高,因此可以認(rèn)為砂中含石英越多越好。而石英尾砂完全符合以上質(zhì)量要求,其SiO2的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于80%,其中幾乎不含云母和有機(jī)物,是優(yōu)質(zhì)的水合硅鈣制品硅質(zhì)原料。利用安徽鳳陽某砂礦廠提供的石英尾砂,經(jīng)烘干,篩析取樣,要求不含有草根樹皮石子等雜物,細(xì)度適中,控制在0.08mm篩篩余12%左右。尾砂顆粒若太粗,不利于發(fā)氣;若太細(xì),既提高研磨能耗,又容易塌模、影響強(qiáng)度,且加大了干燥收縮。因?yàn)檫m當(dāng)?shù)暮嗔繉χ破返膹?qiáng)度沒有明顯的不良影響,考慮到尾砂原料的實(shí)際來源,實(shí)驗(yàn)中允許有一定的含泥量。其化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。1.2其他原料1提高了產(chǎn)品的質(zhì)量其主要作用是向加氣混凝土提供有效氧化鈣,使之在水熱條件下與硅質(zhì)材料中的SiO2、Al2O3作用,生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣,從而使制品獲得強(qiáng)度。同時石灰也提高了加氣混凝土的堿度,提供了鋁粉發(fā)氣條件,促使鋁粉進(jìn)行發(fā)氣反應(yīng),生成多孔結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)體系要求有效氧化鈣ACaO>60%,MgO<7%,這里采用安徽銅陵縣董沖礦業(yè)有限公司生產(chǎn)的磨細(xì)生石灰,其有效氧化鈣含量80%、氧化鎂含量不高于3%,細(xì)度0.08mm篩篩余控制10%左右,中速消化石灰,消化速度約10min。2證料漿的制備所起作用主要是在澆注過程中調(diào)節(jié)稠度、保證料漿適當(dāng)?shù)恼扯群涂伤苄?、加速坯體硬化和促進(jìn)蒸壓過程中的水熱合成反應(yīng)等作用。使用巢東集團(tuán)東關(guān)42.5普通硅酸鹽水泥。3石膏使石灰的消化和水泥的凝結(jié)速度減慢,并可提高坯體和制品強(qiáng)度,減少收縮值。這里利用粉刷石膏,0.2mm篩篩余不大于20%。41鋁粉末湖南金天鋁業(yè)高科技有限公司生產(chǎn)的水劑型鋁粉,含活性鋁90%以上。52減水劑表面活性劑作為穩(wěn)泡劑,降低溶液表面張力,穩(wěn)定氣泡。采用安徽巢湖萬金山建材有限公司生產(chǎn)的FDN高效減水劑。1.3混凝土蒸壓釜微機(jī)液壓萬能試驗(yàn)機(jī)(WEW-1000B型,上海華龍測試儀器公司生產(chǎn))、球磨機(jī)、水泥砂漿攪拌機(jī)(JJ-5型,寧波泰富公司生產(chǎn))、ISO水泥膠砂振實(shí)臺、水泥混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室等。以上由合肥學(xué)院建筑工程系實(shí)驗(yàn)室提供。蒸壓釜由合肥市建筑材料一廠(華天加氣混凝土制品有限公司)提供,該企業(yè)生產(chǎn)水泥-石灰-粉煤灰加氣混凝土,蒸壓釜蒸壓制度為抽真空0.5h,升溫4.0h,恒溫8.0h,降溫3.5h,蒸養(yǎng)壓力為1.2MPa。模具利用邊長為100mm的立方體木制模,在前期實(shí)驗(yàn)澆注工藝研究中,部分利用合肥學(xué)院建筑工程系實(shí)驗(yàn)室里邊長為150mm的立方體混凝土標(biāo)準(zhǔn)試模。2原料配比的確定初步確定設(shè)計(jì)容重為B05、B06級,強(qiáng)度以B06級達(dá)到3.5MPa為基本要求。原料用量和澆注工藝的確定:通過觀察澆注過程中的穩(wěn)定性,使料漿稠化與鋁粉發(fā)氣相適應(yīng),發(fā)氣時,料漿膨脹平穩(wěn),不出現(xiàn)發(fā)氣過快、發(fā)氣過慢、發(fā)氣不均、冒泡、沸騰等現(xiàn)象;待靜停預(yù)養(yǎng)后,利用放大鏡觀察坯體斷面的孔隙結(jié)構(gòu),要求氣泡大小均勻、形狀良好。以此作為判斷原料用量和澆注工藝是否合理的初步依據(jù)。水料比:適當(dāng)?shù)乃媳瓤梢允沽蠞{具備一定的流動性,保持適宜的極限剪切應(yīng)力,為發(fā)氣膨脹提供必要條件,形成良好的氣孔結(jié)構(gòu),從而使成品獲得較高強(qiáng)度和較小的收縮值。水料比過大,導(dǎo)致氣孔變形、容易塌模;水料比過小,導(dǎo)致發(fā)氣不暢、氣泡不勻。石膏:可延長料漿稠化時間,使升溫平緩,反應(yīng)生成的針狀晶體鈣礬石能夠增加制品強(qiáng)度、減小收縮。但石膏用量過多,易造成稠化過慢而引起冒泡下沉甚至塌模。鋁粉:根據(jù)制品的設(shè)計(jì)容重可計(jì)算鋁粉用量。由鋁粉的發(fā)氣反應(yīng)可知2mol純金屬鋁產(chǎn)生3mol氫氣,每克純金屬鋁在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的產(chǎn)氣量為Vt0=(22.4×3)/(2×27)=1.24L/g。每克純金屬鋁的理論產(chǎn)氣量為:Vt=1.24×(273+t)/273(t為料漿溫度)。以活性鋁含量90%、料漿溫度50℃計(jì),鋁粉單位發(fā)氣量為1.24×(273+50)/273×0.9=1.32L/g1.24×(273+50)/273×0.9=1.32L/g再由配合比中基本組成材料的用量和水料比確定1m3加氣混凝土鋁粉用量。水:考慮到實(shí)驗(yàn)室小模澆注與實(shí)際生產(chǎn)中熱量散失情況存在差異,可考慮用提高拌合水溫來加以調(diào)整,如水溫升至40~50℃。通過參考相關(guān)資料和大量前期試驗(yàn)調(diào)節(jié),確定部分原料配方如下。B05級:水料比0.65~0.70,鋁粉摻量(占膠凝材料量)0.20%,減水劑用量(占膠凝材料量)0.10%,石膏用量(占鈣硅質(zhì)材料總量)2%。B06級:水料比0.60~0.65,鋁粉摻量(占膠凝材料量)0.15%,減水劑用量(占膠凝材料量)0.09%,石膏用量(占鈣硅質(zhì)材料總量)2%。澆注工藝:尾砂加水加減水劑攪拌3~5min,制成砂漿,再加石灰、水泥,攪拌2~4min,加石膏、減水劑,攪拌0.5~1min,加鋁粉,攪拌0.5~1min,停止攪拌,澆注,靜停,放入混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室預(yù)養(yǎng)24h左右,以待集中送至蒸壓釜進(jìn)行蒸壓養(yǎng)護(hù)。3產(chǎn)品性能檢測實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)考慮鈣質(zhì)材料的總量以及鈣質(zhì)材料中水泥和石灰的相對含量對產(chǎn)品性能的影響。因?yàn)殁}質(zhì)材料中水泥和石灰的相對含量對產(chǎn)品性能的影響比較顯著,故試驗(yàn)設(shè)計(jì)中優(yōu)先予以考慮確定,在此基礎(chǔ)上確定鈣硅比。性能檢測按標(biāo)準(zhǔn)GT3/T11969~11974—1997蒸壓加氣混凝砌塊各項(xiàng)性能檢測實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行。其中試塊干體積密度按GB/T11970—1997進(jìn)行檢測,抗壓強(qiáng)度按GB/T11971—1997檢測,干燥收縮值按GB/T11972—1997(快速法)檢測。3.1實(shí)驗(yàn)樣品以研制B05級產(chǎn)品為例,選取8種配比,鈣硅質(zhì)材料質(zhì)量比4∶6,依次增加水泥用量,減少石灰用量,水料比取0.65,對實(shí)驗(yàn)樣品檢測結(jié)果列表如表2所示。表中1號配方強(qiáng)度偏低,估計(jì)是由于裂紋出現(xiàn)較多的原因,8號配方干體積密度值偏高。3、4號強(qiáng)度最大,干燥收縮符合要求,干體積密度也比較理想,水泥石灰之比分別為0.177和0.206,據(jù)此認(rèn)為取0.2為最佳值。3.2硅質(zhì)材料用量的影響以水泥石灰質(zhì)量比0.2為基準(zhǔn),依次減少鈣質(zhì)材料用量,增加硅質(zhì)材料用量,其它用量不變,所得結(jié)果列表如表3所示。由表3可知序號D、E組為合理配比。3.3材料的組成及其影響鈣質(zhì)材料的組成(水泥和石灰的相對含量)對制品性能的影響主要體現(xiàn)在澆注穩(wěn)定性上。當(dāng)采用水泥較多時,坯體硬化速度慢,容易發(fā)生收縮下沉;當(dāng)采用石灰較多時,料漿稠化速度快,坯體容易產(chǎn)生裂縫,后期強(qiáng)度不足。該實(shí)驗(yàn)加氣混凝土屬于混合鈣質(zhì)材料類,其理想結(jié)構(gòu)的形成即對較高強(qiáng)度和較低容重的貢獻(xiàn)體現(xiàn)在2個方面,一是在澆注過程中形成良好的氣孔結(jié)構(gòu),這需要鋁粉發(fā)氣速度和料漿稠化速度相一致;二是在蒸壓過程中形成良好的晶體結(jié)構(gòu)。由于低堿水化硅酸鈣的共價鍵多,離子鍵少,其晶體尺寸小,比表面積大,由這樣的晶體所生成的結(jié)晶連生體具有很多接觸點(diǎn),質(zhì)點(diǎn)間連接牢靠,結(jié)合力強(qiáng),因而強(qiáng)度高;相反,高堿水化硅酸鈣的強(qiáng)度低。由此期望在制品的礦物組成中,多一些低堿水化礦物,并能夠形成由2種或幾種水化硅酸鈣和其它水化礦物共同組成的多礦物膠凝物質(zhì),從而獲得更加致密的微晶結(jié)構(gòu)。料漿中的石灰與砂、水泥在高溫蒸氣和高壓下發(fā)生反應(yīng),生成各種水化硅酸鈣。因?yàn)楣栀|(zhì)材料比鈣質(zhì)材料用量多,如果鈣質(zhì)材料分散度大,料漿中的石灰先被完全結(jié)合成C2SH(A)(C2SH2),蒸壓過程繼續(xù)進(jìn)行,隨著液相中SiO2濃度增高,已生成的C2SH(A)不能穩(wěn)定存在,已有的結(jié)晶物和其連生體開始分解和破壞,在新的條件下形成低堿水化硅酸鈣,如CSH(B)和托貝莫來石。通過以上分析,鈣質(zhì)材料的總量對制品性能的影響表現(xiàn)在:鈣質(zhì)材料的總量過少,不能夠生成足夠的水化物,水化層深度不夠;鈣質(zhì)材料的總量過多,便不能夠順利生成低堿水化硅酸鈣,水化物結(jié)晶度不夠。比較理想的情況是在大量細(xì)小的結(jié)晶水化物中穿插適當(dāng)數(shù)量的粗大晶體連生體,如在結(jié)晶程度較弱的CSH(B)中伸入結(jié)晶良好的托貝莫來石,能夠顯著提高制品強(qiáng)度。由下面的水合反應(yīng)產(chǎn)物鑒定可以看出,實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品比較符合上述理想結(jié)構(gòu),因而強(qiáng)度較高。由于條件限制,實(shí)驗(yàn)沒有研究不同蒸壓制度對產(chǎn)品性能的影響?？梢韵胂髮?shí)際生產(chǎn)中由于坯體的總體積較大,考慮到坯體內(nèi)外升溫的時間差,恒溫時間需要7h以上,而試驗(yàn)用試模體積小,一般恒溫5h即可滿足要求。恒溫時間過長,可能會使CSH(B)過多地轉(zhuǎn)變成結(jié)晶粗大的托貝莫來石,破壞了結(jié)晶穿插交叉連生的理想結(jié)構(gòu),強(qiáng)度反而會有所下降。具體情況需要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。4x射線衍射試驗(yàn)用X射線衍射儀對上述強(qiáng)度較高試樣中的水合反應(yīng)物進(jìn)行了礦物鑒定,用掃描隧道電子顯微鏡對反應(yīng)產(chǎn)物的形貌進(jìn)行了測試。X射線衍射結(jié)果查明,制品中含有大量結(jié)晶良好的托貝莫來石、部分凝膠狀、纖維狀和結(jié)晶程度較弱的CSH(B)及少量水化石榴子石。掃描電鏡顯示托貝莫來石呈柳葉狀(針狀)或葉片狀(板狀),結(jié)晶程度高,數(shù)量多,此外還含有一定數(shù)量未完全反應(yīng)的石英(SiO2)殘留。5尾砂、水泥等3種常見