粉煤灰加氣混凝土性能的影響因素研究

粉煤灰加氣混凝土性能的影響因素研究

墻是建筑物防護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。建筑防護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能是指通過開發(fā)具有高效隔熱和防熱性的建筑材料和產(chǎn)品，采用一定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，增強(qiáng)建筑防護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能，降低建筑材料的能耗。因此,集輕質(zhì)高強(qiáng)、熱工性能好、施工效率高等優(yōu)點(diǎn)為一體的加氣混凝土得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。本文采用免蒸壓工藝,通過優(yōu)化原材料組合方案和養(yǎng)護(hù)工藝,可作為一種改性效果較好的技術(shù)路線應(yīng)用于制備免蒸壓加氣混凝土。1試驗(yàn)中，向氣混凝土的性能優(yōu)化和結(jié)果分析1.1酶系富礦酸酸鹽cao水泥:重慶拉法基P·O42.5水泥,3d抗壓、抗折強(qiáng)度分別為17.6、3.74MPa,28d抗壓、抗折強(qiáng)度分別為44.5、8.91MPa;生石灰:A-CaO含量70%,取自重慶冬筍輕質(zhì)建材有限公司;脫硫二水石膏:CaO含量31.6%,SO3含量42%,重慶九龍坡電廠產(chǎn);粉煤灰:重慶九龍坡電廠準(zhǔn)Ⅱ級(jí)粉煤灰;減水劑:萘系高效減水劑,重慶恒盛外加劑公司產(chǎn);早強(qiáng)劑:采用典型有機(jī)和無機(jī)鹽類(三乙醇胺和硫酸鈉),重慶西南化學(xué)試劑有限公司產(chǎn);促凝劑:CAS型,重慶川東化工有限公司產(chǎn);活性礦物摻合料:埃肯SF硅灰(SiO2含量90.5%)和滕輝GNA(S95)磨細(xì)礦渣粉;發(fā)氣劑:加氣混凝土鋁粉膏,河北三鑫建材公司產(chǎn)。1.2強(qiáng)度配比正交試驗(yàn)本階段設(shè)計(jì)L16(45)正交試驗(yàn)研究,因素水平見表1,原材料組合方案中鋁粉摻量為粉體總質(zhì)量的0.08%,減水劑摻量根據(jù)漿體流動(dòng)度調(diào)整,各組漿體流動(dòng)度均大于180mm。主要以試件立方體抗壓強(qiáng)度、干密度和漿體膨脹率為考核指標(biāo),試驗(yàn)結(jié)果見表2。采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)極差分析在判斷各因素作用時(shí)缺乏一個(gè)定量,分析結(jié)果精度較差。為了更加準(zhǔn)確地確定各因素水平間的較優(yōu)組合,分別把各指標(biāo)按單一指標(biāo)進(jìn)行方差分析(表3~表5),然后再對(duì)各指標(biāo)計(jì)算分析結(jié)果進(jìn)行綜合平衡。綜合考察各考核指標(biāo):(1)各因素對(duì)加氣混凝土性能影響的主次順序見表6,水料比是顯著影響因素,水泥摻量次之,石膏和石灰摻量影響不顯著。根據(jù)表2正交試驗(yàn)結(jié)果,借助數(shù)學(xué)軟件采用多元線性回歸的方法,得到強(qiáng)度指標(biāo)與各因素之間的關(guān)系式:式中:f——14d飽水抗壓強(qiáng)度,MPa;A——石灰摻量,%;B——水泥摻量,%;C——石膏摻量,%;D——水料比。通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)關(guān)系式進(jìn)行線性相關(guān)檢驗(yàn),結(jié)果表明,在99%置信度水平下,加氣混凝土強(qiáng)度值與各因素呈顯著多元線性相關(guān)。(2)隨著水料比的降低,漿體流動(dòng)性差,發(fā)氣與稠化速度向2個(gè)相反的方向發(fā)展。萘系高效減水劑的加入使?jié){體具有適宜的流動(dòng)度,調(diào)節(jié)了發(fā)氣與稠化速度間的矛盾,有利于加氣混凝土形成致密、均勻的氣孔結(jié)構(gòu)。與普通混凝土強(qiáng)度形成的影響因素不同,加氣混凝土通過水料比對(duì)漿體稠度的影響,制約著膨脹率和干密度的變化,又直接影響到抗壓強(qiáng)度。(3)水泥摻量增加可加速坯體硬化,提高坯體的強(qiáng)度,進(jìn)一步水化生成更多CSH凝膠和AFt,提高加氣混凝土強(qiáng)度。1.3復(fù)合摻合料對(duì)免蒸壓加壓混凝土性能的影響考慮到第1階段試驗(yàn)制備的免蒸壓加氣混凝土強(qiáng)度和密度等級(jí)與蒸壓加氣混凝土國(guó)標(biāo)中的規(guī)定存在一定的差距,且過高的水泥摻量對(duì)生產(chǎn)成本不利。為了最大限度地提高低等級(jí)粉煤灰用量,相應(yīng)地降低水泥用量,參照外加劑和礦物摻合料對(duì)普通混凝土性能的作用機(jī)理,本階段試驗(yàn)采用外加劑和活性礦物摻合料對(duì)免蒸壓養(yǎng)護(hù)工藝下制品的性能進(jìn)行改善。采用水泥膠砂試驗(yàn)方法,基準(zhǔn)料漿配合比設(shè)定為水膠比0.6,渠河細(xì)砂摻量1350g(細(xì)度模數(shù)0.98),水泥摻量450g。原材料組合方案中選取典型的有機(jī)和無機(jī)類早強(qiáng)劑三乙醇胺和硫酸鈉進(jìn)行粉煤灰膠砂單摻試驗(yàn),通過外加劑對(duì)粉煤灰活性的激發(fā)效果,確定其較優(yōu)摻量,配合比及試驗(yàn)結(jié)果見表7。由表7可知:(1)三乙醇胺摻量為0.07%的膠砂試件相對(duì)第2組未摻試件的7d和28d抗壓強(qiáng)度分別增長(zhǎng)89%和70%,試件的早期強(qiáng)度顯著提高,并促進(jìn)了后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)。另有試驗(yàn)表明,當(dāng)摻量大于0.07%時(shí),試件強(qiáng)度發(fā)展趨于平緩。這可以解釋為三乙醇胺的摻入促進(jìn)了水泥中C3A的水化,它能加快鈣礬石的生成,隨著摻量增多,鈣礬石轉(zhuǎn)變成單硫型硫鋁酸鈣的速度加快,保證了后期強(qiáng)度的提高。(2)硫酸鈉提高為1.5%時(shí),試件7d和28d抗壓強(qiáng)度較摻量為0.3%的第2組分別增長(zhǎng)了221%和84%。表明硫酸鈉能夠促進(jìn)水泥早期水化反應(yīng),但早期水化物結(jié)構(gòu)形成較快,結(jié)構(gòu)致密程度較差一些,因而后期強(qiáng)度發(fā)展緩慢。有資料表明,三乙醇胺和硫酸鈉的復(fù)摻使用能較好地發(fā)揮早強(qiáng)作用。在外加劑試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,原材料組合方案中同時(shí)摻入活性礦物摻合料,進(jìn)一步研究早強(qiáng)劑的復(fù)摻和活性礦物摻合料對(duì)加氣混凝土性能的影響。配合比固定基準(zhǔn)組的粉煤灰摻量59%、水泥摻量30%、鋁粉摻量0.16%,水料比取0.34,減水劑摻量視漿體稠度調(diào)整。配合比及試驗(yàn)結(jié)果見表8。由表8可知:(1)摻入0.5%的硅灰對(duì)免蒸壓加氣混凝土性能影響不大。由于加氣混凝土強(qiáng)度值與干密度成正比關(guān)系,雖然當(dāng)硅灰摻量增加到1.0%、1.5%時(shí),14d抗壓強(qiáng)度相比硅灰摻量為0.5%的試件略有提高,但試件成型干密度較大,所以在低水料比下,硅灰的摻入對(duì)加氣混凝土的改性效果不理想。(2)與硅灰的摻入效果形成鮮明對(duì)比,磨細(xì)礦渣粉在低等級(jí)粉煤灰加氣混凝土中的摻入效果非常明顯,摻量為3%和5%的試件14d抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)組分別提高了43%和88%。表8中摻量同為1%的硅灰和磨細(xì)礦渣粉,2組試件成型干密度相差不大,而后者強(qiáng)度增長(zhǎng)更為明顯。結(jié)果表明,在免蒸壓工藝下利用低等級(jí)粉煤灰制備加氣混凝土,摻入活性高的磨細(xì)礦渣粉與漿體水化產(chǎn)物反應(yīng)生成更多的水化硅酸鈣,有利于試件強(qiáng)度的發(fā)展。(3)在干密度均值基本相同的前提下,復(fù)摻2種早強(qiáng)劑的加氣混凝土各齡期的強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)組,14d強(qiáng)度增長(zhǎng)76%,強(qiáng)度增長(zhǎng)僅次于摻5%磨細(xì)礦渣粉的作用效果。因此,復(fù)摻三乙醇胺和硫酸鈉可作為一種效果較好的外加劑應(yīng)用于改善加氣混凝土性能。1.4混凝土配合劑的選擇本階段試驗(yàn)參照J(rèn)TJ053—94《公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中的促凝劑配方進(jìn)行砂漿促凝壓蒸試驗(yàn),測(cè)試通過水浴箱加速養(yǎng)護(hù)后的試件強(qiáng)度。配合比及試驗(yàn)結(jié)果見表9。由表9可見:(1)在85℃水浴環(huán)境下加速養(yǎng)護(hù)加氣混凝土試件,前3組試件5d抗壓強(qiáng)度高出同齡期標(biāo)養(yǎng)試件105%。結(jié)果表明,由于在熱養(yǎng)護(hù)條件下粉煤灰玻璃體結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)被破壞,Si—O、Al—O鍵斷裂,活性硅、鋁易溶出,加快了水化產(chǎn)物的形成,加氣混凝土強(qiáng)度發(fā)展較快,試件在短時(shí)間內(nèi)即可獲得較高的強(qiáng)度。(2)水料比為0.34時(shí),結(jié)合第2階段礦渣粉單摻試驗(yàn)結(jié)果可知,早強(qiáng)劑和礦渣粉的復(fù)合摻入更加有利于提高加氣混凝土性能。而且從試件性能和成形性、完整性來看,無論是促凝劑的單摻還是促凝劑與礦渣粉復(fù)合摻入,其摻入效果都不如早強(qiáng)劑與礦渣粉的復(fù)合摻加。因此,參考砂漿促凝壓蒸法選用的促凝劑,在粉煤灰加氣混凝土中的使用效果不好。(3)GB11968—2006規(guī)定B08級(jí)加氣混凝土合格品的干密度不大于825kg/m3,抗壓強(qiáng)度不小于7.5MPa。表9中通過摻加外加劑和活性礦物摻合料熱養(yǎng)護(hù)工藝下制備的第1組試件雖然干密度略高于B08,但5d齡期強(qiáng)度等級(jí)已達(dá)到了A7.5級(jí)蒸壓加氣混凝土合格品要求。由于本試驗(yàn)采用小模發(fā)氣制備加氣混凝土,未能充分利用水泥水化和石灰消解放熱,不利于鋁粉發(fā)氣和制品強(qiáng)度的增長(zhǎng),與企業(yè)規(guī)?；苽涞漠a(chǎn)品存在一定的性能差異。因此,通過采用工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)一步調(diào)整水料比,改善孔結(jié)構(gòu)和孔壁強(qiáng)度,可進(jìn)一步降低制品密度并提高其強(qiáng)度以達(dá)到GB11968—2006要求。2為物體的勞工性能和微觀結(jié)構(gòu)試驗(yàn)2.1材料的保溫隔熱性能將表9中第1組熱養(yǎng)護(hù)下制備的粉煤灰加氣混凝土與幾種墻體材料保溫隔熱性能進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果見表10。由表10可知,本文研制的加氣混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)較低,密度較小,采用較小的保溫層厚度即可獲得較大的熱阻值,制品熱工性能優(yōu)異。2.2熱養(yǎng)條件下的混凝土性能對(duì)表9中第1組標(biāo)養(yǎng)和熱養(yǎng)試件分別進(jìn)行掃描分析(分別見圖1~圖2)。圖3為熱養(yǎng)成型試件氣孔結(jié)構(gòu)圖。圖1表明,標(biāo)養(yǎng)條件下的加氣混凝土水化產(chǎn)物以石膏結(jié)晶體為主,沒有托貝莫來石和水化石榴子石出現(xiàn),孔隙較多,結(jié)合較弱。圖2表明,熱養(yǎng)條件下的加氣混凝土水化產(chǎn)物主要以片狀氫氧化鈣、針棒狀鈣礬石、凝膠和結(jié)晶度介于凝膠和托貝莫來石晶體之間的CSH(B)為主,還有少量托貝莫來石及AFt、AFm晶體。加氣混凝土強(qiáng)度與孔結(jié)構(gòu)有關(guān),強(qiáng)度隨孔隙率增大而降低。圖3表明,試驗(yàn)制備的加氣混凝土氣孔結(jié)構(gòu)分布均勻,孔徑形狀以橢圓形為主,孔徑和孔間壁厚度均不足0.1mm,經(jīng)測(cè)試孔隙率在50%~60%。SEM分析結(jié)果表明,免蒸壓粉煤灰加氣混凝土由于養(yǎng)護(hù)溫度較低,水化產(chǎn)物結(jié)晶度較低,凝膠數(shù)量較多,凝膠孔的含量比結(jié)晶良好的托貝莫來石要多,因而它的收縮性較大,制品強(qiáng)度發(fā)展尤其是后期強(qiáng)度會(huì)受到制約。3免蒸壓蒸發(fā)混凝土水化產(chǎn)物的合成影響(1