早強(qiáng)劑對煤矸石_粉煤灰泡沫混凝土性能的影響

1、 2010年5期 早強(qiáng)劑對煤矸石-粉煤灰泡沫混凝土性能的影響俞心剛魏玉榮曾康燕(重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶400045摘要以普通硅酸鹽水泥為粘合劑，用煤矸石和粉煤灰部分水泥，研究摻加不同的早強(qiáng)劑對此種泡沫混凝土的強(qiáng)度、吸水率以及孔結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：早強(qiáng)劑的種類對此這種泡沫混凝土的強(qiáng)度、吸水率以及孔的結(jié)構(gòu)形態(tài)有顯著的影響。關(guān)鍵詞泡沫混凝土；煤矸石；粉煤灰；早強(qiáng)劑1引言泡沫混凝土通常是采用機(jī)械或壓縮空氣的方法將泡沫劑水溶液制備成泡沫，再將泡沫加入含硅質(zhì)材料、鈣質(zhì)材料、水及各種外加劑組成的漿體中，經(jīng)混合攪拌、澆注成型、養(yǎng)護(hù)而成的一種多孔材料。由于其具有質(zhì)量較輕、保溫節(jié)能性能好的特點(diǎn)，近年來

2、在非承重墻體材料中占據(jù)著重要的地位。目前，國內(nèi)外對泡沫混凝土的研究主要集中在水泥-石灰-砂泡沫混凝土、水泥-砂泡沫混凝土和粉煤灰泡沫混凝土，而對煤矸石-粉煤灰泡沫混凝土的研究還很少。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)使用煤矸石和粉煤灰以一定的比例替代部分水泥，摻加兩種不同的早強(qiáng)劑激發(fā)煤矸石和粉煤灰的活性，通過調(diào)整泡沫劑摻量和水料比控制其密度，主要研究密度在500kg/m3560kg/m3時(shí)煤矸石-粉煤灰泡沫混凝土的性能。研究發(fā)現(xiàn)，早強(qiáng)劑的種類及摻量對此種混凝土的強(qiáng)度有很大的影響。實(shí)驗(yàn)還對兩種早強(qiáng)劑下密度相近的泡沫混凝土的吸水性進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這兩種早強(qiáng)劑對吸水率和吸水速率也有很大的影響。實(shí)驗(yàn)還運(yùn)用掃描電子顯微鏡

3、和體式顯微鏡以及圖像處理系統(tǒng)分別對孔結(jié)構(gòu)形態(tài)和平均孔徑分布進(jìn)行了分析，研究了氣孔結(jié)構(gòu)形態(tài)和不同孔徑分布與吸水率及吸水速率的關(guān)系。通過觀察可以看出，摻加兩種不同早強(qiáng)劑時(shí)，泡沫混凝土的氣孔結(jié)構(gòu)形態(tài)和孔徑分布都有很大的不同。2實(shí)驗(yàn)部分2.1實(shí)驗(yàn)材料煤矸石：選自重慶中梁山煤礦，其化學(xué)成分見表1。將煤矸石在最佳溫度煅燒后，用球磨粉磨1.0h ，勃氏比表面積1049.79m 2/kg。粉煤灰：化學(xué)成分見表1。水泥：重慶拉法基水泥廠生產(chǎn)的42.5級普通硅酸鹽水泥，其化學(xué)成分見表2，主要技術(shù)性能見表3。2.2制備成型工藝及實(shí)驗(yàn)配方設(shè)計(jì)先將稱好的水泥、煤矸石、粉煤灰、生石灰混合均勻，加入攪拌機(jī)中攪拌，再先后加入

4、外加劑和水，攪拌1min 后，再加入制備好的泡沫，攪拌均勻再澆注成100mm ×100mm ×100mm 的試件，按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至相應(yīng)的齡期，其工藝流程見圖1，實(shí)驗(yàn)基準(zhǔn)配合比見表4。表1煤矸石和粉煤灰的化學(xué)成分(%材料名稱SiO 2Al 2O 3Fe 2O 3CaO MgO SO 3TiO 2燒失量煤矸石57.821.14.610.581.170.312.2213.3表2水泥的化學(xué)成分(%材料名稱SiO 2Fe 2O 3Al 2O 3CaO MgO SO 3總堿量燒失量水泥22.022.656.1958.992.532.670.703.08表3主要技術(shù)性能細(xì)度（%）標(biāo)準(zhǔn)稠度（%

5、）初凝時(shí)間（min ）終凝時(shí)間（min ）安定性抗壓強(qiáng)度（MPa ）抗折強(qiáng)度（MPa ）合格30.955.75.88.8·25· 2010年5期 2.3測試方法本實(shí)驗(yàn)測試參照GB/T11969加氣混凝土性能試驗(yàn)方法測試泡沫混凝土的強(qiáng)度、干表觀密度、吸水率，并計(jì)算其吸水速率。孔隙率的測量采用“質(zhì)量-體積直接計(jì)算法”進(jìn)行。采用體式顯微鏡及圖像處理系統(tǒng)測試泡沫混凝土的孔徑，利用掃描電子顯微鏡對泡沫混凝土的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論3.1早強(qiáng)劑的種類及摻量對泡沫混凝土強(qiáng)度、密度及孔隙率的影響不同種類和摻量的早強(qiáng)劑均對泡沫混凝土強(qiáng)度、密度及孔隙率有較大的影響，見表5、圖2。

6、如表5所示，早強(qiáng)劑摻量的變化對泡沫混凝土的密度和孔隙率影響不大。隨著早強(qiáng)劑摻量的增大，Na 2SO 4作為早強(qiáng)劑的泡沫混凝土密度變化范圍在514kg/m3548kg/m3之間，CaSO 4作為早強(qiáng)劑的密度變化范圍在526kg/m3541kg/m3之間，而孔隙率的變化很小，總體上使用CaSO 4作早強(qiáng)劑時(shí)的孔隙率稍大于Na 2SO 4作早強(qiáng)劑時(shí)的孔隙率。由圖2可以看出，早強(qiáng)劑的種類和摻量均對泡沫混凝土的強(qiáng)度有較大的影響。從整體上看，早強(qiáng)劑Na 2SO 4比早強(qiáng)劑CaSO 4對泡沫混凝土的早強(qiáng)效果明顯，其28d 時(shí)的強(qiáng)度也相對較高，當(dāng)使用Na 2SO 4作早強(qiáng)劑時(shí)，其強(qiáng)度發(fā)展較快，其7d 的強(qiáng)度已

7、經(jīng)和28d 的強(qiáng)度相近，而CaSO 4作早強(qiáng)劑時(shí)，早期強(qiáng)度發(fā)展相對緩慢，7d 時(shí)的強(qiáng)度較28d 時(shí)的強(qiáng)度相差較大。從圖2中還可以看出，隨著Na 2SO 4摻量的不斷增大，其7d 和28d 的強(qiáng)度也不斷增大，當(dāng)摻量達(dá)到5%時(shí)強(qiáng)度增至最大，當(dāng)摻量大于6%時(shí)強(qiáng)度開始減小，并且28d 時(shí)的強(qiáng)度較7d 時(shí)的強(qiáng)度稍有下降；而CaSO 4作早強(qiáng)劑時(shí)，隨著摻量的增大，其7d 和28d 的強(qiáng)度都在不斷的增大。Na 2SO 4早強(qiáng)效果優(yōu)于CaSO 4的主要原因是：硫酸鈉極易溶解于水，在水中能較快地與氫氧化鈣反應(yīng)生成顆粒細(xì)小的二水石膏，細(xì)小的二水石膏不僅可以促進(jìn)水泥的反應(yīng)，而且還可以結(jié)合氫氧化鈣與粉煤灰和煤矸石中活

8、性的氧化鋁和二氧化硅進(jìn)行反應(yīng)生成鈣礬石，這些都大大地加快了反應(yīng)速度，使泡沫混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展較快。另外，在這些快速反應(yīng)的過程中，反應(yīng)還消耗了較多的水，使生成物比較致密，會使泡沫混凝土的骨架致密，強(qiáng)度較高，相應(yīng)的后期強(qiáng)度也會較高。而對于CaSO 4，由于使用的硫酸鈣粒度較大，影響了它與水泥及粉煤灰和煤矸石中活性成分的二次反應(yīng)，又由于泡沫混凝土在成型的過程中水料比較大和泡沫劑形成氣孔的存在，而反應(yīng)速度又相對較慢，從而使生成物較為疏松，泡沫混凝土的骨架會較為疏松，這些因素導(dǎo)致了其早期強(qiáng)度發(fā)展相對較慢，后期強(qiáng)度也相對較低。3.2早強(qiáng)劑的種類對泡沫混凝土孔徑及氣孔結(jié)構(gòu)的影響早強(qiáng)劑種類對泡沫混凝土氣孔的

9、影響主要體現(xiàn)在平均孔徑的分布和氣孔的結(jié)構(gòu)，本實(shí)驗(yàn)使用體式顯微鏡及相關(guān)的圖像分析系統(tǒng)對泡沫混凝土的孔徑進(jìn)行分析，使用掃描電子顯微鏡對氣孔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。本實(shí)驗(yàn)主要分析兩組分別以Na 2SO 4和CaSO 4作為早強(qiáng)劑的試樣，密度和氣孔率分別為：548kg/m3和70.5%、534kg/m3和73.8%，早強(qiáng)劑的摻量均為5%，成型時(shí)的流動度分別為20.4cm 、23.6cm ，其他成分見表4，其孔徑分布及氣孔結(jié)構(gòu)見圖3圖5。泡沫劑與水形成的泡沫混入料漿，經(jīng)過攪拌，泡沫被料漿固定在其中，經(jīng)過料漿中各種成分的復(fù)雜反應(yīng)后，料漿凝固，泡沫中的氣泡被保留下來，這便完成了氣泡轉(zhuǎn)化為泡沫混凝土氣孔的過程，這一

10、過程是泡沫混凝土氣孔形成最主要的過程。不同的早強(qiáng)劑對煤矸石-粉煤灰泡沫混凝土的氣孔孔徑和氣孔的結(jié)構(gòu)也有表4實(shí)驗(yàn)的基準(zhǔn)配合比(%水泥煤矸石粉煤灰生石灰泡沫劑減水劑水料比353025100.120.90.46表5不同種類和摻量早強(qiáng)劑對應(yīng)泡沫混凝土的密度及孔隙率早強(qiáng)劑Na 2SO 4CaSO 4摻量（%）3456734567·26· 2010年5期 重要的影響，在兩種試樣密度相近的情況下，使用Na 2SO 4為早強(qiáng)劑的泡沫混土孔徑主要分布在500m 800m ，其次為大于800m 的氣孔，而使用CaSO 4為早強(qiáng)劑的泡沫混凝土孔徑主要分布在300m 500m 之間，其次是100m

11、 300m 的氣孔。結(jié)合圖4和圖5可以看出，早強(qiáng)劑Na 2SO 4對應(yīng)的泡沫混凝土形成的氣孔不僅孔徑較大，而且連通的氣孔占多數(shù)，而早強(qiáng)劑CaSO 4所對應(yīng)的泡沫混凝土的氣孔孔徑相對較小，而且封閉的氣孔占多數(shù)。這主要是因?yàn)橛肗a 2SO 4作早強(qiáng)劑時(shí)，早期反應(yīng)比較快，當(dāng)加入早強(qiáng)劑后料漿的稠度增大，料漿與泡沫混合時(shí)，泡沫在料漿中不能分散均勻，料漿中包裹的泡沫團(tuán)就會較大，而且使用Na 2SO 4早強(qiáng)劑時(shí)，漿體各成分之間早期反應(yīng)速度就加快，需水量也就相對較大，又由于液膜在重力和表面張力下排液，這樣料漿就會吸收泡沫排出的水分，并加上料漿的擠壓，液膜產(chǎn)生不均勻擴(kuò)散，從而導(dǎo)致封閉的泡沫孔產(chǎn)生缺陷，凝結(jié)后表現(xiàn)

12、為不完整的孔，形成連通孔且孔徑較大。而用CaSO 4作早強(qiáng)劑時(shí)，早期反應(yīng)不太快，料漿的稠度也較稀，料漿與泡沫混合的過程中，泡沫在料漿中分布相對比較均勻，料漿中包裹的泡沫團(tuán)也就相對較小，因?yàn)榱蠞{較稀，料漿對液膜的擠壓也相對較小，液膜不容易破裂，這樣料漿凝結(jié)后，便在內(nèi)部形成了較多的封閉型氣孔，孔徑也會較小。3.3早強(qiáng)劑的種類對泡沫混凝土吸水性的影響泡沫混凝土的吸水率有兩種表示方法：第一種是質(zhì)量吸水率，是泡沫混凝土吸收水分的質(zhì)量與泡沫混凝土干燥質(zhì)量之比，無量綱；第二種是體積吸水率，用每立方米泡沫混凝土的吸水量來表示，單位為kg/m3。本實(shí)驗(yàn)采用測氣孔結(jié)構(gòu)和孔徑分布的兩試樣進(jìn)行吸水性的測試，吸水率采用

13、質(zhì)量吸水率表示，其吸水率和吸水速率見圖6、圖7。·27· 2010年5期小，連通孔所占比例也較小，所以其前期的吸水率和吸水速率都會較使用早強(qiáng)劑CaSO 4時(shí)大。由于小于100m 的孔后者的比例要大于前者，孔徑較小時(shí)水分進(jìn)入時(shí)比較困難，所以盡管后者的孔隙率稍大于前者，但72h 的吸水率后者小于前者。4結(jié)論（1）早強(qiáng)劑的種類和摻量對煤矸石-粉煤灰泡沫混凝土的強(qiáng)度影響都比較大，摻加Na 2SO 4的強(qiáng)度比摻加CaSO 4的高，早強(qiáng)劑Na 2SO 4最佳摻量為5%。（2）摻加不同的早強(qiáng)劑對煤矸石-粉煤灰泡沫混凝土的氣孔結(jié)構(gòu)和孔徑有較大影響，摻加Na 2SO 4的連通孔的比例比摻加C

14、aSO 4的高，孔徑的尺寸也比較大。（3）摻加不同的早強(qiáng)劑對煤矸石-粉煤灰泡沫混凝土的吸水率也有一定的影響，摻加Na 2SO 4前期的吸水率和吸水速率都比摻加CaSO 4的高，72h 吸水率也大于后者。參考文獻(xiàn):4邵洪江，丁鑄，孫風(fēng)金，王永滋. 早強(qiáng)劑和蒸養(yǎng)對粉煤灰泡沫混凝土性能影響. 吉林建材.1999（1）：16-20.5王玉婷，蔣友新，李玉香，鄭愛國，康祥梅. 發(fā)泡劑在水泥基多孔吸聲混凝土中的應(yīng)用. 混凝土.2008（4）：42-46.泡沫自身參數(shù)對泡沫混凝土性能影響的研究扈士凱李應(yīng)權(quán)羅寧段策(建筑材料工業(yè)技術(shù)監(jiān)督研究中心，北京100024摘要對泡沫自身的容重、摻量、孔徑分布等因素對泡沫混凝土性能的影響進(jìn)行研究，結(jié)果表明：泡沫容重對泡沫混凝土的強(qiáng)度等性能有很大的影響，泡沫容重在70g/L90g/L時(shí)最為合適；隨著泡沫摻量的增加，泡沫混凝土的干表觀密度及強(qiáng)度逐步降低；泡沫孔徑分布不均勻，對泡沫混凝土的力學(xué)性能有負(fù)面影響。關(guān)鍵詞泡沫混凝土；泡沫容重；泡沫摻量；泡沫孔徑分布1引言泡沫混凝土是由預(yù)制出的泡沫與水泥（砂）漿均勻混合、硬化而成的一種多孔材料，具有輕質(zhì)、保溫隔熱、低彈性模量、大流動度等特點(diǎn)，在屋面、地暖以及回填工程中得到了廣泛的應(yīng)用。在影響泡沫混凝土性能的諸多因素中，泡沫自身的性能起著很大的作用，相同的配合比，使用不同的泡沫便會得到性能