外加剂与活性矿物掺合料对粉煤灰加气混凝土性能的影响.doc

浙江建筑, 第28卷, 第1期, 2011年1月Zhejiang Constructi o n , V o. l 28, No . 1, Jan . 2011 收稿日期2010-10-19 基金项目本论文获重庆交通大学研究生教育创新基金项目资助 作者简介岳 涛 , 男, , , 外加剂与活性矿物掺合料对粉煤灰 加气混凝土性能的影响 The E ff ect of Additi v es and Acti v e M iner al Ad m ixtures on the Perf or m ance of F l y Ash Aer at ed Concret e 岳 涛, 窦广陵 YUE Tao, DO U Guang ling 重庆交通大学材料系, 重庆400074 摘 要研究了外加剂和活性矿物掺合料对免蒸压加气混凝土性能的影响, 试验结果表明, 原材料组合方案中通过复掺早强剂和磨细矿渣粉, 加气混凝土的性能得到了显著改善。在85 热养护工艺下制备的B08级加气混凝土性能指标达到了 蒸压加气混凝土砌块GB 11968 2006 标准要求。 关键词外加剂; 活性矿物掺合料; 免蒸压加气混凝土 中图分类号TU528. 042 文献标识码B 文章编号1008-37072011 01-0067-05 在免蒸压加气混凝土制备过程中, 浆体发气完成后, 为了较快地促进坯体的凝结和硬化, 加速粉煤灰的 火山灰效应和水泥水化反应, 缩短坯体静停养护时间, 使制品能够获得较高的早期和后期强度, 原材料组合方案中使用外加剂和矿物掺合料对浆体进行改性[1] 。 1 原材料组合方案 1 水泥。采用拉法基P . O42. 5水泥, 3d 抗压强度17. 6MPa , 抗折强度3. 74MPa ; 28d 抗压强度 44. 5MPa , 抗折强度8. 91MPa 。 2 生石灰。取自重庆冬笋轻质建材有限公司。技术指标见表1。 表1 生石灰技术指标 0. 075mm 筛余量/有效氧化 钙/ 消化温度 / 消化时间 /mi n 18. 3 75 40. 5 10. 2 3 石膏。脱硫二水石膏由重庆市九龙坡区重 庆电厂粉煤灰公司提供。技术指标见表2。 表2 石膏技术指标 成分Si O 2A l 2O 3Ca O M g O SO 3 烧失量 0. 05mm 筛余 含量/ 2. 7 0. 7 31. 6 1. 0 42. 419. 216. 6 4 粉煤灰。重庆市九龙坡区重庆电厂粉煤灰 公司提供, 其主要成分见表3。 表3 粉煤灰技术指标 成分 Si O 2A l 2O 3Ca O Mg O SO 3烧失 量80 m 筛余需水量 比/密度/kg /m3 含量/44. 7126. 6315. 620. 88 2. 07 6. 74 16. 6 103 2. 22 5 发气剂。加气混凝土铝粉膏取自重庆冬笋轻质建材有限公司。 6 萘系高效减水剂。 2 外加剂的选择 2. 1 促凝剂 促凝剂的选择参照 公路工程水泥混凝土试验规程J TJ 053 94 , 规定了CS 和CAS 型两种促凝剂。促凝剂配方见表4。 表4 促凝剂配方质量比 型号无水碳酸钠 Na 2CO 3 / 无水硫酸钠Na 2SO 3 / 铝酸钠Na A l O 2 / CS 7525-CAS 60 25 15 两种促凝剂在相同掺量下, 掺CS 型促凝剂砂浆的凝结时间比掺CAS 型的要长, 为了避免在成型过程中砂浆凝结太快以致无法成型, 试验选用了CS 型促凝剂。碳酸钠是弱酸强碱盐, 它与水泥水化生成的CaOH 2作用时, 生成难溶性的碳酸钙和碳酸氢钙, 大大缩短水泥的凝结时间 2Na 2CO 32CaOH 2 Ca CO 3CaHCO 3 24Na OH CaCO 3C 3A11H 2O C 3A C a CO 3 11H 2O 2. 2 早强剂 参照水泥胶砂试验方法, 原材料组合方案中选取以下几种外加剂为主要因素进行粉煤灰胶砂单掺试验。基准料浆配合比设定为水胶比0. 6, 渠河细砂掺量为1350g细度模数0. 98, 拉法基P . O42. 5水泥掺量为450g , 浇模尺寸40mm 40mm 160mm 。通过外加剂对粉煤灰活性的激发效果, 确定其在加气混凝土原材料中的较优掺量。 1 三乙醇胺。三乙醇胺作为典型的有机物类混凝土早强剂, 其掺量一般为0. 030. 05。当其掺量0. 1时则有促凝作用, 三乙醇胺对C 3S 、C 2S 水化过程有一定的抑制作用, 这又使得后期的水化产物得以充分地生长、致密, 保证了混凝土后期 强度的提高[2] 。试验配合比见表5。 表5 三乙醇胺试验配合比 项 目 设计参数水胶比粉煤灰掺量/三乙醇胺掺量/试验结果 抗折强度/M Pa 7d 28d 抗压强度/M Pa 7d 28d 10. 6003. 04. 713. 020. 220. 63001. 02. 04. 38. 330. 6300. 011. 91. 75. 810. 340. 6300. 032. 12. 37. 011. 650. 6300. 052. 22. 37. 313. 36 0. 6 30 0. 07 2. 4 2. 5 8. 1 14. 1 注三乙醇胺用量按胶凝材料总量的百分比掺加。 从强度指标来看, 三乙醇胺掺量为0. 07的胶砂试件相对基准掺粉煤灰胶砂试件7d 抗折和抗压 强度增长率分别为130和89, 28d 抗折和抗压强度增长率分别为27和37。结果表明三乙醇, 并对试件后期强度的增长也具有促进作用。 2 无水硫酸钠。采用与三乙醇胺相同的试验思路, 在相同基准配合比条件下, 原材料组合方案中选取硫酸钠为主要因素进行单掺试验, 研究硫酸钠对粉煤灰胶砂性能的影响, 确定硫酸钠的较优掺量。试验配合比见表6。 表6 无水硫酸钠试验配合比 项 目 设计参数水胶比粉煤灰掺量/硫酸钠掺量/试验结果 抗折强度/M Pa 7d 28d 抗压强度/M Pa 7d 28d 10. 6003. 04. 713. 020. 2 20. 6300. 31. 66. 51. 47. 630. 6300. 61. 04. 53. 214. 040. 6300. 91. 78. 02. 311. 050. 6301. 21. 46. 73. 013. 06 0. 6 30 1. 5 1. 7 6. 8 4. 5 14. 0 注硫酸钠用量按胶凝材料总量的百分比掺加。 由试验结果可知掺入硫酸钠对粉煤灰胶砂试件 早期强度的发展非常有利, 后期强度发展缓慢。当掺量0. 9时, 随着硫酸钠掺量的增加, 试件强度增长趋势明显。掺量为1. 5时, 7d 和28d 抗压强度较基准第2组分别增长了221和84。结果表明硫酸钠能够很好地促进水泥早期水化反应, 对粉煤灰的活性激发具有促进作用[3] 。由于早期强度增加的愈快后期强度就愈容易受影响, 硫酸钠的掺量应有一最佳控制量, 一般在0. 91. 5适宜。 3 活性掺合料的选择 原材料组合方案中掺入活性矿物掺合料, 一方面是由于矿物掺合料的火山灰反应速度快于粉煤灰; 另一方面, 生产原料的精细化无疑是在免蒸压养护工艺条件下生产出高强度的粉煤灰加气混凝土最理想的选择, 少量超细矿物掺合料的加入有助于提高其孔壁的密实度, 增加水化反应物生成量, 使其胶结更加密实, 从而强度更高。无论是什么级别的加气混凝土, 其本质上都是要求孔壁更密实, 这样才能使其在相应的容重条件下强度更高[4] 。 试验研究活性矿物掺合料对免蒸压加气混凝土的影响, 原材料选用的是埃肯硅灰S i O 2含量为90 和滕辉S95磨细矿渣粉。 4 外加剂与活性掺合料对加气混凝土性能 影响试验 4. 1 试验方案 基68 浙 江 建 筑2011年 第28卷 59、水泥掺量30、石灰掺量10、石膏掺量1、铝粉掺量0. 16, 水料比取0. 34。三乙醇胺作为早强剂单独使用时对混凝土的早强效果不明显, 只有当它与无机盐类早强剂一起使用时, 才能发挥较好的早强作用, 鉴于加气混凝土本身强度不高, 为了更加准确地评价早强剂对加气混凝土性能的影响, 采用了三乙醇胺与硫酸钠复掺的试验方法。第三阶段试验配合比见表7。 表7 第三阶段试验配合比 项目水泥/粉煤灰/硅灰/磨细矿渣粉/石灰/石膏/早强剂/三乙醇胺硫酸钠减水 剂/g130. 059. 01011. 3229. 559. 00. 51011. 8329. 059. 01. 01011. 8428. 559. 01. 5 1011. 8529. 059. 01. 01012. 3627. 059. 03. 01012. 3725. 059. 05. 0 1012. 5830. 059. 0 10 11. 3 9 30. 0 59. 0 10 1 0. 7 0. 9 1. 3 注 胶凝材料用量按粉体质量的百分比掺加, 外加剂用量按水泥掺量百分比掺加; 为满足浆体浇注稳定性, 单个立方体试模中减水剂的掺量依据浆体稠度情况调整, 下同。 参照 蒸压加气混凝土砌块GB 11968 2006 试验规范[5] , 对第一阶段试验加气混凝土干密度、含水 率及抗压强度进行了测试。第三阶段实验结果见表8。 表8 第三阶段实验结果 项目成型体积密度/kg/m 3 含水率/干密度/kg /m 3 立方体抗压强度/M Pa 3d 5d 14d 199520. 48261. 72. 23. 32102519. 68571. 82. 13. 03106922. 28751. 71. 94. 14107221. 78811. 41. 84. 05103720. 58612. 12. 54. 56106921. 78782. 32. 84. 77115720. 79592. 63. 26. 28103620. 58602. 22. 43. 39 1016 20. 2 845 3. 2 3. 7 5. 8 注试件在养护室标准条件下养护到一定龄期后直接进行抗压强度测试, 取样测其含水率, 并推导出干密度。 4. 2 试验结果 1 硅灰。综合表8、图1和图2可知利用低等级粉煤灰生产加气混凝土, 为了弥补粉煤灰活性S i O 2不足而掺入硅灰。与基准加气混凝土第1组 相比, 试件3d 、5d 立方体抗压强度并没有得到 , 当硅灰掺量为0. 5时, 试件抗压强度值平均值几乎与基准组强度相当。当硅灰掺量增加到1. 5时, 加气混凝土14d 抗压强度略有提高。但是随着硅灰掺量由0. 5增加到1. 5, 加气混凝土的干密 度也随之增大, 加气混凝土强度与干密度成正比例关系。因此, 硅灰对加气混凝土强度的影响, 可能是通过增大其干密度实现的, 所以说硅灰的掺入对免蒸压加气混凝土的性能影响不大。 掺入硅灰并没有达到理想的效果。主要原因在于, 采用低水料比制备的加气混凝土, 硅灰在其中只有部分参与水化反应生成水化硅酸钙, 难以补充低等级粉煤灰活性Si O 2含量的不足。未参与反应的硅灰仅仅起到了微粒填充作用, 试件14d 强度才略有提高。2 磨细矿渣粉。与硅灰掺入效果不同的是, 磨细矿渣粉对免蒸压加气混凝土性能的影响显著, 掺入磨细矿渣粉能大幅度提高抗压强度。当磨细矿渣粉掺量达到3和5时, 其抗压强度比基准组分 别提高了43和88。由于磨细矿渣粉的活性高于粉煤灰, 随着磨细矿渣粉掺量的增加, 它对加气混凝土强度的贡献起到了主导性的作用, 而水泥则在对强度贡献的同时主要起到激发剂的作用, 促使磨细矿渣粉进行水化和二次水化反应。与硅灰掺量对加气混凝土干密度的影响趋势一样, 随着磨细矿渣粉掺量的增加, 加气混凝土干密度增大。当硅灰与磨细矿渣粉掺量同为1时, 两者加气混凝土干密度基本等同的情况下, 磨细矿渣粉的掺加对加气混凝土强度的增长更为显著。由此说明, 利用低等级粉煤灰制备加气混凝土时, 磨细矿渣粉对其性能的影响效果比硅灰要好。 3 早强剂复掺影响。早强剂单掺试验结果显示, 三乙醇胺和硫酸钠能够显著地改善粉煤灰胶砂 69 第1期 岳 涛等外加剂与活性矿物掺合料对粉煤灰加气混凝土性能的影响 试件性能。试验结果表明这两种早强剂也能够显著地提高粉煤灰加气混凝土性能。在立方体抗压强度方面, 原材料组合方案中复掺三乙醇胺和硫酸钠使得粉煤灰加气混凝土的强度显著提高, 各龄期的强度均高于基准组, 14d 强度增长了76, 强度增长仅次于磨细矿渣粉对加气混凝土性能的影响。从表观密度变化来看, 早强剂的掺入并没有显著增加加气混凝土密度, 试件干密度平均值基本上与基准组相同。因此, 复掺三乙醇胺和硫酸钠可作为一种效果较好的外加剂应用于改善加气混凝土性能。 5 B08级免蒸压粉煤灰加气混凝土的制备 免蒸压粉煤灰加气混凝土实际生产过程中, 充分利用水泥水化和石灰消解释放的热量, 或者合理利用高能耗企业排放的余热能对试件进行热养护, 能够更加充分、经济、高效地激发粉煤灰活性, 有利于提高粉煤灰加气混凝土性能, 进一步提高企业生产效率。在前期试验所得结论基础上, 固定基准组水泥掺量25, 磨细矿渣粉掺量5, 其它胶凝材料掺量不变, 原材料组合方案中同时掺入磨细矿渣粉和早强剂, 并利用水浴箱热养护的方式, 对成型的粉煤灰加气混凝土试件进行养护。研究热养护工艺、活性掺合料和外加剂的复合掺加以及促凝剂对粉煤灰加气混凝土性能的影响。第四阶段试验配合比见表9, 试验结果见表10。试验强度对比见图3。 表9 第四阶段试验配合比 项目水泥/矿渣粉/粉煤灰/石灰/石膏水料比减水剂/g促凝剂/无水碳酸钠无水硫酸钠早强剂/ 三乙 醇胺 无水 硫酸 钠1 255591010. 341. 40. 070. 92255591010. 380. 70. 070. 9 3255 591010. 382. 075 254 30 59 10 1 0. 38 2. 0 75 25 注 促凝剂的总用量按粉体质量的1计; 早强剂的用量按粉体质量百分比掺入; 由于促凝剂无水碳酸钠的掺入, 水料比为0. 34的浆体无法满足浇注稳定性要求, 因此水料比调整为0. 38。 试验结果如下 1 采用85 热养护工艺制备的粉煤灰加气混凝土试件5d 立方体抗压强度, 远高于同龄期标养试件强度, 前三组试件强度平均高出105。试验结果表明, 粉煤灰加气混凝土试件在标准养护条件下强度发展比较缓慢, 但在热养护条件下能够在短时 间获得较好的强度性能。 表10 第四阶段试验结果 项目养护方式成型体积密度/kg/m3 含水率/干密度/kg/m3 抗压强度/M Pa 5d 成型 完整性1标养103620. 78583. 6 良好85 热养103119. 58627. 57. 4良好2标养92120. 97621. 6 良好85 热养91719. 37693. 53. 6表面微裂3标养97323. 57882. 0 良好85 热养96721. 07993. 93. 8表面微裂4标养105121. 98623. 1 良好85 热养 1050 20. 0 875 4. 2 4. 2 良好 注水浴箱升温速率为40 60 /h,升温阶段总时间为22. 5h 。 图3 第四阶段试验强度对比图 2 同时掺入早强剂和矿渣粉的第1组粉煤灰加气混凝土, 5d 标养强度达到3. 6MPa , 干密度为858kg /m3 , 试验效果优于第一阶段单掺磨细矿渣粉试件。早强剂和矿渣粉的复合掺入, 进一步提高了加气混凝土性能。 3 由第4组试验结果来看, 原材料组合方案中以促凝剂取代早强剂与矿渣粉复合掺入, 对粉煤灰加气混凝土强度的提高幅度不大, 不如早强剂与矿渣粉的复合掺加效果明显。 4 第2组试件与第3组相比, 虽然单掺促凝剂对粉煤灰加气混凝土强度的提高略好于早强剂, 但促凝剂的掺入提高了加气混凝土干密度。采用水料比0. 38制备的这两组试件, 成型干密度均低于水料比为0. 34的第一组, 但从试件成型完整性上来看, 在热养护过程中, 试件表面都出现了微小的开裂, 不利于粉煤灰于加气混凝土强度的发展和推广应用。因此, 参考砂浆促凝压蒸法选用的促凝剂, 在粉煤灰加气混凝土中的使用效果不理想。 综上所述, 早强剂与矿渣粉复掺对粉煤灰加气, 70 浙 江 建 筑2011年 第28卷 灰加气混凝土强度的影响非常重要。在热养护条件下, 粉煤灰玻璃体结构网络被破坏, Si O 、A l O 键断裂, 活性硅、铝易溶出, 加快了水化产物的形成, 提高了加气混凝土的早期强度。在85 热养护条件下制备的第1组粉煤灰加气混凝土, 虽然干密度略高于B08, 但5d 龄期强度等级已达到了A7. 5级蒸压加气混凝土合格品要求。试验结果表明原材料组合方案中通过掺加外加剂和活性矿物掺合料, 在合理的养护工艺下, 粉煤灰加气混凝土不需要通过蒸压养护也能达到国家相关标准的要求。 6 结 论 1 在加气混凝土原材料组合方案中掺入外加剂对其进行改性, 混凝土的性能得到一定的改善。 无论是三乙醇胺和硫酸钠的单掺试验结果都表明, 这两种外加剂都能够显著提高加气混凝土强度。但促凝剂和稳泡剂对性能影响不明显。 2 复合外加剂综合了各种类型外加剂的特点。复合掺加三乙醇胺和硫酸钠进一步显著提高了加气混凝土的性能。 3 活性掺合料对加气混凝土性能的改善效果各不相同。磨细矿渣粉的掺入显著提高了早期和后期强度, 而硅灰的掺入对加气混凝土早期强度的发展没有贡献, 后期强度提高幅度也不大。 4 在水泥掺量为25, 粉煤灰掺量为59的加气混凝土原材料组合方案中同时掺入三乙醇胺、硫酸钠和磨细矿渣粉, 在85 热养护条件下制备的加气混凝土基本上达到了 蒸压加气混凝土砌块GB 11968 2006 中B08级蒸压加气混凝土合格品的要求。 参考文献 [1] 王秀芬. 加气混凝土性能及优化的试验研究[D ].陕西西安 建筑科技大学, 2006. 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CN. 71 第1期 岳 涛等外加剂与活性矿物掺合料对粉煤灰加气混凝土性能的影响