粉煤灰高強(qiáng)微珠泡沫混凝土的研究

摘　要:用粉煤灰中分離提取的比重大于1 ，堆積密度500～870kg/ m³ 厚壁高強(qiáng)微珠，與水泥和自制無(wú)機(jī)高分子熱聚物發(fā)泡劑預(yù)混，制成流態(tài)泡沫混凝土，在常溫常壓養(yǎng)護(hù)條件下，600kg 級(jí)抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到5～7MPa ，700kg 級(jí)達(dá)到10MPa 以上，明顯高于同級(jí)別的鋁粉加氣混凝土的強(qiáng)度，800～1600kg 級(jí)達(dá)到承重材料的強(qiáng)度，具有節(jié)能利廢、輕質(zhì)高強(qiáng)、隔熱保溫性好、投資少、生產(chǎn)成本低、適于大體積澆注等特點(diǎn)，是一種多功能多用途的新型材料。

關(guān)鍵詞:粉煤灰高強(qiáng)微珠；泡沫混凝土

前言

　　隨著建筑業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高，具有輕質(zhì)、保溫、隔熱功能的多孔混凝土用量越來(lái)越大。多孔混凝土常用的有三種類型，即加氣混凝土、泡沫混凝土及無(wú)砂大孔混凝土。所謂加氣混凝土是指以鈣質(zhì)材料(水泥、石灰) 、硅質(zhì)材料(石英砂、礦渣、粉煤灰等) 和加氣劑(鋁粉等) 為原料經(jīng)磨細(xì)、配料、澆注、發(fā)氣、切割和蒸壓養(yǎng)護(hù)等工序而成的多孔混凝土；泡沫混凝土是指以水泥漿(也常摻入石英砂粉、粉煤灰、礦渣等硅質(zhì)混合材) 與泡沫劑拌合經(jīng)蒸養(yǎng)或壓蒸養(yǎng)護(hù)而成的多孔混凝土；無(wú)砂大孔混凝土則是以粗集料、水泥、水配制而成的輕質(zhì)混凝土。它們分別以加氣劑產(chǎn)生氣泡、泡沫劑引入氣泡及無(wú)細(xì)集料的結(jié)構(gòu)性氣孔而賦予混凝土以優(yōu)良的性能，已得到了比較好的應(yīng)用[1 ] 。但遺憾的是，它們又都分別存在著各自的不足而影響其良好的應(yīng)用。如鋁粉加氣混凝土氣孔偏大(mm 級(jí)) 又不均勻、強(qiáng)度較低(1. 1～3. 5MPa) 、須蒸壓養(yǎng)護(hù)、成本較高； 泡沫混凝土初凝、終凝時(shí)間長(zhǎng)，亦需要高溫養(yǎng)護(hù)，且強(qiáng)度更低(0. 5～2. 0MPa) ；而無(wú)砂大孔混凝土雖強(qiáng)度較高( 3. 5 ～ 10MPa) ， 卻表觀密度大( 1000 ～ 1500kg/ m3 ) 、保溫隔熱性較差。如何生產(chǎn)出滿足市場(chǎng)需求的輕質(zhì)高強(qiáng)、保溫隔熱性能好、成本低的泡沫混凝土，成為人們所關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。本研究利用水泥、粉煤灰高強(qiáng)微珠、自制的無(wú)機(jī)高分子熱聚物發(fā)泡劑制備的泡沫混凝土較為理想地實(shí)現(xiàn)了上述目標(biāo)，且具有流態(tài)混凝土的特征，便于現(xiàn)場(chǎng)大體積澆注。

1 　實(shí)驗(yàn)材料與方法

1. 1 　原料

　　水泥:鄭州金龍水泥股份有限公司42. 5 級(jí)普通硅酸鹽水泥；微珠:鴨河電廠干法分離提取硅鋁質(zhì)微珠。粒徑級(jí)配0. 080～0. 038mm ，密度1. 92g/ cm3 ，堆積密度780kg/ m3 ；石英砂粉:粒徑級(jí)配0. 01～0. 1mm ；礦渣、河南朝陽(yáng)鋼鐵有限公司高爐水淬渣；發(fā)泡劑:自制無(wú)機(jī)高分子熱聚物發(fā)泡劑，原始濃度為20 %，稀釋配制使用濃度分別為2 % ，3 % ，4 %；塑化分散劑:市售化

學(xué)品，自行復(fù)合配制；穩(wěn)泡劑:脂肪族，自制；石灰、石膏、膨脹劑。

1. 2 　試驗(yàn)配比

　　考慮到泡沫混凝土的用途不同，試驗(yàn)采用兩種配料方案，見表1 、表2 。

1. 3 　制備方法

　　實(shí)驗(yàn)室試件制備采用泡沫制備，加入經(jīng)塑化分散劑、穩(wěn)泡劑水泥微珠預(yù)混均勻料中，制成均勻流態(tài)漿澆注成型。試件尺寸為100mm ×100mm ×100mm ，養(yǎng)護(hù)環(huán)境為室溫26 ℃±2 ℃，8h 拆模，室溫放置。每天給試塊噴霧化水一次，以防風(fēng)吹表面出現(xiàn)裂紋，28d 將試塊放85 ℃干燥箱烘至恒重，測(cè)量密度與強(qiáng)度。此種方法與鋁粉發(fā)泡劑相比，有隨用隨配、隨時(shí)裝車、可以遠(yuǎn)距離泵送、現(xiàn)場(chǎng)澆注的優(yōu)點(diǎn)。

2 　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2. 1 　試驗(yàn)與孔結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果

　　試驗(yàn)與孔結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果見表3 、表4 、圖3 。

2. 2 　結(jié)果分析

　　由表4 、表5 可見，無(wú)機(jī)熱聚物發(fā)泡劑所產(chǎn)生的氣泡有很好的穩(wěn)定性，可使泡沫混凝土的實(shí)際密度基本保持在設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)。與鋁粉加氣混凝土相比，氣孔明顯細(xì)膩均勻，氣泡小于0. 2mm、氣孔間隔系數(shù)小(0. 2mm 以下) ，塑化分散性較好。這既有利于強(qiáng)度的提高，又有利于保溫隔熱性能的提高。泡沫劑的濃度在低密度下對(duì)泡沫混凝土的密度有一定影響。

　　粉煤灰高強(qiáng)微珠的引入，使泡沫混凝土在600kg 級(jí)下抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到5～7MPa ， 700kg 級(jí)下達(dá)到10MPa 以上，明顯高于同級(jí)別下的鋁粉加氣混凝土的強(qiáng)度，800～1600kg 級(jí)下達(dá)到承重材料的強(qiáng)度。這主要得益于粉煤灰微珠的優(yōu)良性能。粉煤灰高強(qiáng)微球是由火電廠粉煤灰顆粒群體中分離提取的密度大于1 、堆積密度500～870kg/ m³ 、厚壁輕質(zhì)空心球形顆粒的一種新材料[ 2～3 ] ，其強(qiáng)度很高(可承受700MPa 的靜水壓力) ，具有很好的填充性；同時(shí)，其主要成分是SiO₂ 和Al₂O₃ ，呈玻璃態(tài)，有較高的潛活性， 又可與水泥及石灰水化產(chǎn)生的Ca (OH) ₂ 二次水化反應(yīng)生成C₂S₂H 凝膠，即強(qiáng)化了其與水泥漿體的結(jié)合又增加了凝膠產(chǎn)物的含量，所以可以有效的提高泡沫混凝土的強(qiáng)度，即是在常溫常壓下養(yǎng)護(hù)也可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

　　此外，由于粉煤灰微珠的球形特征，滑動(dòng)性很好， 又賦予混凝土較高的流動(dòng)性，具有流態(tài)混凝土的成型特征。

2. 3 　成本分析

    粉煤灰高強(qiáng)微珠泡沫混凝土成本分析見表5 。

3 　粉煤灰高強(qiáng)微珠泡沫混凝土的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)

　　與傳統(tǒng)加氣、泡沫混凝土相比，粉煤灰高強(qiáng)微珠泡沫混凝土生產(chǎn)技術(shù)及成套設(shè)備具有以下優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn):

　　(1) 無(wú)蒸壓養(yǎng)護(hù)設(shè)備，投資最小(以年產(chǎn)4 萬(wàn)立方米計(jì)算，僅為傳統(tǒng)工藝鋁粉發(fā)氣混凝土砌塊設(shè)備投資的1/ 2～1/ 3) 。

　　(2) 常溫常壓養(yǎng)護(hù)，可大大節(jié)約電能、燃煤和蒸汽， 生產(chǎn)成本低，又有利環(huán)保；

　　(3) 可自制或購(gòu)買發(fā)氣劑，不受鋁粉市場(chǎng)影響，且自制高分子熱聚物發(fā)氣劑可自行任意控制發(fā)氣量、非蒸壓無(wú)鋁粉發(fā)氣粉煤灰混凝土砌塊可達(dá)300kg/ m³ ；

　　(4) 無(wú)機(jī)高分子高性能熱聚物發(fā)氣劑，形成氣泡小、均勻、在砌塊中產(chǎn)生獨(dú)立封閉的微孔，可大大降低砌塊吸水率從而提高抗凍融性能，既降低了生產(chǎn)成本又提高了產(chǎn)品技術(shù)性能；

　　(5) 此項(xiàng)技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，操作方便，徹底改變了采用“鋁粉發(fā)氣”工藝，將傳統(tǒng)化學(xué)發(fā)氣方法改進(jìn)為物理方法發(fā)氣泡，使砌塊內(nèi)部氣孔形狀及孔隙率難以控制的問(wèn)題得到了很好的解決，確保了產(chǎn)品質(zhì)量，減少了產(chǎn)品的損耗，改善和提高了產(chǎn)品物理性能指標(biāo)；

　　(6) 粉煤灰高強(qiáng)微珠泡沫混凝土生產(chǎn)過(guò)程還可同時(shí)利用其他廢棄物，如廢泡沫、火電廠化學(xué)廢液、氧化鋁廠廢赤泥、化工化肥廠廢液、廢渣等；

　　(7) 用預(yù)混法制備的泡沫混凝土流動(dòng)性極好，可以從事遠(yuǎn)距離輸送、罐車運(yùn)輸、泵送，而可用于大體積現(xiàn)場(chǎng)澆注工程。

參考文獻(xiàn)

[1 ]吳科如，建筑材料，同濟(jì)大學(xué)出版社，1995 ，127 ；

[2 ]楊久俊，黃明等，粉煤灰微珠分離提取與深加工的初步研究，新型建筑材料，2003. 3 ，3 ；

[3 ]仝北平，徐宏等，粉煤灰空心微珠的研究與應(yīng)用。上海市顆粒學(xué)會(huì)年會(huì)論文集，2002. 196 ；

[4 ]沈旦申，張蔭濟(jì)，粉煤灰效應(yīng)的探討，硅酸鹽學(xué)報(bào)，1981. 9 (3) :86 ；

[5 ]蔣永惠，閆春霞。粉煤灰顆粒分布對(duì)水泥性能的影響。建筑材料學(xué)報(bào)，1998. 1 (3) 245 ；