粉煤灰高強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 厚壁高強微珠，與水泥和自制無機高分子熱聚物發(fā)泡劑預(yù)混，制成流態(tài)泡沫混凝土，在常溫常壓養(yǎng)護條件下，600kg 級抗壓強度可以達到5～7MPa ，700kg 級達到10MPa 以上，明顯高于同級別的鋁粉加氣混凝土的強度，800～1600kg 級達到承重材料的強度，具有節(jié)能利廢、輕質(zhì)高強、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，是一種多功能多用途的新型材料。

關(guān)鍵詞:粉煤灰高強微珠；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)護而成的多孔混凝土；無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) 又不均勻、強度較低(1. 1～3. 5MPa) 、須蒸壓養(yǎng)護、成本較高； 泡沫混凝土初凝、終凝時間長，亦需要高溫養(yǎng)護，且強度更低(0. 5～2. 0MPa) ；而無砂大孔混凝土雖強度較高( 3. 5 ～ 10MPa) ， 卻表觀密度大( 1000 ～ 1500kg/ m3 ) 、保溫隔熱性較差。如何生產(chǎn)出滿足市場需求的輕質(zhì)高強、保溫隔熱性能好、成本低的泡沫混凝土，成為人們所關(guān)注的熱點問題。本研究利用水泥、粉煤灰高強微珠、自制的無機高分子熱聚物發(fā)泡劑制備的泡沫混凝土較為理想地實現(xiàn)了上述目標(biāo)，且具有流態(tài)混凝土的特征，便于現(xiàn)場大體積澆注。

1 　實驗材料與方法

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。粒徑級配0. 080～0. 038mm ，密度1. 92g/ cm3 ，堆積密度780kg/ m3 ；石英砂粉:粒徑級配0. 01～0. 1mm ；礦渣、河南朝陽鋼鐵有限公司高爐水淬渣；發(fā)泡劑:自制無機高分子熱聚物發(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 　試驗配比

　　考慮到泡沫混凝土的用途不同，試驗采用兩種配料方案，見表1 、表2 。

1. 3 　制備方法

　　實驗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)護環(huán)境為室溫26 ℃±2 ℃，8h 拆模，室溫放置。每天給試一塊噴霧化水一次，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，測量密度與強度。生產(chǎn)過程工藝流程見圖1 ，示意圖見圖2 ，此種方法與鋁粉發(fā)泡劑相比，有隨用隨配、隨時裝車、可以遠距離泵送、現(xiàn)場澆注的優(yōu)點。

2 　試驗結(jié)果與分析

2. 1 　試驗與孔結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果

      圖3 注:1 、2 、3 設(shè)計密度均為600 ±50kg/ m3 ；其中1 發(fā)泡劑濃度為2 %；2 發(fā)泡劑濃度為3 %；3 發(fā)泡劑濃度為4 %。

　　4 、5 、6 設(shè)計密度均為700 ±50kg/ m3 ；其中4 發(fā)泡劑濃度為2 %；5 發(fā)泡劑濃度為3 %；6 發(fā)泡劑濃度為4 %。

　　7 、8 、9 、10 的發(fā)泡劑濃度均為3 %；其中7 的設(shè)計密度為800 ±50kg/ m3 ；8 的設(shè)計密度為1000 ±50kg/ m3 ；9 的設(shè)計密度為1200 ±50kg/ m3 ；10 的設(shè)計密度為1600 ±50kg/ m3 。

2. 2 　結(jié)果分析

　　由表4 、表5 可見，無機熱聚物發(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際密度基本保持在設(shè)計的范圍內(nèi)。與鋁粉加氣混凝土相比，氣孔明顯細(xì)膩均勻(如圖3 、圖4 所示) ，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泡沫混凝土的密度有一定影響。

　　粉煤灰高強微珠的引入，使泡沫混凝土在600kg 級下抗壓強度可以達到5～7MPa ， 700kg 級下達到10MPa 以上，明顯高于同級別下的鋁粉加氣混凝土的強度，800～1600kg 級下達到承重材料的強度。這主要得益于粉煤灰微珠的優(yōu)良性能。粉煤灰高強微球(如圖6 所示) ，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 ] ，其強度很高(可承受700MPa 的靜水壓力) ，具有很好的填充性；同時，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度，即是在常溫常壓下養(yǎng)護也可達到設(shè)計強度。

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

2. 3 　成本分析

　　粉煤灰高強微珠泡沫混凝土成本分析見表5 。

3 　粉煤灰高強微珠泡沫混凝土的優(yōu)勢和特點

　　與傳統(tǒng)加氣、泡沫混凝土相比，粉煤灰高強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)勢和特點：

　　(1) 無蒸壓養(yǎng)護設(shè)備，投資最小(以年產(chǎn)4 萬立方米計算，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，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) 可自制或購買發(fā)氣劑，不受鋁粉市場影響，且自制高分子熱聚物發(fā)氣劑可自行任意控制發(fā)氣量、非蒸壓無鋁粉發(fā)氣粉煤灰混凝土砌塊可達300kg/ m³ ；

　　(4) 無機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) 此項技術(shù)工藝簡單，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) 粉煤灰高強微珠泡沫混凝土生產(chǎn)過程還可同時利用其他廢棄物，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性極好，可以從事遠距離輸送、罐車運輸、泵送，而可用于大體積現(xiàn)場澆注工程。

參考文獻

[1 ]吳科如，建筑材料，同濟大學(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)會年會論文集，2002. 196 ；

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

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