幾種礦物摻合料對泡沫混凝土基本性能的影響

　　【關鍵詞】本文研究了磨細礦渣、粉煤灰、鋼渣、膨潤土等礦物摻合料對低容重泡沫混凝土基本性能的影響規(guī)律。試驗實驗表明：四種摻合料中磨細礦渣的活性最高，后期可以提高材料的強度；粉煤灰的活性次之，但其質輕可以降低材料的干表觀密度；鋼渣和膨潤土的需水量較大，會吸收泡沫的水分，產生破泡，增大材料的干密度，在相同容重情況下降低材料的強度。

　　【摘要】礦物摻合料 泡沫混凝土

　　1引言

　　隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，建筑材料資源和能源的日益緊缺，工業(yè)廢棄物作為一種閑置的資源，已經越來越多的被用于建筑材料領域，成為水泥基材料不可缺少的膠凝組分，不僅起到了節(jié)能降耗、降低成本和減輕環(huán)境負荷的作用，還在很大程度上改善了水泥基材料的綜合性能。泡沫混凝土是一種多孔材料，具有保溫隔熱、隔音等特點，在屋面、地暖等工程中得到了廣泛的應用。本試驗選取了四種常見的礦物摻合料，研究了其摻入水泥泡沫材料后，對泡沫混凝土的基本性能的影響。

　　2原材料及試驗方法

　　2.1原材料

　　水泥：北京中巖工程材料公司；

　　礦渣、鋼渣：北京首鋼資源綜合利用開發(fā)公司；

　　粉煤灰：北京石景山電廠低鈣Ⅱ級粉煤灰；

　　膨潤土：鈉基膨潤土；

　　HJ-1高性能泡沫劑：北京中建國信科技開發(fā)中心出品；

　　專用減水劑：北京中建國信科技開發(fā)中心出品。

　　2.2試驗方法

　　用SP-Ⅱ新型發(fā)泡機將發(fā)泡液制成泡沫，按一定比例將泡沫與攪拌好的水泥凈漿混合均勻后，注入鋼制試模，24小時拆模后在標準條件下養(yǎng)護至規(guī)定齡期，測試方法參照JC/T1062-2007《泡沫混凝土砌塊標準》。

　　3 實驗結果及分析

　　3.1磨細礦渣對材料性能的影響

　　礦渣也稱為粒化高爐礦渣、水淬礦渣或水渣，是冶金企業(yè)在煉鐵爐中煉鐵時浮于鐵水表面的熔渣，排出時用水急冷得到的產物。?；郀t礦渣同時含有CaO、SiO2、Al2O3，是鈣-鋁-硅三元體系。?；郀t礦渣磨細后稱為磨細礦渣，具有較高的潛在活性，在堿性環(huán)境下能夠發(fā)生水化硬化而產生強度。磨細礦渣在一定細度條件下自身也能發(fā)生水化硬化反應，具有自硬性。我們對礦渣在不同摻量的情況下對低容重的泡沫混凝凝土進行了研究。

表1 礦渣摻量對材料基本性能的影響

　　由上面的圖表可以看到，隨著礦渣摻量的增加，料漿的濕密度以及材料的干表觀密度受到的影響不大，也就是說礦渣對泡沫沒有負面的影響，但是早期材料的強度隨摻量的增大下降很明顯，后期90天的強度在摻量15%時比空白純水泥的強度還略高，證明礦渣能很好的提高材料的后期強度。由圖2可以看到，當?shù)V渣摻量為15%～30%時，對材料的強度影響不大，摻量過高時強度逐漸下降，需要采取化學激發(fā)的方法進一步挖掘其潛在的活性。

　　3.2 粉煤灰對材料性能的影響

　　粉煤灰是燃煤發(fā)電的工廠（火電廠）排放出的煙道灰，經收塵得到。粉煤灰經過高溫過程以及收塵的快速冷卻過程，因而其產物中以玻璃態(tài)物質為主并含有少量結晶態(tài)物質。粉煤灰的化學成分以SiO2、Al2O3為主，二者的含量之和一般在60%～85%之間，其物相形態(tài)以玻璃體為主，因而具有潛在活性。

表2 粉煤灰摻量對材料基本性能的影響

　　由上面圖表可以看出，與礦渣相比，摻入粉煤灰可以起到降低材料料漿濕密度和干表觀密度的作用，而且隨著摻量的增加，材料的料漿濕密度和干表觀密度持續(xù)降低。這一方面說明粉煤灰也不會產生消泡的負面作用；另一方面是因為粉煤灰與水泥相比屬于輕質材料，因此部分取代水泥后會降低材料的單位質量[1]。但是粉煤灰的活性不如礦渣好，隨著摻量的增加，材料的強度下降很快，由表2中強度與密度比值可以排除掉密度的變化更清楚的看到強度較大的降低趨勢。由于本實驗均為超低密度的泡沫混凝土以及水泥品種的影響，單位水泥含量相對較少，粉煤灰的二次水化反應受到了影響，所以在高容重的泡沫混凝土中，摻一定的粉煤灰對材料的后期影響是有益處的。

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　　3．3 鋼渣對材料性能的影響

　　鋼渣是煉鋼工業(yè)的廢渣，其排放量是鋼產量的15%左右。我國鋼年產量接近3億噸，鋼渣的年排放量達5000萬噸以上。鋼渣主要來自金屬爐料中各元素被氧化后生成的氧化物、被侵蝕的爐襯料和爐材料、金屬爐料帶入的雜質和為調整鋼材性質而加入的造渣材料。其礦物組成包括橄欖石、硅酸二鈣、硅酸三鈣以及少量游離氧化鈣、氧化鎂、玻璃體等成分，具有一定的水化自硬能力，經過悶渣和超細粉活化處理后，可以較好解決f-CaO、MgO的膨脹問題，具有一定的活性。

表3 鋼渣對材料性能的影響

　　由上表可以看出：純水泥攪拌的凈漿制備干表觀密度為360kg/m3級別的泡沫材料，只需要6L的泡沫，而用相同稠度的摻入鋼渣的凈漿制備同樣密度級別的泡沫材料則需要13L泡沫，這說明泡沫在和含有鋼渣的凈漿攪拌時大量破滅，充分表明鋼渣具有消泡的負面作用，其中的原因：一方面是由于鋼渣粉顆粒為多孔結構，吸水較大，容易將組成泡沫的液膜的水份吸收，造成泡沫破裂；另外一方面就是鋼渣粉顆粒形貌并非為大致的圓狀，而是呈多棱角狀，攪拌過程中與泡沫表面接觸時就容易將泡膜劃破。

　　由上表還可以清楚的看到，鋼渣的活性不高，摻量為30%時，強度只有空白樣的五分之一，而且28天的強度也幾乎沒有增長。分析認為，鋼渣中的Al2O3、CaO、SiO2含量比水泥中的含量少得多，且其特殊的熱歷史造成鋼渣中的礦物晶體生長發(fā)育較大，晶格穩(wěn)定，使得其水化活性低。其部分活性在鋼渣悶渣過程中被消耗也是取代水泥使用時強度降低的部分原因[2]。因此將鋼渣應用于泡沫混凝土需要對其進行進一步的改性處理。

　　3．4膨潤土填料對材料性能的影響

　　有文獻報道膨潤土是一種礦物穩(wěn)泡劑[3]，摻入一定量可以提高泡沫混凝土泡沫的穩(wěn)定性和材料的強度，本試驗也對膨潤土的摻入對材料性能的影響進行了研究。

表4 膨潤土摻量對材料基本性能的影響

　　試驗過程中發(fā)現(xiàn)由于膨潤土的吸水量很大，所以隨著膨潤土的摻入，膠凝材料凈漿的稠度逐漸變大，為得到相同的凈漿流動度，在保持水膠比相同的前提下，相應的增加了減水劑的用量，而且需要的減水劑的量隨著膨潤土摻量的增加而增大。最后得到的膠凝材料凈漿稠度雖然相同，但是在與泡沫混合時，發(fā)現(xiàn)含有膨潤土的凈漿有明顯的消泡作用，攪拌過程中，料漿的體積逐漸減少，料漿的流動性不斷增大，這些現(xiàn)象表明：膨潤土導致泡沫破滅，由上圖5～6可以看出，膨潤土摻入越多，料漿的濕密度就越大，導致干表觀密度與強度相應的增大。

　　通過試驗，得到的結果與現(xiàn)有的一些文獻所述有很大的差異，膨潤土由于其具有很強的吸水性(一般可以吸取自身體積數(shù)倍的水量),因此含有膨潤土的膠凝材料凈漿在與泡沫混合攪拌時，必定會吸取組成泡沫的泡膜的水份，導致泡沫的破裂，增大泡沫混凝土的容重，所以通過試驗認為，天然的膨潤土不具穩(wěn)泡的能力，恰恰相反，膨潤土是一種消泡的材料，并不適合用于水泥泡沫材料中，尤其是超低密度的泡沫混凝土。

表5 幾種摻和料摻入泡沫材料的綜合評價

　　4  結語

　　通過對幾種摻和料進行試驗研究，得出以下結論：①四種摻和料中礦渣的活性最高，適量摻入可以提高材料的后期強度，粉煤灰的活性次之，鋼渣和膨潤土的活性最差；②粉煤灰與水泥相比，屬輕質粉料，能在一定程度上降低材料的干表觀密度，礦渣對材料的干表觀密度影響不大，鋼渣和膨潤土具有消泡的副作用，會增大材料的密度；③凡是吸水率較大的材料，由于其會吸取組成泡沫的液膜中的水份，導致破泡，均不適合摻入水泥泡沫材料中。

　　參考文獻

　　[1] Kunhanandan Nambiar EK, K.Ramamurthy. Inuence of filler type on the properties of foam concrete.Cem.Concr.Compos[J].2006,28(4):75～80.

　　[2] 呂林女,劉秀梅等.利用鋼渣粉制備干粉砂漿的研究.新型建筑材料[J].2008,35(9):12～15.

　　[3] 喬歡歡.利用普通水泥制備免征養(yǎng)泡沫混凝土的研究[D].綿陽：西南科技大學，2008：36～39.

　　【作者簡介】扈士凱，男，（1982-），碩士，就職于建筑材料工業(yè)技術監(jiān)督研究中心,主要研究方向：泡沫混凝土材料及發(fā)泡劑、墻體保溫材料、混凝土外加劑、特種工程材料等。

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