常溫養護膨脹珍珠巖玻璃纖維加氣混凝土性能研究*

劉開平，和立新，曹麗紅，鐘佳墻

（1.長安大學材料科學與工程學院，陜西 西安 710064；2.陜西秦嶺水泥（集團）有限公司，陜西 銅川727100； 3.陜西省第三建筑工程公司中心實驗室，陜西 西安 710043;4.陜西盛泰混凝土工程有限責任公司，陜西 西安710100）

0 前言

加氣混凝土是迄今為止能夠同時滿足墻材革新和節能50%要求的唯一單材料墻體[1-3]。但是，目前生產的粉煤灰加氣混凝土制品抗壓、抗折強度低，吸水率較大，產品干燥收縮率較大，制品易開裂，在生產中都要經過蒸壓養護，設備投資大，能耗高，極大地限制了它的應用。另外，隨著我國墻材革新與建筑節能的深入發展，以及人們對居住環境舒適性要求的提高，對建筑物維護結構的保溫隔熱和節能要求也日益提高。建筑節能65%的標準，已經在很多城市實行[4-6]。能夠滿足節能50%要求的250mm厚加氣混凝土外墻厚度，在北方應增至350～400mm厚才能滿足節能65%的標準要求。在嚴寒地區，如果要求滿足節能65%的標準要求，則加氣混凝土外墻的厚度將有可能達到700～800mm，這樣的厚度顯然是不可行的。

本文針對上述問題，在原工藝配方基礎上，通過摻加堿激發劑以實現常溫養護條件下制備加氣混凝土。通過加入玻璃纖維、膨脹珍珠巖和高效減水劑，利用纖維的增強和止裂作用，膨脹珍珠巖的良好隔熱作用，以及高效減水劑的減水作用，提高產品的性能。通過摻入工業廢渣煤矸石降低生產成本。

1 實驗原料

水泥：耀縣水泥廠，強度等級為P.O32.5。

煤矸石：陜西銅川煤礦產工業廢渣，已磨至200目。

粉煤灰：西安灞橋電廠產濕排灰。

鋁粉：市售工業品。

石灰：當地普通石灰窯產的塊灰，經人工破碎后的呈粉狀，細度在80目以下，有效氧化鈣在65%以上。

高效減水劑：TC-AN高效減水劑，減水率在15%以上。

石膏粉：市售工業品，二水硫酸鈣含量大于80.0%，含水率小于1.5%。

氫氧化鈉：堿激發劑，化學試劑，NaOH≥98.0%，碳酸鹽≤1.5%，白色片狀。

水：自來水。

玻璃纖維：陜西興平玻璃纖維總廠產，纖維長度30～40cm，纖維直徑9～20μm，金屬氧化物含量11%～25%，呈白色玻璃纖維短切狀，已作表面有機涂層處理。

膨脹珍珠巖：市售工業品，松散密度80kg/m3。

2 實驗設備

原料磨：ND2-16L行星式球磨機。

粉煤灰篩分：0.15毫米方孔篩。

各組分的稱量：托盤天平。

成型模具：40mm×40mm×160mm三聯模，用于加氣混凝土的澆注成型。

試件強度測試設備：抗折強度測試儀 KZJ500-1型電動抗折機（最大負荷5kN，相對誤差≤1%。

質量檢測設備：天平。

3 制備及測試工藝

本試驗以水泥、煤矸石、粉煤灰、石膏、玻璃纖維等為主要原料，再加入一定比例的珍珠巖。主要研究玻璃纖維及珍珠巖對加氣混凝土抗折強度及密度的影響。

3.1 粉磨

將粉煤灰、水泥、煤矸石、石膏、石灰、氫氧化鈉等原料首先在球磨機內進行干磨，粉磨時間大約為10分鐘。

3.2 制漿

在干磨原料中加入減水劑和水濕磨10分鐘，制成漿料。

3.3 拌和

在制好的漿料中加入玻璃纖維、鋁粉和膨脹珍珠巖粉充分攪拌，制得注模漿料。

3.4 成型

將三聯模涂上脫模劑，把制好的漿料倒入三聯模，只澆入模具2/3體積，等1～2小時后漿料體積膨脹，用鏟子將其鏟平，

表1 原料配比表 kg/m3

待24小時后脫模，在空氣中進行常溫養護，然后再分別進行3d、7d、28d抗折強度及密度測試。

3.5 測試

密度檢測：將各樣的3d、7d、28d的質量分別稱量并記錄下來，根據試塊體積40mm×40mm×160mm，計算各組試塊在不同齡期時的密度。

強度測試：調好電動抗折機，將試塊放入電動抗折機中進行測試。

實驗工藝流程如下：

4 試驗配比

4.1 珍珠巖用量試驗

基礎原料配比見表1。

粉煤灰與珍珠巖配比，見表2。

表2 粉煤灰與珍珠巖配比 kg/m3

4.2 玻璃纖維用量試驗

基礎原料配比見表3。

玻璃纖維用量，見表4。

5 結果分析與討論

5.1 珍珠巖用量對抗折強度的影響

珍珠巖用量對混凝土抗折強度的影響見圖2。

從圖2可知，隨著珍珠巖用量的增加，加氣混凝土的抗折強度降低。從曲線變化的情況看，呈現出二個快速下降段和一個穩定段，即在珍珠巖用量為水泥量的0～0.4倍時及0.6～1倍的二個快速下降段，用量為水泥量的0.4～0.6倍時的穩定段。

5.2 珍珠巖用量對表觀密度的影響

珍珠巖用量對表觀密度的影響，見圖3。

從圖3可以看出，隨珍珠巖用量的增加，加氣混凝土的密度總體上呈現下降趨勢。這與珍珠巖的密度較輕有關。密度曲線大體上也呈現三個變化階段，即珍珠巖用量為0～0.2倍及0.6～1.0倍的快速下降階段以及珍珠巖用量為0.2～0.6倍時的穩定階段。

另外，隨加氣混凝土齡期的增加，混凝土的密度也下降，這與水份的蒸發有關。

5.3 珍珠巖用量與比強度的關系

比強度是材料單位密度下的強度，比強度數值高說明材料既輕又強。為此，將上述試驗數據進行處理，得到珍珠巖用量與加氣混凝土比抗折強度的關系，見圖4。

從圖4可知，珍珠巖加氣混凝土的比強度在珍珠巖用量較少時較高，用量較多時較低。當珍珠巖用量為0.2時最高，此時應為珍珠巖的最佳用量。

表3 基礎原料配比表 kg/m3

表4 玻璃纖維用量 %

5.4 玻璃纖維用量與抗折強度的關系

玻璃纖維用量對混凝土抗折強度的影響，見圖5。

從圖5可知，與無玻璃纖維的樣相比，加入玻璃纖維后比抗折強度有一定的提高。對于早期強度(3d和7d)來說，玻璃纖維加入量大于1.25%以后，比強度變化已不明顯。對于28d強度來說，玻璃纖維用量在1.25%時達到最大值，隨后不同程度地有所降低。因此，玻璃纖維的最佳用量為1.25%。

5.5 實驗現象簡述

珍珠巖玻璃纖維加氣混凝土混合物發氣速度和稠化凝結速度比較協調一致，其澆注工藝穩定性良好，靜放中無塌模現象，拆模有個別的開裂現象。

6 結論

本論文研究了常溫養護情況下，珍珠巖玻璃纖維加氣混凝土制備工藝和力學性能，得出以下結論：

（1）通過摻入堿激發劑、工業廢渣煤矸石、膨脹珍珠巖和玻璃纖維等原料，在常溫養護條件下制備出了加氣混凝土制品。

（2）隨膨脹珍珠巖用量的增加，加氣混凝土的抗折強度及密度降低。膨脹珍珠巖用量為水泥量的0.2倍時加氣混凝土的比抗折強度達到最大值。

（3）加入玻璃纖維后加氣混凝土的比抗折強度有一定的提高。玻璃纖維的最佳用量為水泥用量的1.25%。

[1]韓啟誠，鄭世揚，于莎莎,水泥石加硅砂加氣混凝土的研制[J]，新型建筑材料，1 995 , (12): 17 -19

[2]黃山，丁上恒,利用銀山礦尾砂生產加氣混凝土制品的探討[J]，礦業工程，2000 , ( 3 ) : 72 -75

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[4]陳友治，甘建春，張信．調凝型外加劑對水泥漿體流變性能影響[J]，武漢理工大學學報，2003 , 25 ( 4 ) : 24 -26

[5]張繼能，顧同曾，加氣混凝土生產工藝［M］，武漢工業大學出版社，2003

[6]陳友治,丁慶軍,萬朝軍等.粉煤灰與化學外加劑對商品混凝土性能的影響［J］武漢理工大學學報，2003,25(2):1～3