利用鈷濕法浸出渣制作蒸壓加氣混凝土的試驗研究

白 魁，吳炎平

(1.滬昆客專江西分公司，江西 南昌 330001;2.江西省建筑材料工業(yè)科學研究設計院，江西 南昌 330001)

1 試驗材料與方法

1.1 硅質材料

1.1.1 鈷渣

(1)鈷渣的放射性核素照射指數(shù)見表1:

表1 放射性核素照射指數(shù)

根據(jù)《建筑材料放射性核素限量》(GB6566－2010)規(guī)定，建筑材料中天然放射性核素比活度應同時滿足下列要求:

檢測結果:鈷渣中放射性核素的內照射指數(shù)(IRa)=0.43;外照射指數(shù)(Ir)=0.49，均符合標準要求。

(2)鈷渣的細度經(jīng)0.08mm篩篩余量為9.45%，0.045mm篩篩余量為19.85%，化學成分和礦物組成測試結果見表2和表3。

表2 鈷渣主要化學成分

表3 鈷渣(2)主要礦物組成(%)半定量分析結果

1.1.2 河砂

由于鈷渣中SiO2含量為57.41%，低于加氣混凝土標準對硅質原料的一般要求(SiO2含量大于65%)，且石英態(tài)的SiO2僅為26.4%，因此，必須加入一定量的高硅質材料來補充原料中的硅含量。試驗選用天然河砂為補充硅質原料，河砂經(jīng)過球磨機粉磨30min，細度為0.08mm篩篩余量為6.2%，其主要化學成分見表4。

表4 河砂主要化學成分

2 鈣質材料

2.1 生石灰

采用塊狀生石灰，經(jīng)球磨機粉磨20min，細度為0.08mm篩篩余19.7%，消化速度為7min，消化溫度為72℃，主要化學成分見表5。

表5 生石灰主要化學成分

2.2 水泥

采用P.O.42.5級水泥，其物理性質見表6。

表6 基準水泥的物理性能

3 其他材料

3.1 發(fā)氣劑

采用江西恒力建材有限公司提供的加氣混凝土生產專用鋁粉膏。

3.2 調節(jié)劑

采用燒堿，為分析純。

3.3 試驗配比(見表7)

表7 加氣混凝土試驗配比(%)

3.4 工藝流程(見圖1)

圖1 鈷濕法浸出渣制作加氣混凝土工藝流程

3.5 蒸壓制度

試件蒸壓養(yǎng)護在江西恒力新型建材有限公司蒸壓砂加氣混凝土砌塊生產線的蒸壓釜內進行，蒸壓制度為:抽真空0.5h，升溫升壓 2.5h，恒溫恒壓7h，降溫 2.5h，蒸汽壓力為1.2MPa。

4 試驗結果與分析

4.1 蒸壓加氣混凝土試驗結果

按表7試驗配比成型加氣混凝土試件(10cm×10cm×10cm)，每組成型3個試件，試驗結果取3個試件的算術平均值，見表8。

表8 不同配合比試驗結果

4.2 鈷渣摻量對于加氣混凝土物理力學性能的影響

從表8可見，相同水料比下，當鈷渣摻量從30%上升到40%時，加氣混凝土制品的強度逐漸降低(見圖2)。這是因為:

圖2 鈷渣摻量對于加氣混凝土抗壓強度的影響

一方面，在鈷渣中，石英的含量僅為26%左右，隨著鈷渣摻量的增加，在加氣混凝土中，硅質材料總含硅量下降，也就是說，在后期蒸壓過程中，與Ca(OH)2發(fā)生水熱反應的SiO2總量減少，導致膠凝產物不足，進而影響到制品強度的提高。

另一方面，在鈷渣中，云母、綠泥石含量偏高，由于其特殊的層狀、鱗片狀結構，導致在相同稠度下，需水量增加，所以，在相同的水料比下，鈷渣摻量越高，澆注料漿越稠，不利于鋁粉發(fā)氣和形成良好的氣孔結構，最終也導致其力學性能下降。

4.3 水料比對于加氣混凝土物理力學性能的影響

(1)水料比對于加氣混凝土干容重的影響

圖3 水料比對于加氣混凝土干容重的影響

從圖3可知，鈷渣摻量相同時，隨著水料比的增加，蒸壓加氣混凝土制品的干容重總體呈下降趨勢。這是因為水料比決定了漿料的稠度，當鋁粉在發(fā)氣時，漿料發(fā)生膨脹，這時就需要克服重力和漿料的剪切力，當水料比過小時，漿料的的稠度大，漿料的阻力增大，發(fā)氣時不僅要克服漿料的阻力還要克服自身重力，導致氣孔扁小，容重偏高。而當水料比增大時，漿料稠化速度比較緩慢，漿料在發(fā)氣膨脹過程中，產生的阻力小，漿料的體積增大。因此，同體積的加氣混凝土干密度降低;

(2)水料比對于加氣混凝土抗壓強度的影響

圖4 水料比對加氣混凝土抗壓強度的影響

從圖4可知，鈷渣摻量相同時，隨著水料比的增加，蒸壓加氣混凝土制品的強度亦呈下降趨勢，這可以從其對發(fā)氣孔的影響來分析:

加氣混凝土內部存在3種孔:分別是膠凝孔、毛細孔和由鋁粉發(fā)氣形成的發(fā)氣孔。其中，第三種孔是加氣混凝土所特有的，它的數(shù)量和構成對加氣混凝土的性能有著重要的影響。由于料漿粘度、溫度和鋁粉在料漿中的位置時刻變化，因而在同一層次料漿中會形成多種孔徑并存的氣孔結構現(xiàn)象，這就導致其中的氣壓P不相同，進而產生小氣泡向大氣泡壓入的現(xiàn)象，這種平衡的維持，主要取決于料漿的粘度，當料漿的水料比較大的時候，粘度降低，不足以維持這種平衡，致使小氣泡匯入，形成更大的氣泡。相比于小孔徑的加氣混凝土，大孔徑的加氣混凝土由于孔徑更大，因此更容易在孔壁形成局部應力集中，導致孔壁提前破壞［1，2］，從宏觀上看，即表現(xiàn)為蒸壓加氣混凝土的抗壓強度降低。

5 結束語

(1)當配合比為:水料比0.6，鈷渣摻量0.3～0.4、河砂0.4～0.3、生石灰粉0.2、水泥0.1、鋁粉膏0.08%，蒸壓加氣混凝土試件的干密度可以達到約640kg/m3，而抗壓強度可達3.0MPa以上，表明鈷渣替代部分石英砂應用于蒸壓加氣混凝土生產是可行的。

(2)利用鈷濕法冶煉工藝產生的鈷渣生產蒸壓加氣混凝土砌塊，在節(jié)約30%以上天然硅砂和3% ～5%石膏的同時，還可以實現(xiàn)鈷渣資源化，避免鈷渣堆放對環(huán)境產生不利的影響，有效地推動循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展。

［1］王秀芬.加氣混凝土性能及優(yōu)化的試驗研究.西安建筑科技大學碩士學位論文.2006.

［2］張繼能，顧同曾.加氣混凝土生產工藝.武漢工業(yè)大學出版社，1992.