超細固硫灰在泡沫混凝土中的應用研究*

武建芳

（山西平朔煤矸石發電有限責任公司，山西 朔州 036800）

超細固硫灰在泡沫混凝土中的應用研究*

武建芳

（山西平朔煤矸石發電有限責任公司，山西 朔州 036800）

本研究采用固硫灰原灰、5μm 和10μm 超細固硫灰替代部分水泥制備了容重為400kg/m3的泡沫混凝土，結果表明，添加固硫灰原灰和超細固硫灰，會降低試樣實際成型厚度和強度；但添加10μm 超細固硫灰后，對試樣實際成型厚度影響相對較小，當添加量達20% 時，強度優于空白試樣。添加固硫灰原灰會顯著提高試樣吸水率，而添加不超過20% 的5μm 超細固硫灰或添加不超過30% 的10μm 超細固硫灰時，可顯著降低試樣的吸水率。本試驗發現，采用10μm 超細固硫灰替代水泥可制備出性能優異的泡沫混凝土，且當其添加量達20% 時，試樣的性能最優，且經濟性最優。

超細固硫灰；泡沫混凝土；抗壓強度；吸水率

固硫灰是指循環流化床鍋爐中含硫煤與石灰石等在900℃左右燃燒固硫產生的固體廢棄物[1]。因循環流化床爐內燃燒溫度低，加之投入石灰石等固硫劑，導致固硫灰的物相和顯微結構與煤粉爐粉煤灰差異較大，從而導致二者性能差異較大[2]。隨著環保要求日趨嚴苛，循環流化床發電技術的進步，我國循環流化床鍋爐數量和總容量逐年增大，固硫灰的產生量不斷增多，亟待規?；?。

近年來，隨著建筑節能越來越受到國家的重視與防火安全政策的實施，節能材料越來越受到歡迎，泡沫混凝土因其優異的性能而備受青睞。

泡沫混凝土因其低導熱和強保溫隔熱能力而主要應用于屋面保溫層和地暖絕熱層、現澆自隔音內墻和自保溫外墻領域中[3]；因其強度可控和壓縮性好而應用于構筑物的地面墊層及廢棄礦井回填等[4]；此外，泡沫混凝土還可應用于園林景觀、生態覆蓋等方面[5]，同時還可以直制成制品應用于建筑領域中[6]。

一般地，泡沫混凝土中還摻入粉煤灰、粒化高爐礦渣等工業廢渣以節約成本。然而由于與煤粉爐粉煤灰相比，固硫灰具有吸水率大、自硬性和后期膨脹性等缺點，故其在泡沫混凝土的大量直接應用受到一定的限制。而固硫灰經超細處理后，性能得以改善，可用于制備性能優異的混凝土摻合料[7]。

因此，本試驗研究超細固硫灰在泡沫混凝土中的應用，以期制備容重、強度、吸水率等性能均適宜且成本低廉的泡沫混凝土。

1 試驗部分

1.1 原料

為便于比較所制備的泡沫混凝土性能，本試驗采用固硫灰原灰、超細固硫灰、普通硅酸鹽水泥、發泡劑和水等為原料制備泡沫混凝土。

其中，固硫灰原灰來源于朔州某電廠循環流化床鍋爐燃煤矸石發電產生的固體廢棄物，其中位徑為31.02μm，主要化學成分為：SiO238.6%，Al2O335.6%，Fe2O34.8%，CaO10.0%，MgO1.8%，SO32.1%，燒失量3.2%；超細固硫灰為上述固硫灰原灰經蒸汽動能磨粉碎制備而成。本試驗選取的超細固硫灰有兩種，位徑分別為9.15μm 和4.38μm，分別代表中位徑10μm 及5μm 的超細固硫灰。固硫灰原灰與超細固硫灰的粒度分布情況如圖1所示。

普通硅酸鹽水泥為朔州市某建材公司生產的P·O42.5水泥，其性能指標如表1所示；發泡劑為市售動物型發泡劑，發泡倍數20倍，1h 泌水量50mL，1h沉降距為65mm。

圖1 固硫灰原灰與超細固硫灰的粒度分布圖

1.2 試驗方法

本試驗按表2所示的泡沫混凝土配合比制備料漿，并制作容重為400kg/m3的樣品，澆注成100mm×100mm×100mm 的試塊，養護至齡期。按照 JC/T266—2011《泡沫混凝土》相應規定測試試塊的厚度偏差率、吸水率和抗壓強度。

表1 P·O42.5水泥性能指標

表2 試驗配比 w t%

2 結果與討論

本試驗分別對各試樣的厚度偏差率、抗壓強度、吸水率等進行測定，其結果如表3所示。

表3 試樣性能檢測結果

2.1 超細固硫灰對泡沫混凝土厚度偏差率的影響

對不同試樣的厚度偏差率測試數據進行作圖分析，結果如圖2所示。

厚度偏差率是試樣的實際厚度與理論厚度的比值，該值越大，說明試樣的實際成型高度越接近理論高度。

從表3和圖2可以看出，當分別采用固硫灰原灰、10μm和5μm 超細固硫灰替代部分水泥制備泡沫混凝土時，試樣厚度偏差率均比空白試樣 S1的要小。添加固硫灰原灰和5μm 超細固硫灰時，隨著添加量的增大，厚度偏差率減??；而添加10μm 超細固硫灰時，試樣厚度偏差率隨添加量的增加先降低后增加。同等添加量時，添加10μm 超細粉煤灰替代水泥的泡沫混凝土的實際成型高度比其它試樣的要高，坍落程度相對較低。

圖2 不同試樣的厚度偏差率

在本試驗制備的固硫灰基泡沫混凝土中，當10μm超細粉煤灰添加量達30% 時，試樣成型高度相對最高，添加量達20% 時次之。

2.2 超細固硫灰對泡沫混凝土強度的影響

對不同試樣的3d 和28d 抗壓強度測試數據進行作圖分析，結果如圖3所示。

從表3和圖3可以看出，加入固硫灰原灰后，泡沫混凝土的3d 和28d 抗壓強度均比試樣 S1低，且隨著固硫灰原灰添加量的增大而不斷降低。這是因為固硫灰顆粒表面疏松多孔，顆粒形成不規則[2]，需水量大，從而導致泡沫混凝土強度降低，特別是早期強度，隨著固硫灰原灰替代量的增大，下降幅度加劇。

圖3 不同試樣的抗壓強度

然而當采用超細固硫灰替代水泥時，所制備的泡沫混凝土抗壓強度均比固硫灰原灰替代水泥時的高。采用10μm 超細固硫灰替代水泥時，當其添加量達到20%時，試樣的3d 強度比試樣 S1的較高，這可能是由于10μm 超細灰的存在，在一定范圍內能起到較好的密實填充作用，加之原灰經超細化后，可以加快其火山灰反應，從而對早期強度起到了一定的貢獻作用；但隨著添加量的進一步增大，試樣3d 強度降低，但均高于同等替代量時添加固硫灰原灰或5μm 超細固硫灰的試樣；當10μm 超細固硫灰替代水泥量分別達到10%、20%時，試樣28d 強度比 S1的更大，但隨著添加量的進一步增大，試樣強度反而降低。

當采用5μm 超細固硫灰替代水泥時，其3d 強度和28d 強度隨添加量的增大而顯著降低，這可能是因為固硫灰太細，導致漿體粘度變小，對泡沫的粘滯阻力小，使泡沫上升、相互融合、甚至破裂[8]，從而導致強度下降。

本試驗發現，采用固硫灰原灰和5μm 超細固硫灰替代部分水泥制備泡沫混凝土，試樣的3d 和28d 強度均有所下降，而采用10μm 超細固硫灰替代部分水泥制備泡沫混凝土，當添加量為20% 時，3d 和28d 強度優于 S1的性能。

2.3 超細固硫灰對泡沫混凝土吸水率的影響

對不同試樣的吸水率測試數據進行作圖分析，結果如圖4所示。

圖4 不同試樣的吸水率

從圖4可以看出，采用固硫灰原灰替代水泥制備泡沫混凝土時，試樣吸水率隨著添加量的增大顯著升高；采用5μm 超細固硫灰時，試樣吸水率隨著添加量的增大先降低后升高，且當添加量不超過20% 時，試樣的吸水率顯著降低，當添加量達到30%、40% 時，試樣吸水率較 S1的大；采用10μm 超細固硫灰時，當添加量不超過30% 時，試樣吸水率比 S1的稍低，但當添加量達到40% 時，試樣吸水率有所升高。

通過比較不同粒度固硫灰對泡沫混凝土的影響，可以發現固硫灰原灰的引入會導致泡沫混凝土性能的下降，而其經過超細化改性后，各項性能均有所改善。且當超細固硫灰粒徑為10μm、添加量達20% 時，所制備的泡沫混凝土性能最優；加大添加量，會導致泡沫混凝土性能下降。而當固硫灰進一步超細化，粒徑達到5μm時，其對泡沫混凝土性能的改善效果較10μm 的差。

因此，通過研究發現，采用10μm 超細固硫灰替代水泥制備泡沫混凝土，當其添加量為10% 時，試樣性能最優；同時由于超細固硫灰制備成本及能耗低于水泥，故經濟性最優。

3 結論

（1）采用固硫灰原灰、10μm 超細固硫灰和5μm超細固硫灰分別替代水泥制備泡沫混凝土，試樣的實際成型厚度較低；相較而言，10μm 超細固硫灰對泡沫混凝土實際成型厚度影響相對較小。

（2）采用固硫灰原灰和5μm 超細固硫灰替代水泥制備的泡沫混凝土3d 和28d 強度均降低，且強度隨著添加量的增大而降低；而10μm 超細固硫灰添加量的不同對泡沫混凝土強度的影響也不同，當添加量為20%時，試樣的3d 和28d 強度均優于 S1的性能。

（3）不同粒度固硫灰對泡沫混凝土吸水率影響不同，本實驗發現添加固硫灰原灰的泡沫混凝土吸水率顯著提高；而添加不超過20% 的5μm 超細固硫灰或不超過30% 的10μm 超細固硫灰，可顯著降低試樣的吸水率。

（4）本試驗發現，采用10μm 超細固硫灰替代水泥可制備出性能優異的泡沫混凝土，且當其添加量達20% 時，試樣的性能最優，且經濟性最優。

[1] 朱文尚，顏碧蘭，江麗珍．循環流化床燃煤固硫灰研究利用現狀[J]．粉煤灰，2011(3)：25-26,33．

[2] 武建芳，張國良，趙耀芳，等．朔州固硫灰特性研究及應用現狀[J]．粉煤灰，2015(4)：23-26．

[3] 李應權．我國泡沫混凝土行業發展現狀[J]．混凝土世界，2010(12)：24-28．

[4] 張磊蕾，王武祥．泡沫混凝土的研究進展及應用[J].建筑砌塊與砌塊建筑，2010(1)：39-43．

[5] 閆振甲．泡沫混凝土發展狀況與發展趨勢[J]．墻體革新與建筑節能，2011(6)：19-23．

[6] 陳雪梅．固硫灰泡沫混凝土的制備及性能研究[D]．綿陽：西南科技大學[A]，碩士學位論文，2011．

[7] 武建芳，張國良，石龍龍，等．固硫灰復合摻合料的制備及應用研究[J]．非金屬礦，2016(6)：38-40．

[8] 王毅，曲艷召，黎春海，等．超細礦物外加劑對泡沫混凝土性能的影響[J]．施工技術，2014,43(24)：101-104．

The application of ultraf i ne desulphurization ash in foam concrete

Wu Jianfang
(Shanxi Pingshuo Coal Gangue Power Generation Co., Ltd., Shuozhou 036800)

The foam concrete with density of400kg/m3was prepared by desulphurization ash,5μm and10μm ultrafine desulfurization ash which was used to replace partial cement respectively. The results show that the actual thickness and compression strength of the samples adding desulphurization ash and ultraf i ne desulfurization ash decline. But the effect of the actual thickness of the samples adding10μm ultraf i ne desulfurization ash is relatively small. And the compression strength is higher than the sample without any kinds of desulphurization ash when the quantity of10μm ultrafine desulfurization ash is up to20%. The water absorption was signif i cantly increased when the addition was desulphurization ash. And the water absorption of the samples with no more than20% of5μm ultraf i ne desulfurization ash or30% of10μm ultrafine desulfurization ash was reduced. It is found that excellent foam concrete could be prepared by adding10μm ultraf i ne desulfurization ash which replaced the cement. The performance and economic eff i ciency were optimum when the amount of10μm ultraf i ne desulfurization ash was up to20%.

ultraf i ne desulphurization ash; foam concrete; compression strength; water absorption

武建芳（1986—），女，山西大同人，碩士，工程師，現從事粉煤灰、煤矸石綜合利用工作。

MC2014-04“高摻量高強度粉煤灰水泥的制備”（2014年度山西省煤基重點科技攻關項目）

［通訊地址］山西省朔州市平魯區安太堡礦工業區內（036800）