利用高岭土尾矿研制加气混凝土.pdf

中国科技核心期刊 斩 建巍 利用离螬士尾矿研制加笺混凝士 邱树恒 ， 冯阳阳 ， 陈霏 ， 刘守吉 ， 梁燕飞 ， 杨志明 ( 1 广西大学， 广 西 南宁5 3 0 0 0 4 ； 2 广西建筑材料科学研究设计院， 广西 南 宁5 3 0 0 2 2 ) 摘要 ： 利用高岭土尾矿取代河沙研制加气混凝土， 探讨了尾矿细度、 浇注温度和静停时间对加气混凝土强度和密度的影响； 对 尾矿和河沙蒸压后的样品进行 了 X RD和 S E M分析， 并通过正交试验确定 了加气混凝土的最佳配比。实验 结果表明， 高岭土尾矿具 有较 强的蒸压 水热 反应特 性， 所制备的尾矿加气混凝土密度 为 6 0 1 4 k g m 时， 抗压强度为 5 7 6 MP a ； 密度为 7 0 2 4 k C m 时， 抗压强 度达到 6 8 6 MP a 。 关键词： 高岭土尾矿； 加气混凝土； 正交试验； 抗压强度 中图分类号： T U 5 2 8 2 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 3 ) 0 9 0 0 4 6 0 4 Pr e p a r a ti o n o f a e r a t e d c o nc r e t e b y Ka o l i n t a i l i n g s Q 1 U S h u h e ， F E N G Y a n g y a n g ， C H E N F e i ， L 1 U S h o u j i ， L I AN G Y a n f e i ， Y AN G Z h i m i n f ( 1 Gu a n g x i Un i v e r s i t y， Na n n i n g 5 3 0 0 0 4， Gu a n g x i ， Ch i n a ； 2 Gu a n g x i I n s t i t u t e o f Bu i l di n g Ma t e ri a l s Re s e a r c h De s i g n i n g ， Na n n i n g 5 3 0 0 2 2， Gu a n g x i ， C hi n a ) Ab s t r a c t ： T h i s a r t i c l e i s u s i n g k a o l i n t a i l i n g s t o r e p l a c e s a n d i n p r e p a r i n g a e r a t e d c o n c r e t e T h e fin e n e s s o f t a i l i n g， t h e p o u r - i n g t e mp e r a t u r e ， a n d t h e fi r s t l y c uri n g t i me， w hi c h wo u l d h a v e e f f e c t s o n t h e c o mp r e s s i o n s t r e n g t h a n d d e n s i t y o f a e r a t e d c o n c r e t e ， we r e s t u d i e d Au t o c l a v e d s a mp l e s of t a i l i n g s a n d s a n d we r e c h a r a c t e riz e d b y XRD a n d S EMBy o r t h o g o n a l t e s t ， d e t e r mi n e t h e 0 p t i ma l p r o p o r t i o n o f t a i l i n g a e r a t e d c o n c r e t e E x p e rime n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e k a o l i n t a i l i n g h a s s t r o n g a u t o c l a v e d h y d r o t h e r ma l r e a c t i o n W h e n t h e d e n s i t y o f t h e t a i l i n g a e r a t e d c o n c r e t e i s 6 01 4 kg m ， t h e c o mp r e s s i o n s t r e n g t h i s 5 7 6 MPa W h e n t h e d e n s i t y of t h e t ml i n g a e r a t e d c o n c r e t e i s 7 0 24 k g m3 ， t h e c o mp r e s s i o n s t r e n gth i s 6 8 6 MP a Ke y wo r d s ： K a o l i n t a i l i n g s ； a e r a t e d c o n c r e t e ； o r t h o g o n a l t e s t ； c o mp r e s s i o n s t r e n g t h 0 前言 随着人口的不断增加和经济的快速发展， 资源与环境的 矛盾日益凸显， 节能减排、 可持续发展已成为当今世界最关 注的热点问题。高岭土尾矿是高岭土矿经选矿后排放的固体 废弃物， 随着排放量越来越大， 所产生的问题也日趋严重i1 。 因此， 有效地利用高岭土尾矿制备节能环保的建筑材料具有 深刻的现实意义。从原料供应的角度看， 传统的加气混凝土 生产工艺中所用的粉煤灰和河沙资源越来越少， 需要寻求其 它 廉价的 硅质原材料。 本 研究 课题尝试利用高岭土尾 矿研制 加气混凝土， 为加气混凝土的生产提供新的原材料， 而且有 基金项 目： 广西科技攻关与新产 品试制项 目( 桂科攻 l 1 1 6 2 0 0 1 ) 收稿 日期： 2 0 1 3 0 1 2 1 作者简 介： 邱树恒 ， 男， 1 9 6 1年生 ， 广 西 防城 港人 ， 教授 ， 研 究方 向为 水泥与混凝土及新型建筑材料 。 地址： 广 西南宁市大学路 1 0 0号广 西大学材料科 学与工程 学院。 4 6 新型建筑材料 2 0 3 9 效解决了高岭土尾矿对环境造成的污染问题， 节省了为解决 污染和堆放而需要的大量投入， 同时增加了企业的产品品种 和经济增长点。 l 原材料及试验仪器 1 1 原材料 高岭土尾矿： 来自 广西北海市合浦县， 其主要化学成分为 S i O ， 其X R D分析见图1 。 1 0 2 O 3 0 4 0 5 O 6 O 7 0 8 0 9 O 20 ( 。 ) 图 1 高岭土尾矿的X R D 分析图谱 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 邱树恒， 等： 利用高岭土尾矿研制加气混凝土 水泥： 扶绥海螺P 0 4 2 5水泥， 比表面积3 5 5 m 2 k g ， 安定 性合格。 生石灰： 消解时间6 7 ra i n ， 消解温度 1 0 0 o C ， 有效C a O 含量大于7 0 ， 8 0 “ m方孔筛筛余1 1 。 石膏： 使石灰的消化和水泥的凝结速度减慢， 并可提高坯 体和制品强度， 减少收缩值。 河沙： 对比试验使用。 原材料的化学成分见表 1 。 表 1 原材料的化学成分 项目 S i O 2 A 1 2 0 3 F e 2 O 3 C a O Mg O S O 3 L o s s 高岭土尾矿8 3 5 2 6 0 5 1 7 8 3 4 1 0 5 4 1 8 5 水泥 2 2 2 4 6 1 8 3 6 1 5 9 4 8 0 6 6 2 5 5 4 5 0 生石灰 1 7 6 0 6 9 0 2 6 8 5 6 2 6 0 9 4 1 8 石膏0 8 4 0 4 1 0 0 6 3 8 8 5 1 7 9 2 7 7 1 2 9 4 4 河沙 7 1 3 4 1 O 4 9 4 7 3 4 - 3 3 1 5 1 3 9 O 铝粉： 广西建材研究所提供的G L S 一 7 0 水剂型铝粉膏， 其 各项指标符合J C 厂 I 1 4 0 7 -2 0 0 8 力 口 气混凝土用铝粉膏 的要求。 1 2 试验仪器 抗压试验机( N Y L 6 0 0 型， 东莞市兴万电子厂生产) 、 球磨 机O Y q o 5 0 0 x 5 0 0 型， 沈阳市建工仪器厂生产) 、 水泥砂浆搅拌 机、 恒温恒湿养护箱、 扫描电镜( 日 立 S - 3 4 0 0 N ) 、 X射线衍射 分析( R i g a k u D M A X 2 5 O 0 1 8 k W) 等。 蒸压釜规格为 2 x 2 7 5 m ， 蒸压釜蒸压制度为抽真空0 5 h ， 升温2 0 h ， 恒温 1 0 0 h ， 降温2 0 h ， 蒸养压力为1 0 M P a 。 使 用 1 0 0 m m x l 0 0 m m x l O 0 m m规格标准模具。 2 试验条件的确定 2 1 最佳尾矿细度 在前期探索试验的基础上， 通过综合分析， 本试验初步设 定配比是m( 尾矿) ： m( 石灰) ： m( 水泥) ： m( 石膏) = 7 0 ： 2 1 ： 8 ： 1 ， 水 料比0 5 8 ， 浇注温度4 0 ， 养护温度4 O ， 静停时间4 h 。 控 制球磨机磨料时间分别为6 0 、 7 5 、 9 0 、 1 1 5 、 1 3 0 m i n ，采用负压 筛法检测2 0 0目 筛筛余，分析尾矿细度对加气混凝土强度的 影响， 并测试其成品的抗压强度及密度， 结果见表2 。 表 2 尾矿细度对加气混凝土强度的影响 由表2 可以看出，加气混凝土制品的抗压强度随尾矿细 度的增加而提高。 N o r i f u m i I s u 等12 提出， 尾矿细度的提高可以 加速托贝莫来石的形成。 当尾矿经 1 1 5 m i n 粉磨时， 增强效果 最佳。 随着粉磨时间进一步延长， 制品强度反而有一定程度下 降， 推测可能是由于尾矿的细度过小， 会使制品中未反应的残 核过于细小， 制品内部不能形成良好的骨架结构翻 ， 从而影响 制品强度； 同时增加了制品的需水量， 加大了制品的干缩。综 合经济和性能因素，选用高岭土尾矿的粉磨时间为 I 1 5 m i n 比较合适。 2 2 浇注温度 加气混凝土与密实混凝土不同，它存在一个浇注稳定性 问题， 所谓浇筑稳定是指加气混凝土料浆在浇注入模后， 能够 稳定发气膨胀而不出现沸腾、 塌模的性能。 要做到浇注稳定， 实 际上就是使料浆的稠化与铝粉发气相适应。 而浇注温度则是一 个很重要的影响因素， 在此， 分别选用3 0 、 3 5 、 4 0 、 4 5 、 5 0进 行浇注( 固定粉磨时间l 1 5 m i n ， 养护温度4 0 ， 养护时间4 h ， 原材料配比 采用初期配比) ， 实验结果见表3 。 表 3 浇注温度对加气混凝土强度 的影响 由表3 可以看出， 随着浇注温度升高， 制品的抗压强度也 逐渐提高； 当 浇注温度为4 5 cc 时， 制品 抗压强度最高； 当 浇注 温度超过4 5 ， 抗压强度开始下降。温度太高， 料浆稠化过 快， 对铝粉的发气和料浆顺利膨胀造成障碍， 常常出现憋气、 发不满模等现象， 严重时料浆表面出现裂缝， 对制品的强度不 利。反之， 浇注温度太低， 料浆稠化过慢， 料浆保气能力差， 容 易形成气泡偏大， 出 现料浆向 模具外溢等现 象， 严重时会导致 塌模， 同样对制品强度的发展不利。综合以上分析， 在下述试 验中， 浇注温度确定为4 5 。 2 _ 3 静停时间 与普通混凝土相比， 加气混凝土的养护包括2 个部分， 即 静停养护和蒸压养护，其中后者是加气混凝土获得最终强度 的必要条件4 1 。因此， 人们往往对蒸压养护过程投入大量的研 究， 而对静停养护过 程的 研究则不 甚多。 静停养护工 序主 要是 促使浇注后的料浆继续完成稠化、 硬化的过程， 并使坯体达到 一 定强 度，以 便进行切割及抵抗在蒸压养护过 程中 升温时 温 度变化和水分迁移所引起的应力， 防止制品开裂5 1 。本试验仅 就静停时间对高岭土尾矿加气混凝土抗压强度的影响进行研 NE W BUI L DI NG MAT E RI AL S 4 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 邱树恒， 等： 利用高岭土尾矿研制加气混凝土 究( 浇注温度4 5 ， 养护温度4 O q C ) ， 结果见图2 。 莹 鹱 图 2 早期静停养护时间对制品抗压强度的影响 从图2 可以看出，静停养护时间由4 h 增加到6 h时， 制 品的抗压强度由4 1 5 M P a 提高到5 0 8 M P a ， 随后随着养护时 间的延长增幅逐渐平缓， 因此， 综合考虑制品强度与工厂生产 的经济效益， 选取静停时间为6 h 。 3 正交试验 3 1 正交试验及结果分析 本试验研究的目的是在确保浇注稳定的前提下，使用正 交试验方法， 确定试验用水料比及石灰、 水泥、 石膏的优化配 合比方案。选取4因素4 水平， 用L 1 6 ( 4 9 正交表来安排试验， 试验因素水平见表4 。 表 4 正交试验 因素水平表 注 ： 为使正交试 验更具普遍 性 ， 各 水平没有 按照一 定的顺序排 列， 而是采取 随机抽签方式排定。 试验条件为： 浇注温度4 5 、 4 0 q C 恒温养护， 静停养护时 间6 h ， 蒸压釜蒸压制度为抽真空0 5 h ， 升温2 0 h ， 恒温 1 0 0 h ， 降温 2 0 h ， 蒸养压力为1 0 M P a 。 试验次数为 l 6 次， 每组成 型6 个试件( 1 0 0 m m x l 0 0 m m x l O 0 m m ) ， 试验结果取该组加 气混凝土的绝 干密度、 抗压强 度的 平均值， 并 对其进行极差分 析， 正交试验结果见表5 ， 极差分析见表6 。 从表6 可知，各因素对高岭土尾矿加气混凝土制品抗压 强度影响显著程度为： B D C A ，根据抗压强度的极差分析 得到的最佳配方为： A 4 B t C 3 D 2 ： 各因素对高岭土尾矿加气混 凝土制品 绝干密度影响显著程度为： A C D B ， 根据绝干密 度的极差分析得到的最佳配方为： A 1 B 4 C 1 D 3 。 4 8 新型建筑材料 2 0 1 3 9 表 5 正交试验结果 3 2 最佳配方验证试验 通过正交试验及最后的极差分析结果， 选取抗压强度最佳 配方A 4 B 1 C 3 D 2 ( F 1 ) ， 绝干密度最佳配方A 1 B 4 C 1 D 3 ( F 2 ) ， 以及 综合考虑抗压强度及绝干密度的最佳配方A 2 B 2 C 1 D 4 ( F 3 ) 共3 组配方做验证试验。试验条件： 浇注温度4 5 c c ， 4 0 q C 恒温养护， 静停养护时间6 h ， 蒸压釜蒸压制度为抽真空0 5 h ， 升温 2 0 h ， 恒 温1 0 0 h ， 降 温2 0 h ， 蒸养压 力为1 0 M P a ， 试验结果 见表7 。 表7 验证试验结果 综 合考虑强度和密度因素， F 3 为 最佳配比， 即尾矿6 5 、 石灰2 4 、 水泥9 、 石膏2 ， 水料比为0 5 9 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m