生石灰掺量对轻质蒸压加气混凝土性能及水化产物的影响.pdf

杆 建巍 中 国 科 技 核 心 期 刊 生石灰撸星对轻质蒸压加号混凝土 性链及水化产物的泉m ,J 响 马保国， 蔡礼雄 ， 蹇守卫， 王智， 汪婷 ， 李玉博 ( 武汉理工大学 硅酸盐建筑材料国家重点实验室， 湖 北 武 汉4 3 0 0 7 0 ) 摘要： 通过测试加气混凝土的体积增长曲线与砌块的基本力学性能， 探讨了生石灰掺量对加气混凝土生产性能与使用性能的 影响； 通过 X R D和 S E M研究了生石灰掺量对加气混凝土水化产物组成与形貌的影响。结果表明， 粉煤灰一 水泥一 生石灰体系加气混 凝土中生石灰掺量越 大， 浆体初始扩展度越小 ； 生石灰掺量对料浆最终发气体积的影响需综 合考虑其对铝粉 膏反应速率与浆体稠化 速率的影响程度而定； 当生石灰掺量从 1 9 增大到 2 9 ， 钙硅比从0 _3 1 增大到 0 4 7 ， 试块平均抗压强度可增大约 1 0 0 ， 绝干密度基 本不受影响； 同时 ， 可促进 托贝莫来 石的生成， 但对托 贝莫来石结 晶化度与 晶粒大小几乎没有影响。 关键词 力 口 气混凝土： 生石灰； 掺量； 力学性能； 水化产物 中图分类号： T U 5 2 2 3 十 2 文献标识码： A 文章编 号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 l 4 ) 0 8 - 0 0 0 1 0 4 I n f l u e n c e o f q u i c k l i m e d o s a g e o n l i g h t we i g h t a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e p r o p e r t y a n d h y d r a ti o n p r o d u c t s MA B a o g u o ， C AI L i o n g ， J l aN S h o u w e i ， WANG Z h i ， WANG 死 ， L I Yu b o ( S t a t e ke y La b o r a t o r y o f Si l i c a t e Ma t e r i a l s f o r Ar c h i t e c t u r e s ， W u ha n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ， Wu h a n 4 3 0 0 7 0， Hu b e i ， C h i n a ) Abs t r ac t ： Th i s p a p e r d i s c u s s e d t h e i n flu e n c e o f q u i c k l i me d o s a g e o n t h e p r o d u c t i o n p e r f o r ma n c e a n d u s a bi l i t y t h r o u g h t h e a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e s l u r r y g a s f o a mi n g C ur v e a n d b a s i c me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f b l o c k s M e a n whil e ， s t u d i e d t h e i n flu e n c e of d i f f e r e nt q u i c kl i me d o s a g e o n t h e c o mp o s i t i o n a n d mo r p h o l o g y o f h y d r a t i o n p r o d u c t s t h r o u Ig h X r a y d i ffr a c t i o n a n a l y s i s a n d s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p i c a n a l y s i s Th e r e s u l t s s h o w t h a t i n the c e me n t ny a s h- l i me s y s t e m a ut o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e ， t h e l a r g e r d o s a g e o f q u i c kl i me t h e s ma l l e r i n i t i a l e x t e n de d d e g r e e t h e s l u r r y p r e s e n t s Th e i n fl u e n c e o f q ui c k l i me d o s a g e o n t h e fin al s l u r r y v o l u me d e p e n d s o n c o mp r e h e n s i v e c o n s i d e r a t i o n o f i t s i n flu e n c e d e gre e O n a l u mi n u m p a s t e r e a c t i o n r a t e a n d s l u r r y t h i c k e n i n g r a t e W i t h t h e q u i c k l i me d o s a g e i n c r e a s i n g f r o m 1 9 t o 2 9 ， c alc i u m t o s i l i c o n r a t i o c h a n g e f r o m 0 3 1 t o 0 4 7 ， t h e fin a l b l o c k s h a s n e a r l y 1 0 0 a mpl i f i c a t i o n o n i t s a v e r a g e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h， b u t n o e f f e c t o n i t s d ry b u l k d e n s i t y Me a n wh i l e， t h e i n c r e a s i n g of q u i c k l i me d o s a g e h a s an e f f e c t i v e p r o mo t i o n o n t h e f o rm i n g o f t h e ma i n h y d r a t i o n p r o d u c t s - t o b e rm o r i t e ， b u t i t almo s t ma k e n o di f _ f e r e n c e of t o b e r mo r i t e S c r y s t all i n i t y a n d c rys t a l l i t e s i z e Ke y wo r ds ： a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e； q u i c k l i me ； d o s a g e； me c h ani c a l p r o p e r t i e s ； h y d r a t i o n p r o d u c t s 加气混凝土是具有轻质、 保温、 抗震等优点的多孔型材料， 在生产过程中高效地消纳工业固体废弃物，能够有效提高建 筑物的热工性能， 降低建筑运行能耗。 加气混凝土主要通过均 匀分布的发气材料与基础浆体的反应形成气体，推动浆体体 积膨胀； 同时， 随着浆体逐渐稠化的进行形成一定的强度， 将 气泡稳定在浆体中而形成多孔型结构； 最后， 在特定养护条件 基金项 目： 国家科技支撑 计划 项 目( 2 0 1 1 B A J 0 3 B o 3 ) ； 湖北省重点新产品新工艺研 究开发 项 目( 2 0 1 2 B A At 0 0 0 6 ) 收稿 日期： 2 0 1 3 一 l 2 0 3 作者简介 ： 马保 国， 男， 1 9 5 7年生， 河南开封人 ， 博 士， 教授 ， 主要从 事 建筑材料与建筑节能的研究。 通讯作者： 蔡礼雄， 地址： 武汉市洪山区 珞狮路 1 2 2号 ， E ma i l ： c a i l i x i o n g j o b 1 6 3 c o rn。 下( 压力 O 8 M P a ， 温度 1 7 5 ) 进行一定时问水热反应， 生成 稳定的水化产物， 形成具有一定强度的建筑材料_1 - 3 1 。 B 0 5 级轻 质蒸压加气混凝土砌块的密度比B 0 7 级小2 0 0 k g m ， 导热系 数小0 0 4 0 0 6 W ( m K ) ， 不仅节约了原料， 而且保温节能效 果大大提高。 因此， B 0 5 级以下的轻质蒸压加气混凝土砌块将 是建筑节能砌块的发展趋势哪 。 生石灰是由以C a C O 为主要成分的天然岩石在适当温 度下煅烧， 排除分解出的二氧化碳后， 所得的以氧化钙( C a O ) 为主要成分的产品。在蒸压加气混凝土的生产中生石灰主要 作用有以下3 个方面： ( 1 ) 与料浆混合后， 通过C a O与水的消 化生成C a ( O H ) ， 提高料浆碱度， 满足铝粉反应条件； ( 2 ) 在发 气过程中，随着浆体体积的膨胀与消化的进行，坯体迅速硬 化， 为支撑多孔结构提供一定的强度； ( 3 ) 在水热反应阶段， 提 N E W BUI L DI NG MAT E RI AL 5 l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 马保 国， 等： 生石灰掺量对轻质蒸压加气混凝土性能及水化产物的影响 供有效C a O ， 与S i O ： 、 A 1 0 。 等反应生成特定水化产物， 是制品 强度的主要来源。研究生石灰掺量对轻质蒸压加气混凝土生 产的影响规律具有重要意义15 - 7 1 。 ， 国内外相关学者及企业在研究及实际生产中针对生石灰 在蒸压加气混凝土中的作用做了大量的研究， 如吴卫国圈 根据 所在企业的实际生产经验， 撰写了不同品质生石灰用于生产蒸 压加气混凝土时控制工艺及调节方法的相关报告， 但上述报告 仅为生产经验结论， 没有相关实验数据支撑。 ID l：i 旺等研 究了 各种工艺因素对粉煤灰加气混凝土浇注稳定性的影响， 简单阐 述了生石灰对蒸压加气混凝土生产过程中浆体稳定性的影响 规律， 但并未研究生石灰掺量对蒸压加气混凝土制品的影响。 颜汉军和张婵娟 针对原材料对蒸压加气混凝土制品质量的 影响展开研究， 结果表明， 生石灰掺量、 消化速度及细度对蒸压 加气混凝土制品质量的影响存在最佳值， 并没有阐述掺量对其 它浆体稳定性及水化产物的影响规律。 H u s t A ， 吴笑梅等 研 究了粉煤灰加气混凝土中水化产物的组成、形貌及形成机理。 N a r a y a n a n N 、 马保国等 研究了水化产物对加气混凝土强度 的影响， 研究表明， 加气混凝土的主要水化产物中对制品强度 的贡献作用顺序为c s H ( I ) 、 托贝莫来石、 水石榴子石； 这些 研究工作对解释粉煤灰在加气混凝土中的作用机理具有重要 作用， 但上述文献也没有研究生石灰细度及掺量对蒸压加气混 凝土的生产时浆体性能的影响。 本文针对生石灰掺量对蒸压加 气混凝土浆体发气稳定性、 制品性能与水化产物的影响规律进 行研究， 深入探讨了生石灰在蒸压加气混凝土生产中的作用。 l 试验 1 1原料 生石灰： 中速灰， 产自湖北武汉， 细度( 0 0 8 m m方孔筛筛 余) 2 3 3 ， 有效氧化钙含量5 6 ， 6 3 ， C 1 一 含量 1 0 4 8 ， 消化时 间1 2 m i n ， 消化温度5 7 ； 粉煤灰： 武汉阳逻电厂的I 级灰， 细度( 0 0 4 5 m m方孔筛筛余) 1 7 8 ， 烧失量2 3 7 ； 水泥： 湖 北亚东4 2 5 级普通硅酸盐水泥； 石膏为普通市售建筑石膏； 发气剂： 铝粉膏， 产自山东， 细度( 0 0 7 5 m m方孔筛筛余) 2 7 8 ； 稳泡剂： 自制， 其组成为m( 油酸) ： m( 三乙醇胺) ： m( 水) = 1 ：3 ： 3 6 。生石灰、 粉煤灰、 水泥和石膏的化学成分见表 1 。 表 1 生石灰、 粉煤灰、 水泥和石膏的化学成分 1 2 样品制备及试验方法 2 新型建筑材料 2 0 4 8 试样配比见表2 ， 按照配比称量水泥、 石膏、 生石灰与粉煤 灰， 并将称量后粉料均匀混合， 按设定水料比0 5 6 称取定量定 温的水加入搅拌锅中，将事先混合均匀的干粉料倒入搅拌锅 中， 用标准砂浆搅拌机慢速搅拌9 0 S ， 外掺 0 1 6 的铝粉膏与 0 5 的稳泡组分， 继续慢速搅拌9 0 S ， 取少量浆体测初始扩展度 与浆体发气曲线， 其余浆体注入 1 0 0 m m x l 0 0 m m x l 0 0 m m规格 的模具中， 放入5 0 恒温烘箱养护6 0 m i n 后取出， 于室温养护 至具有一定脱模强度，脱模后进行蒸压养护，饱和蒸汽压为 1 2 M P a ， 升压时间2 h ， 稳压时间8 h ， 降压时间1 5 2 0 5 1 。 表 2 试样的配比 试样 编号 L l 水泥 石膏 生石灰 粉煤灰 8 8 8 3 3 3 1 9 2 1 2 3 7 0 6 8 6 6 8 8 8 3 3 3 2 5 2 7 2 9 6 4 6 2 6 O 1 _ 3 测试方法 生石灰的细度、 消化时间与消化温度按J C T 4 7 8 1 一l 9 9 2 建筑石灰实验方法 物理实验方法 进行测试。 生石灰氧化钙与氧化镁含量按J C ,r F 4 7 8 2 1 9 9 2 建筑石 灰实验方法 化学实验方法 进行测试。 加气混凝土浆体的扩展度按G B T 8 0 7 7 -2 0 0 0 泥混凝 土外加剂均质性试验方法 进行测试。 浆体发气曲 线采用量筒定温养护发气法进行测试， 具体方 法为： 搅拌完成后取 1 0 0 m l 浆体通过漏斗倒入2 5 0 m l 的量筒 中， 每隔2 m i n 读取 1 次浆体体积值， 直到体积不再增加为止。 绝干密度与抗压强度按照G B T 1 1 9 6 9 -2 0 0 8 蒸压加气 混凝土 13 ： 13 , 试验方渤 进行测试。 原材料成份分析采用A x i o s a d v a n c e d 型 X射线荧光光 谱仪进行测试， 其主要技术参数为测定元素含量范围宽： g ， g 1 0 0 ， 测定元素范围宽： F ( 9 ) U( 9 2 ) 。 x射线衍射分析采用 D M X 一 A型x射线衍射仪进行 测定， 衍射角范围为5 2 0 7 0 。 ， 衍射角精确度A 0 0 2 。 扫描电子显微分析采用J S M 一 5 6 1 0 L V型扫描电镜观察水 化产物的形貌。 2 结果与讨论 2 1 生石灰掺量对浆体发气性能的影响 生石灰掺量对蒸压加气混凝土浆体初始扩展度的影响见 表 3 。 由表3 可见，生石灰掺量的增大使浆体初始扩展度逐渐 减小， 随着生石灰掺量从 1 9 逐渐增加到2 9 ， 浆体的初始 扩展度从1 5 6 m m逐渐减小至 1 2 0 m m 。 其主要原因是从加入 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 马保国， 等： 生石灰掺量对轻质蒸压加气混凝土性能及水化产物的影响 表 3 生石灰掺量对浆体初始扩展度的影响 试样编 号 L l L 2 L 3 L 4 L 5 L 6 初始扩展度 ra m 1 5 6 1 5 4 1 4 8 1 3 2 1 2 5 1 2 0 粉料到浆体初始扩展度检测的操作时间内生石灰掺量的增加 促进了料浆中生石灰的消化， 从而导致料浆稠度逐渐增大。 通过对不同配比浆体在2 5 0 m l 量筒内体积随时间增长 的测试， 得出不同生石灰掺量的浆体发气曲线如图1 所示。 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 发气时 问 m i n 图 1 不同生石灰掺量的浆体发气曲线 由图 1 可见， L 1 L 3 组生石灰掺量由1 9 增大至 2 3 时， 浆体最终体积逐渐增大， 分别为2 0 3 、 2 2 2 、 2 2 6 m l ， 随着 L 4 L 6 组生石灰掺量的继续增加， 浆体最终体积逐渐减小， 分 别为2 0 7 、 2 0 4 、 1 9 6 m l 。 结合浆体初始扩展度变化规律可知， 浆 体最终体积与浆体初始扩展度大小没有对应关系。 浆体发气量是由铝粉膏发气速率与浆体稠化速率综合决 定的， 逐渐增大生石灰掺量时， 生石灰消化反应热量随之增加， 浆体内部热量的增加不仅促进铝粉膏反应，同时也促进了生 石灰稠化。当生石灰掺量从 1 9 增大至2 3 时， 铝粉膏反应 速率的增加大于浆体稠化速率的增加，因此浆体最终发气量 逐渐增加； 当生石灰掺量继续从2 3 增加至2 9 时， 其对浆 体稠化的促进作用强于对铝粉膏反应的促进作用，因此浆体 最终发气量逐渐减小。 2 2 生石灰掺量对制品性能的影响 2 2 1 体系钙硅 比 通过对各种原料化学组成( 见表 1 ) 及生石灰、 粉煤灰相 对配比( 见表 2 ) ， 计算不同生石灰掺量时体系的钙硅比( C S ) ， 结果如表4 所示。 表 4 不同生石灰掺量时体系 的钙硅 比 试样编 号 L 1 L 2 L 3 L 4 I J 5 L 6 钙硅 比( C S )0 3 1 0 3 4 0 3 7 0 4 0 0 4 3 O 4 7 2 2 2 制品绝干密度与抗压强度 通过对不同生石灰掺量的加气混凝土试块蒸压后绝干密 度和抗压强 度的 测试， 研究生石灰掺量对加气混凝土制品综 合性能的影响规律，用抗压强度除以绝干密度可得制品的比 强度， 结果如表5 所示。 表 5 生石灰掺 量对加气混凝土制品综合性 能的影响 试样编号 L l I J2 L 3 I A 1 5 L 6 抗压强度 MP a 1 0 7 1 2 1 1 4 0 1 4 5 1 6 9 2 0 8 绝干密度 ( k g m ) 4 5 6 3 4 5 0 5 4 4 8 8 4 4 3 3 4 4 7 6 4 3 6 0 t E 强度 ( N m k g ) 2 3 4 5 2 6 8 6 3 1 1 9 3 2 7 1 3 7 7 6 4 7 7 1 从表5 可以看出， 随着生石灰掺量逐渐增加， 制品的绝干 密度有明显减小的趋势， 同时， 抗压强度逐渐提高。 其中制品的 绝干密度主要取决于浆体最终发气量的大小， 但由于料浆在模 具中发气量大小与在2 5 0 m l 量筒中的边壁效应不同， 所以其模 具中的最终发气量随生石灰掺量变化规律与量筒中的浆体发 气量变化规律不完全一致。随着生石灰掺量从1 9 增大到 2 9 ， 制品 抗 压强度从1 0 7 M P a 增大到2 0 8 M P a ； 同时， 制品比 强度从2 3 4 5 N m k g 逐渐增大到4 7 7 1 N m k g ， 其主要原因是随 着钙硅比( 见表4 ) 的逐渐增大， 在水热反应中产生对强度有贡 献的水化产物( 如托贝莫来石等) 逐渐增多， 导致制品中孔间壁 材料的强度大幅度提高， 最终使制品抗压强度增大近 1 0 0 。 以上分析可见， 蒸压加气混凝土制品中生石灰的掺量对制 品强度有明显的影响， 生石灰掺量与制品强度呈正相关关系。 2 3 微观分析 2 3 1 X R D分析 图2为普通蒸压加气混凝土制品2 为5 7 0 。 的X R D图 谱。 1 O 20 3 0 40 5 0 6 0 70 20 ( 。 ) 图2 普通蒸压加气混凝土制品的 X R D图谱 由图2 可见， 普通蒸压加气混凝土制品中的主要水化产物 有托贝莫来石( ( f = 1 1 3 0 x 1 0 。 m 、 5 4 0 x 1 0 。 m 、 3 0 3 x 1 0 。 m ) ， C S H( I ) = 3 0 2 x 1 0 。 m 、 1 8 3 x 1 0 。 m ) 及水石榴子石 = 5 0 7 x 1 0 一 m、 2 7 6 x 1 0 一 m、 2 0 0 x l 0 1 0 m) 。 图3 为不同生石灰掺量下， 蒸压加气混凝土制品2 为5 。 2 0 。 的X R D对比谱图。 通过对比托贝莫来石特征峰( d = 1 1 3 0 x 1 0 。 m ， 2 0 = 7 4 0 。 与 d = 5 4 0 x 1 0 。 i n ， 2 0 = 1 6 3 8 。 ) 的积分强度可见， 随着 L l 生石 灰掺量的逐渐增大， 托贝莫来石的特征峰积分强度逐渐增强， 说明 托贝莫 来石晶体 含量也随之逐 渐增大。 钙质材料的 增加 对托贝莫来石的形成有利， 其规律与制品抗压强度随生石灰 掺量的变化规律相符。 NE W BUI L Dl NG MATE RI AL S 3 咖 啪 m 【 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