粉煤灰加气混凝土的煅烧活化及早强性能研究.pdf

2 0 1 4年第 8期 8月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 4 No 8 Au g u s t 粉煤灰加气混凝土的煅烧活化及早强性能研究 杨秀 丽， 崔 崇， 崔 晓昱 ， 秦 娟 ， 袁 洁 ( 南京理工大学材料科学与工程学院， 2 1 0 0 9 4 ) 摘要： 根据粉煤灰加 气混凝土的差热分析 ( TG A DS C) 确 定 了粉煤灰加 气混凝 土的煅烧温度 。经煅烧 活化 后 的粉煤灰加 气混凝 土遇 水有 大量 Ca 2 + 溶 出， 具有再水化反应 的能力 。 将 不同温度 煅烧后 的粉煤 灰加 气混凝土作为水 泥混合材 ， 取代标准胶 砂试块 中的 3 0 水 泥， 进行强度对比发现 ， 经 7 5 0 煅烧后 的粉煤灰加 气混凝 土掺入试块 可提 高早期强度 ， 3 d 、 7 d强度分别达到标 准试块 的 1 0 3 3 和 1 1 3 6 ； 长期性 能不受影响 ， 3 6 5 d强度达到 1 0 6 4 。改变取 代量进行研 究后发现 ， 取代量在 1 5 内， 3 d强度均达到标准试块的 1 1 6 。研 究结果表明 ， 经煅烧 活化后 的粉 煤灰加 气混凝 土可作 为水泥混合材使 用 ， 有助 于提 高试块 的早期强度 。 关键词 ： 粉煤灰加 气混凝 土 ； 煅烧 ； 水 泥混合材 ； 早期强度 Ab s t r a c t ： T h e c a l c i n a t i o n t e mp e r a t u r e o f fl y a s h 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 f A AC 1 i s c o n fi r me d b y T GA DS C F l y a s h AAC h a s c h e mi c a l r e a c t i o n a b i l i t y wh e n i t i s h e a t e d a t 7 4 5 wh i c h c a n h y d r o l y z e Ca “i o n s i n wa t e r C a l c i n e d fl y a s h AAC i s u s e d a s mi x t u r e ma t e r i a l t o r e p l a c e d 3 0 c e me n t a n d t h e i n fl u e n c e o f d i f f e r e n t t e mp e r a t u r e o n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h i s r e a s e a r c h e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t c a l c i n e d fl y a s h a t 7 5 0 c a n i mp r o v e t h e e a r l y s t r e n gth o f b l o c k s ，t h e c o rn p r e s s i v e s t r e n g t h r a t i o s a t 3 d a n d 7 d r e a c h 1 0 3 3 1 a n d 1 1 3 5 5 ， the c o mp r e s s i v e s t r e n gth r a t i o at 3 6 5 d u p t o 1 0 6 4 2 W h e n t h e r e p l a c e me n t r a t e wi t h i n 1 5 t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h r a t i o a t 3 d r e a c h e d l 1 6 c o mp a r e d w i t h s t a n d a r d b l o c k T h e r e s u l t s p rov e t h a t fl y a s h AAC c a l c i n e d a t 7 5 0 C c a n b e u s e d a s a d mi x t u r e i n c e me n t a n d c o n c r e t e a n d h a s e o n t r i b u t i o n t o t h e e a r l y s t r e n g t h o f b l o c k s Ke y wo r d s ： F l y a s h AAC ： Ca l c i n e d ； C e me n t mi x t u r e ma t e r i a l ； Ea r l y s t r e n g t h 中图分类号 ： T U 5 2 8 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 4 ) 0 8 一 O 1 一 O 5 0前言 加气混凝土是一种轻质多孔 的新型建筑材料 ， 具有优异 的保温 、 隔热及 隔音 性能【 ， 作为墙体填 充材料正得到 日渐广泛的应用 。加气混凝土砌块强 度一般为 2 7 MP a ， 蒸压养护前强度更低 ， 因此 ， 在 切割工艺 中不可避免受 到损伤 ，造成出釜后约 4 的砌块破损 ， 许多企业废弃加气混凝土已经堆积如 山。一个年产 1 5万 I n 的加气混凝土企业造成的直 接经济损失 1 2 0万元 ， 全 国每年 因废加气混凝土造 成的经济损失近十亿 。废弃加气混凝土不仅造成巨 大 的经济损失 ， 并且严重影响环境 。 i l k e r嘲将废 弃加气混凝 土破 碎成直径 为 4 1 6 m m 和 1 6 3 1 5 mm两种 不 同尺 寸 的颗粒 ，作 为 粗 集料用于混凝土的制备 中。结果表 明 ， 在混凝土 中 用加气混凝土骨料大大降低了混凝土的强度 。在我 国， 通常是将废弃加气混凝土破碎后作为屋面保温 层的填充骨料 ， 但保 温效果不好 ， 强度不高易破损 ， 基金项 目： 科技重 大专项课 题 ( 2 0 1 2 Z X 0 4 0 1 0 0 3 2 ) ； 江 苏省建 设厅计划项 目( 2 0 1 0 0 7 1 0 0 0 0 2 ) ； 江苏省普通 高校 研究生科研 创新计划项 目( C X Z Z 1 1 - 0 2 4 3 ) 资助 。 维修不便等。因此 ， 大量废弃加气混凝土破损砌块 仍然被堆放、 填埋 ， 没有得到更好 的利用。如何将废 弃加气混凝土砌块 “ 变废为宝” 是一个值得研究 的 技术问题 。 本文对粉煤灰加气混凝 土进行差热分析 ， 确定 煅烧活化温度 ， 并将其用于水泥混合材 ， 结果发现 ， 粉煤灰加气混凝土在 7 5 0 煅烧处理后 ，具有提高 试块早期强度 的作 用 ， 且 长期强度不受影 响 ， 为废 弃粉煤灰加气混凝土资源化再利用寻找到新 的应 用途径 。从经济角度考虑 ， 废弃的粉煤灰加气混凝 土仅需煅烧 、 球磨后 就能再 利用 ， 生产设备需要 回 转窑和球磨机 ， 投入少 ， 生产成本低 ， 相 比其它早强 增强剂更经济实用 。本方法每年不仅能为一个年产 l 5万 m 的加气混凝土企业挽 回 1 2 0万元 的经济损 失 ， 并能产生更高的利润。到 2 0 1 5年 ， 全 国废弃 的 加气混凝土量预计将达到 5 6 0 1 4 0 0万 m ，采用本 方法可挽 回经济损失高达 1 1 2 2 8亿元。 1 试 验设 计及 试验 方 法 1 1 粉煤灰加气混凝土的成分及物相分析 试验选取 了江 苏镇 江某加气 混凝土企业 的废 一 1 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 8期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 0期 弃粉煤灰加气t 昆 凝土进行研究 ， 主要成分见表 l 。 图 1是粉煤灰加气混凝土的 X R D图。从 图中可 以看 出， 粉煤灰加气混凝土主要水化产物为托贝莫来石 ( 5 C a O- 6 S i O 5 HE O) 和少量 的 C S H凝胶 ， 另外还 有 未反应 的 S i O 和莫来 石 。粉煤 灰加气 混凝 土 的酸 不溶物为 4 2 8 。酸不溶物是根据 G B T 1 2 9 6 1 9 1 水泥 中火山灰质混合材料或粉煤灰掺加量测定方 法 进行测定同 。托贝莫来石 、 C S H凝胶及其他水 化 产物 与盐 酸反 应 ， 而 S i O ： 、 A 1 O 3 、 F e ： O 。 及 一些 杂质 不 与 盐 酸 反 应 ， 不 与 盐 酸 反 应 的 残 渣 称 为 “ 酸 不溶 物 ” 。 表 1 粉煤灰加气混凝 土的主要成分 5 0 00 4 0 00 憩 3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 0 0 l U Z U 3 0 4 U U 6 0 7 U 2 0 。 图 1 粉煤灰加气混凝土 的 X R D图 1 2 试 验方 法 试验按照 G B T 1 2 9 5 7 2 0 0 5 用于水泥混合材 的工业废渣活性试验方法 和 G B T 1 7 6 7 1 1 9 9 9 ( 水 泥胶砂强度检验方法 ( I S O法 ) 进行胶砂试块 的制 备 、 养护和强度检测 。标准试块的配合比为水泥 ： 砂 ： 水= 2 ： 6 ： 1 ， 掺入混合材的对 比试块 的配合 比为水 泥 ： 混 合 材 ： 砂 ： 水 = 1 4 ： 0 6 ： 6 ： 1 。试 块 尺 寸 为 4 0 mmx 4 0 mm x 1 6 0 m m， 结 果取六 个 试块 的抗 压强 度平 均 值 。 G B T 1 2 9 5 7 2 0 0 5是 以强度 指 数法 为 基 础 ，对 混合 材 的活性 指数 进行 衡 量和对 比 。强度 指数 法通 常采 用一定量的混合材取代 3 0 水泥 ， 将试块 的抗压强 度与未掺混合材 的试块 的比值作为衡量活性 的指 标 。其 中 2 8 d抗压强度 比称 为活性指数 ， 其它龄期 的称为抗压强度 比。强度指数法的计算公式如下 ： = 式 中 ： A 为抗 压 强 度 比 ， 或者 活 性指 数 ； 。 为 掺 入混合材的一定龄期 的试块的抗压强度 ， MP a ； 尺 。 为 同龄期的空 白( 未掺混合材) 试块的抗压强度 ， MP a 。 一 2 2结 果与 讨论 2 1 粉煤灰加气混凝土的差热分析 将粉煤灰加气混凝土样 品放 在氧化铝坩埚 中 以 2 0 K mi n的升温速度 、 在流量为 3 0 mL mi n的氩气 气氛中， 从 2 0 升到 1 1 0 0 。图 2是粉煤灰加气混 凝 土 的 T G A D S C曲线 ， 从 图 中可 以看 出 ， 粉煤 灰 加 气 混 凝 土 在 2 0 3 O 0 有 一 个 较 宽 泛 的 吸 热 峰 ， 7 4 0 C 有个尖锐的吸热峰， 8 2 1 有个较小 的吸热峰 ， 在 9 4 0 9 5 0 有个较强 的放热峰。2 0 3 0 0 主要是 由于粉煤灰加气 昆凝 土中的吸 附水及托 贝莫 来石 层 间水 的失去引起 的，5 7 4 ( 2 为 C S H凝胶脱水 ； 7 4 0 为粉煤灰加气混凝土的主要水化产物托贝莫 来石发生了脱羟基造成的， 9 4 0 9 5 0 2 左右发生了晶 格 重 构 。 温度 图 2粉煤灰加气混凝土的差热分析 曲线 依据粉煤灰加气混凝土的差热分析结果 ， 确定 1 0 0 、 3 0 0 、 6 0 0 、 7 5 0 o C、 8 2 5 、 9 5 0 o 【 = 作 为粉 煤 灰 加气混凝土的煅烧温度 。样品在 电阻炉 中煅烧 ， 达 到煅烧温度后恒温 1 h ， 然后冷却至室温。 2 2 不 同煅 烧 温 度对 粉煤 灰 加 气 ? 昆凝 土 早 强 性 能 的影 响 将不 同温度煅烧的粉煤灰加气混凝 土作为混 合 材 ，取 代 标 准胶 砂试 块 中 3 0 的水 泥 ， F I O 0 、 F 6 0 0 、 F 7 5 0 、 F 8 2 5 和 F 9 5 0分 别 为1 0 0 、 6 0 0 、 7 5 0 、 8 2 5 c I 二 和 9 5 0 o C 煅 烧 的加 气 混凝 土 作为 混合 材 的试 块 ， F O为标 准胶 砂试 块 。 表 2给 出了不 同温度 、 不同龄期 的试块抗压强 度与抗压强度 比。不同温度对试块抗压强度的影响 如图 3所示 。 从 图中很明显看出， F I O 0和 F 9 5 0各龄 期 试 块 的 抗 压 强 度 均 低 于 标 准 胶 砂 试 块 ， F 6 0 0 、 F 7 5 0和 F 8 2 5各龄期试块 的抗压强度接近甚至超过 标准胶砂试块 。其中 F 7 5 0的 2 8 d抗压强度高于其 他煅烧温度 ， 抗压强度 比为 1 0 3 3 3 ， 说明 7 5 0 是 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 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杨秀丽 ， 崔崇 ， 崔晓昱 ， 等 粉煤灰加气混凝土的煅烧活化及早强性能研究 时间， h ( a) 0 - 0 5 h 图 8活化粉煤灰加气混凝 土的水化放热曲线 值均达到最大值 ，结果说明经 7 5 0 C 煅烧后的粉煤 灰加气混凝土中的托贝莫来石为无定形态时 ， 遇水 有大量 C a 溶 出，若在反应体系中有活性二氧化硅 的存在 ，溶解 出的 C a 就能与之发生反应生成水化 硅酸钙产物 ， 具有潜在的化学反应能力。 水化反应是一个放热过程 ， 水化放热可用微量 热仪来进行测量 ， 它是描述水化反应过程的重要方 法l 1 q 。 图 8是 7 5 0 C 煅烧活化后加气混凝土的水化放 热曲线 ， 从 中看到水化放热曲线有两个放热峰。第 一 个放热峰 出现在 0 1 h ， 见 图 8 ( a ) ， 是 由于溶解放 热引起 的； 第二个放热峰出现在 2 5 h ， 即 1 5 0 mi n左 右 ， 见 图 8 ( b ) ， 是 由于活化加气混凝 土发生水化反 应 ， 放 出热量造 成 的 。从 水化 放热 曲线 结果 可 知 ， 活 化粉煤灰加气混凝土具有再水化反应能力 ，因此 ， 其作为水泥混合材具有早强增强的作用。 3结论 ( 1 ) 经煅烧后的粉煤灰加气混凝土具有早强性 能 ， 不同温度煅烧 的粉煤灰加气混凝土提高试块早 期 强度的能力 依次为 ： 7 5 0 8 2 5 6 0 0 1 0 0 9 5 0 。F 7 5 0的 3 d 、 7 d抗压强度 比分别为 1 0 3 3 1 和 1 0 7 9 0 ， 2 8 d抗压强度 比为 1 0 3 3 3 ， 长期 3 6 5 d 的抗压强度 比， 也达到 1 0 6 4 2 。7 5 0 煅烧的粉煤 灰加气混凝土具有提高早期强度 的性能 ， 且长期强 度 不受 影 响 。 ( 2 ) 7 5 0 C 煅烧 的粉煤灰加气混凝土在提高试块 早期强度方面优于粉煤灰 。 F F的 3 d 、 7 d抗压强度比 分别为 8 1 4 3 、 8 6 1 1 ， 比 F 7 5 0低许多。 7 5 0 煅烧 活化后 的粉煤灰加气混凝 土具有替代粉煤 灰作为 混合材使用的可能性 。 ( 3 ) 7 5 0 为最佳煅烧温度 ， 当水泥取代量为 5 时 ， 3 d、 7 d 试 块 的 抗 压 强 度 比 为 1 1 8 5 1 和 1 1 1 4 3 ， 随着取代量增加 ， 抗压 强度呈缓慢下降 的 趋势 ， 低取代量具有更显著的早强效果。当取代量 在 1 5 以内时， 3 d抗压强度 比均超过 1 1 6 。 ( 4 ) 经 7 5 0 煅烧后 的粉煤灰加气混 凝土 中的 时 间 h f b ) 0 8 h 水化产物托贝莫来石结构处于无定形态 ， 遇水有大 量 C a 溶出， 具有再水化反应的能力 ， 水化放热 曲线 监测到水化反应的发生。 参 考文献 ： 【 1 M o h a m me d A Mo u s a ， N a s i m U d d i n E x p e ri m e n t a l a g d a n a l y t i c a l s t u d y o f c a r b o n fi b e r - r e i n f o r c e d p o l y me r( F R P ) 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( A A C )s a n d w i c h p a n e l s J E n g i n e e ri n g S t r u c t u r e s ， 2 0 0 9 ， 3 1 f 1 0 ) ： 2 3 3 7 2 3 4 4 【 2 】 N N a r a y a n a n ， K R a ma m u rt h y S t r u c t u r e a n d p r o p e r t i e s o f a e r a t e d c o n c r e t e ：a r e v i e w J C e me n t C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 9 ( 2 2 ) ： 3 2 1 3 2 9 【 3 】 H t i l y a K u s ， T h o ma s C a r l s s o n M i e r o s t r u c t u r a l i n v e s t i g a t i o n s o f n a t u r a l l y a n d a r t i fi c i a l l y we a t h e r e d 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 J C e me n t C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 3 ( 3 3 ) ： 1 4 2 3 1 4 3 2 【 4 S C a j u n ， H F F o u a d 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 i e s a n d s t ruc t u r a l d e s i g n J A me ri c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e ， 2 o o 5 ： 2 2 6 5 】 I l k e r B e k i r T o p c u ， Mu s t a f a S a r i d e mi r P r e d i c t i o n o f p r o p e r - t i e s o f w a s t e AAC a g g r e g a t e c o n c r e t e u s i n g a r t i fi c i a l n e u r a l n e t w o r k J C o mp u t a t i o n a l Ma t e ri a l s S c i e n c e ， 2 0 0 7 ， 4 l ( 1 ) ： 1 1 7 - 1 2 5 【 6 】 国家技术监督局 G B T 1 2 9 6 1 9 1水泥中火山灰质混合材 料 或 粉煤 灰掺 加 量 测定 方 法 S 】 北 京：中 国标 准 出 版社 ， 1 9 9 1 7 国家技术监 督局 G B T 1 2 9 5 7 2 0 0 5用作水 泥混合材料 的 工业废渣活性试验方法 S 北京： 中国标准 出版社， 2 0 0 5 【 8 】国家技术监督局 G B T 1 7 6 7 1 1 9 9 9水泥胶砂强度检验方 法 ( I S O法 ) S 北京： 中国标准 出版社， 1 9 9 9 【 9 杨秀丽 ， 崔 晓昱， 崔崇， 等 托 贝莫 来石 晶体 的高温 相变规 律研究f J 】 光谱 学与光谱 分析， 2 0 1 3 ， 3 3 ( 8 ) ： 2 2 2 7 2 2 3 0 1 0 】 洪天从 基 于电阻率法的混凝土水化进程和渗透性能演 变规律研究 D 杭州： 浙江大学硕士学位论文， 2 0 1 2 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 0 5 2 5 作者简介 ： 杨秀丽 ( 1 9 7 7 一 ) ， 女 ， 博士研究生 。 通讯地址 ： 南京市玄武 区孝 陵卫 2 0 0号。 联系电话 ： 1 3 3 6 7 9 8 0 3 9 5 E - ma i l ： j k y x l 1 2 6 c o m 一 5 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m