钛矿渣对泡沫混凝土性能的影响研究.pdf

2 0 1 5年第 1 2期 1 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 01 5 No 1 2 De c e mb e r 钛矿渣对泡沫混凝土性能的影响研究 马 林 。何顺爱 ( 四川华西绿舍建材有限公司 ， 成都 6 1 0 0 8 1 ) 摘要： 利用普通硅酸盐水泥与钛矿渣 ， 采用物理发泡工艺在水料比 O 3 5的条件下 ， 制备 了泡沫混凝土 ， 并结合 X KD、 S E M 对钛矿渣 泡沫混凝 土微观结构及组成进行 了分析 ， 同时研究 了钛矿渣微粉掺量 对泡沫混凝土气孔 、 抗压 强度及收缩的影响 。研究表 明， 钛 矿渣掺入促使 泡沫混凝土 气孔 变大； 钛 矿渣取代 1 5 水泥制备 的泡沫混凝土干密 度 为 5 1 7 0 k g m3 ， 5 6 d抗 压 强 度 增 长 2 2 5 ， 为 3 8 MP a ， 5 6 d收 缩 降低 3 6 5 ， 减 小到 2 4 5 mm m。 关键词 ： 钛矿渣 ； 泡沫混凝土 ： 力学性 能 ： 收缩 Abs t r ac t ：By us i n g o r di na r y Po r t l a n d c e me nt wi t h t i t a n i u m s l a g ，f o a m c o nc r e t e i s pr e p a r e d b y a d o pt i n g ph y s i c a l f o a mi n g p r o c e s s u n d e r t h e c o n d i t i o n o f wa t e r ma t e ri a l r a t i o o f 0 3 5 a n d mi c r o s t r u c t u r e a n d c o mp o s i t i o n of t i t a n i u m s l a g foa me d c o n c r e t e a r e a n a l y z e d wh i c h i s c o mb i n e d wi t h XRD a n d S E M，me a n w h i l e ， t h e i n fl u e n c e o f t i t a n i u m s l a g D 0 w d e r c o n t e n t o n f o a m c o n c r e t e p o r o s i t y ，c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d s h r i n k a g e i s a n a l y z e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t ， f o a m c o n c r e t e p o r o s i t y b e c o me l a r g e r wi t h mi x e d t i t a n i u m s l a g ； d r y d e n s i t y o f f o a m c o n c r e t e i s 5 1 7 0 k g m3 wh i c h i s p r e p a r e d b y t i t a n i u m s l a g t o r e p l a c e o f 1 5 c e me n t ， 5 6 d a y c o mp r e s s i v e s t r e n g t h i s 3 8 MP a wi t h i n c r e a s i n g 2 2 5 ， 5 6 d s h rin k a g e i s 2 4 5 mm m b y d e c r e a s i n g 3 6 5 Ke y wo r ： T i t a n i u m b e a rin g s l a g ； F o a m c o n c r e t e ； Me c h a n i c a l p r o p e r t y ； S h ri n k a g e 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 5 ) 1 2 7 9 一 O 4 0前 言 近来年 ， 在我 国墙体材料改革和建筑节能政策 的推动下 ， 泡 沫混凝土 因轻 质 、 保 温隔热 、 节 能利 废 、 防火等优点 ， 在建筑保温 、 墙体填充等工程 中 应用广泛 ， 2 0 1 3年产量 已超过 2 8 0 0万 IT I f 3 J 。通 常 ， 为提升泡沫混凝土性能 ，改善泡沫混凝土的收缩 ， 矿物掺合料被用 于泡沫混凝土制备 中 ， 但 常见矿 物掺合料 已随着 我国大规模 的基础 设施 建设 的持 续进行而供不应求 ， 利用等低等级工业废弃物制备 泡沫混凝土不仅可解决废弃物的处置问题 ， 还能产 生经济价值 。四川某些地 区炼钢厂因采用钒钛矿石 原料 ，在钢铁生产过程中排放出大量高 T i O 含量 、 水化活性较低的钙钛矿 。该矿渣钛品位不够高 ， 不 能作 钛 工业 原 料 ， 又 因 活性 偏低 ， 大量 堆 积 ， 难 以利 用7 1 。因胶凝材料含量高 ， 高气孑 L 率 ， 缺乏骨料等因 素 ， 泡沫混凝土存在收缩大等问题 8 1 ， 研究表 明， 采 用非 活性 的原料取代水泥 可在一定程度上改善泡 沫 混凝 土 的收缩 9 1 。本 文 利用 普 通 硅 酸盐 水 泥 与钛 矿渣 ， 采用物理发泡工艺 ， 在水料 比 0 3 5的条件下 制备了 A 0 5级泡沫混凝土 ， 研究了钛矿渣微粉掺量 对泡沫混凝土气孔结构、 力学性能及收缩的影响。 1 原 材 料及试 验 方法 1 1 原材 料 水 泥 ： P 0 4 2 5 R水泥 ，化 学成 分见 表 1 。钛矿 渣 ： 由四川某公司提供 ， 化学成分见表 1 ， X R D图谱 见图 l ， 钛矿渣除了具有较低 的弥散峰之外 ， 还存在 结 晶程度非常好 的钙钛矿的峰 ， 这必然对其活性造 成 重要 的影 响 。发泡剂 ： 自制 。减 水 剂 ： 四川某 公 司 产 K S J S 5 0 Z型 聚羧 酸类 高效 减 水剂 ， 固含 量 4 8 。 促凝剂 ： 自制 ， 主要成分为硝酸钙。 表 1 水 泥 及 钛 矿 渣 的化 学 组 成 1 2 制备及试验方法 采用高压发泡机将发泡剂溶液 ( 泡沫剂： 水= 1 ： 3 0 ) 制成 密度 为 6 0 k g m 。 的泡 沫 ， 按 照粉料 ( 水泥 与钛 矿渣) 的 7 2 加入到水泥料浆 中， 混合均匀 ， 注入模 具 4 0 mmx 4 0 mmx l 6 0 mm( 收 缩 ) 与 l O O mmx l O O mmx l O O m m( 抗 压强 度 ) 内 ， 养 护 2 4 h后 ， 拆模 。 一 79 2 0 1 5年第 1 2 期 混 凝 土与水 泥 制 品 总第 2 3 6期 1 0 2 0 3 0 4 0 2 o 。 图 1钛 矿 渣 的 XRD 图谱 将测试 收缩 的试块置于温度为( 2 0 2 ) ， 相对 湿度为( 5 0 5 ) 的环境 中， 参照 J C T 6 0 3 -2 0 0 4 ( 水 泥胶砂干缩试验方法 测定不同龄期的收缩 。将测 试抗压强度 的试块拆模后标准养 护至规定龄期 ， 按 照 J G 厂 r 2 6 6 2 0 l 1 泡沫混凝土 测定抗压强度及干 密度。水泥净浆流动度按照 G B T 8 0 7 7 -2 0 0 0 ( 混凝 土外加剂均质性试验方法 确定。气孑 L 显微图： 将泡 沫混凝 土试样 剖开 ， 用砂纸打磨 ， 置于工业显微镜 下获取 。X R D、 S E M： 将 规定 龄期 的试 块 4 0 干燥 至 恒重 ，分 别 用 于测 定 X R D ( 日本 理 学 电机 公 司 D Ma x 1 1 1 A型 X射线衍射仪 ， C u靶 )及 S E M ( E t 立 T M一1 0 0 0 ) 。 2结 果与讨 论 2 1 钛矿 渣微 粉对 水 泥净浆 流动 性 的影 响 由于钛矿渣钛含量较高 、 活性较差 。 通 常采用 粉磨 的方式提高钛矿渣 的活性。不 同粉磨时间下钛 矿渣微粉的比表面积与 8 0 1x m 的筛余见图 2 ，当粉 磨时间超过 6 0 ra i n后 ，钛矿渣微粉的 8 0 1 x m筛余基 本不再减小 ； 当粉磨时间从 2 0 m i n增加至 9 0 mi n ， 钛 矿 渣 的 比表 面 积 持续 增 加 ， 颗 粒 逐 渐 变 细 ： 当 粉磨 时间 6 0 mi n时 钛矿渣比表面积为 3 8 5 m T k g 。 与普通 水泥的比表面积相近。 旧 懈 丑 图 2 粉磨时间对钛矿渣 比表面积及 8 0 1x m筛余 的影响 受 到物 理发 泡 工 艺 的影 响 泡 沫 混凝 土 用 水 泥 料 浆 流 动度 对 泡 沫 混凝 土 气 孔 结 构 产 生 重 要 的影 一 8 0一 响， 当水泥料浆流动度差 ， 料浆与泡沫混合过程中 ， 泡 沫 易 破 损 对 泡 沫 混 凝 土 的气 孔 及 性 能 产 生 影 响。在钛 矿 渣粉 取代 2 O 的水 泥 ， 水胶 比为 O 3 5 ， 减 水剂掺量 0 4 ， 促凝剂掺量 2 的情况下 ， 不 同粉磨 时 间 的钛 矿 渣 微 粉 对 水 泥 料 浆 的流 动 度 影 响( 图 3 ) 。 钛 矿渣 粉磨 时 间从 3 0 rai n增加 至 9 0 m i n ， 水 泥料 浆的流动度下降，当粉磨 时间不超过 6 0 m i n时 ， 水 泥料浆流动度减小不明显 ，流动度不小于 2 8 0 mm。 当粉磨时间持续增加 ，水泥料浆流动度急剧下降。 粉 磨 时 间 9 0 mi n的钛 矿 渣 水 泥 料 浆 流 动 度 下 降 至 2 5 0 mm。当粉磨时间不超过 6 0 m i n ， 钛矿渣微粉 比表 面积与水泥相 当 此时水泥与钛矿渣复合粉体总体 比表面积变化不大 ， 故流动度变化不 明显。当粉磨 时 间 持续 增 加 ， 超 过 6 0 m i n ， 钛 矿 渣 变 细 ， 在 相 同用 水量情况下 ， 颗粒表面由于表面积 的增加将 吸附更 多的水分 ， 浆体 中 自由水量下 降 ， 导致流动度急剧 下降。粉磨 时间越长 ， 细度越细 ， 有利于活性发挥 ， 但对水泥料浆流动性 的影响较大 ， 后续试验采用粉 磨 6 0 mi n的钛矿渣进行试验。选取粉磨 6 0 m i n的钛 矿渣 微粉 ， 在 水胶 比为 0 3 5 ， 减 水 剂掺 量 O 4 ， 促 凝 剂 掺量 2 情 况下 研究 不 同钛矿 渣掺 量 ( 0 3 0 ) 下 水泥料浆流动度的变化 ( 图 4 ) ， 当钛矿 渣掺量从 0 增 加至 3 0 ， 水泥 料浆 流动 度增 加 。 g 暑 幅 避 暑 需 图 3 粉磨 时间对料浆流动度 的影 响 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 掺量 图 4钛矿渣掺量对料浆 流动度 的影 响 2 0 1 5年第 1 2期 混凝 土 与水 泥制 品 总第 2 3 6期 缩的作用下表现出收缩集 中在 7 d之内 ，之后龄期 继续增加收缩变化幅度减小。钛矿渣掺量增加 。 水 泥用 量较 小 ， 胶 凝材 料 量 变少 ， 化 学 收缩 量 变 少 另 外 由于 胶凝 材料 量较 小 ， 干 缩来 源 的 C S H 凝胶 量 变少 ， 干缩减小 。钛矿渣活性低 ， 早期可 以充 当骨 架 ， 水 泥 水化 产 物 与活 性较 差 的钛 矿 渣 相 互搭 接 形 成 骨架 ， 对泡 沫混 凝土 收缩 具有 一定 的 限制 作用 。 瓣 扣 2 4 1 6 O O l 0 2 0 3 O 40 5 O 龄期 d 图 8钛 矿 渣 掺 量 对 泡 沫 混 凝 土 含 水 率 的 影 响 2 4 钛矿 渣泡 沫混 凝土 微观 结构 水 化 5 6 d的试 样水 化产 物 主要 由 A F t 、半碳 铝 酸钙水 化物 、 碳 酸钙 、 C a ( O H) ： 、 钙 钛矿等组 成 ( 图 9 ) 。从 5 6 d掺入 钛矿 渣 的 S E M( 图 1 O ) 可 知 ， 孔 间壁 未 见 明显 为 水化 的颗粒 ， 这 说 明钛 矿 渣 被 水化 产 物 覆 盖 ， 形 成 较 对 比组 更 致 密 的孔 间壁 结 构 ， 这 对 力 学 性 能 的提 升 ， 以及 利 用钛 矿 渣 中非 活 性 的组 分 形 成 良好的骨架起到积极作用。 E ： A F t C ：C a ( 0 H) ，P： C a O T i O ，H： 半碳铝 酸 钙水化 物T ： C a C O 图 9 5 6 d龄期 泡沫混凝 土水化 产物 X R D图谱 3结 论 ( 1 ) 钛 矿 渣 掺量 增 加 ， 水 泥料 浆 流 动性 变 好 ， 但 受 到水 泥用 量减 小 的影 响 ， 泡沫 混凝 土气 孑 L 变 大 。 ( 2 ) 钛矿 渣 掺量 从 0增加 至 3 0 ， 2 8 d及 5 6 d抗 压 强度 先增 后 减 ， 当钛 矿 渣 取代 1 5 NT k H 7 28 d 一 8 2 x 2 O k 3 0 r n 图 1 0 不掺钛矿渣及掺 l 5 钛矿渣试件 5 6 d的孔间壁 S E M 及 5 6 d抗压 强度 达到 最大 干密度 为 5 1 7 k g m 2 8 d 及 5 6 d抗压强度分别为 3 1 MP a与 3 8 MP a 。 ( 3 ) 钛 矿 渣 掺 入 有 利 于 改 善 泡 沫 混 凝 土 收缩 ， 当钛矿渣掺量增加 ，泡沫混凝土收缩先降低后上 升，当钛矿渣掺量为 1 5 ， 2 8 d及 5 6 d收缩率最小 ， 分别为 2 4 0 mm m、 2 4 5 mm m。 参考文献 ： 1 】 张烨 ， 尚瑞娟 泡沫混凝土在我 国的应用l J 1 河南建材 ， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 1 4 0 2 】 单 星本， 李 家和， 周运灿 泡沫混凝 土应用现 状及在寒 区应 用前景l J 1 低温建筑技术， 2 0 1 0 ( 1 0 ) 1 1 7 一 l 1 8 【 3 】 李应权， 王 明轩， 扈士凯， 等 我 国泡沫 混凝 土行业 新进 展 I J 1 混凝土世界，2 0 1 4 ( 4 ) ： 1 0 - 2 7 4 K e a r s l e y E P ， Wa i n w r i g h t P J T h e e f f e c t o f h i g h fl y a s h c o n t e n t o n t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f f o a m e d c o n c r e t e J J C e m e n t Co nc r e t e a n d Re s e a r c h ， 2 0 01 ， 31 ： 1 05 1 2 5 J o n e s MR ， Me C a h y A U t i l i z i n g u n p r o c e s s e d l o w l i me c o a l a s h i n f o a m e d c o n c r e t e川 F u e l ， 2 0 0 5 ， 8 4 ： 1 3 9 8 4 0 9 6 周志敏高强度泡沫混凝土的研究 D 】 长沙：湖南大学， 2 011 7 朱晓燕， 包文忠， 赵文新， 等 钛矿渣 制备加气混凝土 的研究 J 1 混凝土 与水 泥制 品， 2 0 1 4 ( 6 ) ： 6 6 6 9 8 蒋俊 ， 卢忠 远， 牛 云辉 ， 等 外加 组分对 泡沫混 凝土 收缩性 能的影响研究I J 1 混 凝土， 2 0 1 3 ( 8 ) ：4 7 5 0 9 】 E K K u n h a n a n d a n ， N a m b i a r 1 a n d K R a ma m u r t h y S h ri n k a g e B e h a v i o r o f F o a m C o n c r e t e J J o u r n a l o f Ma t e ri a l s i n C i v i l E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 9 ， 2 1 ( 1 1 ) ： 6 3 1 - 6 3 6 收 稿 日期 ： 2 01 5 0 9 1 2 作者简介 ： 马林 ( 1 9 7 1 一 ) ， 男 ， 高级lT程师。 通讯地址 ： 成都市解放路一段 9 5号 联 系 电话 ： 1 8 5 0 2 8 8 41 6 2 E ma i I ： h e s h u n a i 1 2 6 c o m