陶粒类型和掺量对碱矿渣泡沫混凝土砌块性能的影响.docx

陶粒类型和掺量对碱矿渣泡沫混凝土砌块性能的影响矿渣属于高炉炼铁时产生的工业废渣，其主要的成分为Si2和CaO,同时也含有少部分Mgo和AbOjL矿渣具有潜在的水硬性，能被碱金属氧化物、碳酸盐和硅酸盐激发亿叫碱激发矿渣胶结材以碱金属化合物和磨细水淬高炉矿渣为主要组分，与其它水硬性胶凝材料相比，具有快硬早凝、抗压强度高、环保等优点，但也存在着干缩大、易开裂、原材料贵等问题4-%泡沫混凝土存在着收缩大、抗压强度小的问题，研究学者们常常通过掺加陶粒来有效的降低泡沫混凝土的收缩以及提高其力学性能，刘文斌等人着重研究发现，掺陶粒的的泡沫混凝土收缩率与未掺陶粒的泡沫混凝土相比收缩率要低,合理的陶粒的级配可以更有效的降低收缩。ZhengNa等人研窕了粉煤灰陶粒泡沫混凝土的抗压强度强度和表观密度的影响，并测得陶粒泡沫混凝土的抗压强度，结果表明，粉煤灰陶粒泡沫混凝土具有高抗压强度、低表观密度且干燥收缩低，使承重保温砖具有较好性能，导热系数降低。刘昊阳等通过试验发现随着陶粒掺量的增加，泡沫混凝土的干燥收缩逐渐减小，与掺EPS泡沫混凝土相比，干燥收缩更低。目前国内外对掺陶粒的碱矿渣泡沫混凝土性能研窕较少，本试验选择水玻璃作为碱性激发剂对矿渣进行活性的激发制备泡沫混凝土，通过外掺不同粒径和掺量的陶粒，研究铝粉发泡剂中陶粒对碱矿渣泡沫混凝土各项性能和孔结构的影响。1试验研究1.1 试验材料1.1.1 矿渣：本实验所用矿渣为泰宇混凝土厂提供的，碱度系数1.10,活度系数0.20。其主要化学成分及基本指标如表Ie表1矿渣主要化学成分氧化物CaOSiO2AhOjMgOTiO2MnO含量(%)42.5836.818.017.291.561.211.1.2 氢氧化钠：由天津市恒兴化学试剂制造有限公司生产，为颗粒状，纯度大于96.0%。1.1.1 煤灰：本试验所采用的粉燥灰，由福州双腾建材有限公司提供的二级粉媒灰，满足用于水泥和混凝土中的粉煤灰(GBT15962005)1,01o1.1.4 水玻璃：由品杰仪器有限责任公司提供的水玻璃，其中Na2SiO3固体含量为36.0%。1.1.5 氧化镁：试验购买的氧化镁粉(Mgo)是由辽宁省海城市群利矿业有限公司经过一次燃烧生产的。平均粒径为33.292um,表观密度为3503kg/n?。主要组成见表2。表2MgO的组成()MgOSiO2CaOAl2O3FezChloss93.062.922.540.601.300.161.1.6 水：取自福建同利建材厂的自来水，满足JGJ63-2006混凝土用水标准的要求。1.1.7 发泡剂：以铝粉作为发泡剂，由福建同利建材科技有限公司从江苏淮安采购，为水剂型铝粉膏。基本性能满足JCT407-2008加气混凝土用铝粉膏标准SL1.1.8 陶粒：本试验选用的陶粒为乐家陶粒有限责任公司生产的圆球型超轻陶粒，性能参数如表3所示，吸水率为陶粒浸水一小时所测。表3陶粒的主要技术参数陶粒品牌粒型表观密度(kgm3)吸水率(%)筒压强度(MPa)公称最大粒径范围(mm)河南乐家陶粒圆形35825.51.536广东和诚陶粒圆形55420.22.16121.2配合比本文在已有的碱矿渣泡沫混凝土配方的基础上，通过掺入不同粒径(36mm、612mm)和不同掺量(015%)的陶粒，研究其粒径和掺量对碱矿渣泡沫混凝土性能的影响。具体配合比见表4,按照配合比称取一定量的水后配成碱溶液冷却至室温，待干料搅拌均匀后，将碱溶液倒入搅拌器中搅拌至均匀。陶粒不参与反应，因此采用外掺的方式，占总质量的015%。表4配合比(单位，g)组别矿渣粉煤灰氧化镁水玻璃固体成分铝粉水陶粒BLANK1736.01193.1080.37284.203333.900(0%)CSSl1736.01193.1080.37284.203333.9090(3%)CSS21736.01193.1080.37284.203333.90180(6%)CSS31736.01193.1080.37284.203333.90270(9%)CSS41736.01193.1080.37284.203333.90360(12%)CSS51736.01193.1080.37284.203333.90450(15%)CSBl1736.01193.1080.37284.203333.9090(3%)CSB21736.01193.1080.37284.203333.90180(6%)CSB31736.01193.1080.37284.203333.90270(9%)CSB41736.01193.1080.37284.203333.90360(12%)CSB51736.01193.1080.37284.203333.90450(15%)2试验方法2.1试件成型工艺2.1.1 搅拌工艺按表4中的配合比称量矿渣、粉煤灰、氧化镁、聚丙烯纤维倒入净浆搅拌机中干拌3min,加入碱激发剂溶液(将碱激发剂溶于水制成的溶液)迅速搅拌，先低速搅拌Imin,再高速搅拌1min,倒入铝粉搅拌高速搅拌30s,将搅拌均匀的浆体倒入100mmX100mmX100mm的塑料模具，将浆体倒至磨具高度二分之一使其静停发气。2.1.2 养护工艺试块在标准养护条件下(养护温度20±2、相对湿度60±5%)带模养护1天后拆模，并继续在养护间养护至规定龄期。2.2性能测试方法(1)抗压强度、干密度、导热系数、吸水率：试件尺寸为100mm×100mm×100mm,参照泡沫混凝土砌块(JG/T266-2011)网进行；(2)干燥收缩：试件尺寸40mmX40mmX160mm,参照JGJ70-2009建筑砂浆基本性能试验方法1网进行；(3)裂纹长度率：利用福州大学土木工程学院的Stemi5O8型扫描电子显微镜拍摄泡沫混凝土侧面照片，取平均值测量裂缝长度率；(4)孔结构试验：利用福州大学土木工程学院的Stemi508型扫描电子显微镜放大6.3倍拍摄泡沫混凝土断面照片,然后应用计算机图像处理软件ImageProPlus对照片进行处理,测量其孔结构参数，包括孔圆度值、孔隙率、孔径分布、平均孔径I。3试验结果3.1 抗压强度不同粒径及掺量的陶粒对碱矿渣泡沫混凝土28d抗压强度影响如图1所示。图I掺陶粒泡沫混凝土28d抗压强度当试验掺量在0%3%范围内，掺36mm粒径陶粒的泡沫混凝土抗压强度从3.96MPa上升至4.01MPa,抗压强度上升了1.3%。当掺量在3%15%时,泡沫混凝土试块抗压强度开始下降，当掺量为15%,抗压强度为3.48MPa,比空白组强度下降了12.1%。当试验掺量在0%6%时，掺612mm粒径陶粒的泡沫混凝土抗压强度从3.96MPa上升至4.21MPa,抗压强度上升了6.3%。当掺量在6%15%时，泡沫混凝土试块抗压强度开始下降，当掺量为15%,抗压强度为3.65MPa,比空白组强度下降了7.8%。在掺量范围内可以发现掺612mm粒径陶粒泡沫混凝土试块抗压强度要大于掺36mm粒径陶粒的泡沫混凝土抗压强度。掺陶粒泡沫混凝土试块抗压强度先升后降的原因可能是由于陶粒是一种多孔材料,经过前期的浸水吸水后，陶粒会在胶凝材料水化过程中慢慢放出之前吸收的水分，使水化反应充分的进行，使得抗压强度提高。当陶粒掺量逐渐增加的时候，陶粒自身筒压强度低于泡沫混凝土浆体强度而导致制品强度下降。掺612mm陶粒的泡沫混凝土强度高于36mm陶粒的泡沫混凝土强度原因可能是大陶粒自身的筒压强度要高于小陶粒。3.2 吸水率不同粒径及掺量的陶粒对碱矿渣泡沫混凝土吸水率影响如图2所示。03691215Ceramsitecontent(%)图2掺陶粒泡沫混凝土吸水率变化掺36mm粒径陶粒的碱矿渣泡沫混凝土吸水率随着掺量的增加呈上升趋势，在试验掺量范围为0%15%时，吸水率由14.8%上升至18.8%,上升了4.0%。掺612mm粒径陶粒的碱矿渣泡沫混凝土吸水率随着掺量的增加呈上升趋势，在试验掺量范围为0%15%时，吸水率由14.8%上升至17.3%,上升了3.5%。掺36mm粒径陶粒的泡沫混凝土的吸水率要大于掺612mm粒径陶粒的碱矿渣泡沫混凝土吸水率。掺36mm粒径陶粒的泡沫混凝土的吸水率要大于掺612mm粒径陶粒的碱矿渣泡沫混凝土吸水率可能是因为36mm粒径陶粒孔结构不好，封闭孔少，所以吸水率大，陶粒掺入后，碱矿渣泡沫混凝土的吸水率呈上升的趋势，这可能是因为陶粒自身具有“蓄水”的功能，陶粒自身蓄的水被水化反应消耗，外界水补充进来且陶粒自身吸水率较大。3.3 干密度不同粒径及掺量的陶粒对碱矿渣泡沫混凝土干密度影响如图3所示。495-O 3691215Ccraimitc content (%)O 军 6mm 一 &12mm(.专学)入uto图3掺陶粒泡沫混凝土干密度变化在掺量范围内，掺36mm和612mm粒径的陶粒时，碱矿渣泡沫混凝土干密度呈下降的趋势。当掺量从0%增至15%,掺36mm粒径陶粒的碱矿渣泡沫混凝土干密度从578kgn下降至506kgn?,下降了12.5%；掺612mm粒径陶粒的碱矿渣泡沫混凝土干密度从578kg/n?下降至522kg?,下降了9.7%。随着陶粒掺量的增加，碱矿渣泡沫混凝土干密度都下降的趋势，这可能是因为陶粒自身重量较浆体重量轻的原因。3.4 导热系数不同粒径及掺量的陶粒对碱矿渣泡沫混凝土导热系数影响如图4所示。Io3>6mn6-l2mm(Q E )jM)>onpuou TUU3E0.09 J"111111T-03691215Ccramsitc content (%)图4掺陶粒泡沫混凝土导热系数变化随着干密度的下降，掺陶粒的碱矿渣泡沫混凝土试块的导热系数也呈下降的趋势。在掺量范围内，掺36mm陶粒试块导热系数从0.1452W/(mk)下降至0.0980W/(mk),下降了32.5%o掺612mm陶粒试块导热系数从0.1452W(mk)下降至0.1025W(mk),下降了29.4%。掺36mm粒径陶粒所得的泡沫混凝土试块导热系数要小于掺612mm粒径的陶粒。碱矿渣泡沫混凝土掺入陶粒后，导热系数呈降低趋势。这是由于陶粒干表观密度较低,陶粒自身导热系数较泡沫混凝土试块导热系数低，因此随着掺量的增加，呈降低趋势。掺36mm粒径陶粒所得的泡沫混凝土试块导热系数要小于掺612mm粒径的陶粒可能跟掺36mm粒径陶粒所制备碱矿渣泡沫混凝土干密度较小的原因有关。3.5 干燥收缩不同粒径及掺量的陶粒对碱矿渣泡沫混凝土干燥收缩的影响如图5所示。2400 2200-图5掺陶粒泡沫混凝土干燥收缩变化由图5可以看出掺不同粒径陶粒后碱矿渣泡沫混凝土干燥收缩都呈下降趋势。在掺量范围内，掺360粒径陶粒泡沫混凝土干燥收缩从2322.2