幾種礦物摻合料對(duì)泡沫混凝土基本性能的影響

　　【關(guān)鍵詞】本文研究了磨細(xì)礦渣、粉煤灰、鋼渣、膨潤土等礦物摻合料對(duì)低容重泡沫混凝土基本性能的影響規(guī)律。試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)表明：四種摻合料中磨細(xì)礦渣的活性最高，后期可以提高材料的強(qiáng)度；粉煤灰的活性次之，但其質(zhì)輕可以降低材料的干表觀密度；鋼渣和膨潤土的需水量較大，會(huì)吸收泡沫的水分，產(chǎn)生破泡，增大材料的干密度，在相同容重情況下降低材料的強(qiáng)度。

　　【摘要】礦物摻合料 泡沫混凝土

　　1引言

　　隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，建筑材料資源和能源的日益緊缺，工業(yè)廢棄物作為一種閑置的資源，已經(jīng)越來越多的被用于建筑材料領(lǐng)域，成為水泥基材料不可缺少的膠凝組分，不僅起到了節(jié)能降耗、降低成本和減輕環(huán)境負(fù)荷的作用，還在很大程度上改善了水泥基材料的綜合性能。泡沫混凝土是一種多孔材料，具有保溫隔熱、隔音等特點(diǎn)，在屋面、地暖等工程中得到了廣泛的應(yīng)用。本試驗(yàn)選取了四種常見的礦物摻合料，研究了其摻入水泥泡沫材料后，對(duì)泡沫混凝土的基本性能的影響。

　　2原材料及試驗(yàn)方法

　　2.1原材料

　　水泥：北京中巖工程材料公司；

　　礦渣、鋼渣：北京首鋼資源綜合利用開發(fā)公司；

　　粉煤灰：北京石景山電廠低鈣Ⅱ級(jí)粉煤灰；

　　膨潤土：鈉基膨潤土；

　　HJ-1高性能泡沫劑：北京中建國信科技開發(fā)中心出品；

　　專用減水劑：北京中建國信科技開發(fā)中心出品。

　　2.2試驗(yàn)方法

　　用SP-Ⅱ新型發(fā)泡機(jī)將發(fā)泡液制成泡沫，按一定比例將泡沫與攪拌好的水泥凈漿混合均勻后，注入鋼制試模，24小時(shí)拆模后在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期，測(cè)試方法參照J(rèn)C/T1062-2007《泡沫混凝土砌塊標(biāo)準(zhǔn)》。

　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

　　3.1磨細(xì)礦渣對(duì)材料性能的影響

　　礦渣也稱為粒化高爐礦渣、水淬礦渣或水渣，是冶金企業(yè)在煉鐵爐中煉鐵時(shí)浮于鐵水表面的熔渣，排出時(shí)用水急冷得到的產(chǎn)物。?；郀t礦渣同時(shí)含有CaO、SiO2、Al2O3，是鈣-鋁-硅三元體系。粒化高爐礦渣磨細(xì)后稱為磨細(xì)礦渣，具有較高的潛在活性，在堿性環(huán)境下能夠發(fā)生水化硬化而產(chǎn)生強(qiáng)度。磨細(xì)礦渣在一定細(xì)度條件下自身也能發(fā)生水化硬化反應(yīng)，具有自硬性。我們對(duì)礦渣在不同摻量的情況下對(duì)低容重的泡沫混凝凝土進(jìn)行了研究。

表1 礦渣摻量對(duì)材料基本性能的影響

　　由上面的圖表可以看到，隨著礦渣摻量的增加，料漿的濕密度以及材料的干表觀密度受到的影響不大，也就是說礦渣對(duì)泡沫沒有負(fù)面的影響，但是早期材料的強(qiáng)度隨摻量的增大下降很明顯，后期90天的強(qiáng)度在摻量15%時(shí)比空白純水泥的強(qiáng)度還略高，證明礦渣能很好的提高材料的后期強(qiáng)度。由圖2可以看到，當(dāng)?shù)V渣摻量為15%～30%時(shí)，對(duì)材料的強(qiáng)度影響不大，摻量過高時(shí)強(qiáng)度逐漸下降，需要采取化學(xué)激發(fā)的方法進(jìn)一步挖掘其潛在的活性。

　　3.2 粉煤灰對(duì)材料性能的影響

　　粉煤灰是燃煤發(fā)電的工廠（火電廠）排放出的煙道灰，經(jīng)收塵得到。粉煤灰經(jīng)過高溫過程以及收塵的快速冷卻過程，因而其產(chǎn)物中以玻璃態(tài)物質(zhì)為主并含有少量結(jié)晶態(tài)物質(zhì)。粉煤灰的化學(xué)成分以SiO2、Al2O3為主，二者的含量之和一般在60%～85%之間，其物相形態(tài)以玻璃體為主，因而具有潛在活性。

表2 粉煤灰摻量對(duì)材料基本性能的影響

　　由上面圖表可以看出，與礦渣相比，摻入粉煤灰可以起到降低材料料漿濕密度和干表觀密度的作用，而且隨著摻量的增加，材料的料漿濕密度和干表觀密度持續(xù)降低。這一方面說明粉煤灰也不會(huì)產(chǎn)生消泡的負(fù)面作用；另一方面是因?yàn)榉勖夯遗c水泥相比屬于輕質(zhì)材料，因此部分取代水泥后會(huì)降低材料的單位質(zhì)量[1]。但是粉煤灰的活性不如礦渣好，隨著摻量的增加，材料的強(qiáng)度下降很快，由表2中強(qiáng)度與密度比值可以排除掉密度的變化更清楚的看到強(qiáng)度較大的降低趨勢(shì)。由于本實(shí)驗(yàn)均為超低密度的泡沫混凝土以及水泥品種的影響，單位水泥含量相對(duì)較少，粉煤灰的二次水化反應(yīng)受到了影響，所以在高容重的泡沫混凝土中，摻一定的粉煤灰對(duì)材料的后期影響是有益處的。

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　　3．3 鋼渣對(duì)材料性能的影響

　　鋼渣是煉鋼工業(yè)的廢渣，其排放量是鋼產(chǎn)量的15%左右。我國鋼年產(chǎn)量接近3億噸，鋼渣的年排放量達(dá)5000萬噸以上。鋼渣主要來自金屬爐料中各元素被氧化后生成的氧化物、被侵蝕的爐襯料和爐材料、金屬爐料帶入的雜質(zhì)和為調(diào)整鋼材性質(zhì)而加入的造渣材料。其礦物組成包括橄欖石、硅酸二鈣、硅酸三鈣以及少量游離氧化鈣、氧化鎂、玻璃體等成分，具有一定的水化自硬能力，經(jīng)過悶渣和超細(xì)粉活化處理后，可以較好解決f-CaO、MgO的膨脹問題，具有一定的活性。

表3 鋼渣對(duì)材料性能的影響

　　由上表可以看出：純水泥攪拌的凈漿制備干表觀密度為360kg/m3級(jí)別的泡沫材料，只需要6L的泡沫，而用相同稠度的摻入鋼渣的凈漿制備同樣密度級(jí)別的泡沫材料則需要13L泡沫，這說明泡沫在和含有鋼渣的凈漿攪拌時(shí)大量破滅，充分表明鋼渣具有消泡的負(fù)面作用，其中的原因：一方面是由于鋼渣粉顆粒為多孔結(jié)構(gòu)，吸水較大，容易將組成泡沫的液膜的水份吸收，造成泡沫破裂；另外一方面就是鋼渣粉顆粒形貌并非為大致的圓狀，而是呈多棱角狀，攪拌過程中與泡沫表面接觸時(shí)就容易將泡膜劃破。

　　由上表還可以清楚的看到，鋼渣的活性不高，摻量為30%時(shí)，強(qiáng)度只有空白樣的五分之一，而且28天的強(qiáng)度也幾乎沒有增長。分析認(rèn)為，鋼渣中的Al2O3、CaO、SiO2含量比水泥中的含量少得多，且其特殊的熱歷史造成鋼渣中的礦物晶體生長發(fā)育較大，晶格穩(wěn)定，使得其水化活性低。其部分活性在鋼渣悶渣過程中被消耗也是取代水泥使用時(shí)強(qiáng)度降低的部分原因[2]。因此將鋼渣應(yīng)用于泡沫混凝土需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的改性處理。

　　3．4膨潤土填料對(duì)材料性能的影響

　　有文獻(xiàn)報(bào)道膨潤土是一種礦物穩(wěn)泡劑[3]，摻入一定量可以提高泡沫混凝土泡沫的穩(wěn)定性和材料的強(qiáng)度，本試驗(yàn)也對(duì)膨潤土的摻入對(duì)材料性能的影響進(jìn)行了研究。

表4 膨潤土摻量對(duì)材料基本性能的影響

　　試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)由于膨潤土的吸水量很大，所以隨著膨潤土的摻入，膠凝材料凈漿的稠度逐漸變大，為得到相同的凈漿流動(dòng)度，在保持水膠比相同的前提下，相應(yīng)的增加了減水劑的用量，而且需要的減水劑的量隨著膨潤土摻量的增加而增大。最后得到的膠凝材料凈漿稠度雖然相同，但是在與泡沫混合時(shí)，發(fā)現(xiàn)含有膨潤土的凈漿有明顯的消泡作用，攪拌過程中，料漿的體積逐漸減少，料漿的流動(dòng)性不斷增大，這些現(xiàn)象表明：膨潤土導(dǎo)致泡沫破滅，由上圖5～6可以看出，膨潤土摻入越多，料漿的濕密度就越大，導(dǎo)致干表觀密度與強(qiáng)度相應(yīng)的增大。

　　通過試驗(yàn)，得到的結(jié)果與現(xiàn)有的一些文獻(xiàn)所述有很大的差異，膨潤土由于其具有很強(qiáng)的吸水性(一般可以吸取自身體積數(shù)倍的水量),因此含有膨潤土的膠凝材料凈漿在與泡沫混合攪拌時(shí)，必定會(huì)吸取組成泡沫的泡膜的水份，導(dǎo)致泡沫的破裂，增大泡沫混凝土的容重，所以通過試驗(yàn)認(rèn)為，天然的膨潤土不具穩(wěn)泡的能力，恰恰相反，膨潤土是一種消泡的材料，并不適合用于水泥泡沫材料中，尤其是超低密度的泡沫混凝土。

表5 幾種摻和料摻入泡沫材料的綜合評(píng)價(jià)

　　4  結(jié)語

　　通過對(duì)幾種摻和料進(jìn)行試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：①四種摻和料中礦渣的活性最高，適量摻入可以提高材料的后期強(qiáng)度，粉煤灰的活性次之，鋼渣和膨潤土的活性最差；②粉煤灰與水泥相比，屬輕質(zhì)粉料，能在一定程度上降低材料的干表觀密度，礦渣對(duì)材料的干表觀密度影響不大，鋼渣和膨潤土具有消泡的副作用，會(huì)增大材料的密度；③凡是吸水率較大的材料，由于其會(huì)吸取組成泡沫的液膜中的水份，導(dǎo)致破泡，均不適合摻入水泥泡沫材料中。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] Kunhanandan Nambiar EK, K.Ramamurthy. Inuence of filler type on the properties of foam concrete.Cem.Concr.Compos[J].2006,28(4):75～80.

　　[2] 呂林女,劉秀梅等.利用鋼渣粉制備干粉砂漿的研究.新型建筑材料[J].2008,35(9):12～15.

　　[3] 喬歡歡.利用普通水泥制備免征養(yǎng)泡沫混凝土的研究[D].綿陽：西南科技大學(xué)，2008：36～39.

　　【作者簡介】扈士凱，男，（1982-），碩士，就職于建筑材料工業(yè)技術(shù)監(jiān)督研究中心,主要研究方向：泡沫混凝土材料及發(fā)泡劑、墻體保溫材料、混凝土外加劑、特種工程材料等。

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