B04級蒸壓灰加氣混凝土力學(xué)性能試驗研究

吳鑫，劉登賢，袁澤洋，張旭

（四川華西綠舍建材有限公司，四川成都 610051）

B04級蒸壓灰加氣混凝土力學(xué)性能試驗研究

吳鑫，劉登賢，袁澤洋，張旭

（四川華西綠舍建材有限公司，四川成都 610051）

研究了穩(wěn)泡劑摻量、鈣質(zhì)材料摻量、水料比和石膏摻量對B04級加氣混凝土抗壓強度的影響規(guī)律。結(jié)果表明，就抗壓強度而言，穩(wěn)泡劑的適宜摻量為0.04%～0.05%，水料比為0.52～0.54，鈣質(zhì)材料的適宜摻量為27%～29%，石膏的適宜摻量為4%～5%，按此配比制備的B04級加氣混凝土抗壓強度可達到2.8 MPa。

蒸壓加氣混凝土；抗壓強度；摻量

0　前言

蒸壓加氣混凝土是以硅、鈣為原材料，以鋁粉（膏）為發(fā)氣劑，經(jīng)過高溫、高壓蒸汽養(yǎng)護而成的高性能、多氣孔混凝土制品。它具有質(zhì)量輕、保溫性能好、阻燃性好、施工速度快、綜合造價低等特點[1-2]，是一種國家大力提倡使用的新型節(jié)能建筑材料，它可以替代傳統(tǒng)的有機保溫材料，用于建筑外墻外保溫系統(tǒng)中。

目前國內(nèi)加氣混凝土制品中，主要類型是B05～B08級，而加氣混凝土產(chǎn)品的密度越小，則導(dǎo)熱系數(shù)越低，保溫性能越好，且造價越低，但是強度往往隨之降低[3]，B03級加氣混凝土砌塊的導(dǎo)熱系數(shù)雖然低于0.10 W/（m·K），但強度僅有1.0 MPa，不適宜直接做墻體保溫材料。B04級加氣混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)低于0.12 W/（m·K），可以用于墻體保溫。因此，有必要對B04級加氣混凝土強度的影響因素進行試驗研究。

1　實驗

1.1原材料

水泥為西南P·O42.5R水泥；石灰為磨細生石灰，有效鈣含量為（80±5）%，消化時間8 min，消化溫度（80±5）℃；粉煤灰為四川博磊Ⅰ級風(fēng)選粉煤灰；石膏為磷石膏，化學(xué)成分如表1所示；廢漿為利用加氣混凝土坯體切割廢料加水?dāng)嚢柚瞥?，固含?5%左右、擴展度35 cm、密度約為1.35 g/ml；發(fā)氣劑為鋁粉膏，有效鋁含量為80%～85%；穩(wěn)泡劑為V6型加氣混凝土專用穩(wěn)泡劑，江山市天順生物化工廠；水為自來水。

表1　磷石膏的化學(xué)成分%

1.2試樣制備

投料順序依次為廢漿、粉煤灰、水?dāng)嚢杈鶆颍偌尤胨?、石膏、石灰、適當(dāng)加水，用手持式攪拌機將各種材料攪拌均勻，將料漿擴展度控制在26～28 cm，然后通入蒸汽，將料漿溫度調(diào)為38～40℃，最后加入鋁粉，繼續(xù)攪拌50 s后將料漿澆入模框中，實驗的?？虺叽鐬?00 mm×300 mm×395 mm，然后將?？蚍湃腩A(yù)養(yǎng)室（恒溫60℃）進行養(yǎng)護。

1.3性能測試方法

1.3.1擴展度測試

取攪拌均勻的料漿倒入放在擴展度板上的擴展度筒（φ5 cm×10 cm）內(nèi)，倒?jié)M提起高度至10 cm以上，待料漿完全鋪開后測試料漿擴展度。

1.3.2抗壓強度測試

養(yǎng)護制度為：靜停2～3 h（50～60℃），升溫2～3 h，恒溫6～8 h（180℃），降溫3 h。蒸壓養(yǎng)護后用帶式切割機將坯體切割成100 mm×100 mm×100 mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，放在烘箱中，105℃烘24 h至絕干狀態(tài)，測量試塊實際尺寸，稱取試塊質(zhì)量并記錄，參照GB 11968—2006《蒸壓加氣混凝土砌塊》測試試塊的抗壓強度。

2　實驗結(jié)果與分析

鋁粉在加氣混凝土料漿中的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

此反應(yīng)實質(zhì)上是鋁與水的反應(yīng)，堿的作用在于溶解包裹在鋁粉顆粒表面的氫氧化鋁凝膠，使鋁與水的反應(yīng)能夠連續(xù)進行。

加氣混凝土料漿發(fā)氣膨脹的基本條件是料漿的極限剪應(yīng)力低于某一定值。尤其是在鋁粉大量發(fā)氣階段，料漿的極限剪應(yīng)力維持在較低的水平有利于順利的發(fā)氣膨脹。但當(dāng)發(fā)氣臨近結(jié)束，氣孔結(jié)構(gòu)需要穩(wěn)固下來時，料漿的極限剪應(yīng)力應(yīng)該能夠較快的上升，也就是料漿要在發(fā)氣臨近結(jié)束時及時稠化[1]。這是理想的發(fā)氣過程，只有實現(xiàn)鋁粉發(fā)氣和料漿稠化相匹配，才能使加氣混凝土坯體形成良好的氣孔結(jié)構(gòu)和致密的水化產(chǎn)物，從而具備良好的力學(xué)性能。

實驗基礎(chǔ)配比為：m（水泥）∶m（石灰）∶m（粉煤灰）∶m（石膏）∶m（鋁粉）∶m（廢漿）=14∶13∶64∶3.1∶0.12∶5.8，分別研究穩(wěn)泡劑摻量、鈣質(zhì)材料（水泥和石灰）摻量、水料比、石膏摻量對加氣混凝土抗壓強度的影響。

2.1穩(wěn)泡劑摻量對加氣混凝土抗壓強度的影響

穩(wěn)泡劑對加氣混凝土性能的影響主要體現(xiàn)在發(fā)氣過程和氣孔結(jié)構(gòu)方面，對強度有間接的影響。穩(wěn)泡劑摻量對加氣混凝土抗壓強度的影響如表2所示。

從表2可以看出，不摻和摻入0.01%穩(wěn)泡劑時，均發(fā)生塌?，F(xiàn)象，穩(wěn)泡劑摻量為0.02%時，方能對B04級加氣混凝土的發(fā)氣過程產(chǎn)生有效作用，隨著穩(wěn)泡劑摻量進一步增加，加氣混凝土的干密度能夠逐漸控制在B04級要求范圍內(nèi)?？梢钥闯?，隨著穩(wěn)泡劑摻量增加，強度無明顯變化規(guī)律，當(dāng)穩(wěn)泡劑摻量為0.04%～0.05%時，強度為2.5～2.7 MPa，符合B04級要求。圖1為加氣混凝土內(nèi)部氣孔結(jié)構(gòu)。

表2　穩(wěn)泡劑摻量對加氣混凝土抗壓強度的影響

圖1　不同穩(wěn)泡劑摻量B04級加氣混凝土的氣孔結(jié)構(gòu)

從圖1（a）可以看出，摻0.04%穩(wěn)泡劑的加氣混凝土氣孔結(jié)構(gòu)分布均勻，大小適中，無大孔出現(xiàn)，其孔徑約為1～3 mm；從圖1（b）可以看出，摻0.02%穩(wěn)泡劑的加氣混凝土氣孔結(jié)構(gòu)不均勻，孔徑約為2～5 mm，有較多大孔出現(xiàn)，容易造成應(yīng)力集中，降低強度。

B04級加氣混凝土的干密度較小，鋁粉摻量較大，使料漿內(nèi)部在澆筑早期產(chǎn)生大量氣泡，而此時料漿稠化較慢，容易造成塌?，F(xiàn)象。穩(wěn)泡劑是一種表面活性劑，可以有效降低氣-液界面的液相表面張力，增強氣泡膜的韌性，減少氣泡的破裂，有助于加氣混凝土形成均勻的氣孔結(jié)構(gòu)，提高制品強度，并且減少冒泡和塌?，F(xiàn)象的發(fā)生，提高成品率[4]。所以，在低密度加氣混凝土生產(chǎn)中，穩(wěn)泡劑摻量大小決定了澆筑能否成功。然而無論哪種表面活性物質(zhì)，都不是隨其濃度的增加而使表面張力無限下降，而是有各自的極限，超過一定濃度時，表面張力將不再降低，有的反而有所上升，就B04級加氣混凝土發(fā)氣和強度情況來看，適宜的穩(wěn)泡劑摻量為0.04%～0.05%。

2.2鈣質(zhì)材料摻量對加氣混凝土抗壓強度的影響

加氣混凝土中的鈣質(zhì)材料為水泥和石灰，二者摻量對加氣混凝土料漿的發(fā)氣膨脹過程均有較大影響。石灰在料漿中的作用主要是使料漿形成高堿性（pH值＞12）環(huán)境，并提供促進鋁粉發(fā)氣和料漿稠化所需要的熱量，而水泥在料漿中的作用主要是促使料漿及時稠化硬化，從而形成對氣泡的包裹。

固定m（水泥）∶m（石灰）=0.9∶1，測試了水泥和石灰（鈣質(zhì)材料）總量對加氣混凝土抗壓強度的影響，結(jié)果如表3所示。

表3　鈣質(zhì)材料摻量對加氣混凝土抗壓強度的影響

從表3可以看出，在試驗所測摻量范圍內(nèi)，隨著鈣質(zhì)材料摻量的增加，加氣混凝土強度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當(dāng)鈣質(zhì)材料摻量為27.5%時，強度最高，為2.8 MPa，當(dāng)摻量為24.5%和30.5%時，強度較低，分別為1.9 MPa和2.2 MPa。

當(dāng)鈣質(zhì)材料摻量過大時，體系中的有效氧化鈣含量就高，鈣硅比同時增大，水化反應(yīng)產(chǎn)物有可能生成強度較低的高堿性水化C-S-H凝膠，最終使加氣混凝土強度下降[5]，另外，鈣質(zhì)材料過多，料漿升溫激烈，稠化速度很快，發(fā)氣速度跟不上，不能形成良好的氣孔結(jié)構(gòu)，也會造成強度下降；而當(dāng)鈣質(zhì)材料摻量過少時，有效氧化鈣含量減小，不能使硅質(zhì)材料發(fā)生完全的水化反應(yīng)，使整個體系反應(yīng)不完全，同樣使加氣混凝土強度降低，說明就強度而言，鈣質(zhì)材料的摻量宜控制在27%～29%范圍內(nèi)，可根據(jù)實際澆筑情況，在此摻量范圍內(nèi)，對鈣質(zhì)材料總量進行調(diào)整，而不影響強度。

2.3水料比對加氣混凝土抗壓強度的影響

在加氣混凝土中，水料比不僅是為了滿足化學(xué)反應(yīng)的需要，更重要的是為了澆筑成型。適當(dāng)?shù)乃媳瓤梢允沽蠞{具備適當(dāng)?shù)牧鲃有?，為發(fā)氣膨脹提供必要條件，還可以使料漿保持適當(dāng)?shù)臉O限剪應(yīng)力，使坯體獲得良好的氣孔結(jié)構(gòu)，進而對加氣混凝土性能產(chǎn)生深遠影響。一般情況下，在一定工藝條件下，每種配方都有一個最佳水料比或最佳水料比范圍，料漿發(fā)氣膨脹均勻舒暢，坯體氣孔結(jié)構(gòu)均勻致密，制品強度較高。測試了不同水料比對加氣混凝土強度的影響，結(jié)果見表4。

表4　水料比對加氣混凝土抗壓強度的影響

從表4可以看出，水料比在0.50～0.58內(nèi)，隨著水料比增大，加氣混凝土抗壓強度呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢，當(dāng)水料比為0.54時，抗壓強度最大為2.8 MPa，水料比在0.52～0.58范圍內(nèi)時，抗壓強度符合B04級要求，當(dāng)水料比達到0.60時，加氣混凝土在發(fā)氣過程中出現(xiàn)塌?，F(xiàn)象，這可能是由于水料比進一步增大后，料漿變得更稀，其極限剪應(yīng)力大大降低，造成發(fā)氣過程早期產(chǎn)生的氣泡就很容易突破料漿的束縛而大量溢出，出現(xiàn)“沸騰”塌?，F(xiàn)象。通過以上分析，為了避免冒泡、塌?，F(xiàn)象的出現(xiàn)，此配方的水料比宜控制在0.52～0.54，在此范圍內(nèi)時，料漿發(fā)氣過程穩(wěn)定且抗壓強度符合B04級要求。

2.4石膏摻量對加氣混凝土抗壓強度的影響

石膏是加氣混凝土發(fā)氣過程的調(diào)節(jié)劑，在灰加氣制品中，石膏可以提高強度和抗凍性，減少收縮。適宜摻量的石膏可以減緩料漿早期稠化速度，抑制石灰消化，使其消化時間延長，并降低最終消化溫度，從而適應(yīng)鋁粉早期發(fā)氣速度快的特點。石膏摻量對加氣混凝土抗壓強度的影響見表5。

表5　石膏摻量對加氣混凝土抗壓強度的影響

從表5可以看出，隨著石膏摻量的增加，加氣混凝土抗壓強度大致呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢，當(dāng)石膏摻量為5%時，抗壓強度最大為2.9 MPa，但干密度略有超標(biāo)，進一步增加摻量至6%時，抗壓強度下降，而干密度進一步增大，當(dāng)石膏摻量為4%時，抗壓強度為2.8 MPa，干密度也符合B04級的要求，所以，在B04級加氣混凝土中，石膏的適宜摻量為4%～5%。在加氣混凝土料漿中，鋁粉與水反應(yīng)生產(chǎn)氫氧化鋁，而石膏能與氫氧化鋁反應(yīng)生成硫鋁酸鈣，因此，如果石膏摻量不足，且被過多消耗，就不能使石膏充分發(fā)揮其抑制水泥水化的作用；另外，石膏在靜停過程中，在坯體內(nèi)參與生成水化硫鋁酸鈣和CS-H凝膠，使坯體抗壓強度提高，增強了坯體適應(yīng)蒸養(yǎng)時溫差應(yīng)力和濕差應(yīng)力的能力[6]，有助于蒸壓過程中形成良好的氣孔結(jié)構(gòu)，提高制品強度。

3　結(jié)語

（1）穩(wěn)泡劑和水料比主要通過影響加氣混凝土的發(fā)氣過程，有效地改善坯體氣孔結(jié)構(gòu)，有利于強度的發(fā)展，B04級加氣混凝土中穩(wěn)泡劑的適宜摻量為0.04%～0.05%，水料比為0.52～0.54。

（2）適宜摻量的鈣質(zhì)材料有利于加氣混凝土在蒸壓養(yǎng)護過程中反應(yīng)生成低堿性水化C-S-H凝膠，鈣質(zhì)材料的適宜摻量為27%～29%。

（3）石膏能夠使靜停期坯體強度提高，增強坯體適應(yīng)蒸養(yǎng)溫差應(yīng)力和濕差應(yīng)力的能力，適宜的石膏摻量為4%～5%。

在以上配合比參數(shù)條件下，B04級加氣混凝土的抗壓強度可達2.6～2.8 MPa，干密度可穩(wěn)定在（400±25）kg/m3。

[1]張繼能，顧同曾.加氣混凝土生產(chǎn)工藝[M].武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1990.

[2]彭軍芝.蒸壓加氣混凝土中孔的形成、特征及對性能的影響研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2011.

[3]姜洪義，王亞輝，海鷗.配合比對超輕蒸壓加氣混凝土抗壓強度與孔結(jié)構(gòu)的影響[J].建材世界，2016，37（1）：1-4.

[4]吳衛(wèi)國.穩(wěn)泡劑在加氣混凝土生產(chǎn)中的作用及機理分析[J].磚瓦，2012（5）：57-58.

[5]馬保國，蔡禮雄.生石灰摻量對輕質(zhì)蒸壓加氣混凝土性能及水化產(chǎn)物的影響[J].新型建筑材料，2014（8）：1-4.

[6]錢嘉偉，倪文，許國東.天然石膏對銅尾礦加氣混凝土強度的影響研究[J].硅酸鹽通報，2013，32（1）：117-120.

Experimental research on the mechanical properties of B04 fly ash autoclaved aerated concrete

WU Xin，LIU Dengxian，YUAN Zeyang，ZHANG Xu
（Sichuan HuaShi Green House Building Material Co.Ltd.，Chengdu 610051，China）

In this paper，B04 fly ash autoclaved aerated concrete compressive strength，which was influenced by the proportion of water and materials and the dosage of foam stabilizer，calcareous materials and gypsum，was researched by experiment.In terms of compressive strength，the appropriate dosage of foam stabilizer，calcareous materials and gypsum was 0.04%～0.05%，27%～29% and 4%～5%respectively，and the proportion of water and materials was 0.52～0.54.The compressive strength of B04 fly ash autoclaved aerated can reach 2.8 MPa.

fly ash autoclaved aerated concrete，compressive strength，dosage

TU528.2

A

1001-702X（2016）10-0039-03

2016-05-17；

2016-07-07

吳鑫，男，1978年生，遼寧沈陽人，高級工程師。通訊作者：劉登賢，地址：四川省成都市解放北一路95號，E-mail：1305316062@ qq.com。