粉煤灰高强微珠泡沫混凝土的研究

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摘　要:用粉煤灰中分离提取的比重大于1 、堆积密度500～870kg/ m3 厚壁高强微珠，与水泥和自制无机高分子热聚物发泡剂预混，制成流态泡沫混凝土，在常温常压养护条件下，600kg 级抗压强度可以达到5～7MPa ，700kg 级达到10MPa 以上，明显高于同级别的铝粉加气混凝土的强度，800～1600kg 级达到承重材料的强度，具有节能利废、轻质高强、隔热保温性好、投资少、生产成本低、适于大体积浇注等特点，是一种多功能多用途的新型材料。

关键词:粉煤灰高强微珠；泡沫混凝土　

前言

随着建筑业的发展和人们生活水平的提高，具有轻质、保温、隔热功能的多孔混凝土用量越来越大。多孔混凝土常用的有三种类型，即加气混凝土、泡沫混凝土及无砂大孔混凝土。所谓加气混凝土是指以钙质材料(水泥、石灰) 、硅质材料(石英砂、矿渣、粉煤灰等) 和加气剂(铝粉等) 为原料经磨细、配料、浇注、发气、切割和蒸压养护等工序而成的多孔混凝土；泡沫混凝土是指以水泥浆(也常掺入石英砂粉、粉煤灰、矿渣等硅质混合材) 与泡沫剂拌合经蒸养或压蒸养护而成的多孔混凝土；无砂大孔混凝土则是以粗集料、水泥、水配制而成的轻质混凝土。它们分别以加气剂产生气泡、泡沫剂引入气泡及无细集料的结构性气孔而赋予混凝土以优良的性能，已得到了比较好的应用[1 ] 。但遗憾的是，它们又都分别存在着各自的不足而影响其良好的应用。如铝粉加气混凝土气孔偏大(mm 级) 又不均匀、强度较低(1. 1～3. 5MPa) 、须蒸压养护、成本较高； 泡沫混凝土初凝、终凝时间长，亦需要高温养护，且强度更低(0. 5～2. 0MPa) ；而无砂大孔混凝土虽强度较高( 3. 5 ～ 10MPa) ， 却表观密度大( 1000 ～ 1500kg/ m3 ) 、保温隔热性较差。如何生产出满足市场需求的轻质高强、保温隔热性能好、成本低的泡沫混凝土，成为人们所关注的热点问题。本研究利用水泥、粉煤灰高强微珠、自制的无机高分子热聚物发泡剂制备的泡沫混凝土较为理想地实现了上述目标，且具有流态混凝土的特征，便于现场大体积浇注。

1 　实验材料与方法

1. 1 　原料

水泥:郑州金龙水泥股份有限公司42. 5 级普通硅酸盐水泥；微珠:鸭河电厂干法分离提取硅铝质微珠。粒径级配0. 080～0. 038mm ，密度1. 92g/ cm3 ，堆积密度780kg/ m3 ；石英砂粉:粒径级配0. 01～0. 1mm ；矿渣、河南朝阳钢铁有限公司高炉水淬渣；发泡剂:自制无机高分子热聚物发泡剂，原始浓度为20 %，稀释配制使用浓度分别为2 % ，3 % ，4 %；塑化分散剂:市售化

学品，自行复合配制；稳泡剂:脂肪族，自制；石灰、石膏、膨胀剂。

1. 2 　试验配比

考虑到泡沫混凝土的用途不同，试验采用两种配料方案，见表1 、表2 。

1. 3 　制备方法

实验室试件制备采用泡沫制备，加入经塑化分散剂、稳泡剂水泥微珠预混均匀料中，制成均匀流态浆浇注成型。试件尺寸为100mm ×100mm ×100mm ，养护环境为室温26 ℃±2 ℃，8h 拆模，室温放置。每天给试一块喷雾化水一次，以防风吹表面出现裂纹，28d 将试块放85 ℃干燥箱烘至恒重，测量密度与强度。生产过程工艺流程见图1 ，示意图见图2 ，此种方法与铝粉发泡剂相比，有随用随配、随时装车、可以远距离泵送、现场浇注的优点。

2 　试验结果与分析

2. 1 　试验与孔结构观察结果

图3 注:1 、2 、3 设计密度均为600 ±50kg/ m3 ；其中1 发泡剂浓度为2 %；2 发泡剂浓度为3 %；3 发泡剂浓度为4 %。

4 、5 、6 设计密度均为700 ±50kg/ m3 ；其中4 发泡剂浓度为2 %；5 发泡剂浓度为3 %；6 发泡剂浓度为4 %。

7 、8 、9 、10 的发泡剂浓度均为3 %；其中7 的设计密度为800 ±50kg/ m3 ；8 的设计密度为1000 ±50kg/ m3 ；9 的设计密度为1200 ±50kg/ m3 ；10 的设计密度为1600 ±50kg/ m3 。

2. 2 　结果分析

由表4 、表5 可见，无机热聚物发泡剂所产生的气泡有很好的稳定性，可使泡沫混凝土的实际密度基本保持在设计的范围内。与铝粉加气混凝土相比，气孔明显细腻均匀(如图3 、图4 所示) ，气泡小于0. 2mm、气孔间隔系数小(0. 2mm 以下) ，塑化分散性较好。这既有利于强度的提高，又有利于保温隔热性能的提高。泡沫剂的浓度在低密度下对泡沫混凝土的密度有一定影响。

粉煤灰高强微珠的引入，使泡沫混凝土在600kg 级下抗压强度可以达到5～7MPa ， 700kg 级下达到10MPa 以上，明显高于同级别下的铝粉加气混凝土的强度，800～1600kg 级下达到承重材料的强度。这主要得益于粉煤灰微珠的优良性能。粉煤灰高强微球(如图6 所示) ，是由火电厂粉煤灰颗粒群体中分离提取的密度大于1 、堆积密度500～870kg/ m3 、厚壁轻质空心球形颗粒的一种新材料[ 2～3 ] ，其强度很高(可承受700MPa 的静水压力) ，具有很好的填充性；同时，其主要成分是SiO2 和Al2O3 ，呈玻璃态，有较高的潜活性， 又可与水泥及石灰水化产生的Ca (OH) 2 二次水化反应生成C2S2H 凝胶，即强化了其与水泥浆体的结合又增加了凝胶产物的含量，所以可以有效的提高泡沫混凝土的强度，即是在常温常压下养护也可达到设计强度。

此外，由于粉煤灰微珠的球形特征，滑动性很好， 又赋予混凝土较高的流动性，具有流态混凝土的成型特征。

2. 3 　成本分析

粉煤灰高强微珠泡沫混凝土成本分析见表5 。

3 　粉煤灰高强微珠泡沫混凝土的优势和特点

与传统加气、泡沫混凝土相比，粉煤灰高强微珠泡沫混凝土生产技术及成套设备具有以下优势和特点：

(1) 无蒸压养护设备，投资最小(以年产4 万立方米计算，仅为传统工艺铝粉发气混凝土砌块设备投资的1/ 2～1/ 3) 。

(2) 常温常压养护，可大大节约电能、燃煤和蒸汽， 生产成本低，又有利环保；

(3) 可自制或购买发气剂，不受铝粉市场影响，且自制高分子热聚物发气剂可自行任意控制发气量、非蒸压无铝粉发气粉煤灰混凝土砌块可达300kg/ m3 ；

(4) 无机高分子高性能热聚物发气剂，形成气泡小、均匀、在砌块中产生独立封闭的微孔，可大大降低砌块吸水率从而提高抗冻融性能，既降低了生产成本又提高了产品技术性能；

(5) 此项技术工艺简单，操作方便，彻底改变了采用“铝粉发气”工艺，将传统化学发气方法改进为物理方法发气泡，使砌块内部气孔形状及孔隙率难以控制的问题得到了很好的解决，确保了产品质量，减少了产品的损耗，改善和提高了产品物理性能指标；

(6) 粉煤灰高强微珠泡沫混凝土生产过程还可同时利用其他废弃物，如废泡沫、火电厂化学废液、氧化铝厂废赤泥、化工化肥厂废液、废渣等；

(7) 用预混法制备的泡沫混凝土流动性极好，可以从事远距离输送、罐车运输、泵送，而可用于大体积现场浇注工程。

参考文献

[1 ]吴科如，建筑材料，同济大学出版社，1995 ，127 ；

[2 ]杨久俊，黄明等，粉煤灰微珠分离提取与深加工的初步研

究，新型建筑材料，2003. 3 ，3 ；

[3 ]仝北平，徐宏等，粉煤灰空心微珠的研究与应用。上海市颗粒学会年会论文集，2002. 196 ；

[4 ]沈旦申，张荫济，粉煤灰效应的探讨，硅酸盐学报，1981. 9 (3) :86 ；

[5 ]蒋永惠，闫春霞。粉煤灰颗粒分布对水泥性能的影响。建筑材料学报，1998. 1 (3) 245 ；