毕业论文-轻质高强粉煤灰加气混凝土的试验研.doc

轻质高强粉煤灰加气混凝土的试验研究I摘要摘要加气混凝土是以硅质材和钙质材为基本材料，加入适量发气剂，经发泡、成型、蒸压养护等工艺制得的无机材料制品。但是目前由于加气混凝土在强度、体积密度存在不少问题，制约了其作为自保温材料的应用推广，所以研究轻质、高强、体积稳定性优良的新型加气混凝土材料迫在眉睫。本文通过对影响粉煤灰加气混凝土轻质高强性能因素的分析，进行初步试验、对比试验和验证试验，并利用扫描电镜（SEM）进行微观结构机理分析，制备轻质高强粉煤灰加气混凝土。试验结果表明，随着水泥掺量的增加，粉煤灰加气混凝土的表观密度先增大后减少，强度和比强度增加；随着铝粉加入量的增加，粉煤灰加气混凝土的表观密度先减少后增大，强度和比强度先增大后减少；随着水料比的增大，粉煤灰加气混凝土的表观密度、强度和比强度减少。研究所得最佳配合比：水泥掺量20%，铝粉加入量0.6，水料比0.58。关键词关键词：粉煤灰加气混凝土干表观密度抗压强度比强度安徽建筑工业学院本科毕业论文IIAbstractTheaeratedconcretematerialisedbyfoamingmoldingandsteamsmaintenancethroughtheadditionoffoamingagentwhosebasicmaterialsaresiliceousandcalcareousmaterials.Howevertherearemanyproblemsinthecompressstrengthandbulkdensitywhichconstraintstheapplicationanddevelopmentofautoclavedaeratedconcreteasinsulatingmaterial.Thereforeitisurgenttostudyanewtypeofaeratedconcretematerialsoflightperancehighstrengthexcellentdimensionalstability.Basedontheanalysisofinfluencingfactorlightperanceandhighstrengthflyashaeratedconcreteisexploredandpreparedthroughthepreliminaryexperimentcontrastexperimentandorthogonalexperiment.Alsothemechanismanalysisofmicro-structureiscompletedbyscanningelectronmicroscopy(SEM).Theexperimentresultsshowthat:asthecementcontentincreasestheapparentdensityofflyashaeratedconcretedecreasesfirstandthenincreaseswhileitscompressivestrengthandspecificstrengthincreaseAstheadditionofaluminumpowderincreasestheapparentdensitydecreasesfirstandthenincreaseswhilethecompressivestrengthandspecificstrengthincreasefirstandthendecreaseAswater-cementratioincreasesallofthemdecrease.hebestmixtureratio:twentypercentofcementcontentsixextremelyofaluminumpowderandwater-cementratioto0.58.Keywords:flyashaeratedconcreteapparentdensitycompressivestrengthspecificstrength轻质高强粉煤灰加气混凝土的试验研究III目目录录摘要.IABSTRACT.II第1章绪论.11.1引言.11.2粉煤灰加气混凝土的发展现状.11.2.1粉煤灰加气混凝土在国外的发展.11.2.2粉煤灰加气混凝土在国内的发展.21.3粉煤灰加气混凝土的特性.31.4粉煤灰加气混凝土的发展前景.41.5本课题拟解决问题及设计路线.51.5.1本课题拟解决问题.51.5.2设计路线.5第2章试验研究.72.1基本试验介绍.72.1.1粉煤灰加气混凝土原材料的技术要求.72.1.2试验仪器.92.1.3本试验主要原材料.92.1.4本试验工艺流程.112.2初步试验.112.2.1初步性试验设计.112.2.2初步试验结果及分析.122.3对比试验.122.3.1对比试验设计.12安徽建筑工业学院本科毕业论文IV2.3.2对比试验结果及分析.132.4正交配比试验.142.4.1正交配比试验设计.142.4.2正交配比试验结果.152.4.3正交试验极差分析.162.4.4正交试验结论.192.5验证试验.19第3章机理分析.203.1发气反应和多孔结构的形成.203.2粉煤灰加气混凝土蒸压硬化过程.213.2.1石灰与含硅材料的反应.213.2.1水泥与含硅材料的反应.213.2.3石灰-水泥-石膏-粉煤灰的化学反应.223.3粉煤灰加气混凝土SEM分析.22第4章技术经济分析.244.1经济效益分析.244.2环保效益分析.24第5章结论与建议.265.1结论.265.2建议.26参考文献.28致谢.29轻质高强粉煤灰加气混凝土的试验研究1第第1章章绪论绪论1.1引言引言加气混凝土是一种轻质多孔材料。它是以水泥、石灰、粉煤灰、矿渣、砂、发气材料等为原料，经磨细、配料、浇注、切割、蒸压养护等工序而制成的。因其经发气后制品内部含有大量均匀而细小的气孔，故名加气混凝土1。它具有一系列优点，如：1)节约土地和能源；2)密度小、重量轻；3)保温隔热效能好、导热系数小，达到自保温墙体的标准。它是今后替代外墙外保温墙材的尚好自保温墙体材料。目前，我国建筑节能墙体以外墙外保温为主。主要外保温体系有：膨胀聚苯板外保温体系、大模内置聚苯板外保温体系以及胶粉聚苯颗粒外保温体系，其共同点都是在外围护结构外粘结一层聚苯乙烯泡沫材料。这几种外保温体系的做法存在三大弊病：其一，聚苯乙烯属于石油制品，会加剧能源紧张；其二，受石油价格影响，工程造价波动大、价格高；其三，保温体系的耐久性(包括耐火性)受到了质疑2。加气混凝土是一种实现资源、性能与成本最佳组合的新型墙体材料，具有节能、资源综合利用、循环使用等诸多优点。但目前由于在强度、体积密度存在不少问题，制约了加气混凝土自保温材料应用推广，因此研究轻质、高强、体积稳定性优良的新型加气混凝土材料迫在眉睫。本课题研究的是加气混凝土的一种粉煤灰加气混凝土。1.2粉煤灰加气混凝土的粉煤灰加气混凝土的发展现状发展现状1.2.1粉煤灰加气混凝土在国外的发展粉煤灰加气混凝土在国外的发展加气混凝土最先出现于捷克，1889年一个叫霍夫曼（Hofman）的人取得了用盐酸和碳酸钠制造加气混凝土的专利。1919年，柏林人格罗沙海（Grosahe）用金属粉未作发气剂制出了加气混凝土。1923年，瑞典人埃克森（JA.Eriksson）掌握了以铝粉为发气剂的生产技术并取得了专利权3。以铝粉发气发气量大，所产生的氢气在水中溶解量小，发气效率较高，发气过程亦比较容易控制，铝粉来源广，从而为加气混凝土的大规模工业化生产提供了安徽建筑工业学院本科毕业论文2重要的条件。此后，随着对工艺技术和设备的不断改进，工业化生产时机日益成熟，终于在1929年首先在瑞典建成了世界上第一座加气混凝土厂4。从工业化生产加气混凝土至今仅70多年的历史，加气混凝土工业得到了很大的发展。不仅在瑞典形成了“伊通（Ytong）”和“西波列克斯（Siporex）”两大专利及相应的一批工厂，而且在其他许多国家也相继引进生产技术或开发研究自己的生产技术。特别是一些气候寒冷的国家如挪威、荷兰、波兰、丹麦等国，研究成功自己的生产技术，形成了新的专利。如德国的海波尔（Hebel）、荷兰的求劳克斯（Durox）、波兰的乌尼泊尔（Unipol）和丹麦的司梯玛（Stema）。二战前，加气混凝土仅在少数北欧国家推广应用，而现在，无论是严寒地区，还是赤道附近的炎热地带，生产和应用已遍及五大洲60多个国家5。1.2.2粉煤灰加气混凝土在国内的发展粉煤灰加气混凝土在国内的发展我国早在上世纪30年代，就有了生产和使用加气混凝土的记录。当初，在上海平凉路桥边，建成一座小型加气混凝土厂，其产品用于几幢单层厂房和上海大厦、国际饭店、锦江饭店、新城大厦等高层建筑的内隔墙，并一直延用至今6。解放后，我国十分重视加气混凝土的研究和生产。1958年，原建工部建筑科学研究院开始研究蒸养粉煤灰加气混凝土。1962年起建筑科学研究院与北京有关单位研究并试制了加气混凝土制品，并很快在北京硅酸盐厂（现北京轻质材料厂）和贵阳灰砂砖厂进行工业性试验获得成功。1965年引进瑞典西波列克斯公司专利技术和全套装备，在北京建成我国第一家加气混凝土厂北京加气混凝土厂，标志着我国加气混凝土进入工业化生产时代7。从1971年对引进的西波列克斯技术装备进行测绘，开始了我国加气混凝土工艺装备的开发使用。先后形成了中国建筑东北设计院的6米翻转式切割机组（目前，各设备制造企业已推出了3.9米1.2米、4.2米1.2米等机型）；上海杨浦的4米预铺钢丝卷切式切割机组；北京建材设计研究院的3.9米预铺钢丝提拉式切割机组；常州建材研究所和中国建筑东北设计院设计的翻版海波尔切割机组；中国建筑东北设计院设计的海波尔的JHQ切割机组；常州建材研究设计所设计的的司梯玛成套设备和4米、6米系列分步式切割机（仿伊通）轻质高强粉煤灰加气混凝土的试验研究3及全套设备等，为加气混凝土装备的国产化打下了基础8。我国自1965年建设第一家加气混凝土厂起，经历了40多年时间，现建成了各类加气混凝土厂逾330家。总设计能力超过2000万立方米，成为国际上应用粉煤灰生产加气混凝土最广泛、技术最成熟的国家。并且进一步拓展了原材料的范围，成功地将其他工业废弃物如石材加工产生的碎末、水泥管桩生产过程中排放的废浆以及玻璃、采煤、采金业的尾矿等作为硅质材料大量用于加气混凝土生产。随着生产的发展，在全国还涌现了一批从事加气混凝土生产、设备和应用技术研究的科研院所和大专院校，建立健全了科研、设计、教学、施工、装备和配套材料等系统；制定了从原材料、产品、试验方法和施工应用的标准和规范，使我国加气混凝土设备形成了完整的工业体系9。1.3粉煤灰加气混凝土的特性粉煤灰加气混凝土的特性（1）重量轻由于粉煤灰加气混凝土是加气制品，其绝干容重仅为600kgm3左右，仅为红砖的13，混凝土的14，因此可以减轻建筑物的自重，减少基础和结构的经济投入，降低软弱地基的施工难度。表1.1几种常见建筑材料的容重单位：Kgm3材料加气砼木料粘土砖空心砌块陶粒混凝土普通混凝土容重4007004006501600180090017001400180020002600（2）保温性蒸压加气混凝土砌块内部含有大量气泡和微孔，因而具有良好的保温性能。容重400Kgm3700Kgm3的加气混凝土导热系数通常为0.09w(m.k)0.17w(m.k)，保温能力是粘土砖的34倍，普通混凝土的48倍。具体如下表示：表1.2几种常见建筑材料的导热系数单位：w(m.k)材料种类加气混凝土陶粒制品土墙粘土砖玻璃普通混凝土导热系数0.150.170.700.810.751.50（3）抗压性安徽建筑工业学院本科毕业论文406级蒸压加气混凝土砌块抗压强度为3.5MPa，07级为5.0MPa。蒸压加气混凝土砌块整体强度大，每个砌块一般相当于10块黏土砖。因此其砌体的强度利用率高，强度利用系数为0.70.8，而黏土砖的强度利用系数只有0.20.3。（4）耐火性蒸压加气混凝土砌块导热系数低，热迁移慢，能有效抵抗火灾，并保护结构不受火灾影响。其耐火温度高达700，为一级耐火材料，属无机不燃物。高温下不会产生有害气体，是消防免检产品。（5）吸声性蒸压加气混凝土具有球状密闭多孔结构，因而有一定的吸声性能。吸声系数为0.20.3，吸声性能优于普通的混凝土，适用于对吸声有特殊要求的建筑墙体。加气混凝土墙的隔声量：100mm厚为45dB、180mm厚为53dB、240mm厚为58dB。（6）耐久性150mm150mm150mm的试件在大气中暴露一年后抗压强度提高25%，10年后强度仍然保持稳定，大部分加气混凝土在自然碳化后强度略有提高。这说明加气混凝土具有良好的耐久性能。（7）抗渗水性蒸压加气混凝土具有密闭独立球状结构，因而吸水导湿缓慢。经试验，采用淋浴喷头分别向240mm厚的黏土砖墙和加气混凝土墙喷淋，黏土砖墙12h后全部浸透，而加气混凝土墙喷淋72h后渗水深度80mm100mm。因此加气混凝土制品适用于多雨地区的外墙。（8）易加工性由于加气混凝土质地轻，而且硬度不是很高，所以该加气块的生产规格有很多种，可以根据客户的要求来进行生产，另外该砖还具有锯、刨、钻、钉的特性。因此加气块的规格的随意性很强。可以在生产现场根据实际需求来进行生产10。1.4粉煤灰加气混凝土的发展前景粉煤灰加气混凝土的发展前景从加气混凝土的特性可以看出，这种新型墙体材料的市场前景广阔。根据轻质高强粉煤灰加气混凝土的试验研究5权威人士统计，前几年国内的的加气混凝土行业生产企业有300多家。各个厂家的生产能力也不一样，有年产两万立方的也有年产十万立方的少数也有年产三十万立方的。而现在加气混凝土行业热已经慢慢的发展开来，现在粗略的统计，国内的的加气混凝土生产厂家数量是以前的好几倍10。加气混凝土的应用非常的广泛，主要用在机械厂房和民用建筑中的墙体材料、填充墙、楼板和屋面板等承重墙材以及非承重材料和州周围的填充围墙。逐渐，加气混凝土已成为建筑材料行业的主导展品，国家现在已经对粘土实心砖的进行禁止停产。所以，粉煤灰加气混凝土应用前景良好11。1.5本课题拟解决问题及设计路线本课题拟解决问题及设计路线1.5.1本课题拟解决问题本课题拟解决问题虽然加气混凝土优点很多，但目前其在强度、体积密度存在不少问题，制约了加气混凝土自保温材料应用推广。因此，本课题主要研究轻质、高强、体积稳定性优良的粉煤灰加气混凝土。本课题拟解决问题如下：本课题拟解决问题如下：（1）干表观密度：通过调节铝粉用量和水料比大小，降低加气混凝土质量，）干表观密度：通过调节铝粉用量和水料比大小，降低加气混凝土质量，达到课题所要求的轻质性；达到课题所要求的轻质性；（2）强度：通过调节水泥掺量，从而改变水泥石灰含量，达到课题所要求）强度：通过调节水泥掺量，从而改变水泥石灰含量，达到课题所要求的高强性；的高强性；（3）比强度：在表观密度与强度之间寻找一个最佳平稳点，达到一个最大）比强度：在表观密度与强度之间寻找一个最佳平稳点，达到一个最大比强度。比强度。1.5.2设计路线设计路线通过查阅文献，特制定以下的试验方案：通过查阅文献，特制定以下的试验方案：（1）初步试验。鉴于实验室无预养环境和蒸压养护条件，故尝试在以下四）初步试验。鉴于实验室无预养环境和蒸压养护条件，故尝试在以下四种情况下进行：种情况下进行：a.自然条件静停自然条件静停+自然条件养护；自然条件养护；b.标准条件静停标准条件静停+自然条件养护；自然条件养护；c.标准条件静停标准条件静停+高压锅内养护；高压锅内养护；安徽建筑工业学院本科毕业论文6d.沸煮箱内静停沸煮箱内静停+高压锅内养护。高压锅内养护。（2）对比试验。根据现有各种原材料的配料范围，进行对比分析，摸索几）对比试验。根据现有各种原材料的配料范围，进行对比分析，摸索几组比较佳的配合比；组比较佳的配合比；（3）正交试验。得出最佳配合比；）正交试验。得出最佳配合比；（4）验证性试验。将最佳配合比投入生产实际，验证正交试验结果的可行）验证性试验。将最佳配合比投入生产实际，验证正交试验结果的可行性；性；（5）机理分析。使用扫描电镜（）机理分析。使用扫描电镜（SEM）从微观结构对粉煤灰加气混凝土）从微观结构对粉煤灰加气混凝土进行机理分析；进行机理分析；（6）效益分析。从经济效益和环保效益两个角度出发，分析粉煤灰加气混）效益分析。从经济效益和环保效益两个角度出发，分析粉煤灰加气混凝土的利用价值及发展前景凝土的利用价值及发展前景。轻质高强粉煤灰加气混凝土的试验研究7第第2章章试验研究试验研究2.1基本试验介绍基本试验介绍2.1.1粉煤灰加气混凝土原材料的技术要求粉煤灰加气混凝土原材料的技术要求（1）粉煤灰粉煤灰应具有必要的细度4900孔cm2筛筛余小于20%，2000孔cm2筛筛余小于70%；用于加气混凝土的粉煤灰质量标准应达到JC409G-91硅酸盐制品用粉煤灰中级和级标准，具体技术指标2见表2.1：表2.1加气混凝土用粉煤灰技术指标指标级级细度（0.04mm方孔筛筛余）标准稠度用水量烧失量SiO2含量305074045581240放射性符合GB6763规定（2）水泥对水泥的要求根据加气混凝土的品种、工艺不同而有所不同。如单独使用水泥做钙质材料时应采用强度等级较高的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。这些水泥水化时可以产生较多的Ca(OH)2。如与石灰共同作为钙质材料，可使用强度等级32.5MPa的矿渣水泥、粉煤灰水泥及火山灰水泥。对水泥中游离氧化钙含量可适当放宽，因为蒸压养护，游离氧化钙将全部水化，而且水泥的掺量不是很高，不会引起安定性不良。不宜用高比表面的早强型水泥做钙质材料，因为水泥水化硬化过快影响铝不宜用高比表面的早强型水泥做钙质材料，因为水泥水化硬化过快影响铝粉的发气效果。粉的发气效果。安徽建筑工业学院本科毕业论文8（3）石灰、有效氧化钙（与SiO2发生反应的CaO，简称ACaO）60%；、MgO7%；、采用消化时间30min左右的中速消化石灰，经细磨至比表面积2900-3100cm2g。石灰技术要求1见表2.2：表2.2石灰的技术要求（JCT621-1996）指标优等品一等品合格品A(CaO+MgO)%907565MgO%258SiO2%258CO2%257消化速度5-155-155-15消化温度60-9060-9060-90未消化残渣，%101015细度（0.080mm方孔筛筛余量）151520（4）石膏石膏在粉煤灰加气混凝土中，是发气过程的调节剂。主要有以下三个作用：、抑制石灰的消化，使其消解时间延长，并降低最终消化温度从而控制料浆的碱度，调节发气速度；、参与水化反应，与C3A，Ca(OH)2反应生成对料浆稠化硬化及强度有重要作用的水化硫铝酸钙；、和水泥中掺加有石膏一样起缓凝作用。（5）发气剂发气剂是生产加气混凝土的关键原材料，它不仅能满足料浆中发气形成大量细小而均匀的气泡，同时对混凝土性能不会产生不良影响。对加气混凝土发气材料曾进行研究，可以作为发气材料的有铝粉、双氧水、漂白粉等等，但考虑到生产成本、发气效果等种种因素，目前基本上都使用铝粉作为发气材料。我国加气混凝土用铝粉的国家标准（GB2054-89）见表2.3轻质高强粉煤灰加气混凝土的试验研究9表2.3加气混凝土用铝粉技术指标代号细度80um、筛余%活性铝含量%盖水面积(m2g)油脂含量%FLO11850.420.602.83.0PLQ21850.420.602.83.0FLQ30.5850.420.602.83.02.1.2试验仪器试验仪器（1）三联模：尺寸为4040160mm；尺寸为100100100mm；（2）HBY-40A型水泥混凝土恒温恒湿标准养护箱：无锡建仪仪器；（3）标准砂石筛：孔径0.315mm，浙江上虞市公路仪器厂；水泥标准筛：孔径0.080mm，浙江上虞市道墟张兴砂筛厂；（4）WAY300型电液式压力试验机：最大力值300KN，精度等级I级，生产厂家无锡市锡仪建材厂；（5）101A-2型电热恒温鼓风干燥箱上海恒三仪器有限公司；（6）分析天平：分度值0.1mg，最大称量200g，上海精密科学仪器有限公司；（7）电子天平：分度值0.1g，最大称量3Kg，上海友声衡器有限公司；（8）不锈钢电热蒸馏水器，上海光地仪器设备有限公司；（9）蒸压釜，设计压力1.4MPa，最高工作压力1.3MPa，设计温度198，耐压试验压力1.75MPa常州常成热力设备有限公司；（11）场扫描电镜：放大倍数74300000，分辨率133ev，分析元素Be4-U92；（10）烧杯、量筒、温度计、抹刀、搅拌锅、搅拌机。2.1.3本试验主要原材料本试验主要原材料（1）水泥：巢湖水泥厂；（2）粉煤灰：合肥第二发电厂；安徽建筑工业学院本科毕业论文10（3）石灰：凤阳水泥，有效氧化钙含量均大于60%；（4）石膏：四方磷肥厂；(5)铝粉：山东铝粉邹平有限公司；（6）蒸馏水：不锈钢电热蒸馏水器加热而得。以下是拍摄的部分原材料的外观照片：图2.1粉煤灰图2.2石膏图2.3石灰图2.4铝粉轻质高强粉煤灰加气混凝土的试验研究112.1.4本试验工艺流程本试验工艺流程2.2初步试验初步试验2.2.1初步试验设计初步试验设计通过大量查阅相关文献，粉煤灰加气混凝土中各种原材料范围如表2.5：表2.5粉煤灰加气混凝土原材料用量范围名称水泥-石灰-粉煤灰水泥%1020石灰%2024粉煤灰%6070石膏%35铝粉%78水料比0.600.65浇注温度C3640铝粉搅拌时间S3660由于实验室无法到达预养和蒸压养护条件，本次试验主要都是一些尝试性试验，配合比见表2.6：安徽建筑工业学院本科毕业论文12表2.6初步试验A配合比组数水料比水泥（(Kgm3）石灰(Kgm3）粉煤灰(Kgm3）石膏(Kgm3）铝粉(Kgm3）水（ml）A-10.6219110322.52.580.44280A-20.6225.8103.2322.52.580.44280A-30.6018.2103.4328.32.40.48270A-40.6024.3297.28328.32.40.482702.2.2初步试验结果及分析初步试验结果及分析初步试验都是尝试性试验，试验结果不是很理想，试验现象见表2.7：表2.7初步试验结果试验现象试验操作气孔3d强度7d强度自然条件静停+自然条件养护细小无十分低标准条件静停+自然条件养护细小无十分低标准条件静停+高压锅内养护粗大沸煮箱内静停+高压锅内养护均匀低稍高试验分析：从上表可以明显看出，随着静停和养护条件的改变，粉煤灰加气混凝土的各种性能都随之改善，气孔由细小到均匀，3d强度、7d强度都略微提高。由此可以推断，良好的静停条件和养护条件，试验效果应该会更佳。2.3对比试验2.3.1对比试验设计对比试验设计在初步试验的基础上，改变试验环境，即在合肥大来新型建材有限公司进一步展开试验。对比试验调整了试验方案，具体如下：第一组：水泥掺量14%，铝粉占干物料的0.6，K=3.70，wc=0.60；第二组：水泥掺量14%，铝粉占干物料的0.55K=3.70，wc=0.58；第三组：水泥掺量17%，铝粉占干物料的0.55，.K=3.70，wc=0.58；轻质高强粉煤灰加气混凝土的试验研究13第四组：水泥掺量17%，铝粉占干物料的0.55，K=3.70，wc=0.60；根据上述试验方案，具体配合比见表2.8：表2.8对比性试验B配合比编号粉煤灰(Kgm3）水泥(Kgm3）石灰(Kgm3）石膏(Kgm3）铝粉(gm3）水(ml)水料比B-1431.618.3112.52.6337.5338.10.60B-2431.618.3112.52.6282.2326.20.58B-3345.517.886.92.1225.1261.10.58B-4345.517.886.92.1225.1270.10.602.3.2对比试验结果及分析对比试验结果及分析对比性试验结果，即粉煤灰加气混凝土的具体技术指标见表2.9：表2.9对比验B技术指标编号出釜质量(g)干表观密度(Kgm3)强度(MPa)比强度（MPacm3g）B-1733.8524.12.685.11B-2773.5552.53.125.65B-3847.1605.13.345.52B-4821.7586.93.105.28对比性试验分析如下：试验B-1和试验B-2对比可以看出，随着铝粉掺量增加，粉煤灰加气混凝土的表观密度减少；试验B-2和试验B-3对比可以看出，随着水泥掺量的增加，粉煤灰加气混凝土的强度增加；试验B-3和试验B-4对比可以看出，随着水料比的减少，粉煤灰加气混凝土的强度增加明显。综上所述，考虑到影响粉煤灰加气混凝土的各方面因素，本课题初步选定：安徽建筑工业学院本科毕业论文14水泥掺量、铝粉占干物料百分数和水料比三个因素，进行正交试验。2.4正交配比试验正交配比试验2.4.1正交配比试验设计正交配比试验设计正交试验设计是利用规格化的正交表，恰当地设计出试验方案和有效地分析出试验结果，推出最优配方和工艺条件。正交表是利用“均衡搭配”与“整齐可比”这两条基本原理，从大量的全面试验方案中，为挑选出少量具有代表性的试验点，所制成的排列整齐的规格化表格12。经过初步实验和对比试验，对粉煤灰加气混凝土的几项技术指标的变化已有深入了解，现在通过调整各种原材料用量：水泥掺量、铝粉加入量和水料比，采用三因素三水平正交设计试验，确定最佳材料组合用量。正交设计见表2.10、2.11，配合比见表2.12：表2.10L9（33）正交试验因素水平水泥掺量%铝粉加入量水料比列代号因素试验号ABCC-1100.550.58C-2150.60.60C-3200.650.62表2.11正交设计表水平因素ABCC-1100.550.58C-2100.60.60C-3100.650.62C-4150.550.60C-5150.60.62C-6150.650.58C-7200.550.62轻质高强粉煤灰加气混凝土的试验研究15C-8200.60.58C-9200.650.60表2.12密度为600Kgm3加气混凝土的各种原材料组成用量编号正交组合粉煤灰(Kgm3)水泥(Kgm3)石灰(Kgm3）石膏(Kgm3）铝粉(gm3)水(ml)水料比C-1A1B1C1414.512.61132.5297.1313.30.58C-2A1B2C2414.512.61132.5324.1324.10.60C-3A1B3C3414.512.61132.5351.1334.90.62C-4A2B1C2414.518.8106.82.5297.1324.10.60C-5A2B2C3414.518.8106.82.5324.1334.90.62C-6A2B3C1414.518.8106.82.5351.1313.30.58C-7A3B1C3414.525.1100.52.5297.1334.90.62C-8A3B2C1414.525.1100.52.5324.1313.30.58C-9A3B3C2414.525.1100.52.5351.1324.10.602.4.2正交配比试验结果正交配比试验结果根据正交试验设计表，逐一做了九组试验。试验结果见表2.13：表2.13L9（33）正交试验结果编号出釜质量（g）干表观密度（Kgm3）强度（MPa）比强度（MPacm3g）1814.2581.63.085.292749.05352.785.203736.9526.42.604.944852.5608.93.215.275794.5567.53.025.326864.1617.23.155.107708.7506.22.905.73安徽建筑工业学院本科毕业论文168802.25733.586.249771.9551.43.185.772.4.3正交试验极差分析正交试验极差分析（1）对干表观密度的极差分析，见表2.14：表2.14干表观密度的极差分析C水泥掺量A铝粉加入量B水料比CK(1J)547.7565.6590.6K(2J)597.9558.5565.1K(3J)543.5565.0533.3R54.47.157.3分析结果如下：极差分析：从表2.14可以看出，A因素的第三水平较佳，B因素的第二水平较佳，C因素的第三水平较佳。根据极差大小，顺次排出因素的主次顺序为：CAB。根据上述分析可知，就表观密度而言，粉煤灰加气混凝土配合比的最优方案是C3A3B2。5005205405605806006201015200.550.60.650.580.60.62ABC干表观密度（kgm3）A：水泥掺量B：铝粉加入量C：水料比图2.6对干表观密度的影响轻质高强粉煤灰加气混凝土的试验研究17图2.6分析：如图2.6所示，随着水泥掺量的增加，粉煤灰加气混凝土表观密度先增加后减小；随着铝粉加入量的增加，粉煤灰加气混凝土表观密度先减少达到最低值后又增大；随着水料比的增大，粉煤灰加气混凝土表观密度呈现下降趋势。（2）对强度的极差分析，见表2.15：表2.15抗压强度的极差分析C水泥掺量A铝粉加入量B水料比CK(1J)2.823.063.27K(2J)3.133.123.06K(3J)3.222.982.84R0.400.140.43分析结果如下：极差分析从表2.15可以看出，A因素的第三水平较佳，B因素的第二水平较佳，C因素的第一水平较佳。根据极差大小，顺次排出因素的主次顺序为：CAB。所以，就强度而言，粉煤灰加气混凝土配合比的最优方案是C1A3B2。2.42.62.833.23.41015200.550.60.650.580.60.62ABC强度（MPa）A：水泥掺量B：铝粉加入量C：水料比图2.7对抗压强度的影响安徽建筑工业学院本科毕业论文18图2.7分析如图2.7所示，随着水泥掺量的增加，粉煤灰加气混凝土强度先快速增加后有所减缓；随着铝粉加入量的增加，粉煤灰加气混凝土强度先增加达到最大值后又减小；随着水料比的增大，粉煤灰加气混凝土强度呈现下降趋势。（3）对比强度的极差分析，见表2.16：表2.16比强度的极差分析C水泥掺量A铝粉加入量B水料比CK(1J)5.145.435.54K(2J)5.235.595.41K(3J)5.915.275.33R0.580.320.21分析结果如下：极差分析从上表可以看出，A因素的第三水平较佳，B因素的第二水平较佳，C因素的第一水平较佳。根据极差大小，顺次排出因素的主次顺序为：ABC。所以，就比强度而言，粉煤灰加气混凝土比强度的最优方案是A3B2C1。4.64.855.25.45.65.861015200.550.60.650.580.60.62ABC比强度（MPacm3g）A：水泥掺量B：铝粉加入量C：水料比图2.8对比强度的影响图2.8分析如图所示，随着水泥掺量的增加，粉煤灰加气混凝土比强度先稳步增加后轻质高强粉煤灰加气混凝土的试验研究19快速增加；随着铝粉加入量的增加，粉煤灰加气混凝土强度先增加达到最大值后又减小；随着水料比的增大，粉煤灰加气混凝土强度呈现下降趋势。2.4.4正交试验结论正交试验结论综合表观密度极差分析、强度极差分析、比强度极差分析，为了平衡表观密度和强度之间的矛盾，粉煤灰加气混凝土配合比的最优方案是A3B2C1。2.5验证试验验证试验为了验证正交试验的正确性，将最优方案C-8A3B2C1组合的配合比投入生产实际，在合肥大来新型建材有限公司进行实际生产，配合比见表2.17：表2.17验证性试验配比粉煤灰Kgm3水泥Kgm3石灰Kgm3石膏Kgm3铝粉Kgm3水ml水料比Kgm3414.525.1100.52.5324.1313.30.58验证试验所测的技术指标见表2.18：表2.18验证性试验结果出釜容重(Kgm3）干表观密度(Kgm3）抗压强度MPa比强度（MPacm3g）795.8568.45.29.12加气混凝土性能指标（GB11968-2006）见表2.19：表2.19加气混凝土的性能指标（GB11968-2006）单位：MPacm3g比强度B03B04B05B06优等品7.008.33合格品3.335.005.005.83表2.18与表2.19相比较，验证试验所测结果干表观密度、抗压强度和比强度相较于合格品，优等品都是最理想的。安徽建筑工业学院本科毕业论文20第第3章章机理分析机理分析轻质高强粉煤灰加气混凝土的结构形成包括两个过程：第一，铝粉发气使料浆膨胀和坯体凝结硬化形成多孔的物理化学过程；第二是蒸压养护条件下，硅质材和钙质材水热合成，使强度增长的物理化学过程。3.1发气反应和多孔结构的形成发气反应和多孔结构的形成在加气混凝土料浆中，发气反应是从原料搅拌开始的，反应可归纳如下：、在搅拌机中，加入粉煤灰浆、水泥、生石灰、铝粉、水以及其它外加剂后，水泥和石灰即发生水化反应。水泥水化要析出Ca(OH)2，生石灰消解也生成Ca(OH)2，与铝粉产生的反应为：2Al+3Ca(OH)2+6H2O3CaOAl2O36H2O+3H2式(3.1)、加入烧碱或纯碱时有NaOH或KOH在场，其反应为：2A1+6NaOH+6H2O3CaOAl2O36H2O+3H2式(3.2)、在加气混凝土料浆中的液相呈碱性且迅速变成饱和溶液（PH12），此时铝粉极易与各种碱液作用：2A1+6H2O2A1(OH)3+3H2式(3.3)2A1+3Ca(OH)2+3CaSO42H2O+mH2OnAFt+3H2式(3.4)可见，铝粉与碱性饱和溶液发生反应产生氢气，这些氢气极少溶于水，而且随着温度升高体积还要增大，所以必然使料浆产生膨胀13。铝粉与水反应产生氢气和料浆膨胀始终处于动态平衡。料浆膨胀的动力是气泡内的内压力，料浆膨胀的阻力是上层料浆的重力和料浆极限剪应力14。发气初期，铝粉不断产生氢气内压力不断得到补充，因而迅速膨胀，只要气泡内压力继续大于上层料浆的重力和极限剪应力膨胀就会继续进行下去。当料浆迅速稠化，极限剪应力急剧增大，膨胀才会逐渐缓慢下来。当铝粉反应结束，气泡内不再增加内压力，或者这种内压力不足以克服上层料浆的重力和极限剪应力时，膨胀过程就停止了。轻质高强粉煤灰加