（材料学专业论文）免蒸压陶粒增强加气混凝土性能研究.pdf

摘要 传统的加气混凝土密度级别b 0 3 - - b 0 8 ，强度等级a 1 。o - - a i o 0 ，主要用于框架结构非 承重填充墙。结构轻集料混凝土密度范围在1 4 0 0 1 9 0 0 k g m 3 ，强度等级l c l 5 - - - l c 6 0 ，主 要用于承重构件和建筑物。本研究通过在加气混凝土中掺入陶粒轻集料，旨在加气混凝 土中引入增强骨架，以保证材料的热工性能和力学承载力，用于即承重又保温的维护结 构。 本文在免蒸压条件下，采用水泥、石灰、石膏、粉煤灰、页岩陶粒为原材料，通过 正交实验方法，研究了陶粒- ；o n 气混凝土的强度和密度的影响因素。研究结果表明：水胶 比、水泥掺量和陶粒掺量是影响陶粒- m 气混凝土性能的主要因素。对于密度，水胶比和 陶粒的掺量影响显著，石灰掺量对密度的有一定的影响；对于3 d 和1 4 d 抗压强度，水胶 比和水泥掺量影响显著，陶粒掺量有一定的影响。 通过研究表明：陶粒的密度对陶粒- ) m 气混凝土的强度和密度也有显著的影响。养护 龄期也对混凝土的强度影响较大，陶粒一加气混凝土早期强度增长较快，后期强度增长减 缓。 参照蒸压加气混凝土和轻集料混凝土性能的测试和试验方法，本文对陶粒一加气混凝 土、加气混凝土和陶粒混凝土三者之间的吸水率、软化系数、抗冻性和热工性能进行了 对比研究，结果表明：陶粒的加入提高了加气混凝土的强度和抗冻性。陶粒一加气混凝土 的密度为8 0 0 1 4 0 0 k g m 3 ，导热系数为0 2 0 - 0 2 3 w m k ，性能满足结构保温混凝土的 要求。 运用扫描电镜( s e m ) 对界面结构和水化产物进行分析，陶粒和水泥石间的结合良好， 水化产物主要是水化硅酸钙和钙矾石。另一方面，本文对免蒸压陶粒一加气混凝土的水化 机理和结构形成机理进行初步的探讨。并理论分析了加气混凝土的抗震性能。 本实验研究了在免蒸压条件下生产出的陶粒一加气混凝土，是对新型墙体材料的开发 的有益探索，具有较好的环境效应和经济效应。 关键词：加气混凝土；陶粒；陶粒一加气混凝土；免蒸压：热工性能 a b s t r a c t t r a d i t i o n a la e r a t e dc o n c r e t ei sm a i n l yu s e df o rn o n l o a d b e a r i n gf r a m es t r u c t u r eo f f i l l e dw a l lw i t hi t sd e n s i t yl e v e lb 0 3 一b 0 8 ，s t r e n g t hg r a d ea 1 0 a 1 0 0 s t r u c t u r a l l i g h t w e i g h ta g g r e g a t ec o n c r e t ei sm a i n l yu s e df o rl o a d - b e a r i n gs t r u c t u r e sa n db u i l d i n g s w i t hi t sd e n s i t yr a n g e1 4 0 0 1 9 0 0 k g m 3 ，s t r e n g t hg r a d el c l5 一l c 6 0 ，t h es t u d yo n a e r a t e dc o n r e t eb ya d d i n gc e r a m s i t el i g h t w e i g h ta g g t e g a t ea i m sa tu s e i n ge n h a n c e d s k e l e n t o nt oe n s u r em a t e r i a l st h e r m a lp e r f o n n a n e ea n dm e e h a n i t a lb e a r i n gc a p a c i t yf o r b u i d i n ge n v e l o p eo fl o a d i n ga n dh e a ti n s u l a t i o n i nt h i sp a p e r , t h ee f f e c so fc e m e n t ，l i m e ，g y p u s m ，f l y - a s h , s h a l ec e r a m s i t ew e r e s t u d i e db yt h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n ti nt h et e c h n o l o g yo fn o n - a u t o c l a v e dc o n d i n t i o n s i tc o n c l u d e dt h a tt h ew cr a t i o ，c e m n e ta n dc e r a m s i t ea r et h em a i n l yf a c t o r st h a ta f f e c t t h ep r o p o r t yo fn o n a u t o c l a v e da e r a t e dc o n c r e t e w cr a t i oa n dt h ea m o u n to fc e r a m s i t e a f f e c to b s e r v a b l yt h ed e n s i t yo fi t ，t h ea m o u n to fl i m eh a v es o m ee f f e c to ni t w cr a t i o a n dt h ea m o u n to fc e m e n ta f f e c to b s e r v a b l yt h e3 d sa n d1 4 d sc o m p r e s s i v es t r e n g t h ， t h ea m o u n t o fc e r a m s i t eh a ss o m ee f f e c t t h ed e n s i t yo fc e r a m s i t eh a v eo b s e r v a b l ee f f e c to nt h ed e n s i t ya n dc o m p r e s s i v e s t r e n g t ho fn o n 。a u t o c l a v e dc e r a m s i t ea e r a t e dc o n c r e t eb ye x p e r i m e n t s 。t h ec u r i n ga g e a l s oa f f e c tc o m p r e s s i v es t r e n g t ho b s e r v a b ly t h en o n - a u t o c l a v e dc e r a m s i t ea e r a t e d c o n c r e t eh a sf a s t e re a r l ys t r e n g t hg r o w t h ，a n ds l o w e rp o s ts t r e n g t hg r o w t h a c c o r d i n gt ot h et e s t i n gm e t h o d so fp r o p e r t i e sa b o u ta u t o c l a v e da e r a t e da n dl i g h t a g g r e g a t ec o n c r e t e ，t h ew a t e ra b s o r p t i o nr a t e ，s o f t e n i n gc o e f f i c i e n t ，f r e e z i n gr e s i s t a n c e a n dt h e r m a lp r o p e r t y o fc e r a m s i t ea e r a t e dc o n c r e t e ，a e r a t e dc o n c r e t ea n dc e r a m s i t e c o n c r e t ei ss t u d i e db yt h i sp a p e r i tc o n c l u d e dt h a tt h ea d d i t i o no fc e r a m s i t ei m p r o v e s t h es t r e n g t ha n df r e e z i n gr e s i s t a n c e t h ed e n s i t yo fn o n a u t o c l v e dc e r a m i s t ea e r a t e d c o n c r e t ei s8 0 0 - - 一1 4 0 0 k g m 3 ，t h eh e a tc o n d u c t i v i t yi so 2 0 0 。2 3 w m 。k t h ep r o p e r t y f u i f i l sw i t ht h er e q u i r eo fs t r u c t u r e i n s u l a t i o nc o n c r e t e t h er e s u l to fs e ms h o w st h a tt h ec o m b i n a t i o nb e t w e e nc e r a m s i t ea n dc e m e n ti s g o o d ，t h em a i nh y d r a t i o np r o d u c t sa r ec s ha n da f t o nt h eo t h e rh a n d ，t h er e s e r c h c a r r y so np r e l i m i n a r ys t u d yo nt h em e c h a n i s mo fh y d y a t i o na n ds t r u c t u r ef o r m a t i o n i nt h i ss t u d y , n o n a u t o c a l v e dc e r a m s i t ea e r a t e dc o n c r e t et h a tw a sp r o d u c e di nt h e t e c h n o l o g yo fn o n - a u t o c l a v e dc o n d i t i o ni sb e n e f i c i a le x p l o r t i o no fd e v e l o p m e n to f n e w w a l lm a t e r i a l s i th a sg o o de n v i r o m e n te f f e c ta n de c o n o m i ce f f e c t k e y w o r d s ：a e r a t e dc o n c r e t e ；c e r a m s i t e ；c e r a m s i t e - a e r a t e dc o n c r e t e ；n o n a u t o c l a v e d ； t h e r m a lp r o p e r t y 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者躲搠渤 日期：w 胗年月多日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重 庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人 学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务( 包括但不限于汇编、 复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 日 指导教师签名： 日期：切加年 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系列数据 库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权 益。 学位论文作者繇名拗 日期：劢肋年沙月易日 指导教师签名： 日期：勘o 年 1付n、扫 弗月 名 户 签 己 者 年 作彬姗洳 论 ： 位期 学 日 第一章绪论 1 1 前言 第一章绪论 我国建筑业的快速发展使得本行业的能耗越来越多，建造和使用建筑时直接、 间接的能耗已经占到全社会总能耗的3 0 n ”。更令人担忧的是我国现有建筑中9 5 达不到节能标准，新增建筑中节能不达标的超过8 0 ，单位建筑面积能耗是发达国 家的2 - - 3 倍，这将成为未来社会沉重的能源负担口1 。根据最新的调研结果“1 ，在建 筑全生命周期中，建筑材料和建筑过程中消耗的能源一般只占其总的能源消耗的 2 0 左右，大部分能源消耗发生在建筑物的运行过程中。据统计，全球能量的5 0 消耗于建筑建造和使用过程哺。 由于我国经济建设步伐较快，我国能源需求潜力巨大。能源需求方面来自 于高耗能工业的发展，另一方面则是来自于城镇居民生活能耗和建筑能耗的增长。 2 0 0 3 年，我国城镇化率达至a j 4 0 5 3 ，预计至1 2 0 2 0 年达n 6 0 左右1 。我国的房屋建 筑建设规模，可以用世界银行预测的两个“一半( h a l f ) 来形容，即：至1 j 2 0 1 5 年， 全世界新建筑的一半出现在中国；n 2 0 1 5 年，中国城市商用和居住建筑中的一半 是在2 0 0 0 年后建造的h 1 。 改革开放以来，我国能源建设有了长足的发展。2 0 0 6 年，我国一次能源总产 量2 2 1 亿吨标准煤，是世界第三大能源生产国。我国的煤炭生产量自2 0 世纪九十 年代以来直稳居世界第一位，1 9 9 6 年曾达到历史最高值1 3 9 6 7 亿吨，以后国家 采取限产措施，产量逐年下降，2 0 0 0 年达到最低点9 5 亿吨。但此后由于煤炭需求 增长，产量重新走高，2 0 0 6 年达到2 3 8 亿吨。从上世纪9 0 年代以来，由于我国陆 上油田资源日渐枯竭，原油生产一直维持在1 6 - 1 7 亿吨。2 0 0 6 年原油产量1 8 4 亿吨，是世界第6 大石油生产国。发电量达至u 2 5 0 0 2 6 亿千瓦时，居世界第二位( 仅 次于美国) 口1 。 但事实上，我国能源资源十分有限。中国主要能源的储量占世界总量的比例 很少，尤其是石油资源的匿乏，给我国经济发展，甚至国家安全，都带来极为不 利的影响。 1 2 实现建筑节能的技术途径 建筑节能就是建筑中提高能源利用效率，用有限的资源和最小的能源消费代 价取得最大的经济和社会效应。我们一般把建筑节能范围定义为减少建筑使用过 程中的能耗，它涉及到建筑、建材、施工、采暖、通风、空调、照明、电器、热 2 第一章绪论 工、能源、环境等许多专业内容，是许多学科交叉结合形成的一门综合性技术。 由于受经济、历史条件的限制，建筑节能在不同的发展时期，有着不同的含义和 内容。在发达国家，建筑节能经历了三个阶段跚q ”1 ：第一阶段，e n e r g y s a v i n gi n b u i l d i n g s ，即在建筑中节约能源；第二阶段，e n e r g yc o n s e r v a t i o ni nb u i l d i n g s ，即在 建筑中保持能源、减少热损失：第三阶段，e n e r g ye f f i c i e n c yi nb u i l d i n g s ，即提高建 筑中能源的利用效率。建筑节能具体的实施过程中一般通过以下技术途径实现的 n l 】【1 6 】 0 通过建筑构造主要是围护结构上采取节能措施。建筑围护结构组成部分( 如 墙、屋顶、门窗、隔热材料等) 的设计对建筑能耗有着根本的影响。据统计，建筑 物通过围护结构散失的热量大约占整个热量损失的7 0 ( 其中外墙2 5 ，窗户2 4 ， 楼梯间隔墙1 1 ，屋面9 ，阳台门下部3 ，户门3 ，地面2 ) ，外墙损失的热量占 围护结构的热量损失的1 3 左右。通过改善建筑围护结构的热工性能，夏季可减少 热量由室外传入室内，冬季可减少室内热量得流失，从而减少建筑冷、热消耗。 而一般增加围护结构的费用为总投资的3 - - 6 时，节能可达2 0 - - - - 4 0 ；增加造价 6 - - - 1 0 ，建筑节能可达5 0 。所以提高围护结构尤其是外墙的热工性能，改善其 组成材料的热工性能，是目前建筑节能最有效的技术措施之一。 通过建筑规划设计节能。建筑师与能源分析专家、环境专家、设备工程师、 结构工程师紧密配合，利用全新的设计理念设计出低能耗建筑 ( l o w - e n e r g y b u i l d i n g ) 、零能耗建筑( z e r o e n e r g yb u i l d i n g ) 、绿色建筑( g r e e nb u i l d i n g ) 等。具体措施可归纳为三个方面：合理选择建筑地址；合理的外部环境设计；合 理设计建筑形体。 通过提高建筑用户用能效率。这主要指建筑的采暖、空调与通风、电器照 明等方面采取的措施，如采用节能灯、高能效的采暖空调系统等。 1 3 墙体材料的改革 粘土实心砖是我国在提出建筑节能前砌体建筑主要的砌筑材料，现因其热工 性能差，再加上严重浪费土地资源、能源资源以及烧制时排放的有害气体对大气 环境的污染，粘土实心砖己逐渐被其它材料所取代。 轻集料混凝土小型砌块是以发泡多孔颗粒为骨料的混凝土砌块。常用的轻质 骨料有轻质陶粒、膨胀珍珠岩、膨胀蛙石、矿渣加膨胀珍珠岩等。这类砌块多以 轻骨料的种类命名，如粉煤灰陶粒混凝土砌块、粘土陶粒混凝土砌块等。目前普 通陶粒混凝土砌块强度比加气混凝土砌块高，可以达到l o m p a 以上，但其砌块的干 密度大，一般超过1 0 0 0 k g m 3 之间，导热系数比加气混凝土砌块大。而超轻陶粒混 凝土砌块虽然干密度小，导热系数可以达到0 1 8 w k m ，但其强度也随之大幅下 第一章绪论 3 降，一般强度小于5 o m p a u 引。 一些轻质砌块密度小，只有普通实心粘土砖的1 5 - 1 3 重，保温隔热性能、耐 火性好。但同时这些墙体材料很难在热工性能和强度之间达到双赢，当具有较高 的强度时，墙体材料的热工性能达不到标准；当材料的热工性能好时强度偏低， 只能用于填充结构。同时这些砌块的收缩性能大，很难避免砌块墙体出现开裂的 问题，限制了其应用、推广。 多孔砖是以粘土、页岩、煤矸石等为主要原料，经配料、压制成型、焙烧而 成的具有一定孔隙率的墙体材料，但是其热工性能难以达到居住建筑设计标准 中的要求n 引。 加气混凝土是一种适应社会经济持续发展的新型节能墙体材料，被广泛用重 内外墙体。加气混凝土砌块在我国已有了7 0 多年的发展历史。近年来，我国墙体 材料革新力度的加大以及人们对于绿色环保概念的理解和进一步加强，粘土砖的 应用逐步受到禁限，低污染、低消耗的加气混凝土砌块正逐步成为建筑材料市场 的主力军。加气混凝土砌块是以水泥、石灰、石膏和粉煤灰或河砂为主要原料， 以铝粉膏为发气剂经蒸压养护等工艺制成的多孔块状墙体材料。它的结构形成包 括两个过程：第一是铝粉与碱性水溶液之间反应产生气体使料浆膨胀以及水泥和 石灰的水化凝结而形成多孔结构的过程；第二是在1 0 个大气压的蒸压条件下的硅、 钙质材料发生水热反应使强度增长的过程。 加气混凝土砌块中水化产物的种类和结构形态直接影响其力学性能。试验研 究表明n 钔期，以托贝莫来石和低钙水化硅酸钙为主的加气混凝土砌质量最佳。从 生产原料来分，现阶段我国主要生产三个品种的加气混凝土：水泥、石灰、粉煤 灰加气混凝土；水泥、石灰、砂加气混凝土；水、矿碴、砂加气混凝土。加气混 凝土是一种具有高分散性多孔结构的混凝土制品，总孔隙率可达6 0 - - 8 0 ，孔表 面积约为4 0 5 0 m 2 k g 。与传统墙体材料相比较，具有以下优点： 轻质：加气混凝土的空隙率可以达到7 0 8 0 ，从而大大降低砌块的密度。 加气混凝土的密度一般都在4 0 0 7 0 0 k g m 3 汹3 ，约相当于粘土砖的1 3 ，普通混凝土 的i 5 ，几种常见的建筑材料的干体积密度见表1 1 。使用该产品可以减轻建筑物 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，提高了施工的 质量。 表1 1 几种常用的建筑材料的千表观密度 ! 垒! 1 21 ：! 望宝翌! 韭z2 11 2 翌! 竺2 翌巴2 墨! 尘! 坐翌g 堡垒! 型璺! 材料名称 加气混凝土木材空心砌块 陶粒混凝土粘土砖 普通混凝土 干体积密 1 6 0 0 4 0 0 一- - 7 0 0 4 0 0 - - - , 6 5 09 0 01 7 0 01 4 0 0 1 9 0 02 0 0 0 - - 2 6 0 0 度( k g m 3 ) 2 0 0 0 4 第一章绪论 导热系数低：加气混凝土砌块在生产过程中，内部形成了众多封闭微小的气 孔，相对封闭的气孔在材料中形成了静空气层。导热系数是粘土砖的1 5 ，是混凝 土空心砌块的1 2 ，几种常见的建筑材料的导热系数见表1 2 。由此可见加气混凝 土具有很好的保温性能。 表1 2 几种常用的建筑材料的导热系数 。t a b l e l 2t h e r m a lc o n d u c f i v i t yo fs o m ec o m m o nb u i l d i n gm a t e r i a l 材料名称加气混凝土土坯墙玻璃粘土砖普通混凝土 导热系数( w ( m k ) 0 1 0 o 2 0 0 70 7 50 8 11 5 隔热防火：加气混凝土不可燃，热迁移速度慢。较低的热传导率及其平衡时 的含水状态使得该种材料的防火性能较好。它的封闭的孔结构起到了很好的隔离 作用，热辐射传导能力与气体一固体界面的数量成反比让。 吸音效果好音：加气混凝土砌块内部有许多微小气孔，有隔音与吸音声双重 作用。 弹性模量低：在长期荷载作用下徐变值小，弹性模量是表征材料变形的主要 参数。目前我国工程设计中加气混凝士砌块强度为3 5 - - - 7 5 m p a ，弹性模量为 1 7 0 0 n m m - - - - 2 5 0 0 n m m ，约为普通混凝土的十分之一。 抗冻性能好：若材料内的水分含量超出了临界值，经过冻融循环的作用，材 料最终会破坏。对加气混凝土产品的试验表明其临界含水率为4 0 ( 体积含量) 。因 为引入了几乎完全封闭的较大的圆形气孔，使得材料只有相对较少的毛细孔张力， 水分不易达到临界状态，从而使得加气混凝土具有良好的抗冻性。 绿色环保：原料来自工业废渣，克服了以粘土为原料的缺点，是国内外公认 的适应建环保墙体材料之一。此外，据相关资料报道，加气混凝土单位生产能耗 标煤5 6 8 k g m a ，与烧结实心砖的9 1 k g m 3 相比，节约生产能耗3 7 6 左右，加气混 凝土生产能充分利用工业废渣，我国以粉煤灰加气混凝土为主，约占全部加气混 凝土的2 3 。 良好的水蒸气渗透性乜习：如果墙体上有潮气便排出，并使墙体长期保持原有 的极佳隔热性，因此其住宅的舒适度相对较高。 可加工性：可锯可刨，砌筑效率高，墙体管线埋设牢固可靠。 抗震性能好：根据资料显示位3 l ，加气混凝土的抗震性能要优于粘土砖、烧结 页岩多孔砖和混凝土小型空心砌块。其破坏特征为：破坏时，主裂缝不明显，能 形成许多的侧裂缝。 第一章绪论 5 1 4 国内外研究现状 1 4 1 国外研究现状 欧洲是加气混凝土的故乡，加气混凝土在欧洲应用广泛，欧洲产量占世界总 产量的8 0 ，俄罗斯是加气混凝土产量和用量最大的国家，其次是德国、日本和 一些东欧国家。加气混凝土的性能进一步向轻质、高强度方向发展。在原材料方 面，加大了对粉煤灰、炉渣、工业废石膏、废发泡剂的利用。通过采用新技术、 新工艺和高强水泥，提高了加气混凝土的强度和降低了密度。法国、瑞典和芬兰 己将表观密度小于3 0 0 k g m 3 的产品投入市场，这种产品具有较低的吸水率和较好的 保温性能u 引。 加气混凝土工业化生产起始于二次世界大战前，加气混凝土的总产不超过 1 0 0 万m 3 。并且主要集中在北欧三国( 瑞典、娜威、芬兰) 。二次世界大战后，西欧、 东欧、前苏联等国相继引进加气混凝土生产技术并完善了生产工艺，涌现出一批 专利技术，如伊通( y t o n g ) 、海波尔( h e b e l ) 。加气混凝土获得了很大发展，至今已 有约5 0 个国家设厂生产，产量约4 5 0 0 - 一5 0 0 0 万i l l 3 ，分布范围包括寒带、温带、热带 地区，主要用于墙体、屋面等方面瞳钔。 在这些工艺中，采用的原材料组合一般有水泥一生石灰一砂、水泥一生石灰一粉 煤灰，后来随着一些工业废料的产生，原材料的组合中出现了一些新的组合。伊 通( y t o n g ) 公司最早采用油母页岩、烧石灰作为生产加气混凝土的原材料，后发展 为生石灰一水泥一砂子配料，其中胶结料以石灰为主，水泥仅占5 。西波列克斯 ( s i p o r e x ) 公司最早以水泥一砂配制生产加气混凝土，后又开发了水泥一矿渣一砂组 合及水泥一生石灰一砂组合。目前，胶结料中以水泥为主，水泥用量超过生石灰。 海波尔( h e b e l ) 、威汉( w e h r h a n ) 均以水泥一生石灰砂为组合，胶结料以水 泥为主，水泥比例高于生石灰。在国外仅有波兰和罗马尼亚、英国少数企业，采 用水泥一生石灰一粉煤灰组合生产加气混凝土产品。在这些原料组合中，通过掺 加铝粉，和水搅拌后，静养一段时间后进行切割，再送入高压釜中进行蒸养，然 后出釜成成品，这个生产方式的生产周期约为1 2 1 6 d , 时。 目前对加气混凝土研究最多的国家是日本、印度和美国等国家，他们研究的 重点加气混凝土的断裂性能和抗震性能的研究，与此同时对加气混凝土的改性研 究也是他们的重点之一，如：日本生产加气混凝土原料的细度已达n 3 0 0 0 目，日 本的建材专家曾预测物料的超细化再配合一定数量的外加剂、纤维等啪1 ，未来的 加气混凝土强度可以达到大幅度提高；美国的科研工作者也利用纤维对加气混凝 土进行了改性研究并取得了良好的技术结果。 6 第一章绪论 1 4 2 国内研究现状 我国在五十年代后期就开始对加气混凝土进行了研究晗村，尤其是在1 9 6 5 年引 进了瑞典的西伯列克斯技术专利后，对加气混凝土的研究更为深入和广泛。但是 从瑞典引进的西伯列克斯技术是采用水泥、矿渣、砂为原料，要用大量的水泥和 矿渣，不适合我国的国情。我国是个燃煤大国，尤其是电力工业的迅速发展，每 年粉煤灰的排放量达1 亿吨，为了使这些粉煤灰变废为宝，在我国采用石灰一粉煤 灰( 掺部分水泥) 的原材料路线是较为合适的。 因此我国一开始就研究开发水泥一石灰一粉煤灰组合配料及水泥石灰一砂组合 配料。用粉煤灰生产加气混凝土的企业约占全部企业的3 4 以上，其产量也占全 部产量的7 0 以上。其生产、应用数量之大，利用粉煤灰之多，利用企业之广， 利用经验之丰富在世界上是绝无仅有的。西方发达国家因燃煤电厂少，几乎不用 粉煤灰生产加气混凝土，也就缺乏这方面的实践经验。利用粉煤灰生产加气混凝 土是我国对世界加气混凝土工业的一大贡献。 1 9 8 2 年，国家建筑材料工业局加气混凝土砌块( j c 3 1 5 ) 标准，这是加气 混凝土砌块的第部产品标准，标准分别于1 9 8 9 年和1 9 9 7 年修订，并以国家标准 颁布，新的标准为蒸压加气混凝土砌块( g b t 11 9 6 8 - 1 9 9 7 ) 。加气混凝土砌 块正在我国被大力推广应用，据中国加气混凝土协会的统计：1 9 9 7 年我国的加气 混凝土厂共有1 5 7 家，年底，我国的加气企业增加至2 0 0 家，产能在1 0 0 0 万方左右； 2 0 0 2 年我国企业达到3 0 0 家左右，产能在1 5 0 0 万方左右；2 0 0 6 年我国的加气企业已 余家，产量在3 0 0 0 万方左右，其增速惊人，而且到现在还有许多在建和拟项目正 在落实。 后来随着工业废弃物大量的产生( 如碱磷渣) 嘲】，这些工业废弃物就被用作胶 凝材料或外掺料应用到加气混凝土中，达到利废的目的。 在养护方式上，传统的养护方式是蒸压养护，这在生产过程中需要的大型的蒸 养设备和大量的燃料，这就需要一定的资金投入到燃料和设备的养护上。虽然国 内出现了少量的免蒸压加气混凝土，但是技术还不是很成熟，市场实力不是很强。 1 5 本课题研究的目的、意义和内容 1 5 1 本课题研究的目的 传统的加气混凝土强度较低，密度级别b 0 3 b 0 8 ，强度等级a 1 o ，- - a i o 0 ，主 要用于框架结构非承重填充墙。陶粒轻集料混凝土密度范围在1 2 0 0 1 9 5 0 k g m 3 之 间，强度等级l c l 5 l c 6 0 ，可以用于自承重和承重墙。本研究通过在加气混凝土 中掺入陶粒轻集料，旨在保证混凝土的热工性能，并对加气混凝土其骨架增强作 第一章绪论 7 用，以用于保温兼自承重结构部位。 1 5 2 本课题的意义 采用免蒸养的养护制度，减少了传统加气混凝土在生产过程中煤能源的消耗， 既节约了能源，又减少了对大气的污染。采用粉煤灰、石膏等工业废料，既防治 了这些工业原料对环境的污染，同时节约了排污资金，为企业创造可观的经济效 益。在混凝土中掺加陶粒，利用陶粒多孔的特点，在混凝土中引入骨架结构，增 强免蒸养加气混凝土的性能，扩大轻集料混凝土的工程应用范围。 1 5 3 本课题研究的内容 选用水泥、粉煤灰、石灰、石膏和铝粉膏等为陶粒加气混凝土砌块的基体 原材料。以试块的干表观密度、抗压强度为目标，利用正交试验方法研究基体的 性能变化规律，确定最优试验配合比。 陶粒对加气混凝土强度和表观密度的影响研究。 陶粒加气混凝土的技术性能( 如吸水率、软化系数、抗冻性和热工性能) 的研究。 陶粒加气混凝土结构形成机理研究 加气混凝土的抗震理论分析 8 第二章原材料和试验方法 第二章原材料和试验方法 2 1 原材料的选择 2 1 1 水泥 水泥用在粉煤灰加气混凝土中，主要是起三个作用，即保证坯体的稳定、促 进坯体的硬化，保证砌块的强度三个方面。 对新拌加气混凝土料浆和坯体起决定作用的水泥矿物是c 。s ，次之是c 业。c 。s 水 化速度慢，主要对混凝土的后期强度起作用。c 。s 和c 。a 含量高，料浆温度高，坯体 硬化快。由于c 4 含量高会引起加气混凝土料浆的收缩，可能导致坯体裂缝。 水泥是具有一定细度的粉状材料，与水拌合后是一种很好的胶凝材料，能够 将其他的散状的材料粘结在一起成为一个整体，具有很好的可塑性，并具有一定 的强度。水泥的稠化较石灰慢而硬化较石灰快，有利于坯体的硬化，并保证砌块 的内部结构。水化生成的水化硅酸钙( c - s - h ) 、水化铝酸钙( c a _ h ) 等水化产 物对混凝土的强度有较大的贡献。水化生成的c a ( o h ) ：既提商了料浆的碱度，为 铝粉的顺利发气提供了条件，又起到激发粉煤灰活性的作用乜引。 本论文中采用的是重庆拉法基水泥厂生产的4 2 5 # 普通硅酸盐水泥。水泥的物 理性能见表2 1 。 表2 14 2 5 襻普通硅酸盐水泥的测试结果 t a b l e 2 1t h ee x p e r i m e n tr e s u l to fp 0 4 2 5o r d i n a r yc e m e n t 标准稠度用 安定性凝结时间( m i n ) 抗压强度( m p a )抗折强度( m p a ) 2 6 0合格 初凝时间终凝时间 1 6 0 m i l 3 3 1 0 m i n 3 d 2 8 d3 d2 8 d 1 7 64 4 53 7 48 9 l 2 1 2 粉煤灰 粉煤灰是火力电厂等工业排放的烟道灰，它的储量是随着电厂等工业的发展 而则增加的。我国是世界上粉煤灰排放量最大的国家，仅电力工业每年排放的粉 煤灰已达一亿多吨，目前的综合利用率只有4 2 左右，而一些发达国家的粉煤狄的 资源化利用率非常高，如荷兰达n 1 0 0 ，意大利9 2 ，丹麦9 0 ，比利时7 3 。相比 这些国家，我国粉煤灰的利用率非常低，主要是用在筑路、回填、水泥和混凝土 的掺合料啪1 。 第二章原材料和试验方法 9 在加气混凝土生产中，粉煤灰兼有集料和生成胶凝材料的双重作用。粉煤灰 不仅提供s i o ：，同时提供a 1 ：0 。s i o ：和a l ：o 。与c a o 反应生成水化硅酸钙和水化铝硅 酸钙使加气混凝土获得强度。粉煤灰中的硅、铝质玻璃体处于一种暂时稳定的“介 稳状态 ，在碱激发和硫酸盐激发下，可以生成c - s - h 凝胶和a f t 。它的这种性质 就叫着粉煤灰的活性。 要提高粉煤灰的质量，就需要充分发挥粉煤灰的活性，最有效的方法就是改 变粉煤灰的性质。可以通过两种方法来进行：一是物理方法( 磨细) ，即机械活 化粉煤灰，通常是采用对粉煤灰球磨活化的方法进行处理。通过球磨，一方面可 以破碎粗大多孔的玻璃体，接触玻璃颗粒粘结，改善表面特征，减少配合料在混 合过程中的摩擦，提高物理活性( 如颗粒效应、微集料效应) ；另一方面，粗大 玻璃体尤其是多孔的和颗粒粘结的破坏，破坏玻璃体表面的保护膜，使内部可溶 性的s i0 2 、a 1 ：0 3 溶出，断键增多，比表面积增大，反应接触面增大，活化分予增多， 粉煤灰早期化学活性提高。二是化学方法，通过改变粉煤灰的玻璃质颗粒的表面 特征，从而提高表面层的反应能力。化学激发粉煤灰的活性的时候，最常用的是 粉煤灰石灰一硫酸盐系统。在粉煤灰一石灰一硫酸盐系统中，粉煤灰的活性从 水泥水化的角度来看，主要是指粉煤灰和石灰之间的水化反应能力。在该系统中， 石灰对粉煤灰的激发主要是c a ( o h ) ：。c a ( o h ) ：对粉煤灰活性的激发是提供破解 s i 0 、a l - 0 键的0 h 一，同时又提供使粉煤灰水化生成水硬性胶凝材料的c a 2 + ，即使 如此，也只有在硫酸盐共同作用的情况下，粉煤灰的活性也只能在常温常压下快 速、充分地得到激发瞳 。 用于加气混凝土中的粉煤灰的技术要求如表2 2 所示： 表2 2 粉煤灰的技术要求嘲 ! 呈! ! ；：! 坠! 箜坠i ! 垒! 三骂m 、堕m m 婴! 坐o f m ! z - ：苎! 塾 _一_一 指标名称 级别 ii i 本实验中采用的粉煤灰是重庆电厂生产的粉煤灰，为准i i 级灰，做i i i 级灰用。 采用的粉煤灰的技术性质见表2 3 ： 1 0 第二章原材料和试验方法 表2 3 重庆电厂粉煤灰的技术性质 ! 呈! ! ! 兰：j ! 垒宝堡! 竺! 12 11 垒婴g 巫墨g 2 型曼! ! ! 垒垒2 呈! 垒 8 0 u m 筛 需水量密度 化学成分 s i 0 2a 1 2 0 3 c a o m g o s 0 3 烧失量孔筛余 比( ) ( k g m 3 ) 含量( ) 4 4 7 12 6 6 2 1 5 6 2 0 8 8 2 0 76 7 41 6 61 0 32 2 2 2 。1 3 生石灰 石灰是一种气硬性无机胶结材料，只能在空气中硬化，其强度也只能在空气 中保持并连续增长。它是由以碳酸钙( c a c 0 3 ) 为主要成分的天然岩石，如石灰石、 白云石、白垩、贝壳等，在9 0 0 - 1 3 0 0 的高温下煅烧，得到的以氧化钙( c a 0 ) 为主要成分的生石灰。 在加气混凝土中，石灰的作用主要表现在三个方面： 石灰为加气混凝土提供钙质材料，与粉煤灰中的s i0 2 、a 1 。0 3 作用，生成水 化硅酸钙和水化铝酸钙，使砌块获得强度。 生石灰和料浆中的水发生反应，消化生成c a ( o h ) ：，提高了加气混凝土料浆 的碱度，为铝粉的发气提供了碱性环境，促使铝粉进行发气反应。 生石灰的消化为加气混凝土的早期水化提供热量。生石灰水化时产生大量 的热量，l m o l 的氧化钙水化可以产生6 4 9 k 3 的热量，其释放的热量远远高于其他 的胶凝材料。这就不仅为提高加气混凝土料浆的温度提供了热源，也促进了加气 混凝土坯体的进一步的凝结硬化。 而根据资料显示，石灰的细度对加气混凝土有很重要的影响，生石灰的细度越 高，则加气混凝土的质量越好。此外，应采用新鲜的生石灰。 本实验中采用的生石灰是重庆市冬笋加气混凝土制品公司所采用的磨细生石 灰，生石灰的技术性质如表2 3 ： 表2 3 生石灰的测试结果 ! 堡! ! 呈呈：i ! 垒宝宝兰趔翌翌! 堡! 旦! 12 1 竺! ! 呈! 宝垒! i 翌宝 8 0 um 筛余量( ) 有效氧化钙( ) 消化温度( )消化时间( m i n ) 1 8 37 54 0 5 1 0 2 2 1 4 石膏 石膏的主要成分是c a s 0 4 ，它在加气混凝土体系中起到一下几种作用嘲： 石膏可抑制石灰的消解过程，从而延缓加气混凝土料浆的稠化速度，使之 与铝粉的发气速度相适应。 第二章原材料和试验方法 石膏与加气混凝土料浆中的铝酸盐反应，生成水化硫铝酸钙能促进坯体硬 化，提高坯体的强度。 石膏的硫酸盐成分对粉煤灰活性的激发起促进作用。 由于石膏的加入会延缓铝粉的发气过程，掺量过多对料浆浇注的稳定性产生 不利影响，所以要选择适宜的石膏掺量。 本实验采用的石膏是重庆电厂生产的脱硫二水石膏。 表2 4 脱硫石膏化学分析和细度 ! 呈垒! 丝：垒! 塾皇里垒宝巴! 丝塑垒! z ! i ! 塑垒! ! 翌宝呈宝! 呈2 1 量堙! 竺罂 c a os 0 3s i 倪a 1 2 0 3f e 2 0 3m 9 0烧失量0 0 4 5 r a m 细度( 筛孔) 3 1 64 2 22 7o 7o 51 01 9 21 0 2 1 5 陶粒 陶粒是以粘土、页岩或粉煤灰为主要原材料，掺加少量的粘结物和固体燃料， 经混合、成球、高温焙烧而制得的一种性能较好的人造轻骨料口。它们具有表观 密度小、导热系数小、防火、防腐、化学稳定性好、无毒无味等特点，是良好的 保温、隔热、吸音、耐腐蚀的建筑材料。根据不同的原材料生产出来的陶粒可分 为粘土陶粒、页岩陶粒和粉煤灰陶粒。而根据密度和强度可分为超轻陶粒( 堆积 密度为、 水泥a 石灰b 石膏c 陶粒d 次 优方案e l a l b 。c s d 3 k l 5 8 7 5 85 。7 7 0 65 6 0 4 85 7 1 6 16 1 6 7 85 8 0 3 5 k 25 7 1 6 55 4 1 1 05 7 7 4 46 0 2 6 35 5 4 9 05 7 9 8 7 i ( 35 7 1 0 85 9 5 5 l5 6 6 7 75 9 9 9 75 9 0 5 75 5 6 7 6 k 4 5 8 1 1 75 6 5 3 45 8 7 1 55 7 3 7 1 5 3 9 1 95 7 4 7 4 3 d 密度 k s5 6 5 3 15 9 7 7 75 8 4 9 55 2 8 8 75 7 5 3 45 8 5 0 8 ( k g m 3 ) 极差r 0 2 2 2 7 0 ，5 6 6 7 0 2 6 6 70 7 3 7 60 7 7 5 90 2 8 3 2 因素主一 水料比e 陶粒d 石灰b 石膏c 水泥a 次 优方案 e t d s b ：c 。a s k l2 3 42 1 31 4 91 9 92 81 9 4 1 4 51 8 11 9 72 1 61 5 21 8 7 l ( 31 7 52 l62 3 42 2 42 4 32 0 7 1 4 d 抗压i ( 41 9 72 0 42 1 31 9 31 5 o2 0 9 强度k 52 5 11 8 92 0 91 6 91 7 82 0 4 ( m p a ) 极差r 2 1 20 71 7 21 12 60 4 4 因素主一 水料比e 水泥a 石膏c 陶粒d 石灰b 次 优方案e ，a 。c 。d ：，b 。 1 4 d 密度k i6