矿物掺和料在水泥基轻质复合墙板中的应用.doc

矿物掺和料在水泥基轻质复合墙板中的应用陈网和 （盐城市新悦建材有限公司 224003）摘要：在水泥基轻质复合墙板的芯体混合料中掺入具有一定胶凝性能和火山灰活性的磨细矿渣和粉煤灰等矿物掺和料，具有物理、化学两方面的作用，能参与水泥水化系统中进行二次水化，改善系统结构的综合性能，增加体积稳定性，具有较好的技术、经济和社会效益。分析了矿物掺和料在水泥水化系统中的作用机理。关键词：轻质墙板 矿物掺和料 作用机理 水泥基轻质复合墙板是近年来发展起来的一种新型墙体材料，其技术原形是从澳大利亚引进的以水泥浆-膨胀聚苯颗粒混合料为芯体，纤维增强硅钙板为面层的复合墙板。在实际应用中，为了保证膨胀聚苯颗粒与水泥浆体不分散，采用大掺量水泥的措施，结果是一方面成本居高不下，另一方面墙板干缩等性能指标难以满足工程要求。我们采用掺加建筑用砂的办法改善芯体性能，使得成本降低，同时墙板的干缩值降低，取得了一定的效果。但墙板的干缩值仍然偏高，工程应用中易出现墙体开裂等缺陷，从而影响了该产品的市场推广和应用。磨细矿渣、粉煤灰等矿物掺和料用于普通混凝土中能取代部分水泥，显著提高混凝土的综合性能，改善混凝土内部结构，降低干缩值等，具有良好的技术效果。本文作者将磨细矿渣、粉煤灰等用于该墙板的生产中，同样取得了较理想的效果，使得生产成本大幅降低，而产品性能提高，同时有利于消耗工业废渣，实现资源的循环利用和社会的和谐发展。具有环保、节能、利废及改善和提高墙板性能的多重效益。1 技术思路1.1 水泥基轻质复合墙板所用芯体的新鲜容重为800950kg/m3，对所用材料品质及掺量均有所限制，否则容易引起墙板面密度超重、面板与芯体粘结不良等缺陷。在芯体材料中单方水泥用量较高，而实际墙板的强度等级要求仅为35Mpa，如此富余的水泥主要是用作富浆材料，（起到粘聚膨胀聚苯颗粒，不发生离淅、泌水等作用，即保证混合料的工作性要求。）可以通过掺入矿物掺和料和聚合物外加剂来保证混合料的工作性。作为强度组份的水泥，虽然掺量的提高可以增加墙板的强度，但芯体容重的限制和膨胀聚苯颗粒的特性决定了复合墙板的强度范围。可以在保证强度的前提下，通过掺加性能稳定的廉价填料来降低生产成本。1.2 资料和试验表明，同工作性的混合料，一定范围内随水泥用量的降低，墙板的干缩和强度也降低。磨细矿渣、粉煤灰等矿物掺和料等矿物掺和料具有不同程度的潜在的火山灰活性，尤其是磨细矿渣，本身也具有一定的胶凝性能，它们能够在水泥-水化系统中参与反应，改变混合料的结构，提高结构的综合性能。而未参与水化反应的部分则作为填料。2 试验及结果讨论2.1 原材料1、 面板：低收缩硅钙板，厚度为4mm，切割成600mm610mm尺寸备用，具体物理性能指标是，横向抗折强度20Mpa，纵向抗折强度15Mpa，湿胀率0.1%，其它性能指标满足JC/T5642000标准要求。2、 水泥：由于复合墙板对水泥特殊要求，我们经试验对比选择与矿物掺和料作用效果好， 需水量小，早期强度高的42.5级普通硅酸盐水泥，水泥主要性能见表一，其他相关性能满足GB1751999标准要求。细度（0.08mm方孔筛余,%）标准稠度%安定性凝结时间/min抗折强度（Mpa）抗压强度（Mpa）初凝终凝3天28天3天28天1.228.3合格561686.209.3531.4052.813、 矿渣：S95级磨细矿渣粉，质量满足GB/T180462000标准要求。4、 粉煤灰：妈弯电厂三级灰，主要矿物组成见表二。粉煤灰的化学组份分析表 表二SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3烧失量0.045mm筛余（%）48.5630.508.233.021.030.856.31205、 砂：中砂，细度模数为2.6，级配良好，质量满足GB/T146842001标准要求的天然砂。6、EPS泡沫：隔热用聚苯乙烯泡沫，主要用来降低芯体容重，增加复合墙板的保温性能。 颗粒直径3mm5mm，松散容重1214g/l。质量要求满足GB108011989。7、 外加剂：早强减水剂，增调剂，界面剂，主要作用是提高芯体早期强度，调节混合料的工作性，保证芯体混合料与面板形成一个整体，无面板脱落、空鼓等不正常现象。8、 水：自来水，水质满足JGJ631989混凝土拌和用水标准要求。2.2 试件制作 根据试验和生产经验，我们选择了矿渣与粉煤灰重量比按1：2替代25%的水泥和部分砂，按表三的配比，参照成组立模工艺进行成型，24小时后拆模，自然养护至7天龄期，进行抗压试件及收缩试件的切割，养护至28天龄期后进行抗压强度检测和收缩值测试。试验配比及结果 表三序号配比（kg）塌落度（cm）容重（kg/m3）28天强度（Mpa）收缩值（/m）水泥矿渣粉煤灰砂EPS早强剂增粘剂水1200003500.78676.59168854.50.62215035703000.78676.02168804.20.382.3试验方法1、 芯体混合料工作性评价，检测混合料的坍落度，测试方法参照普通混凝土拌和物试验方法标准要求，混合料保水性、粘聚性等性能通过目测方法检测。具体工作性要求混合料粘聚性、流动性良好，EPS泡珠与砂浆不分离，无泌水。2、 抗压试件参照JG30631999标准进行切割，试验中切割成10010090（板厚），并对上下受压面用砂浆（配比，水泥：砂=1：2）进行座浆处理，试件抗压强度按下式计算：P=N/S， 式中P为试件的抗压强度，单位：MPa；N为试件的极限承载力，单位：N；S为试件的受压面积，单位：。试验中不考虑试件尺寸对抗压强度的影响。3、 收缩试件及收缩值的测量方法参照JG3063-1999标准要求进行，试件沿长度方向切成600。2.4 试验结果与分析2.4.1 水泥是复合墙板芯体材料的主要胶凝材料，水泥的品种、品质及掺量直接影响墙板的性能。不同的水泥由于矿物组成、细度和水化程度不同，试件相同龄期的强度、收缩值不同，特别是对收缩值的影响较大，水泥掺量增加，强度提高，收缩值增大，这主要是水泥用量增加，芯体混合料中水化产物C-S-H等系列凝胶属玻璃态胶体，其弹性模量较砂等集料及未水化的水泥颗粒低，因此其体积稳定性也低，同时水化产物的增加，使得系统中水化产物的总吸附水、水化产物的层间水增加，干燥失水时，产生的收缩应力增加，因此收缩也增大。2.4.2 由表三的试验结果可知，掺入矿物掺料后，墙板试件的强度与未掺时基本一致，而干缩值明显降低，这主要是水泥用量减少，水泥水化产物总量减少，因而总吸附水减少，干燥失水时产生的干缩应力也小。同时矿物掺和料的微集料填充作用使得作为骨架的砂浆更趋密实，活性矿物掺和料微弱的胶凝性能和部分具有火山灰活性的组份与水泥水化产物Ca（OH）2发生二次水化反应，增加了系统中的胶凝组份，改变了系统中各组份的含量及分布，使得结构强度得到补充、提高，干缩值降低。2.4.3 经济和社会效益分析 矿物掺和料用于复合墙板的生产，具有较好的经济和社会效益，若以年产30万复合墙板计算，根据表四单位生产成本计算，每年可节约生产成本16.2万元，经济效益明显。同时，可消耗粉煤灰近2.6万吨，消耗矿渣近1.5万吨，节约砂1.5万吨，节约水泥近2万吨，既减少了工业污染，又节约了有限的砂资源，节约了堆放工业废渣所需土地，真正做到了变废为宝，实现资源的循环利用，具有较好的社会效益。墙板成本计算表（以100厚的墙板计算） 表四材料水泥矿渣粉煤灰砂EPS外加剂面板单位成本（元/）差价（元/）单价0.350.300.070.058.02.59.01#用量250043.811.5240.690.542#用量18.84.48.837.511.5240.153 矿物掺和料的作用机理分析3.1 磨细矿粉对墙板的作用机理3.1.1 矿渣对结构体系的物理作用复合墙板的芯体材料实际上是由砂浆-膨胀聚苯颗粒形成的蜂窝体系，进行物理力学分析时可不考虑膨胀聚苯颗粒的强度，系统中砂浆是骨架。在砂浆体系中，可视为由砂、水泥、掺和料形成的连续级配的颗粒堆积体系，粗颗粒的间隙填充细颗粒。在系统中水泥颗粒填充砂的间隙，而水泥颗粒间的间隙则由比水泥更小的磨细矿渣等掺和料来填充。这样系统形成了层层填实的紧密体系，从而改善了系统的孔结构，使得大孔变小孔，小孔被堵塞或隔断，总孔隙率降低。从而有效地改善了砂浆骨架的物理力学性能和体积稳定性，结构的干缩值降低。矿渣微粉分散并包裹在水泥颗粒表面，具有分散和均化作用，能够隔离并阻止水泥初期水化产物的相互搭接，减少混合料坍落度损失，细小的微粉对水有较强的吸附作用，混合料表现出良好的保水性和粘聚性，从而改善了混合料的工作性。3.1.2 矿渣对结构体系的化学作用磨细矿渣具有一定的胶凝性能，均匀分布于水泥颗粒中的矿渣在水泥水化系统中具有微晶核作用，能加速水泥的水化进程，有利于结构强度的发展，具有一定的早强和增强作用。随着水泥水化反应的进展，系统中Ca(OH)2浓度增加，矿渣的火山灰活性得以激发，消耗吸收部分Ca(OH)2进行二次水化反应，这个过程中，一方面集料界面区Ca(OH)2取向度得到改善，Ca(OH)2浓度降低，已形成Ca(OH)2晶体尺寸变小，界面区得到强化；另一方面二次水化反应使得作为强度组分的水化产物更加丰富、密实，系统孔隙率降低，从而改善和提高了结构的物理力学性能，体积稳定性增加，干缩降低。3.2 粉煤灰及其与矿渣复合对墙板性能的影响粉煤灰是煤粉燃烧后的产物，是一种具有一定潜在活性的玻璃态物质和非活性的固体粉末组成的混合物，具有体积稳定、质量轻，加入到混合料中能改善混合料的级配，改善和易性，增加保水性，但单独掺入时，试件的强度下降，特别是早期强度下降明显。当粉煤灰和矿渣复合掺入能发挥两者的优势，能改善混合料的工作性，同时提高芯体的体积稳定性，减少收缩。其作用机理主要表现为：1）改善力学性能：不同种类、特性的掺合料进入到水泥-水系统中，水化过程相互诱导，水泥水化产生的Ca(OH)2 及 CaSO4 等激发掺和料中活性组份参与水化，使得系统中的Ca(OH)2浓度降低，从而加速了水化速度，新增的水化物使得系统中的C-S-H、C-A-H、Al(OH)3胶体等组份更加丰富、密实，同时未参与反应的部分细集料可起到填充水泥颗粒之间空隙和部分毛细孔，降低孔隙率，减小孔径，使得芯体更密实，强度提高而收缩性降低。2）改善工作性：粉煤灰具有球形或光滑的表面，掺入混合料中具有一定的塑化、润滑作用，部分细集料与水泥颗粒相互包裹，使得混合料稠度经时损失小，水泥浆屈服应力降低，粘度增大，表现出具有保水性好、粘聚性好等良好的工作性。4 结论4.1 一定掺量