自燃煤矸石泡沫混凝土的性能研究_图文

1、第25卷第3期徐州工程学院学报(自然科学版2010年9月V o l.25N o.3J o u r n a lo fX u z h o uI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y(N a t u r a lS c i e n c e sE d i t i o nS E P.2010自燃煤矸石泡沫混凝土的性能研究曹露春,张志军(徐州工程学院,江苏徐州221008摘要:针对掺加煤矸石的泡沫混凝土,测定其抗压强度和抗折强度,并确定了自然煤矸石活性激发的最佳温度条件;研究了煤矸石、石灰、水胶比和发泡剂对自然煤矸石泡沫混凝土综合性能的影响规律,得出泡沫混凝土各组分的最

2、佳掺量.关键词:煤矸石;泡沫混凝土;温度;掺量中图分类号:T U528文献标志码:A文章编号:1674-358X(201003-0029-06泡沫混凝土是在加气混凝土的基础上发展起来的,实际上是一种物理发气的加气混凝土.由于加气混凝土需要蒸压,无法进行现场施工,所以虽性能优异,但应用受到一定的限制.而泡沫混凝土的性能和气孔结构均接近于加气混凝土,却不需蒸压,十分便于浇筑;因此,泡沫混凝土广泛应用于屋面保温、建筑物基础或空洞填充、挡土墙和屋面边坡等领域.泡沫混凝土的基本原料为水泥、石灰、水、泡沫等,此外还掺加一些填料、骨料及外加剂.常用的填料及骨料为砂、粉煤灰、陶粒、膨胀聚苯乙烯、膨胀珍珠岩等细

3、骨料.我国是煤炭生产大国,每年都要产生大量煤矸石,而它们既污染环境,又占用大量耕地堆放;因此,用煤矸石制备泡沫混凝土,对保护环境、治理污染以及有效利用自然资源有着重要意义.本文对掺加煤矸石的泡沫混凝土进行了较为系统的研究.1材料和试验方法1.1材料水泥:采用中联巨龙淮海水泥有限公司42.5R硅酸盐水泥;煤矸石:取自徐州矿务局大黄山煤矸石堆积场,主要成分见表1;石膏:采用邳州市历源石膏有限公司生产的一级石膏,主要成分见表2;石灰:选自市场销售的生石灰,产自睢宁县岚山镇,有效C a O含量80%以上;发泡剂是东营广贸化工科技有限公司生产的G C F-1发泡剂.表1煤矸石的成分组成组分S i O2A

4、 l2O3C a OM g OK2ON a2OF e2O3烧失量含量/%55.0714.544.851.040.681.085.7814.23表2石膏的成分组成组分S i O2A l2O3F e2O3C a OM g OK2OS O3烧失量含量/%7.502.710.7529.31.900.5137.622.41.2试验方法自燃煤矸石经鄂式破碎机破碎,粒径35m m,在不同温度下燃烧2h,自然冷却后,用球磨机粉磨,再用0.08m m方孔筛筛余6%以下.收稿日期:2010-01-07基金项目:江苏省建筑业科研项目(J G2007-Z D-08作者简介:曹露春(1967-,女,江苏宜兴人,副教授,

5、主要从事建筑材料和工程管理研究.水泥胶砂强度按G B I T 17671-1999进行测定;泡沫混凝土性能按J G J 51-2002轻骨料混凝土技术规程和G B /T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准进行测定.干燥收缩试验参照G B J 82-85普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法进行测试.成型后标养1d 拆模,水养护2d ,取出测零点,然后置于R H为60%70%的空气中,在第28d 进行测试.试件尺寸为100m m×100m m×515m m 1.2自燃煤矸石活性的激发煤矸石的颗粒大小决定着水化反应的快慢、水化完全的程度和凝结时间.煤矸石越细,比表

6、面积越大,吸湿性也越大,与C a (O H 2和石膏的反应也越快.随着钙矾石和C -S -H 生成速度加快,水泥3d 和28d 强度也就越高.而煤矸石颗粒度的增加也会影响水泥标准稠度用水量,所以早期强度的发展,并非颗粒越细越有利.当颗粒减小到一定程度,可能会带来一些副作用,如流动性、均匀性等变差,从而使强度降低;因此,煤矸石应该保持一个合理的颗粒直径范围.这不仅有利于发挥其活性效应,同时也有利于发挥其物理填充作用2.表3试件抗折强度和抗压强度试验结果原料试样抗折强度/M P a3d 7d 28d 抗压强度/M P a3d 7d 28d 基准水泥4.55.37.223.032.851.47003

7、0%掺量4.35.06.820.228.348.770040%掺量4.24.86.618.826.946.570050%掺量4.14.76.518.026.245.375030%掺量4.45.27.022.331.450.475040%掺量4.35.16.721.130.148.875050%掺量4.25.16.620.430.047.980030%掺量4.14.86.519.726.547.180040%掺量4.04.66.318.325.145.680050%掺量4.04.56.217.624.744.885030%掺量3.84.56.317.825.044.285040%掺量3.74.4

8、6.016.523.242.585050%掺量3.64.45.815.823.041. 7徐州工程学院学报(自然科学版2010年第3期曹露春,等:自燃煤矸石泡沫混凝土的性能研究 由上面的实验结果来看,无论是抗压强度还是抗折强度,在煤矸石同等掺量的情况下,750的煅烧温度下都是最高的;因此,可以认为泡沫混凝土中煤矸石热激活的最佳温度为750.这是因为温度过低,煤矸石中的碳燃烧不完,使水泥标准稠度用水量增大,同时,高岭土组分分解不彻底,活性组分比重相对减少,从而使活性下降;当温度过高时,燃烧过程中产生的无定形的S i O2及A l2O3重新结合成莫来石晶体,使活性降低3.3泡沫混凝土的配制和实验泡

9、沫混凝土的基本配合比(各组分占总量的百分比:水泥30%,煤矸石45%,石膏4%,石灰11%,发泡剂2%,填料8%.影响煤矸石泡沫混凝土性能的因素很多,在对上述基础配方进行初步优化试验的基础上,选择了煤矸石、石灰、水胶比(水和水泥、煤矸石、石膏、石灰质量之和的比、泡沫剂等对性能影响较大的因素,分别进行了不同配比煤矸石泡沫混凝土试验研究.石膏用量为总质量的4%.采用四因素三水平的正交表L9(34,设计分析了最佳的泡沫混凝土配比.其因素水平见表4.A:煤矸石取代水泥量:30%,40%,50%.B:石灰占水泥+煤矸石质量的百分数:5%,10%,15%.C:水胶比:0.4,0.6,0.8.D:发泡剂占水

10、泥+煤矸石质量的百分数:1%,1.5%,2%.表4正交试验位级表位级煤矸石(A/%石灰(B/%水胶比(C发泡剂(D/%13050.41.0240100.61.5350150.82.0抗压强度和抗折强度最大者为100分,其余下试验值除以最大值为其得分.导热系数和线性收缩率按大小值求补法进行处理,即把数列中最大数与最小数相加之和,减去所求数,得到转置后的新数据,然后再按强度计算方法计算其得分.目前泡沫混凝土在保温方面的应用越来越广泛,其综合性能评价按抗折强度20%、抗压强度20%、导热系数40%、线性收缩率20%计算.表5正交试验配比及实验结果试验号A B C D 28d 抗折强度/M P a 2

11、8d 抗压强度/M P a 导热系数/W /(K ·m 28d 线性收缩率/10-6综合性能得分1A 1B 1C 3D 26.2(9840.1(950.128(511345(6672.22A 2B 1C 1D 16.1(9738.7(910.082(86842(10092.03A 3B 1C 2D 35.3(8434.5(820.063(100907(9692.44A 1B 2C 2D 16.3(10042.3(1000.134(471263(7273.25A 2B 2C 3D 35.8(9233.6(790.081(871477(5780.46A 3B 2C 1D 25.5(873

12、5.1(830.076(90904(9689.27A 1B 3C 1D 36.0(9539.4(930.095(761216(7583.08A 2B 3C 2D 25.7(9036.8(870.089(811081(8484.69A 3B 3C 3D 15.3(8434.0(800.072(93986(9088.0K 76.185.588.184.4K 85.780.983.482.0K 89.985.380.285.3极差R 13.84.67.93.34试验结果分析4.1各组分对单项性能的影响规律对于抗折强度来讲,煤矸石掺量的K =18.5,K =17.6,K =16.1,其极差为2.4;石

13、灰量的K =17.6,K =17.6,K =17.0,其极差为0.6;水胶比的K =17.6,K =17.3,K =17.3,其极差为0.3;发泡剂量K =17.7,K =17.4,K =17.1,其极差为0.6.对于抗压强度来讲,煤矸石掺量的K =121.8,K =109.1,K =103.6,其极差为18.2;石灰量的K =113.3,K =111.0,K =110.2,其极差为2.3;水胶比的K =113.2,K =113.6,K =107.7,其极差为5.9;发泡剂量K =115.0,K =112.0,K =107.5,其极差为7.5.各因素对28d 抗折强度、抗压强度的影响如图710

14、所示 .徐州工程学院学报(自然科学版2010年第3期 对于导热系数来讲, .对于28d 线性收缩率来讲,煤矸石掺量的K =3824,K =3400,K =2797,其极差为1027;石灰量的K =3094,K =3644,K =3283,其极差为550;水胶比的K =2962,K =3251,K =3808,其极差为846;发泡剂量K =3091,K =3330,K =3600,其极差为509.各因素对28d 线性收缩率的影响强弱顺序是煤矸石掺量、水胶比、石灰量和发泡剂量.如图1314所示 .4.2各组分对泡沫混凝土综合性能的影响由表5可见,煤矸石掺量K =76.1,K =85.7,K =89.9,其极差为13.8,对综合性能影响最大;水胶比K =88.1,K =83.4,K =80.2,其极差为7.9,对综合性能的影响其次;石灰量K =85.5,K =80.9,K =85.3,其极差为4.6;发泡剂量K =84.4,K =82,K =85.3,其极差为3.3,对综合性能的影响最小.曹露春,等:自燃煤矸石泡沫混凝土的性能研究徐州工程学院学报（ 自然科学版） 年第 期 结论 煤矸石热激活的最佳温度为 在该煅烧温度下， 无论是抗压强度还是抗折强度都是 最 好 的 该 当 温 度下煅烧后的煤