加气混凝土砌块的研制

加气混凝土砌块的研制

石英渣是玻璃厂生产玻璃的原料。经过过滤和测试，砂岩的薄砂副产品，主要化学成分为sio2。石英细砂在浮法玻璃生产中的危害在于,它入炉后会侵蚀耐火材料,降低熔窑寿命,影响配合料的均匀度,同时还会堵塞格子砖通道等等不利于生产的因素。因此,玻璃工业对石英砂的粒度要求为:介于0.125~0.71mm的颗粒含量要大于95%,小于0.125mm的石英粉含量要小于5%。按照这个比例,石英岩在加工玻璃用石英砂过程中会产生30%的石英尾砂,这其中部分可作为水泥厂干法生产水泥的硅质校正原料,但实际应用很不充分。石英尾砂如果处理不当,干燥季节随风飞扬,造成周围的土地沙化,雨水季节随雨水流入江河,对环境造成严重污染,同时也会加大生产企业的环保负担。以安徽省凤阳县为例,全县两百多家石英砂生产企业,年生产玻璃用石英砂400万t以上,年排放尾砂近百万吨,露天堆放占用大量农用耕地,填平河沟和山谷,造成严重的环境污染。下雨时会随雨水流入江河造成水体污染、河流堵塞、河床上升或周围的土地沙化。其造成的严重后果在安徽电视台“第一时间”等媒体上屡有报道,如2003年一场大水曾造成凤阳潘家湾村36户约40亩土地沙化,无法种植农作物。另一方面,专家认为,从综合指标看,至今没有哪种建筑材料可以和加气混凝土相媲美,加气混凝土是唯一可实现墙材革新和节能50%目标的单一节能墙体材料。加气混凝土的特点在于节土、利废、节约生产能耗、使用能耗,质轻、易加工、施工方便、使用性能好(保温、隔热、隔声、耐火性),等等,是现代建筑结构体系——框架结构和钢结构的理想配套墙体材料。经过多年的实践,已经解决了原来制约其发展的施工问题如墙体开裂、抹灰技术等问题,在国家对建筑节能、墙体材料改革加大实施力度的新形势下,对新型墙体材料的需求也越来越突出,加气混凝土迎来了发展的新机遇,必将有很大的发展空间。然而,从原料供应的角度看,传统的加气混凝土生产工艺中所用的粉煤灰和河砂资源越来越少,需要寻求其它廉价的硅质原材料。本研究课题尝试利用石英尾砂生产加气混凝土这样的水热合成硅酸钙绿色建材产品,不仅为加气混凝土的生产提供了新的原材料,而且有效解决了选矿厂石英尾砂对环境造成的污染问题,节省了为解决污染和堆放而需要的大量投入,最大限度地利用石英选矿厂的石英尾砂,增加企业的产品品种和经济增长点。1原材料和测试设备1.1石英状态对反应的影响水泥-石灰-砂体系的加气混凝土中,砂所起的作用主要是提供氧化硅,在蒸压条件下与氧化钙反应,生成水化硅酸钙。此外,尚未反应的砂子颗粒残骸在加气混凝土气泡壁内起到骨架和集料的作用。砂中的SiO2一部分以石英状态存在,一部分以长石和其它矿物成分存在,研究表明石英状态的SiO2参与反应的水化产物其抗压强度较高,因此可以认为砂中含石英越多越好。而石英尾砂完全符合以上质量要求,其SiO2的含量远远大于80%,其中几乎不含云母和有机物,是优质的水合硅钙制品硅质原料。利用安徽凤阳某砂矿厂提供的石英尾砂,经烘干,筛析取样,要求不含有草根树皮石子等杂物,细度适中,控制在0.08mm筛筛余12%左右。尾砂颗粒若太粗,不利于发气;若太细,既提高研磨能耗,又容易塌模、影响强度,且加大了干燥收缩。因为适当的含泥量对制品的强度没有明显的不良影响,考虑到尾砂原料的实际来源,实验中允许有一定的含泥量。其化学成分分析结果见表1。1.2其他原料1提高了产品的质量其主要作用是向加气混凝土提供有效氧化钙,使之在水热条件下与硅质材料中的SiO2、Al2O3作用,生成水化硅酸钙和水化铝酸钙,从而使制品获得强度。同时石灰也提高了加气混凝土的碱度,提供了铝粉发气条件,促使铝粉进行发气反应,生成多孔结构。实验体系要求有效氧化钙ACaO>60%,MgO<7%,这里采用安徽铜陵县董冲矿业有限公司生产的磨细生石灰,其有效氧化钙含量80%、氧化镁含量不高于3%,细度0.08mm筛筛余控制10%左右,中速消化石灰,消化速度约10min。2证料浆的制备所起作用主要是在浇注过程中调节稠度、保证料浆适当的粘度和可塑性、加速坯体硬化和促进蒸压过程中的水热合成反应等作用。使用巢东集团东关42.5普通硅酸盐水泥。3石膏使石灰的消化和水泥的凝结速度减慢,并可提高坯体和制品强度,减少收缩值。这里利用粉刷石膏,0.2mm筛筛余不大于20%。41铝粉末湖南金天铝业高科技有限公司生产的水剂型铝粉,含活性铝90%以上。52减水剂表面活性剂作为稳泡剂,降低溶液表面张力,稳定气泡。采用安徽巢湖万金山建材有限公司生产的FDN高效减水剂。1.3混凝土蒸压釜微机液压万能试验机(WEW-1000B型,上海华龙测试仪器公司生产)、球磨机、水泥砂浆搅拌机(JJ-5型,宁波泰富公司生产)、ISO水泥胶砂振实台、水泥混凝土标准养护室等。以上由合肥学院建筑工程系实验室提供。蒸压釜由合肥市建筑材料一厂(华天加气混凝土制品有限公司)提供,该企业生产水泥-石灰-粉煤灰加气混凝土,蒸压釜蒸压制度为抽真空0.5h,升温4.0h,恒温8.0h,降温3.5h,蒸养压力为1.2MPa。模具利用边长为100mm的立方体木制模,在前期实验浇注工艺研究中,部分利用合肥学院建筑工程系实验室里边长为150mm的立方体混凝土标准试模。2原料配比的确定初步确定设计容重为B05、B06级,强度以B06级达到3.5MPa为基本要求。原料用量和浇注工艺的确定:通过观察浇注过程中的稳定性,使料浆稠化与铝粉发气相适应,发气时,料浆膨胀平稳,不出现发气过快、发气过慢、发气不均、冒泡、沸腾等现象;待静停预养后,利用放大镜观察坯体断面的孔隙结构,要求气泡大小均匀、形状良好。以此作为判断原料用量和浇注工艺是否合理的初步依据。水料比:适当的水料比可以使料浆具备一定的流动性,保持适宜的极限剪切应力,为发气膨胀提供必要条件,形成良好的气孔结构,从而使成品获得较高强度和较小的收缩值。水料比过大,导致气孔变形、容易塌模;水料比过小,导致发气不畅、气泡不匀。石膏:可延长料浆稠化时间,使升温平缓,反应生成的针状晶体钙矾石能够增加制品强度、减小收缩。但石膏用量过多,易造成稠化过慢而引起冒泡下沉甚至塌模。铝粉:根据制品的设计容重可计算铝粉用量。由铝粉的发气反应可知2mol纯金属铝产生3mol氢气,每克纯金属铝在标准状态下的产气量为Vt0=(22.4×3)/(2×27)=1.24L/g。每克纯金属铝的理论产气量为:Vt=1.24×(273+t)/273(t为料浆温度)。以活性铝含量90%、料浆温度50℃计,铝粉单位发气量为1.24×(273+50)/273×0.9=1.32L/g1.24×(273+50)/273×0.9=1.32L/g再由配合比中基本组成材料的用量和水料比确定1m3加气混凝土铝粉用量。水:考虑到实验室小模浇注与实际生产中热量散失情况存在差异,可考虑用提高拌合水温来加以调整,如水温升至40~50℃。通过参考相关资料和大量前期试验调节,确定部分原料配方如下。B05级:水料比0.65~0.70,铝粉掺量(占胶凝材料量)0.20%,减水剂用量(占胶凝材料量)0.10%,石膏用量(占钙硅质材料总量)2%。B06级:水料比0.60~0.65,铝粉掺量(占胶凝材料量)0.15%,减水剂用量(占胶凝材料量)0.09%,石膏用量(占钙硅质材料总量)2%。浇注工艺:尾砂加水加减水剂搅拌3~5min,制成砂浆,再加石灰、水泥,搅拌2~4min,加石膏、减水剂,搅拌0.5~1min,加铝粉,搅拌0.5~1min,停止搅拌,浇注,静停,放入混凝土标准养护室预养24h左右,以待集中送至蒸压釜进行蒸压养护。3产品性能检测实验重点考虑钙质材料的总量以及钙质材料中水泥和石灰的相对含量对产品性能的影响。因为钙质材料中水泥和石灰的相对含量对产品性能的影响比较显著,故试验设计中优先予以考虑确定,在此基础上确定钙硅比。性能检测按标准GT3/T11969~11974—1997蒸压加气混凝砌块各项性能检测实验方法进行。其中试块干体积密度按GB/T11970—1997进行检测,抗压强度按GB/T11971—1997检测,干燥收缩值按GB/T11972—1997(快速法)检测。3.1实验样品以研制B05级产品为例,选取8种配比,钙硅质材料质量比4∶6,依次增加水泥用量,减少石灰用量,水料比取0.65,对实验样品检测结果列表如表2所示。表中1号配方强度偏低,估计是由于裂纹出现较多的原因,8号配方干体积密度值偏高。3、4号强度最大,干燥收缩符合要求,干体积密度也比较理想,水泥石灰之比分别为0.177和0.206,据此认为取0.2为最佳值。3.2硅质材料用量的影响以水泥石灰质量比0.2为基准,依次减少钙质材料用量,增加硅质材料用量,其它用量不变,所得结果列表如表3所示。由表3可知序号D、E组为合理配比。3.3材料的组成及其影响钙质材料的组成(水泥和石灰的相对含量)对制品性能的影响主要体现在浇注稳定性上。当采用水泥较多时,坯体硬化速度慢,容易发生收缩下沉;当采用石灰较多时,料浆稠化速度快,坯体容易产生裂缝,后期强度不足。该实验加气混凝土属于混合钙质材料类,其理想结构的形成即对较高强度和较低容重的贡献体现在2个方面,一是在浇注过程中形成良好的气孔结构,这需要铝粉发气速度和料浆稠化速度相一致;二是在蒸压过程中形成良好的晶体结构。由于低碱水化硅酸钙的共价键多,离子键少,其晶体尺寸小,比表面积大,由这样的晶体所生成的结晶连生体具有很多接触点,质点间连接牢靠,结合力强,因而强度高;相反,高碱水化硅酸钙的强度低。由此期望在制品的矿物组成中,多一些低碱水化矿物,并能够形成由2种或几种水化硅酸钙和其它水化矿物共同组成的多矿物胶凝物质,从而获得更加致密的微晶结构。料浆中的石灰与砂、水泥在高温蒸气和高压下发生反应,生成各种水化硅酸钙。因为硅质材料比钙质材料用量多,如果钙质材料分散度大,料浆中的石灰先被完全结合成C2SH(A)(C2SH2),蒸压过程继续进行,随着液相中SiO2浓度增高,已生成的C2SH(A)不能稳定存在,已有的结晶物和其连生体开始分解和破坏,在新的条件下形成低碱水化硅酸钙,如CSH(B)和托贝莫来石。通过以上分析,钙质材料的总量对制品性能的影响表现在:钙质材料的总量过少,不能够生成足够的水化物,水化层深度不够;钙质材料的总量过多,便不能够顺利生成低碱水化硅酸钙,水化物结晶度不够。比较理想的情况是在大量细小的结晶水化物中穿插适当数量的粗大晶体连生体,如在结晶程度较弱的CSH(B)中伸入结晶良好的托贝莫来石,能够显著提高制品强度。由下面的水合反应产物鉴定可以看出,实验产品比较符合上述理想结构,因而强度较高。由于条件限制,实验没有研究不同蒸压制度对产品性能的影响。可以想象实际生产中由于坯体的总体积较大,考虑到坯体内外升温的时间差,恒温时间需要7h以上,而试验用试模体积小,一般恒温5h即可满足要求。恒温时间过长,可能会使CSH(B)过多地转变成结晶粗大的托贝莫来石,破坏了结晶穿插交叉连生的理想结构,强度反而会有所下降。具体情况需要通过实验验证。4x射线衍射试验用X射线衍射仪对上述强度较高试样中的水合反应物进行了矿物鉴定,用扫描隧道电子显微镜对反应产物的形貌进行了测试。X射线衍射结果查明,制品中含有大量结晶良好的托贝莫来石、部分凝胶状、纤维状和结晶程度较弱的CSH(B)及少量水化石榴子石。扫描电镜显示托贝莫来石呈柳叶状(针状)或叶片状(板状),结晶程度高,数量多,此外还含有一定数量未完全反应的石英(SiO2)残留。5尾砂、水泥等3种常见