常温养护膨胀珍珠岩玻璃纤维加气混凝土性能研究*

刘开平，和立新，曹丽红，钟佳墙

（1.长安大学材料科学与工程学院，陕西 西安 710064；2.陕西秦岭水泥（集团）有限公司，陕西 铜川727100； 3.陕西省第三建筑工程公司中心实验室，陕西 西安 710043;4.陕西盛泰混凝土工程有限责任公司，陕西 西安710100）

0 前言

加气混凝土是迄今为止能够同时满足墙材革新和节能50%要求的唯一单材料墙体[1-3]。但是，目前生产的粉煤灰加气混凝土制品抗压、抗折强度低，吸水率较大，产品干燥收缩率较大，制品易开裂，在生产中都要经过蒸压养护，设备投资大，能耗高，极大地限制了它的应用。另外，随着我国墙材革新与建筑节能的深入发展，以及人们对居住环境舒适性要求的提高，对建筑物维护结构的保温隔热和节能要求也日益提高。建筑节能65%的标准，已经在很多城市实行[4-6]。能够满足节能50%要求的250mm厚加气混凝土外墙厚度，在北方应增至350～400mm厚才能满足节能65%的标准要求。在严寒地区，如果要求满足节能65%的标准要求，则加气混凝土外墙的厚度将有可能达到700～800mm，这样的厚度显然是不可行的。

本文针对上述问题，在原工艺配方基础上，通过掺加碱激发剂以实现常温养护条件下制备加气混凝土。通过加入玻璃纤维、膨胀珍珠岩和高效减水剂，利用纤维的增强和止裂作用，膨胀珍珠岩的良好隔热作用，以及高效减水剂的减水作用，提高产品的性能。通过掺入工业废渣煤矸石降低生产成本。

1 实验原料

水泥：耀县水泥厂，强度等级为P.O32.5。

煤矸石：陕西铜川煤矿产工业废渣，已磨至200目。

粉煤灰：西安灞桥电厂产湿排灰。

铝粉：市售工业品。

石灰：当地普通石灰窑产的块灰，经人工破碎后的呈粉状，细度在80目以下，有效氧化钙在65%以上。

高效减水剂：TC-AN高效减水剂，减水率在15%以上。

石膏粉：市售工业品，二水硫酸钙含量大于80.0%，含水率小于1.5%。

氢氧化钠：碱激发剂，化学试剂，NaOH≥98.0%，碳酸盐≤1.5%，白色片状。

水：自来水。

玻璃纤维：陕西兴平玻璃纤维总厂产，纤维长度30～40cm，纤维直径9～20μm，金属氧化物含量11%～25%，呈白色玻璃纤维短切状，已作表面有机涂层处理。

膨胀珍珠岩：市售工业品，松散密度80kg/m3。

2 实验设备

原料磨：ND2-16L行星式球磨机。

粉煤灰筛分：0.15毫米方孔筛。

各组分的称量：托盘天平。

成型模具：40mm×40mm×160mm三联模，用于加气混凝土的浇注成型。

试件强度测试设备：抗折强度测试仪 KZJ500-1型电动抗折机（最大负荷5kN，相对误差≤1%。

质量检测设备：天平。

3 制备及测试工艺

本试验以水泥、煤矸石、粉煤灰、石膏、玻璃纤维等为主要原料，再加入一定比例的珍珠岩。主要研究玻璃纤维及珍珠岩对加气混凝土抗折强度及密度的影响。

3.1 粉磨

将粉煤灰、水泥、煤矸石、石膏、石灰、氢氧化钠等原料首先在球磨机内进行干磨，粉磨时间大约为10分钟。

3.2 制浆

在干磨原料中加入减水剂和水湿磨10分钟，制成浆料。

3.3 拌和

在制好的浆料中加入玻璃纤维、铝粉和膨胀珍珠岩粉充分搅拌，制得注模浆料。

3.4 成型

将三联模涂上脱模剂，把制好的浆料倒入三联模，只浇入模具2/3体积，等1～2小时后浆料体积膨胀，用铲子将其铲平，

表1 原料配比表 kg/m3

待24小时后脱模，在空气中进行常温养护，然后再分别进行3d、7d、28d抗折强度及密度测试。

3.5 测试

密度检测：将各样的3d、7d、28d的质量分别称量并记录下来，根据试块体积40mm×40mm×160mm，计算各组试块在不同龄期时的密度。

强度测试：调好电动抗折机，将试块放入电动抗折机中进行测试。

实验工艺流程如下：

4 试验配比

4.1 珍珠岩用量试验

基础原料配比见表1。

粉煤灰与珍珠岩配比，见表2。

表2 粉煤灰与珍珠岩配比 kg/m3

4.2 玻璃纤维用量试验

基础原料配比见表3。

玻璃纤维用量，见表4。

5 结果分析与讨论

5.1 珍珠岩用量对抗折强度的影响

珍珠岩用量对混凝土抗折强度的影响见图2。

从图2可知，随着珍珠岩用量的增加，加气混凝土的抗折强度降低。从曲线变化的情况看，呈现出二个快速下降段和一个稳定段，即在珍珠岩用量为水泥量的0～0.4倍时及0.6～1倍的二个快速下降段，用量为水泥量的0.4～0.6倍时的稳定段。

5.2 珍珠岩用量对表观密度的影响

珍珠岩用量对表观密度的影响，见图3。

从图3可以看出，随珍珠岩用量的增加，加气混凝土的密度总体上呈现下降趋势。这与珍珠岩的密度较轻有关。密度曲线大体上也呈现三个变化阶段，即珍珠岩用量为0～0.2倍及0.6～1.0倍的快速下降阶段以及珍珠岩用量为0.2～0.6倍时的稳定阶段。

另外，随加气混凝土龄期的增加，混凝土的密度也下降，这与水份的蒸发有关。

5.3 珍珠岩用量与比强度的关系

比强度是材料单位密度下的强度，比强度数值高说明材料既轻又强。为此，将上述试验数据进行处理，得到珍珠岩用量与加气混凝土比抗折强度的关系，见图4。

从图4可知，珍珠岩加气混凝土的比强度在珍珠岩用量较少时较高，用量较多时较低。当珍珠岩用量为0.2时最高，此时应为珍珠岩的最佳用量。

表3 基础原料配比表 kg/m3

表4 玻璃纤维用量 %

5.4 玻璃纤维用量与抗折强度的关系

玻璃纤维用量对混凝土抗折强度的影响，见图5。

从图5可知，与无玻璃纤维的样相比，加入玻璃纤维后比抗折强度有一定的提高。对于早期强度(3d和7d)来说，玻璃纤维加入量大于1.25%以后，比强度变化已不明显。对于28d强度来说，玻璃纤维用量在1.25%时达到最大值，随后不同程度地有所降低。因此，玻璃纤维的最佳用量为1.25%。

5.5 实验现象简述

珍珠岩玻璃纤维加气混凝土混合物发气速度和稠化凝结速度比较协调一致，其浇注工艺稳定性良好，静放中无塌模现象，拆模有个别的开裂现象。

6 结论

本论文研究了常温养护情况下，珍珠岩玻璃纤维加气混凝土制备工艺和力学性能，得出以下结论：

（1）通过掺入碱激发剂、工业废渣煤矸石、膨胀珍珠岩和玻璃纤维等原料，在常温养护条件下制备出了加气混凝土制品。

（2）随膨胀珍珠岩用量的增加，加气混凝土的抗折强度及密度降低。膨胀珍珠岩用量为水泥量的0.2倍时加气混凝土的比抗折强度达到最大值。

（3）加入玻璃纤维后加气混凝土的比抗折强度有一定的提高。玻璃纤维的最佳用量为水泥用量的1.25%。

[1]韩启诚，郑世扬，于莎莎,水泥石加硅砂加气混凝土的研制[J]，新型建筑材料，1 995 , (12): 17 -19

[2]黄山，丁上恒,利用银山矿尾砂生产加气混凝土制品的探讨[J]，矿业工程，2000 , ( 3 ) : 72 -75

[3]吴笑梅，樊粤明，粉煤灰加气混凝土水化产物的种类和微观结构[J]，华南理工大学学报，2003 , 31 ( 8 ) : 57 -61

[4]陈友治，甘建春，张信．调凝型外加剂对水泥浆体流变性能影响[J]，武汉理工大学学报，2003 , 25 ( 4 ) : 24 -26

[5]张继能，顾同曾，加气混凝土生产工艺［M］，武汉工业大学出版社，2003

[6]陈友治,丁庆军,万朝军等.粉煤灰与化学外加剂对商品混凝土性能的影响［J］武汉理工大学学报，2003,25(2):1～3