利用钴湿法浸出渣制作蒸压加气混凝土的试验研究

白 魁，吴炎平

(1.沪昆客专江西分公司，江西 南昌 330001;2.江西省建筑材料工业科学研究设计院，江西 南昌 330001)

1 试验材料与方法

1.1 硅质材料

1.1.1 钴渣

(1)钴渣的放射性核素照射指数见表1:

表1 放射性核素照射指数

根据《建筑材料放射性核素限量》(GB6566－2010)规定，建筑材料中天然放射性核素比活度应同时满足下列要求:

检测结果:钴渣中放射性核素的内照射指数(IRa)=0.43;外照射指数(Ir)=0.49，均符合标准要求。

(2)钴渣的细度经0.08mm筛筛余量为9.45%，0.045mm筛筛余量为19.85%，化学成分和矿物组成测试结果见表2和表3。

表2 钴渣主要化学成分

表3 钴渣(2)主要矿物组成(%)半定量分析结果

1.1.2 河砂

由于钴渣中SiO2含量为57.41%，低于加气混凝土标准对硅质原料的一般要求(SiO2含量大于65%)，且石英态的SiO2仅为26.4%，因此，必须加入一定量的高硅质材料来补充原料中的硅含量。试验选用天然河砂为补充硅质原料，河砂经过球磨机粉磨30min，细度为0.08mm筛筛余量为6.2%，其主要化学成分见表4。

表4 河砂主要化学成分

2 钙质材料

2.1 生石灰

采用块状生石灰，经球磨机粉磨20min，细度为0.08mm筛筛余19.7%，消化速度为7min，消化温度为72℃，主要化学成分见表5。

表5 生石灰主要化学成分

2.2 水泥

采用P.O.42.5级水泥，其物理性质见表6。

表6 基准水泥的物理性能

3 其他材料

3.1 发气剂

采用江西恒力建材有限公司提供的加气混凝土生产专用铝粉膏。

3.2 调节剂

采用烧碱，为分析纯。

3.3 试验配比(见表7)

表7 加气混凝土试验配比(%)

3.4 工艺流程(见图1)

图1 钴湿法浸出渣制作加气混凝土工艺流程

3.5 蒸压制度

试件蒸压养护在江西恒力新型建材有限公司蒸压砂加气混凝土砌块生产线的蒸压釜内进行，蒸压制度为:抽真空0.5h，升温升压 2.5h，恒温恒压7h，降温 2.5h，蒸汽压力为1.2MPa。

4 试验结果与分析

4.1 蒸压加气混凝土试验结果

按表7试验配比成型加气混凝土试件(10cm×10cm×10cm)，每组成型3个试件，试验结果取3个试件的算术平均值，见表8。

表8 不同配合比试验结果

4.2 钴渣掺量对于加气混凝土物理力学性能的影响

从表8可见，相同水料比下，当钴渣掺量从30%上升到40%时，加气混凝土制品的强度逐渐降低(见图2)。这是因为:

图2 钴渣掺量对于加气混凝土抗压强度的影响

一方面，在钴渣中，石英的含量仅为26%左右，随着钴渣掺量的增加，在加气混凝土中，硅质材料总含硅量下降，也就是说，在后期蒸压过程中，与Ca(OH)2发生水热反应的SiO2总量减少，导致胶凝产物不足，进而影响到制品强度的提高。

另一方面，在钴渣中，云母、绿泥石含量偏高，由于其特殊的层状、鳞片状结构，导致在相同稠度下，需水量增加，所以，在相同的水料比下，钴渣掺量越高，浇注料浆越稠，不利于铝粉发气和形成良好的气孔结构，最终也导致其力学性能下降。

4.3 水料比对于加气混凝土物理力学性能的影响

(1)水料比对于加气混凝土干容重的影响

图3 水料比对于加气混凝土干容重的影响

从图3可知，钴渣掺量相同时，随着水料比的增加，蒸压加气混凝土制品的干容重总体呈下降趋势。这是因为水料比决定了浆料的稠度，当铝粉在发气时，浆料发生膨胀，这时就需要克服重力和浆料的剪切力，当水料比过小时，浆料的的稠度大，浆料的阻力增大，发气时不仅要克服浆料的阻力还要克服自身重力，导致气孔扁小，容重偏高。而当水料比增大时，浆料稠化速度比较缓慢，浆料在发气膨胀过程中，产生的阻力小，浆料的体积增大。因此，同体积的加气混凝土干密度降低;

(2)水料比对于加气混凝土抗压强度的影响

图4 水料比对加气混凝土抗压强度的影响

从图4可知，钴渣掺量相同时，随着水料比的增加，蒸压加气混凝土制品的强度亦呈下降趋势，这可以从其对发气孔的影响来分析:

加气混凝土内部存在3种孔:分别是胶凝孔、毛细孔和由铝粉发气形成的发气孔。其中，第三种孔是加气混凝土所特有的，它的数量和构成对加气混凝土的性能有着重要的影响。由于料浆粘度、温度和铝粉在料浆中的位置时刻变化，因而在同一层次料浆中会形成多种孔径并存的气孔结构现象，这就导致其中的气压P不相同，进而产生小气泡向大气泡压入的现象，这种平衡的维持，主要取决于料浆的粘度，当料浆的水料比较大的时候，粘度降低，不足以维持这种平衡，致使小气泡汇入，形成更大的气泡。相比于小孔径的加气混凝土，大孔径的加气混凝土由于孔径更大，因此更容易在孔壁形成局部应力集中，导致孔壁提前破坏［1，2］，从宏观上看，即表现为蒸压加气混凝土的抗压强度降低。

5 结束语

(1)当配合比为:水料比0.6，钴渣掺量0.3～0.4、河砂0.4～0.3、生石灰粉0.2、水泥0.1、铝粉膏0.08%，蒸压加气混凝土试件的干密度可以达到约640kg/m3，而抗压强度可达3.0MPa以上，表明钴渣替代部分石英砂应用于蒸压加气混凝土生产是可行的。

(2)利用钴湿法冶炼工艺产生的钴渣生产蒸压加气混凝土砌块，在节约30%以上天然硅砂和3% ～5%石膏的同时，还可以实现钴渣资源化，避免钴渣堆放对环境产生不利的影响，有效地推动循环经济的发展。

［1］王秀芬.加气混凝土性能及优化的试验研究.西安建筑科技大学硕士学位论文.2006.

［2］张继能，顾同曾.加气混凝土生产工艺.武汉工业大学出版社，1992.