粉煤灰泡沫混凝土与油页岩渣泡沫混凝土性能对比试验研究

王志刚，穆建春，习会峰，龙志勤，黄芹

（1.广东石油化工学院，广东 茂名　525000；2.暨南大学，广东 广州　510632）

粉煤灰泡沫混凝土与油页岩渣泡沫混凝土性能对比试验研究

王志刚1，穆建春1，习会峰2，龙志勤1，黄芹1

（1.广东石油化工学院，广东 茂名525000；2.暨南大学，广东 广州510632）

国内已有大量对利用粉煤灰替代水泥制备泡沫混凝土的研究，但利用油页岩渣替代水泥的研究几乎没有。为此，对油页岩渣泡沫混凝土性能进行系统试验研究，并将其干密度、抗压性能、抗折性能与粉煤灰泡沫混凝土进行对比分析。结果表明，利用油页岩渣和粉煤灰替代部分水泥制备的泡沫混凝土的干密度都比同等条件下制备的水泥基泡沫混凝土的干密度低；油页岩渣泡沫混凝土和粉煤灰泡沫混凝土的干密度、抗压强度、抗折强度随着油页岩渣和粉煤灰掺量增大而先降低后升高，即存在拐点；在油页岩渣和粉煤灰掺量相同时，油页岩渣泡沫混凝土的干密度、抗压强度、抗折强度都较粉煤灰泡沫混凝土有不同程度的降低。

泡沫混凝土；粉煤灰；油页岩渣；性能试验

0　前言

泡沫混凝土由于内部存在大量不连通的封闭气孔，使得其具有良好的保温隔热性能［1］，但存在强度低［2］、收缩大、易开裂吸水等问题［3］。国内外大量研究表明［4-6］：粉煤灰中含有一定的轻质空心微珠和潜在的火山灰活性，将粉煤灰替代部分水泥制备泡沫混凝土，可使混凝土的保温性能和轻质性能得到提高的同时，还可降低泡沫混凝土的生产成本。

广东茂名地区的油页岩废渣按照形成方式分为2种：一种是低温炼油后的干馏渣；一种是作为燃料燃烧发电后的废渣［7］。本文试验采用的油页岩渣属于燃烧发电后的废渣，油页岩渣中SiO2和Al2O3的含量很高，占总质量的82.7%［8］，表明油页岩渣具有很高的潜在活性；且油页岩渣的化学成分都是建筑材料所包含的化学成分，使得油页岩渣可以作为工业原料替代部分水泥制备泡沫混凝土成为可能。然而将油页岩渣替代水泥制备泡沫混凝土的性能如何，国内目前并没有进行综合对比评价的先例。本文对油页岩渣替代部分水泥制备的泡沫混凝土性能进行系统试验研究，并对其干密度、抗压强度、抗折强度与掺粉煤灰的泡沫混凝土进行对比分析。

1　试　验

1.1原材料

水泥：华润水泥厂生产的42.5R普通硅酸盐水泥。

发泡剂：本研究采用的是一种以微生物蛋白为主，复配天然植物起泡剂、稳泡剂的复合发泡剂，使用时按1∶40加水稀释，发泡倍数为20。

外加剂：本课题组自行研制的醇胺类外加剂。

水：普通自来水。

粉煤灰：Ⅱ级，中国石化茂名炼油化工股份有限公司动力厂产。

油页岩渣：燃烧渣，粒径＜8mm，其主要化学成分见表1。

表1　油页岩渣的主要化学成分　%

1.2试验设计

为研究油页岩渣和粉煤灰对水泥基泡沫混凝土性能影响，本次试验制备的泡沫混凝土的水灰比为0.5，在同等条件下，利用油页岩渣和粉煤灰分别等量替代10%、20%、30%的水泥，制备100 mm×100 mm×100 mm的泡沫混凝土抗压试件及100mm×100mm×320 mm的抗折试件（见图1），成型后试件用聚乙烯薄膜覆盖，在标准条件下养护24 h脱模，在温度为（20±3）℃、相对湿度为60%～80%的条件下养护至28 d。

图1　泡沫混凝土强度试验试件

1.3试验设备

深圳新三思生产的电子万能材料试验机SMT5105；电热鼓风干燥箱；游标卡尺；钢板直尺。

1.4试验方法

参照GB/T 11969—2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》对试样的干密度、抗压强度、抗折强度进行测试。

2　试验结果及分析

同等条件下，纯水泥制备的泡沫混凝土干密度为573.9 kg/m3，抗压强度为2.69 MPa，抗折强度为0.65 MPa。

2.1粉煤灰与油页岩渣掺量对泡沫混凝土干密度的影响（见图2）

图2　粉煤灰与油页岩渣掺量对泡沫混凝土干密度的影响

从图2可以看出，油页岩渣的掺量由10%增加至20%时，泡沫混凝土的干密度提高了0.24%；掺量由20%增加至30%时，干密度提高了12.3%。粉煤灰的掺量由10%增加至20%时，泡沫混凝土的干密度降低了1.9%；掺量由20%增加至30%时，干密度提高了13.6%。2种渣替代水泥量同为10% 20%、30%时，油页岩渣泡沫混凝土的干密度比粉煤灰泡沫混凝土的干密度分别降低2.3%、0.2%、1.3%。

当油页岩渣和粉煤灰的掺量分别由10%增加至20%时干密度基本不受影响；当掺量由20%增加至30%时，干密度增幅比较明显，即存在拐点。利用油页岩渣和粉煤灰替代部分水泥制备的泡沫混凝土的干密度都比同等条件下制备的纯水泥泡沫混凝土的干密度低。

由此可见，当废渣掺量不大时，废渣的水化反应很小，干密度低主要取决于废渣干密度低的影响；而当废渣掺量增大到30%时，对干密度的影响就主要取决于水化反应，这也是干密度随掺量增大存在拐点的原因。

2.2粉煤灰与油页岩渣掺量对泡沫混凝土

抗压强度的影响（见图3）

图3　粉煤灰与油页岩渣掺量对泡沫混凝土抗压强度的影响

从图3可以看出，油页岩渣的掺量由10%增加至20%时，泡沫混凝土的抗压强度降低了49.5%；掺量由20%增加至30%时，抗压强度提高了144.0%。粉煤灰的掺量由10%增加至20%时，泡沫混凝土的抗压强度降低了25.8%；掺量由20%增加至30%时，抗压强度提高了73.0%。2种渣替代水泥量同为10%、20%、30%时，油页岩渣泡沫混凝土的抗压强度比粉煤灰泡沫混凝土的抗压强度分别降低了17.5%、43.8%、20.7%。

2.3粉煤灰与油页岩渣掺量对泡沫混凝土

抗折强度的影响（见图4）

图4　粉煤灰与油页岩渣掺量对泡沫混凝土抗折强度的影响

从图4可以看出，油页岩渣的掺量由10%增加至20%时，泡沫混凝土的抗折强度降低了18.5%；掺量由20%增加至30%时，抗折强度提高了41.0%。粉煤灰的掺量由10%增加至20%时，泡沫混凝土的抗折强度降低了17.1%；掺量由20%增加至30%时，抗折强度提高了51.7%。2种渣替代水泥量同为10%、20%、30%时，油页岩渣泡沫混凝土的抗折强度比粉煤灰泡沫混凝土的抗折强度分别降低了22.9%、24.1%、29.5%。

从图3和图4可以看出，油页岩渣和粉煤灰的掺量由10%增加至20%时，泡沫混凝土的抗压、抗折强度降低。主要原因是其泡沫混凝土的干密度基本保持不变的情况下，水泥在抗压、抗折试验中起主导作用。随着掺量增加，水泥减少，抗压、抗折强度随之降低。当掺量由20%增加至30%时，抗压、抗折强度增大，主要因为掺量增加导致泡沫混凝土的密度较大幅度的增大，密度在抗折试验中起主导作用，致使抗折强度增大。

2种渣替代水泥制备的泡沫混凝土的抗压强度和抗折强度都比纯水泥制备的泡沫混凝土的强度低，也是因为其干密度相差较大引起的。

同时，2种渣替代水泥量相同时，油页岩渣泡沫混凝土的干密度、抗压强度、抗折强度都较粉煤灰泡沫混凝土有不同程度的降低，主要原因是与粉煤灰相比，油页岩渣遇水后的活性没有充分释放，以致于粘结力较低的缘故。

3　结　语

（1）利用油页岩渣和粉煤灰替代部分水泥制备的泡沫混凝土的干密度都比同等条件下制备的水泥基泡沫混凝土的干密度低。

（2）油页岩渣和粉煤灰的掺量分别由10%增加至20%时，其相应的泡沫混凝土干密度基本不受影响；当掺量由20%增加至30%时，干密度增幅比较明显，即存在拐点。

（3）利用油页岩渣和粉煤灰分别部分替代水泥制备的泡沫混凝土抗压、抗折强度随着油页岩渣和粉煤灰掺量增大而先降低后升高，即存在拐点。

（4）当2种渣替代水泥量相同时，油页岩渣泡沫混凝土的干密度、抗压强度、抗折强度都较粉煤灰泡沫混凝土低。

［1］宋斌，龚健，于水军，等.纤维和粉煤灰对水泥基泡沫混凝土性能的影响研究［J］.河南理工大学学报：自然科学版，2010（3）：402-405.

［2］石行波，霍冀川，李娴，等.动物蛋白发泡剂制备泡沫混凝土的研究［J］.硅酸盐通报，2009，28（3）：609-612.

［3］潘志华，陈国瑞，李东旭，等.现浇泡沫混凝土常见质量问题分析及对策［J］.新型建筑材料，2004（1）：4-7.

［4］黄丽娟.粉煤灰对水泥土抗压强度影响的正交试验研究［J］.河南理工大学学报：自然科学版，2009，28（3）：352-356.

［5］杨久俊，张海涛，张磊，等.粉煤灰高强微珠泡沫混凝土的制备研究［J］.粉煤灰综合利用，2005（1）：50-51.

［6］沈新元.粉煤灰泡沫混凝土墙体填充料设计［J］.粉煤灰综合利用，2006（4）：18-19.

［7］穆建春，李胜强，习会峰，等.利用油页岩废渣制备墙体砖的研究［J］.新型建筑材料，2010（2）：48-50.

［8］王志刚，穆建春，习会峰，等.免蒸免烧油页岩渣砖的强度性能试验研究［J］.新型建筑材料，2013（4）：34-36.

Comparison research on the properties of the fly ash and oil shale waste foam concrete

WANG Zhigang1，MU Jianchun1，XI Huifeng2，LONG Zhiqin1，HUANG Qin1

（1.Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000，Guangdong，China；

2.Jinan University，Guangzhou 510632，Guangdong，China）

There are a large number of researches in China on the preparation of foam concrete by using fly ash to replace cement，however，there is few research on the preparation of oil shale waste foam concrete.For this reason，the performances of oil shale waste foam concrete were systematically studied and contrastive analysis was made on its dry density，compressive properties，flexural properties with those of fly ash foam concrete.The results showed that the dry density of oil shale waste foam concrete and fly ash foam concrete content is slower than that of cement based foam concreted prepared under the same condition，the dry density，compressive strength and flexural strength of oil shale waste foam concrete and fly ash foam concrete content increased first and then decreased，namely there is an inflection point.With the same percentage of slag content，dry density，compressive strength and flexural strength of oil shale waste foam concrete has reduced to varying degrees compared to fly ash foam concrete.

foam concrete，fly ash，oil shale waste，performance test

TU528

A

1001-702X（2015）10-0058-03

国家自然科学基金项目（11272124）；

广东省科技计划项目（2012B031000023）；

茂名市科技计划项目（201334，201333）

2015-04-07

王志刚，男，1982年生，山西阳泉人，硕士，主要从事新型建筑材料力学性能研究及应用。