加气混凝土砌块用生石灰的改性研究

张美霞，杨朝刚，张慧月，赵尉廷

（宝武环科山西资源循环利用有限公司，太原 030003）

粉煤灰加气混凝土砌块是一种新型绿色墙体材料，具有保温隔热、轻质高强的优良特性[1-3]，是目前最主要的墙体材料之一。其主要原料为粉煤灰与生石灰，其中粉煤灰掺加量可超过75%，是电厂固废处理的理想产品。生石灰的品质直接决定粉煤灰料浆的稠化速度、气孔结构，从而影响粉煤灰的掺加量及成品质量[4-6]。由于环保管控，生石灰品质波动大，严重影响加气混凝土砌块的质量稳定性。部分生石灰与水接触后反应速度快，造成成品憋气、气孔贯通。硅油是在室温下保持液体状态的线型聚硅氧烷产品，可包裹在生石灰表面，隔绝生石灰与水的快速接触，减缓放热反应[7-8]。因此，研究改性生石灰及其机理对于固废利用具有重要意义。

1 试验材料与方法

1.1 材料

粉煤灰是热电厂产生的固废，其性能稳定，化学成分如表1所示，SiO2与Al2O3的总含量超过80%，为硅钙反应提供充足的硅质材料。生石灰购于山西省交城县，铝粉购于太原市。

表1 粉煤灰化学组成

1.2 测试方法

生石灰活性钙含量（CaO）的测定采用自动滴定仪，消解时间的测定采用多路温度测定仪；气孔形貌的拍摄采用数码相机；加气混凝土砌块成品强度的测定采用专用压力机。

2 试验结果与分析

2.1 生石灰CaO 含量与消解时间的关系

如表2所示，随着生石灰CaO 含量的增加，消解时间缩短。当生石灰CaO 含量为55%时，消解时间为8.6 min，铝粉发气时间为10 min。当铝粉未完全发气时，生石灰已经放热结束，造成坯体内部气孔贯通。

表2 生石灰CaO 含量与消解时间的关系

2.2 硅油改性生石灰

2.2.1 不同硅油对生石灰消解时间的影响

按照化学结构，硅油可以分为甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油等。试验采用小型粉磨机，将2 000 g 生石灰（CaO 含量68%）缩分为5 份，每份称取200 g，按照0.01%的比例分别添加甲基硅油、甲基含氢硅油、乙基硅油、苯基硅油，研究消解曲线的变化。添加硅油后，消解曲线明显后延，消解时间由5 min 延长至14 min。伴随消解时间的延长，消解温度也由67.6 ℃降至57.8 ℃。其中，添加甲基含氢硅油的样品消解时间较无添加延长3 min，但消解温度未有明显下降，保证浇注料浆的正常稠化。甲基含氢硅油结构如图1所示。甲基含氢硅油在其硅氧键中含有氢硅结构，Si-H 键比较活泼，易发生交联反应，在较低温度下即能在各种物质的表面形成憎水膜，使得含氢硅油的防水效果好。但是，Si-H 键在碱性条件下易断裂。所以，含氢甲基硅油的耐碱性能力较其他的硅油弱。甲基含氢硅油非常适合作为生石灰粉体的表面活性剂，延长生石灰的消解时间，且不影响生石灰的本体性质。

图1 甲基含氢硅油结构

2.2.2 硅油添加量对生石灰消解时间的影响

按照0.00%、0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%的比例在生石灰中添加甲基含氢硅油，研究消解曲线的变化。随着硅油添加量的增加，消解时间明显延长，消解温度下降。当添加量过少时，消解时间改善不明显，添加量超过0.03%时，消解速度过慢，消解温度损失过大，可能造成坯体硬化时间过长。甲基含氢硅油与生石灰混合磨细时，甲基含氢硅油与生石灰充分接触，部分生石灰的表面发生交联反应，形成憎水层，憎水层的多少与甲基含氢硅油的氢含量有关，也与其添加量有关。添加量越高，含有憎水层的生石灰粉体比例越多，与水反应的消解时间越慢。随着生石灰水化反应的进行，甲基含氢硅油的Si-H 键断裂，生石灰表面的憎水层消失，开始正常的水化反应。当添加量为0.03%时，消解时间及温度均适于加气混凝土砌块生产，为最优选择。

3 生石灰改性后成品性能

3.1 成品气孔结构

如表3所示，使用不同配比制备6 组规格100 mm×100 mm×100 mm 的加气混凝土砌块样品，使用蒸汽进行养护。从砌块截面切开，观察气孔结构，如图2所示。要适量添加甲基含氢硅油，当添加量过多时，生石灰消解速度过慢，将造成发气与稠化不同步，稠化严重滞后于铝粉发气结束时间。稠化慢的料浆发气舒畅，但保气能力差，气泡偏大，这种料浆形成的气泡结构也不够稳定，严重时造成塌模。当添加量过少时，憎水效果不明显，稠化速度快，易造成憋气。当添加量为0.03%时，气孔结构均匀。

图2 不同硅油添加量的砌块气孔结构微观形貌

表3 加气混凝土砌块的不同配比

3.2 生石灰改性后成品容重与强度

如图3所示，随着硅油添加量增加，加气混凝土砌块容重、强度呈现先增加后降低的趋势。硅油添加量为0.03%时，强度最高，较无硅油的成品强度提高17%。经分析，在不造成生石灰钙质损失的前提下，适量添加硅油，可以优化气孔结构，提高成品强度。

图3 不同硅油添加量的加气混凝土砌块容重与强度关系

4 结论

制备加气混凝土砌块时，生石灰的钙含量与消解时间呈反比，钙含量越高，消解时间越短。甲基含氢硅油添加量为0.03%时，生石灰的消解速度可明显延迟，高钙生石灰可应用于加气混凝土砌块的生产。添加甲基含氢硅油后，铝粉发气与料浆稠化可以同步，从而优化气孔结构，提高成品强度。