大掺量固废制备无机多孔保温材料的实验研究

大掺量固废制备无机多孔保温材料的实验研究

李江鹏

李江鹏

山西应用科技学院山西太原030062

摘要：以大掺量的固体废弃物替代水泥作为胶凝原料制备出了轻质泡沫混凝土，研究了粉煤灰、电石渣掺量和水灰比、铝粉加量、温度对泡沫混凝土试块性能的影响，最终以粉煤灰40%、电石渣15%、普硅水泥45%的原料用量，在水灰比50%、铝粉加量1.2%、温度50℃的条件下制备出密度为292kg/m3，抗压强度0.58MPa，导热系数0.0532W/（m•K）的轻质泡沫混凝土。

关键词：泡沫混凝土；保温材料；粉煤灰；电石渣

1、引言

随着我国经济发展水平的不断提高，建筑物能耗已经成为了阻碍我国经济发展的巨大负担[1]，而保温材料的使用是降低建筑能耗的重要措施。目前应用较广的有机保温材料由于其耐火性能差、材料易老化等因素正逐渐被禁止使用，无机保温材料必将为保温材料的发展趋势[2]。轻质泡沫混凝土由于孔隙率高而具备较低的导热系数，其无机物的性质又使其耐火性能优异，这些特点使其在保温材料领域有广阔的应用前景[3]。但目前工业上的轻质泡沫混凝土的制备过程中常以大掺量、高标号的水泥作为胶凝原料，有时还会再配加一定量的外加剂来实现密度降低的同时强度达标，这必然导致产品成本的升高，直接影响其推广应用[4]。因此，本研究利用粉煤灰、电石渣和少量普硅水泥为主要胶凝原料，探究低成本、高性能的轻质泡沫混凝土制备关键，以期为低成本轻质无机多孔保温材料的制备工艺提供经验。

2、实验部分

2.1实验原料

实验原料包括：32.5R普通硅酸盐水泥，购自太原狮头水泥股份有限公司；粉煤灰为山西某电厂产的Ⅱ级粉煤灰；电石渣取自长治某工业园；发泡剂为市售铝粉，银灰色松散颗粒。原料的化学成分数据见表1。

表1原料化学成分（质量百分比/%）

2.2实验方法

分别称取一定质量的水泥、粉煤灰和电石渣加入到烧杯中，用玻璃棒先将物料搅拌混合均匀；然后将水加入到混合好的干料中，用分散机搅拌制浆，搅拌速度为1500r/min，搅拌时间5min；之后向烧杯中加入一定配比的铝粉液，在2000r/min的转速下快速搅拌30s；之后将制好的浆料迅速倒入100×100×150的模具内，并将注浆后的模具置于养护箱中，在60℃的温度条件下发泡2h后取出并脱除模具，之后将泡沫混凝土试块在200℃的条件下蒸压养护6h，最后取出试块进行性能测试。本文以水泥、粉煤灰、电石渣为原料，主要考查原料配比、水灰比、铝粉添加量和温度对泡沫混凝土试块性能的影响规律。

3、结果与讨论

3.1原料配比对混凝土试块强度的影响

（1）粉煤灰添加量对试块抗压强度的影响

实验使用普硅水泥作为基础胶凝原料，将粉煤灰按0、20%、40%、60%、80%的添加量依次与水泥混合后加水搅拌制浆，水灰比为45%，制备不发泡的混凝土试块并进行抗压强度的测试。实验结果如下图2所示。

图3电石渣掺量对试块抗压强度的影响

如图3所示，电石渣加入量从0增加到60%时，试块的抗压强度变化规律为先稳定后降低。电石渣加入量为15%时，试块的抗压强度为37.83MPa，与不加电石渣时的抗压强度37.15MPa相近，但当电石渣加量继续增加到30%、45%和60%时，抗压强度分别降低了10.52%、17.17%和22.82%。以上实验确定电石渣的加量为15%，粉煤灰加量为40%，故水泥加入量为45%。

3.2实验条件对试块性能的影响

在前面实验确定的物料配比上继续对各实验条件进行优化。

（1）水灰比

在铝粉加量1%、水温60℃的条件下，考察了水灰比45%、50%、55%、60%、65%的条件下泡沫混凝土试块的绝干密度和抗压强度的变化规律。实验结果如图4所示。

如图5所示，随着铝粉加量的增大，试块的绝干密度和抗压强度呈现出先降低后升高的规律。铝粉加入量为1.2%时试块的绝干密度最低，为301kg/m3，抗压强度0.58MPa，与铝粉加量0.6%相比，密度降低了17.53%，抗压强度降低了38.29%。选择密度最低时的铝粉加量1.2%。

（3）温度

在水灰比50%、铝粉添加量1.2%的条件下，考察了温度30℃、40℃、50℃、60℃和70℃的条件下泡沫混凝土试块性能的变化规律。实验结果如图6所示。

图6温度对试块性能的影响

如图6所示，随着温度的增加，绝干密度和强度都是先迅速降低而后缓慢增加。在温度为50℃时试块的绝干密度最低，达到了292kg/m3，抗压强度0.58MPa，与30℃时相比，密度降低了24.94%，抗压强度降低了47.75%。为了制备出低密度的泡沫混凝土，最终选择温度为50℃。

水灰比主要调节的是浆体的稠度，对浆体的粘滞阻力有直接影响。铝粉加量和温度分别调节的是产气量和产气，对浆体的膨胀有直接影响，同时温度对浆体的水化速度也有影响。只有当浆体的凝固与膨胀之间有较好的匹配时，才能制备出较低密度的泡沫混凝土试块。实验通过对水灰比、铝粉添加量和水温这三个实验条件进行调节，使浆体的粘滞阻力、发泡剂的放气速率以及浆体的水化反应三者之间相协同，达到一个较为平衡的状态，这样才能制得低密度的泡沫混凝土制品。经过调节后，确定了水灰比为50%，铝粉添加量为1.2%，制浆水温为50℃。

3.3泡沫混凝土导热系数测试

在前面实验确定的物料配比和实验条件下制备泡沫混凝土试块，并将其切割出300×300×20（mm3）的泡沫混凝土板两块，在烘箱内烘至绝干，利用DWR-1型智能双平板导热系数测定仪测试试块的导热系数，其值为0.0532W/（m•K）。

4、结论

本研究以大掺量的固废替代超过一半的水泥，制备出了轻质泡沫混凝土保温材料。原料配比为粉煤灰40%、电石渣15%、325普硅水泥45%，实验操作条件为水灰比50%、铝粉加量1.2%、温度50℃，所制泡沫混凝土密度为292kg/m3，抗压强度为0.58MPa、导热系数达到了0.0532W/（m•K），保温性能良好，具有很大的工业应用价值。

参考文献:

[1]张燕.中国建筑节能潜力及政策体系研究[D].北京理工大学,2015.

[2]刘海燕,李然.泡沫混凝土吸能机理试验研究[J].成都大学学报(自然科学版),2010,29(2):166-167.

[3]刘警,孙振平,蒋正武,等.泡沫混凝土的研究和应用进展[J].混凝土世界,2011(10):54-59.

[4]KearsleyEP,WainwrightPJ.Theeffectofhighflyashcontentonthecompressivestrengthoffoamedconcrete[J].Cement&ConcreteResearch,2001,31(1):105-112.

[5]刘双双,黄孝章.大掺量粉煤灰水泥技术及其应用[J].中国煤炭,2007,33(9):64-65.