浅析泡沫混凝土和蒸压加气混凝土.pdf
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1、2 0 1 5 年 第 1 2期 (总 第 3 1 4期) N u mb e r 1 2 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 1 4) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEOR ETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 5 1 2 0 1 2 浅析泡沫混凝土和蒸压加气混凝土 谷亚新 。 王小 萌 ( 1 沈阳建筑大学 材料科学与工程学院, 辽宁 沈阳 1 1 0 1 6 8 ; 2 中国建筑东北设计研究院有限公司, 辽宁 沈阳 1 1 0 0 0 6
2、) 摘要 : 与普通混凝土相 比, 加气混凝凝土的生产工艺较简单, 体积密度小, 抗震性能好且具有较好 的热工性能和隔音性能。 本 研究将加气混凝土分为泡沫混凝土和蒸压加气混凝土。 研究了这俩类轻质加气混凝土的发泡机理, 性能以及在工程上的应用 。 关键词 : 加气混凝土; 泡沫混凝土 ; 蒸压加气混凝土 中图分类号 : T U 5 2 8 0 1 文献标志码: A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 1 2 0 0 4 3 0 3 F l e vi e w of f oa med c onc r et e an d a ut oc l a ve d ae r
3、 a t ed c onc r e t e GU Ya x i n , WANG Xi a o me n g , ( 1 S c h o o l o f Ma t e ria l s S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g, S h e n y a n g J i a n z h u Un i v e r s i t y, S h e n y a n g 1 1 0 1 6 8, C h i n a 2 No r t h e a s t Ar c h i e c t u r a l De s i g n a n d R e s e a r c h I
4、n s ti t u t e , S h e n y a n g 1 1 0 0 0 6, C h i n a ) Abs t r ac t: Ae r a t e d c on c r e h a ve ma n y a d va n t a g e s wh e n c o mp a r e d wi t h c o n v e n tio n a l c o n c r e t e s u c h a s the r e l a t i v e l y s i mp l e p r o du c t i o n p r o c e s s , l o w b ul k d e n s i
5、 t y, g o o d s e i s mi c p e r f o r ma n c e and ha s g oo d the r ma l p e rfo r ma n c e a n d n oi s e p e rfo rm a nc e I t i s a t t e n ti o n t o c l a s s i fle d o f a e r a t e d c o n c r e t e i n t o f o a med c o nc r e an d a u t o c l a v e d c o n c r e t e I t s t u d i e d t he
6、 f o a m me c ha n i s m , p r o p e r t i e s a nd a p p l i c a ti o ns i n e n g i n e e r i n g o f t h e t wo c l a s s e s o f h gh t we i g h t a e r a t e d c o n c r e t e Key wor ds: a e r a t e d c o nc r e t e; foa me d c o nc r e t e; a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e 0
7、引言 加气混凝土是轻质混凝土的一种。 加气混凝土也是众 所周知 的多孔混凝土。 根 据生产 方式 , 加气混凝 土可 以分 为两种主要类型 , 泡沫混凝土( 非蒸压加气混凝土) 和蒸压 加气混凝土。 ( 1 ) 泡沫混凝土 以水泥基胶凝材料 、 掺合料 等为主要 胶凝材料 , 加入外 加剂和水制成料浆 , 也可加入部分 颗粒 状轻质骨料制成料浆 , 经发泡剂 发泡 , 在施工现场或 工厂 浇筑成型 、 养护而成 的含有大量 的 、 微 小 的、 独立 的、 均匀 分布气泡 的轻质混凝土材料 ; ( 2 ) 蒸压加气混凝 土是用含 钙材料 ( 水泥 、 石灰 ) 、 含 硅材料 ( 石英砂、 粉
8、煤灰 、 粒化高炉矿渣等 ) 制成 的料浆 中 加入铝粉或其他 引气剂制成 的, 蒸 压加气混凝土制 品一般 采用蒸压养护 , 如图 1 所示 。 泡沫混凝土的研究要远远晚于蒸压加气混凝土。 泡沫 混凝土并不是一种新型材料 , 第一次记载使用 的时间早于 2 0世纪 2 0年代初 。 但是直 到 2 0世纪 7 0年代末泡沫混凝 土在工程 中的应用才被认可。 蒸汽加压混凝土大约在 1 0 0 年前就开始应用。 在 1 9 1 4年 , 瑞 典人首先发现将 铝粉加入 到以水泥、 石灰、 砂子和水制成的料浆中产生氢气使其膨 胀 。 在此之前 , 人们 曾尝试将鸡蛋清 , 酵母或其他方法将空 气加入
9、到混凝土中。 泡沫混凝土 6 0多年前在欧 洲开始开 发使用 , 并在国际市场上盛行 2 0多年。 泡沫混凝土具有高 收 稿 日期 : 2 0 1 5 0 3 1 8 流动性 , 轻质 , 优 良的保温性能等诸多优点。 泡沫混凝土的 密度范 围非常宽 ( 4 0 0 1 6 0 0 k g m ) , 可 以通过适量控制 泡沫的剂量来获得 可以应用与结构 、 隔板 、 填充 材料的密 度等级 。 1 发 泡机理 图 1 加气混凝土的分类 1 1发 泡剂 ( 泡沫混凝 土) 发泡剂用来 制备泡 沫混凝土 。 它可 以被定义 为引气 剂 。 发泡剂是泡沫混凝土中最重要 的影响 因素。 将 发泡剂
10、溶于水中拌和水泥浆体 即可产 生于水泥浆体融为一体 的 泡沫 。 泡沫混凝土 的性能与泡沫 的质量有很大 的关系。 发 泡剂可以分为两种类型 : ( 1 ) 合成类发泡剂 : 适用于制备密度 1 0 0 0 k g m 及 以 43 上的泡沫混凝土 ; ( 2 ) 蛋 白类 发 泡剂 : 适 用 于制 备 密度 4 0 0 k g m 到 1 6 0 0 k g m 的泡沫混凝 土。 蛋 白类发泡 剂主要来 源于动 物的蹄角 , 毛发和鲜血 。 这就容易发生变质的质量问题 , 而 且不 同批次的产品使用不同的原材料 , 并且蛋 白类发泡剂 有一种恶臭味。 合成类发泡剂是纯化学产品。 在 当混凝
11、土 密度达到 1 0 0 0 k g m 或以上的时候 , 合成类发泡剂非 常 稳定并且赋予泡沫混凝土 良好的强度。 在密封的条件下合 成类发泡剂的保质期约 1 年 。 合成类发泡剂相较于蛋 白类 发泡剂所产生 的气 泡尺寸 较小 , 但是 当混凝 土密度 低 于 1 0 0 0 k g m 时, 合成类发泡剂制备的泡沫混凝土的强度低 于蛋 白类发泡剂制得的泡沫混凝土 。 1 2膨胀 剂铝粉 ( 蒸压加 气混凝 土) 铝粉通常是通过化学反应在料浆 中产 生氢气制备蒸 汽加压混凝土。 铝粉作为膨胀剂制备蒸压加气混凝 土 , 被 广泛证 明为最好的制备方案 。 在蒸压加气混凝土块生产 工 艺的配料
12、过程 中, 将铝粉 膏加入 铝粉浆搅拌罐 中, 经充分 搅拌后放入到铝粉浆计量秤 中, 最后 和生石灰 、 石膏 、 粉煤 灰等原材料一起放人搅拌机 中, 铝粉膏 中的铝粉在蒸 汽加 压混凝土料浆 中能与碱性 物质 , 如 氢氧化 钙反应 放 出氢 气, 产生气泡, 使加气混凝土料浆膨胀形成多孔结构。 氢气 以近似 圆球形 的气泡 , 均匀分 布在料浆 中, 硬化后形成 多 孔结构 的硅酸盐制品。 铝粉掺量与含气量如图 2为了保证 蒸压加气混凝土的质量 , 各种原材料应符合生产工艺的要 求 , 因此 , 蒸汽加压混凝土往往还需要使 用诸 如铝粉脱脂 剂 、 气泡稳定剂 、 调节剂等辅助外加剂。
13、 铝 粉 掺 量 图2 铝粉掺量与含气量 2 生 产 工 艺 2 1 泡 沫混 凝 土 泡沫混凝土的生产有 预发 泡法和混合制 泡两种生产 方式 。 预发泡法是将表面活性剂为主的泡沫剂液体通过 打 泡机预先制作气泡 , 然后混入搅拌好 的料浆 中 , 可通过气 泡的掺入量 自由调整密度制备泡沫混凝土 。 预发泡法制备 的泡沫可分为湿泡沫和干泡沫。 湿泡沫是将发泡剂溶液 喷 在细 网格上产生的 , 泡沫尺寸 为 2 mm至 5 m m, 且气泡 的 相对不稳定 。 干泡沫是 将发泡剂 溶液施加 强约束压 缩空 气 , 使其同时进入混合室反应所产生 的。 干泡沫尺寸小于 1 m m, 且相对稳定
14、。 混合制泡法是把表面活性剂于基料混 合在一起 , 在料浆制备 的过程 中 , 同时产 生泡沫而形成泡 沫结构的混凝土 , 混合制泡法所需 泡沫需坚韧稳定以承受 4 4 料浆的压力 , 直到料浆初凝 , 以形成空隙 中充满气 体的结 实骨架表 1 为泡沫混凝土的基本性能。 表 1 泡沫 混凝 土基本 性能 2 2蒸 压 加 气混 凝 土 生产蒸 压加 气混 凝 土 的主要 成 分来 自于能 够 提供 C a O和 S i O : 的原 料 , 它们 与水一 起 , 在 蒸养 室 内调节 到 ( 饱 和 水 蒸 气 ) 的 水 热 条 件 下 , 形 成 一 种 水 化 硅 酸 钙 ( C S
15、H) 一托勃莫莱石矿物相。 托勃莫莱石矿物相的化学 式为 5 C a O 6 S i O : 5 H : O, 在 水 泥 化 学 中常 缩 写 成 C5 S 6 H。 主要原料成分 S i O :以前 主要 由石英砂 提供 , 石英 砂 月纯越好 , 加 入 时必须 先磨 细。 现在也 可 以使 用其 他 含 S i O 的材料替代石英 砂。 例如 : 粉 煤灰 、 矿渣 以及其他 工 业废渣 。 高质量的生石灰几乎是纯 C a O, 是用 于生产蒸 压 加气混凝土提供 C a O的理想原料。 通常使用磨细生石灰, 而其他类型的建筑石灰并不适用于生产蒸压加气混凝土 。 将原材料与水进行拌和
16、, 拌和过程中假如膨胀剂使混合物 体积增大 , 增大范围为原体积 的2 5 倍 。 制备蒸压加气混凝 土最主要的膨胀剂为铝粉 , 在碱性 的料将混合 物 中, 铝 粉和氢 氧化钙 反应会 形成 微小 的气 泡, 使料浆体积增加。 在这个过程中形成的氢气上升飘离 混合物 , 而空气填补 了氢气 的位 置 , 进入 混合物 中让料 浆 产生气泡。 它们分布为很多均匀的小气泡 , 保证 了蒸 压加 气混凝土料浆的高孔隙率。 体积 的增加与料浆中与氢氧化 钙反应的铝 粉的量 息息相关 , 反应方程 式如式 ( 1 ) 。 表 2 为蒸压加气混凝土的基本性质 。 2 A1 +3 Ca ( OH) ,+
17、6 H, 0- - * 3 C a O A1 。 O 6 H 。 O+3 H,( 1 ) 表 2蒸压 加气 混凝土 基本 性能 3 性 能 3 1 孔 隙率和渗透率 水泥 基材 料 中孔 隙分为凝 胶 孔 , 特 征尺 寸为 0 5 1 0 n m的微观孔 。 毛细孔 , 平均半径为 5 5 0 0 0 n m 的细观 孔 。 由于故意夹带空气而形成的大孔 , 大孔 的形 成是因为 密实度不够 的原因。 我 国著名科学 家吴 中伟在 1 9 7 3年提 出对混凝土 中的孔级划分 , 根据不同孔径对混凝土性能的 影响分为无 害孔级 ( 2 0 0 n m) , 并提出 : 增 加 5 0 n m
18、 以下的孔 , 减少 1 0 0 n i i l 以上 的孔 , 对混凝土的性 能可大大改善。 凝胶孔直接关 系到混凝土 的收缩性 能 , 而 毛细孔和大孔则会减小混凝土的强度和弹性模量 。 当孑 L 隙分布紧密时, 加气混凝土具有较高 的强度。 用 粉煤灰制备加气混凝土时, 粉煤灰可以在气泡表面形成一 个均匀 的涂 层 , 从 而防止 形成 连通孔 降低 强度。 N a m b i a r 和 R a ma m u r t h y 研究 了泡 沫混凝 土的孔 隙特征 。 他们研究 了孔 隙的一系列参数对泡沫混凝土强度和密度的影响 , 例 如 : 孔 隙体积 , 孔 隙尺寸 以及孔 辣间 的间
19、距 。 研究 结果表 明, 当孑 L 隙间距较小 , 孔 隙紧密分布时 , 泡沫混凝土的强度 相对较高 。 当泡沫体积较大时 , 会使泡沫连通形成连通孔 , 降低泡沫混凝土强度。 孑 L 隙的形状对泡沫混凝土性能影响 并不明显 。 国外用渗透系数来评定材料的抗渗性 。 将时间各侧面 密封 , 从一面以压力水施压 , 当达到稳定状态后 , 测量规定 时间内透过特定厚度混凝土的渗水量 , 根据达西定律求得 渗透系数 。 式 中: 渗透系数 , m s ; 日透过试件的静水压力 , m; A 试件 的横截面积 , n l ; L 试件的厚度 , m。 加气混凝土的渗透性受孑 L 隙类型 、 孔隙大小
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