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      輕質(zhì)煤矸石泡沫混凝土的強(qiáng)度研究★

      2021-11-23 03:45:20李月香馬軍霞李超剛
      山西建筑 2021年23期
      關(guān)鍵詞:煤矸石抗折齡期

      李月香,馬軍霞,李超剛

      (1.河北工程技術(shù)學(xué)院,河北 石家莊 050000; 2.河北浚源工程勘察設(shè)計(jì)有限公司,河北 石家莊 050000)

      泡沫混凝土具有質(zhì)輕、保溫、抗震性能好可減少噪聲以及調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的優(yōu)點(diǎn),目前已經(jīng)在建筑中廣泛應(yīng)用[1]。一般的泡沫混凝土多用早強(qiáng)型高標(biāo)號(hào)水泥作為膠凝材料,也有加入少量的粉煤灰、礦渣等礦物摻合料的[2]。我們?cè)谠囼?yàn)中加入了粉磨后的煤矸石,摻入煤矸石之后,泡沫混凝土的工作性和力學(xué)性能與水泥泡沫混凝土相比不會(huì)出現(xiàn)明顯的降低,甚至還有不同程度的優(yōu)化,那么泡沫混凝土生產(chǎn)中加入煤矸石,當(dāng)然是求之不得的好事,既能降低成本又可以利費(fèi)減排,與我國(guó)政策相順應(yīng)。

      我們知道煤矸石摻量對(duì)泡沫混凝土的流動(dòng)性、成型時(shí)的體積穩(wěn)定性、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度等性能都有影響。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下,通過調(diào)整合適的煤矸石摻量,可以解決早期強(qiáng)度低,易破損的問題。為了減少養(yǎng)護(hù)時(shí)間,提高強(qiáng)度,考慮了更換養(yǎng)護(hù)條件,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在不同養(yǎng)護(hù)條件下,煤矸石摻量對(duì)泡沫混凝土強(qiáng)度的影響也是不同的。

      1 實(shí)驗(yàn)部分

      1.1 原材料

      水泥:重慶法拉基水泥廠P.O52.5R硅酸鹽水泥,其化學(xué)成分及性能見表1,表2。

      表1 水泥的化學(xué)成分 %

      煤矸石:重慶中梁山煤礦的煤矸石,破碎后,750 ℃煅燒2 h,磨細(xì)制得比表面積為971.6 m2/kg的活性煤矸石粉,其化學(xué)成分見表2。

      表2 煤矸石的化學(xué)成分 %

      石灰:重慶歌樂山山洞所產(chǎn)生石灰,磨細(xì)后使用。其有效CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)81.45%。

      石膏:普通建筑石膏,四川眉山產(chǎn),規(guī)格180目,CaSO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于98%,執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 9776—88。

      泡沫劑:合成泡沫劑,發(fā)泡倍數(shù)20左右,泡沫穩(wěn)定性好,不出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。

      減水劑:FDN高效減水劑,摻量1.0%時(shí),減水率為14%。

      1.2 試樣制備

      按照所定的B04級(jí)泡沫混凝土的配合比見表3,稱取原材料,先加入攪拌機(jī)混合均勻,再加入水(減水劑用水稀釋后,與水一并加入),同時(shí)用高速攪拌機(jī)制泡,將制成的泡加入漿體內(nèi),至攪拌均勻即可,攪拌時(shí)間不宜過長(zhǎng),會(huì)造成泡沫的損失。注模后在自然狀態(tài)下放置48 h,然后拆模,再進(jìn)行不同的養(yǎng)護(hù)。本文中所指的齡期均從成型之日起算,不是從養(yǎng)護(hù)之日起算的。試件規(guī)格為160 mm×40 mm×40 mm。

      表3 B04級(jí)泡沫混凝土配合比

      本次試驗(yàn)主要運(yùn)用三種養(yǎng)護(hù)方法:1)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),溫度(20±3)℃,相對(duì)濕度90%;2)低溫蒸汽養(yǎng)護(hù),升溫5 h,在125 ℃,0.12 MPa氣壓下恒定2 h,再自然降溫,然后再標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù);3)60 ℃溫養(yǎng),將試件密封,放入60 ℃的水浴箱中養(yǎng)護(hù)。

      1.3 性能測(cè)試

      抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度按照《泡沫混凝土標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行,在達(dá)到齡期后,把所測(cè)試的試件從養(yǎng)護(hù)條件下拿出,放置在25 ℃,相對(duì)濕度(60±3)%的環(huán)境中24 h,然后再進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試。

      2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

      2.1 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)

      標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下,試件的強(qiáng)度結(jié)果見表4。

      表4 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下強(qiáng)度

      從表4中可以看出,在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下,B04煤矸石泡沫混凝土的最大抗折強(qiáng)度是C∶CG為2.5∶1的一組,最大值為0.70 MPa,最小的是C∶CG為1∶5的一組,最小值為0.41 MPa;最大抗壓強(qiáng)度為C∶CG為2.5∶1的一組,最大值為1.64 MPa,最小的是C∶CG為5∶1的一組,最小值為1.35 MPa。

      隨著煤矸石摻量的增加,泡沫混凝土3 d的抗折強(qiáng)度逐漸降低,煤矸石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大的一組,3 d抗折強(qiáng)度只有0.20 MPa。隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng),雖然各組試件的抗折強(qiáng)度也在不斷的提高,但是增長(zhǎng)率并不相同,到28 d時(shí),C∶CG為2.5∶1的一組抗折強(qiáng)度最大達(dá)到0.70 MPa。這說明活化煤矸石的火山灰活性在早期并沒有發(fā)揮多大的作用[3],因此煤矸石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高抗折強(qiáng)度越低,但是隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng),活性煤矸石逐漸水化,同時(shí)也可以促進(jìn)水泥的水化,從而試件的抗折強(qiáng)度也在增大。但是煤矸石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高,則煤矸石未水化部分就越多,相對(duì)而言膠凝作用就少,抗折強(qiáng)度反而會(huì)降下來。

      隨著煤矸石摻量的增大,3 d和7 d的抗壓強(qiáng)度逐漸降低,C∶CG為1∶5的一組3 d抗壓強(qiáng)度只有0.34 MPa。隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng),到14 d 時(shí)已經(jīng)表現(xiàn)出C∶CG為2.5∶1的一組強(qiáng)度最高,水泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的泡沫混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)的并不大,反而煤矸石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)很大。這主要是由于煤矸石的火山灰活性在生石灰和石膏的激發(fā)下發(fā)展的比較慢,而且泡沫混凝土的孔隙率大,由許許多多的泡沫構(gòu)成,其強(qiáng)度主要由凝膠材料的自身性能決定。但是也并不是膠凝材料水化的越完全,水化產(chǎn)物越多,強(qiáng)度越高,而是以一定量的未反應(yīng)顆粒構(gòu)成骨架,水化產(chǎn)物作為膠結(jié)料,包裹在未反應(yīng)顆粒的表面并填充其孔隙構(gòu)成混凝土整體,其強(qiáng)度和其他物理性能才最好[4]。

      2.2 低壓蒸汽養(yǎng)護(hù)

      低壓蒸汽養(yǎng)護(hù)下,試件的強(qiáng)度結(jié)果見表5。

      表5 低溫蒸汽養(yǎng)護(hù)下強(qiáng)度

      從表5中可以看出,泡沫混凝土在低壓蒸汽養(yǎng)護(hù)條件下,抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都有不同程度的提高。各組試件的3 d抗折強(qiáng)度已經(jīng)超過0.60 MPa,3 d抗壓強(qiáng)度超過了1.30 MPa,養(yǎng)護(hù)齡期到達(dá)28 d后,C∶CG為1∶5的一組抗折強(qiáng)度最大達(dá)到0.94 MPa,此組的抗壓強(qiáng)度也最大為3.09 MPa。

      在低壓蒸汽養(yǎng)護(hù)條件下,泡沫混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)趨勢(shì)與在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的截然相反,無論是3 d還是28 d齡期,隨著煤矸石量的增加抗折強(qiáng)度不斷增大,而且這五組試件28 d抗折強(qiáng)度比3 d的提高的都不太大,更甚者C∶CG為1∶5的一組28 d抗折強(qiáng)度出現(xiàn)了比7 d強(qiáng)度降低的現(xiàn)象,但是在此養(yǎng)護(hù)條件下的3 d抗折強(qiáng)度已經(jīng)超過了標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下28 d的相應(yīng)強(qiáng)度。

      在不同齡期,煤矸石泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度都是在隨著煤矸石摻量的增加而增大,而且各組的抗壓強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng),強(qiáng)度的增長(zhǎng)并不太明顯,C∶CG為1∶5的一組,其抗壓強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的相比抗壓強(qiáng)度提高了近兩倍;而C∶CG為5∶1的一組強(qiáng)度最低1.39 MPa,與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下相比并沒有明顯的提高,僅僅提高了早期的強(qiáng)度而已。由此可見,壓強(qiáng)和溫度較高的情況下,煤矸石的火山灰反應(yīng)比較快而且較徹底[5],煤矸石的二次反應(yīng)消耗了富集在水泥水化產(chǎn)物周圍的Ca(OH)2晶體,而且生成物附著在未反應(yīng)的煤矸石顆粒上,界面結(jié)構(gòu)更加致密,減少了硅酸鹽水泥中界面區(qū)間隙和氫氧化鈣富集對(duì)硬化漿體造成的不利影響[6]。可能由于蒸壓時(shí)試件出現(xiàn)了微裂縫,在以后的養(yǎng)護(hù)中在裂縫間隙出現(xiàn)了鈣礬石,鈣礬石的膨脹使得28 d的強(qiáng)度反而有些降低[7]。

      2.3 60 ℃溫養(yǎng)

      60 ℃溫養(yǎng)狀態(tài)下,試件的強(qiáng)度結(jié)果見表6。

      表6 60 ℃溫養(yǎng)下強(qiáng)度

      從表6中可以看出,試件在60 ℃溫養(yǎng)狀態(tài)下,其抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都要比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)狀態(tài)下大,最大的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別為0.91 MPa(C∶CG=1∶1)和3.01 MPa(C∶CG=1∶5),而且,3 d的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到28 d的80%左右,7 d的可以高達(dá)90%多。

      在60 ℃溫養(yǎng)條件下,泡沫混凝土的抗折強(qiáng)度是先上升后下降,C∶CG為1∶1的最高,可達(dá)0.91 MPa,盡管3 d強(qiáng)度要較低壓蒸汽養(yǎng)護(hù)下要略低一些,但還是比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的高近1/2,28 d的抗折強(qiáng)度與低壓蒸汽養(yǎng)護(hù)下的相近。而且3 d到7 d 的增長(zhǎng)率比7 d到28 d的增長(zhǎng)率還要高。

      在60 ℃溫養(yǎng)條件下,煤矸石泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著煤矸石摻量的增加而增大,與低壓蒸汽養(yǎng)護(hù)條件下的規(guī)律近似,但3 d和7 d齡期時(shí)C∶CG為1∶5的一組強(qiáng)度并不比C∶CG為1∶2.5的高,反而要低一些。由此可見,煤矸石在60 ℃狀態(tài)下,二次火山灰反應(yīng)也是比較快比較充分的,雖然比不上低壓蒸汽養(yǎng)護(hù)但是也要比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)在早期強(qiáng)度方面有明顯的提高。

      3 結(jié)語(yǔ)

      1)泡沫混凝土中用部分煤矸石替代水泥,不僅對(duì)泡沫混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)有優(yōu)化作用,而且提高了物理機(jī)械性能,但替代量與所采用的養(yǎng)護(hù)方式主要與溫度有關(guān)。

      2)煤矸石在60 ℃或者更高的溫度下,火山灰二次反應(yīng)的速度會(huì)加快,且反應(yīng)的越充分,生成產(chǎn)物與偏高嶺土的水化產(chǎn)物相似。

      3)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下時(shí),C∶CG=2.5∶1的一組強(qiáng)度最高,在低壓蒸汽養(yǎng)護(hù)下時(shí),C∶CG=1∶5強(qiáng)度最高,而在60 ℃溫養(yǎng)時(shí),C∶CG=1∶2.5的一組的強(qiáng)度最高。

      4)提高養(yǎng)護(hù)溫度,對(duì)煤矸石泡沫混凝土的早期強(qiáng)度有明顯的提高,可以改善早期強(qiáng)度過低、易壞、養(yǎng)護(hù)周期長(zhǎng)的不足。

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