自燃煤矸石泡沫混凝土的性能研究_圖文

1、第25卷第3期徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版2010年9月V o l.25N o.3J o u r n a lo fX u z h o uI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y(N a t u r a lS c i e n c e sE d i t i o nS E P.2010自燃煤矸石泡沫混凝土的性能研究曹露春,張志軍(徐州工程學(xué)院,江蘇徐州221008摘要:針對(duì)摻加煤矸石的泡沫混凝土,測(cè)定其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度,并確定了自然煤矸石活性激發(fā)的最佳溫度條件;研究了煤矸石、石灰、水膠比和發(fā)泡劑對(duì)自然煤矸石泡沫混凝土綜合性能的影響規(guī)律,得出泡沫混凝土各組分的最

2、佳摻量.關(guān)鍵詞:煤矸石;泡沫混凝土;溫度;摻量中圖分類號(hào):T U528文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1674-358X(201003-0029-06泡沫混凝土是在加氣混凝土的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,實(shí)際上是一種物理發(fā)氣的加氣混凝土.由于加氣混凝土需要蒸壓,無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工,所以雖性能優(yōu)異,但應(yīng)用受到一定的限制.而泡沫混凝土的性能和氣孔結(jié)構(gòu)均接近于加氣混凝土,卻不需蒸壓,十分便于澆筑;因此,泡沫混凝土廣泛應(yīng)用于屋面保溫、建筑物基礎(chǔ)或空洞填充、擋土墻和屋面邊坡等領(lǐng)域.泡沫混凝土的基本原料為水泥、石灰、水、泡沫等,此外還摻加一些填料、骨料及外加劑.常用的填料及骨料為砂、粉煤灰、陶粒、膨脹聚苯乙烯、膨脹珍珠巖等細(xì)

3、骨料.我國(guó)是煤炭生產(chǎn)大國(guó),每年都要產(chǎn)生大量煤矸石,而它們既污染環(huán)境,又占用大量耕地堆放;因此,用煤矸石制備泡沫混凝土,對(duì)保護(hù)環(huán)境、治理污染以及有效利用自然資源有著重要意義.本文對(duì)摻加煤矸石的泡沫混凝土進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究.1材料和試驗(yàn)方法1.1材料水泥:采用中聯(lián)巨龍淮海水泥有限公司42.5R硅酸鹽水泥;煤矸石:取自徐州礦務(wù)局大黃山煤矸石堆積場(chǎng),主要成分見(jiàn)表1;石膏:采用邳州市歷源石膏有限公司生產(chǎn)的一級(jí)石膏,主要成分見(jiàn)表2;石灰:選自市場(chǎng)銷售的生石灰,產(chǎn)自睢寧縣嵐山鎮(zhèn),有效C a O含量80%以上;發(fā)泡劑是東營(yíng)廣貿(mào)化工科技有限公司生產(chǎn)的G C F-1發(fā)泡劑.表1煤矸石的成分組成組分S i O2A

4、 l2O3C a OM g OK2ON a2OF e2O3燒失量含量/%55.0714.544.851.040.681.085.7814.23表2石膏的成分組成組分S i O2A l2O3F e2O3C a OM g OK2OS O3燒失量含量/%7.502.710.7529.31.900.5137.622.41.2試驗(yàn)方法自燃煤矸石經(jīng)鄂式破碎機(jī)破碎,粒徑35m m,在不同溫度下燃燒2h,自然冷卻后,用球磨機(jī)粉磨,再用0.08m m方孔篩篩余6%以下.收稿日期:2010-01-07基金項(xiàng)目:江蘇省建筑業(yè)科研項(xiàng)目(J G2007-Z D-08作者簡(jiǎn)介:曹露春(1967-,女,江蘇宜興人,副教授,

5、主要從事建筑材料和工程管理研究.水泥膠砂強(qiáng)度按G B I T 17671-1999進(jìn)行測(cè)定;泡沫混凝土性能按J G J 51-2002輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程和G B /T 50081-2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定.干燥收縮試驗(yàn)參照G B J 82-85普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試.成型后標(biāo)養(yǎng)1d 拆模,水養(yǎng)護(hù)2d ,取出測(cè)零點(diǎn),然后置于R H為60%70%的空氣中,在第28d 進(jìn)行測(cè)試.試件尺寸為100m m×100m m×515m m 1.2自燃煤矸石活性的激發(fā)煤矸石的顆粒大小決定著水化反應(yīng)的快慢、水化完全的程度和凝結(jié)時(shí)間.煤矸石越細(xì),比表

6、面積越大,吸濕性也越大,與C a (O H 2和石膏的反應(yīng)也越快.隨著鈣礬石和C -S -H 生成速度加快,水泥3d 和28d 強(qiáng)度也就越高.而煤矸石顆粒度的增加也會(huì)影響水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量,所以早期強(qiáng)度的發(fā)展,并非顆粒越細(xì)越有利.當(dāng)顆粒減小到一定程度,可能會(huì)帶來(lái)一些副作用,如流動(dòng)性、均勻性等變差,從而使強(qiáng)度降低;因此,煤矸石應(yīng)該保持一個(gè)合理的顆粒直徑范圍.這不僅有利于發(fā)揮其活性效應(yīng),同時(shí)也有利于發(fā)揮其物理填充作用2.表3試件抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果原料試樣抗折強(qiáng)度/M P a3d 7d 28d 抗壓強(qiáng)度/M P a3d 7d 28d 基準(zhǔn)水泥4.55.37.223.032.851.47003

7、0%摻量4.35.06.820.228.348.770040%摻量4.24.86.618.826.946.570050%摻量4.14.76.518.026.245.375030%摻量4.45.27.022.331.450.475040%摻量4.35.16.721.130.148.875050%摻量4.25.16.620.430.047.980030%摻量4.14.86.519.726.547.180040%摻量4.04.66.318.325.145.680050%摻量4.04.56.217.624.744.885030%摻量3.84.56.317.825.044.285040%摻量3.74.4

8、6.016.523.242.585050%摻量3.64.45.815.823.041. 7徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版2010年第3期曹露春,等:自燃煤矸石泡沫混凝土的性能研究 由上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,無(wú)論是抗壓強(qiáng)度還是抗折強(qiáng)度,在煤矸石同等摻量的情況下,750的煅燒溫度下都是最高的;因此,可以認(rèn)為泡沫混凝土中煤矸石熱激活的最佳溫度為750.這是因?yàn)闇囟冗^(guò)低,煤矸石中的碳燃燒不完,使水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增大,同時(shí),高嶺土組分分解不徹底,活性組分比重相對(duì)減少,從而使活性下降;當(dāng)溫度過(guò)高時(shí),燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的無(wú)定形的S i O2及A l2O3重新結(jié)合成莫來(lái)石晶體,使活性降低3.3泡沫混凝土的配制和實(shí)驗(yàn)泡

9、沫混凝土的基本配合比(各組分占總量的百分比:水泥30%,煤矸石45%,石膏4%,石灰11%,發(fā)泡劑2%,填料8%.影響煤矸石泡沫混凝土性能的因素很多,在對(duì)上述基礎(chǔ)配方進(jìn)行初步優(yōu)化試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選擇了煤矸石、石灰、水膠比(水和水泥、煤矸石、石膏、石灰質(zhì)量之和的比、泡沫劑等對(duì)性能影響較大的因素,分別進(jìn)行了不同配比煤矸石泡沫混凝土試驗(yàn)研究.石膏用量為總質(zhì)量的4%.采用四因素三水平的正交表L9(34,設(shè)計(jì)分析了最佳的泡沫混凝土配比.其因素水平見(jiàn)表4.A:煤矸石取代水泥量:30%,40%,50%.B:石灰占水泥+煤矸石質(zhì)量的百分?jǐn)?shù):5%,10%,15%.C:水膠比:0.4,0.6,0.8.D:發(fā)泡劑占水

10、泥+煤矸石質(zhì)量的百分?jǐn)?shù):1%,1.5%,2%.表4正交試驗(yàn)位級(jí)表位級(jí)煤矸石(A/%石灰(B/%水膠比(C發(fā)泡劑(D/%13050.41.0240100.61.5350150.82.0抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度最大者為100分,其余下試驗(yàn)值除以最大值為其得分.導(dǎo)熱系數(shù)和線性收縮率按大小值求補(bǔ)法進(jìn)行處理,即把數(shù)列中最大數(shù)與最小數(shù)相加之和,減去所求數(shù),得到轉(zhuǎn)置后的新數(shù)據(jù),然后再按強(qiáng)度計(jì)算方法計(jì)算其得分.目前泡沫混凝土在保溫方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,其綜合性能評(píng)價(jià)按抗折強(qiáng)度20%、抗壓強(qiáng)度20%、導(dǎo)熱系數(shù)40%、線性收縮率20%計(jì)算.表5正交試驗(yàn)配比及實(shí)驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)號(hào)A B C D 28d 抗折強(qiáng)度/M P a 2

11、8d 抗壓強(qiáng)度/M P a 導(dǎo)熱系數(shù)/W /(K ·m 28d 線性收縮率/10-6綜合性能得分1A 1B 1C 3D 26.2(9840.1(950.128(511345(6672.22A 2B 1C 1D 16.1(9738.7(910.082(86842(10092.03A 3B 1C 2D 35.3(8434.5(820.063(100907(9692.44A 1B 2C 2D 16.3(10042.3(1000.134(471263(7273.25A 2B 2C 3D 35.8(9233.6(790.081(871477(5780.46A 3B 2C 1D 25.5(873

12、5.1(830.076(90904(9689.27A 1B 3C 1D 36.0(9539.4(930.095(761216(7583.08A 2B 3C 2D 25.7(9036.8(870.089(811081(8484.69A 3B 3C 3D 15.3(8434.0(800.072(93986(9088.0K 76.185.588.184.4K 85.780.983.482.0K 89.985.380.285.3極差R 13.84.67.93.34試驗(yàn)結(jié)果分析4.1各組分對(duì)單項(xiàng)性能的影響規(guī)律對(duì)于抗折強(qiáng)度來(lái)講,煤矸石摻量的K =18.5,K =17.6,K =16.1,其極差為2.4;石

13、灰量的K =17.6,K =17.6,K =17.0,其極差為0.6;水膠比的K =17.6,K =17.3,K =17.3,其極差為0.3;發(fā)泡劑量K =17.7,K =17.4,K =17.1,其極差為0.6.對(duì)于抗壓強(qiáng)度來(lái)講,煤矸石摻量的K =121.8,K =109.1,K =103.6,其極差為18.2;石灰量的K =113.3,K =111.0,K =110.2,其極差為2.3;水膠比的K =113.2,K =113.6,K =107.7,其極差為5.9;發(fā)泡劑量K =115.0,K =112.0,K =107.5,其極差為7.5.各因素對(duì)28d 抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度的影響如圖710

14、所示 .徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版2010年第3期 對(duì)于導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)講, .對(duì)于28d 線性收縮率來(lái)講,煤矸石摻量的K =3824,K =3400,K =2797,其極差為1027;石灰量的K =3094,K =3644,K =3283,其極差為550;水膠比的K =2962,K =3251,K =3808,其極差為846;發(fā)泡劑量K =3091,K =3330,K =3600,其極差為509.各因素對(duì)28d 線性收縮率的影響強(qiáng)弱順序是煤矸石摻量、水膠比、石灰量和發(fā)泡劑量.如圖1314所示 .4.2各組分對(duì)泡沫混凝土綜合性能的影響由表5可見(jiàn),煤矸石摻量K =76.1,K =85.7,K =89.9,其極差為13.8,對(duì)綜合性能影響最大;水膠比K =88.1,K =83.4,K =80.2,其極差為7.9,對(duì)綜合性能的影響其次;石灰量K =85.5,K =80.9,K =85.3,其極差為4.6;發(fā)泡劑量K =84.4,K =82,K =85.3,其極差為3.3,對(duì)綜合性能的影響最小.曹露春,等:自燃煤矸石泡沫混凝土的性能研究徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)（ 自然科學(xué)版） 年第 期 結(jié)論 煤矸石熱激活的最佳溫度為 在該煅燒溫度下， 無(wú)論是抗壓強(qiáng)度還是抗折強(qiáng)度都是 最 好 的 該 當(dāng) 溫 度下煅燒后的煤