王志剛，穆建春，習會峰，龍志勤，黃芹

（1.廣東石油化工學院，廣東 茂名　525000；2.暨南大學，廣東 廣州　510632）

粉煤灰泡沫混凝土與油頁巖渣泡沫混凝土性能對比試驗研究

王志剛1，穆建春1，習會峰2，龍志勤1，黃芹1

（1.廣東石油化工學院，廣東 茂名525000；2.暨南大學，廣東 廣州510632）

國內(nèi)已有大量對利用粉煤灰替代水泥制備泡沫混凝土的研究，但利用油頁巖渣替代水泥的研究幾乎沒有。為此，對油頁巖渣泡沫混凝土性能進行系統(tǒng)試驗研究，并將其干密度、抗壓性能、抗折性能與粉煤灰泡沫混凝土進行對比分析。結(jié)果表明，利用油頁巖渣和粉煤灰替代部分水泥制備的泡沫混凝土的干密度都比同等條件下制備的水泥基泡沫混凝土的干密度低；油頁巖渣泡沫混凝土和粉煤灰泡沫混凝土的干密度、抗壓強度、抗折強度隨著油頁巖渣和粉煤灰摻量增大而先降低后升高，即存在拐點；在油頁巖渣和粉煤灰摻量相同時，油頁巖渣泡沫混凝土的干密度、抗壓強度、抗折強度都較粉煤灰泡沫混凝土有不同程度的降低。

泡沫混凝土；粉煤灰；油頁巖渣；性能試驗

0　前言

泡沫混凝土由于內(nèi)部存在大量不連通的封閉氣孔，使得其具有良好的保溫隔熱性能［1］，但存在強度低［2］、收縮大、易開裂吸水等問題［3］。國內(nèi)外大量研究表明［4-6］：粉煤灰中含有一定的輕質(zhì)空心微珠和潛在的火山灰活性，將粉煤灰替代部分水泥制備泡沫混凝土，可使混凝土的保溫性能和輕質(zhì)性能得到提高的同時，還可降低泡沫混凝土的生產(chǎn)成本。

廣東茂名地區(qū)的油頁巖廢渣按照形成方式分為2種：一種是低溫煉油后的干餾渣；一種是作為燃料燃燒發(fā)電后的廢渣［7］。本文試驗采用的油頁巖渣屬于燃燒發(fā)電后的廢渣，油頁巖渣中SiO2和Al2O3的含量很高，占總質(zhì)量的82.7%［8］，表明油頁巖渣具有很高的潛在活性；且油頁巖渣的化學成分都是建筑材料所包含的化學成分，使得油頁巖渣可以作為工業(yè)原料替代部分水泥制備泡沫混凝土成為可能。然而將油頁巖渣替代水泥制備泡沫混凝土的性能如何，國內(nèi)目前并沒有進行綜合對比評價的先例。本文對油頁巖渣替代部分水泥制備的泡沫混凝土性能進行系統(tǒng)試驗研究，并對其干密度、抗壓強度、抗折強度與摻粉煤灰的泡沫混凝土進行對比分析。

1　試　驗

1.1原材料

水泥：華潤水泥廠生產(chǎn)的42.5R普通硅酸鹽水泥。

發(fā)泡劑：本研究采用的是一種以微生物蛋白為主，復配天然植物起泡劑、穩(wěn)泡劑的復合發(fā)泡劑，使用時按1∶40加水稀釋，發(fā)泡倍數(shù)為20。

外加劑：本課題組自行研制的醇胺類外加劑。

水：普通自來水。

粉煤灰：Ⅱ級，中國石化茂名煉油化工股份有限公司動力廠產(chǎn)。

油頁巖渣：燃燒渣，粒徑＜8mm，其主要化學成分見表1。

表1　油頁巖渣的主要化學成分　%

1.2試驗設(shè)計

為研究油頁巖渣和粉煤灰對水泥基泡沫混凝土性能影響，本次試驗制備的泡沫混凝土的水灰比為0.5，在同等條件下，利用油頁巖渣和粉煤灰分別等量替代10%、20%、30%的水泥，制備100 mm×100 mm×100 mm的泡沫混凝土抗壓試件及100mm×100mm×320 mm的抗折試件（見圖1），成型后試件用聚乙烯薄膜覆蓋，在標準條件下養(yǎng)護24 h脫模，在溫度為（20±3）℃、相對濕度為60%～80%的條件下養(yǎng)護至28 d。

圖1　泡沫混凝土強度試驗試件

1.3試驗設(shè)備

深圳新三思生產(chǎn)的電子萬能材料試驗機SMT5105；電熱鼓風干燥箱；游標卡尺；鋼板直尺。

1.4試驗方法

參照GB/T 11969—2008《蒸壓加氣混凝土性能試驗方法》對試樣的干密度、抗壓強度、抗折強度進行測試。

2　試驗結(jié)果及分析

同等條件下，純水泥制備的泡沫混凝土干密度為573.9 kg/m3，抗壓強度為2.69 MPa，抗折強度為0.65 MPa。

2.1粉煤灰與油頁巖渣摻量對泡沫混凝土干密度的影響（見圖2）

圖2　粉煤灰與油頁巖渣摻量對泡沫混凝土干密度的影響

從圖2可以看出，油頁巖渣的摻量由10%增加至20%時，泡沫混凝土的干密度提高了0.24%；摻量由20%增加至30%時，干密度提高了12.3%。粉煤灰的摻量由10%增加至20%時，泡沫混凝土的干密度降低了1.9%；摻量由20%增加至30%時，干密度提高了13.6%。2種渣替代水泥量同為10% 20%、30%時，油頁巖渣泡沫混凝土的干密度比粉煤灰泡沫混凝土的干密度分別降低2.3%、0.2%、1.3%。

當油頁巖渣和粉煤灰的摻量分別由10%增加至20%時干密度基本不受影響；當摻量由20%增加至30%時，干密度增幅比較明顯，即存在拐點。利用油頁巖渣和粉煤灰替代部分水泥制備的泡沫混凝土的干密度都比同等條件下制備的純水泥泡沫混凝土的干密度低。

由此可見，當廢渣摻量不大時，廢渣的水化反應很小，干密度低主要取決于廢渣干密度低的影響；而當廢渣摻量增大到30%時，對干密度的影響就主要取決于水化反應，這也是干密度隨摻量增大存在拐點的原因。

2.2粉煤灰與油頁巖渣摻量對泡沫混凝土

抗壓強度的影響（見圖3）

圖3　粉煤灰與油頁巖渣摻量對泡沫混凝土抗壓強度的影響

從圖3可以看出，油頁巖渣的摻量由10%增加至20%時，泡沫混凝土的抗壓強度降低了49.5%；摻量由20%增加至30%時，抗壓強度提高了144.0%。粉煤灰的摻量由10%增加至20%時，泡沫混凝土的抗壓強度降低了25.8%；摻量由20%增加至30%時，抗壓強度提高了73.0%。2種渣替代水泥量同為10%、20%、30%時，油頁巖渣泡沫混凝土的抗壓強度比粉煤灰泡沫混凝土的抗壓強度分別降低了17.5%、43.8%、20.7%。

2.3粉煤灰與油頁巖渣摻量對泡沫混凝土

抗折強度的影響（見圖4）

圖4　粉煤灰與油頁巖渣摻量對泡沫混凝土抗折強度的影響

從圖4可以看出，油頁巖渣的摻量由10%增加至20%時，泡沫混凝土的抗折強度降低了18.5%；摻量由20%增加至30%時，抗折強度提高了41.0%。粉煤灰的摻量由10%增加至20%時，泡沫混凝土的抗折強度降低了17.1%；摻量由20%增加至30%時，抗折強度提高了51.7%。2種渣替代水泥量同為10%、20%、30%時，油頁巖渣泡沫混凝土的抗折強度比粉煤灰泡沫混凝土的抗折強度分別降低了22.9%、24.1%、29.5%。

從圖3和圖4可以看出，油頁巖渣和粉煤灰的摻量由10%增加至20%時，泡沫混凝土的抗壓、抗折強度降低。主要原因是其泡沫混凝土的干密度基本保持不變的情況下，水泥在抗壓、抗折試驗中起主導作用。隨著摻量增加，水泥減少，抗壓、抗折強度隨之降低。當摻量由20%增加至30%時，抗壓、抗折強度增大，主要因為摻量增加導致泡沫混凝土的密度較大幅度的增大，密度在抗折試驗中起主導作用，致使抗折強度增大。

2種渣替代水泥制備的泡沫混凝土的抗壓強度和抗折強度都比純水泥制備的泡沫混凝土的強度低，也是因為其干密度相差較大引起的。

同時，2種渣替代水泥量相同時，油頁巖渣泡沫混凝土的干密度、抗壓強度、抗折強度都較粉煤灰泡沫混凝土有不同程度的降低，主要原因是與粉煤灰相比，油頁巖渣遇水后的活性沒有充分釋放，以致于粘結(jié)力較低的緣故。

3　結(jié)　語

（1）利用油頁巖渣和粉煤灰替代部分水泥制備的泡沫混凝土的干密度都比同等條件下制備的水泥基泡沫混凝土的干密度低。

（2）油頁巖渣和粉煤灰的摻量分別由10%增加至20%時，其相應的泡沫混凝土干密度基本不受影響；當摻量由20%增加至30%時，干密度增幅比較明顯，即存在拐點。

（3）利用油頁巖渣和粉煤灰分別部分替代水泥制備的泡沫混凝土抗壓、抗折強度隨著油頁巖渣和粉煤灰摻量增大而先降低后升高，即存在拐點。

（4）當2種渣替代水泥量相同時，油頁巖渣泡沫混凝土的干密度、抗壓強度、抗折強度都較粉煤灰泡沫混凝土低。

［1］宋斌，龔健，于水軍，等.纖維和粉煤灰對水泥基泡沫混凝土性能的影響研究［J］.河南理工大學學報：自然科學版，2010（3）：402-405.

［2］石行波，霍冀川，李嫻，等.動物蛋白發(fā)泡劑制備泡沫混凝土的研究［J］.硅酸鹽通報，2009，28（3）：609-612.

［3］潘志華，陳國瑞，李東旭，等.現(xiàn)澆泡沫混凝土常見質(zhì)量問題分析及對策［J］.新型建筑材料，2004（1）：4-7.

［4］黃麗娟.粉煤灰對水泥土抗壓強度影響的正交試驗研究［J］.河南理工大學學報：自然科學版，2009，28（3）：352-356.

［5］楊久俊，張海濤，張磊，等.粉煤灰高強微珠泡沫混凝土的制備研究［J］.粉煤灰綜合利用，2005（1）：50-51.

［6］沈新元.粉煤灰泡沫混凝土墻體填充料設(shè)計［J］.粉煤灰綜合利用，2006（4）：18-19.

［7］穆建春，李勝強，習會峰，等.利用油頁巖廢渣制備墻體磚的研究［J］.新型建筑材料，2010（2）：48-50.

［8］王志剛，穆建春，習會峰，等.免蒸免燒油頁巖渣磚的強度性能試驗研究［J］.新型建筑材料，2013（4）：34-36.

Comparison research on the properties of the fly ash and oil shale waste foam concrete

WANG Zhigang1，MU Jianchun1，XI Huifeng2，LONG Zhiqin1，HUANG Qin1

（1.Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000，Guangdong，China；

2.Jinan University，Guangzhou 510632，Guangdong，China）

There are a large number of researches in China on the preparation of foam concrete by using fly ash to replace cement，however，there is few research on the preparation of oil shale waste foam concrete.For this reason，the performances of oil shale waste foam concrete were systematically studied and contrastive analysis was made on its dry density，compressive properties，flexural properties with those of fly ash foam concrete.The results showed that the dry density of oil shale waste foam concrete and fly ash foam concrete content is slower than that of cement based foam concreted prepared under the same condition，the dry density，compressive strength and flexural strength of oil shale waste foam concrete and fly ash foam concrete content increased first and then decreased，namely there is an inflection point.With the same percentage of slag content，dry density，compressive strength and flexural strength of oil shale waste foam concrete has reduced to varying degrees compared to fly ash foam concrete.

foam concrete，fly ash，oil shale waste，performance test

TU528

A

1001-702X（2015）10-0058-03

國家自然科學基金項目（11272124）；

廣東省科技計劃項目（2012B031000023）；

茂名市科技計劃項目（201334，201333）

2015-04-07

王志剛，男，1982年生，山西陽泉人，碩士，主要從事新型建筑材料力學性能研究及應用。