張憲圓，林克輝，謝紅波

（廣東省建筑材料研究院，廣東廣州 510160）

硅灰對蒸壓加氣混凝土性能影響的研究

張憲圓，林克輝，謝紅波

（廣東省建筑材料研究院，廣東廣州 510160）

研究了不同硅灰摻量對蒸壓加氣混凝土干密度和抗壓強度的影響，結果表明：硅灰可顯著提高蒸壓加氣混凝土的抗壓強度，使干密度略有降低；當硅灰摻量小于5%時，蒸壓加氣混凝土的抗壓強度增幅較明顯。

蒸壓加氣混凝土；硅灰；高強度；建筑節(jié)能

蒸壓加氣混凝土是目前應用最為普遍的墻體材料之一，集輕質、保溫、隔熱、防火、利廢等諸多優(yōu)點于一身。近年來，隨著建筑節(jié)能要求的不斷提高，以及砌塊向板材的發(fā)展，迫切需要輕質高強蒸壓加氣混凝土。

硅灰是在冶煉工業(yè)硅或含硅合金時，由高純度的石英與焦炭在高溫電弧爐中發(fā)生還原反應而產生的工業(yè)塵埃[1]，是一種活性較高的超細粉，含有90%左右的無定形SiO2，具有較高的火山灰活性[2]?，F有研究結果表明[3-5]：硅灰可顯著改善水泥基材料性能，是制備高強混凝土的重要原材料之一，但在蒸壓硅酸鹽制品中的研究較少。為實現輕質高強蒸壓加氣混凝土的制備，本文將硅灰作為硅質材料引入蒸壓加氣混凝土，研究其不同摻量對蒸壓加氣混凝土性能的影響。

1　試驗

1.1原材料

（1）硅灰：挪威?？霞瘓F加密硅灰，SiO2含量93%，體積密度338 kg/m3，比表面積20.5 m2/g。

（2）石灰：清遠某石灰廠生產的生石灰，磨細至0.08 mm方孔篩篩余為8%，其有效CaO含量82%，消化時間為8 min，消化溫度90℃，屬快速消化石灰。

（3）河砂：西江細砂，細度模數2.0，SiO2含量87%，含泥量3%。

（4）粉煤灰：廣州珠江電廠Ⅱ級粉煤灰，SiO2含量56%，Al2O3含量17%，燒失量4%。

（5）石膏：廣州珠江電廠產的脫硫石膏，結晶水含量7%，SO3含量42%。

（6）水泥：廣州珠江水泥廠的粵秀牌P·O 42.5水泥，SiO2含量22.7%，CaO含量61.5%，Al2O3含量6.3%。

（7）發(fā)氣劑：佛山市駿力加氣鋁粉膏廠的GLS-70水劑型鋁粉膏。

（8）穩(wěn)泡劑：自制可溶油類穩(wěn)泡劑，由三乙醇胺、油酸、陶瓷拋光廢料按一定比例制備而成。

1.2試驗方法

1.2.1試驗流程

將河砂和粉煤灰按干基質量6∶4的比例混合、球磨，磨細至0.08 mm篩篩余量約17%，即制成砂漿，然后烘干待用。

將準備好的烘干砂漿、石灰、水泥、硅灰和石膏等原料按表1配比一次性投入攪拌機，攪拌5 min；然后加水攪拌2 min，加水量以使料漿初始擴展度達到（160±2）mm為準；將鋁粉膏在水中充分分散后，連同穩(wěn)泡劑一起加入料漿，攪拌30s；料漿澆注成型后，35℃靜停發(fā)氣，185℃蒸壓養(yǎng)護，恒溫時間為10h。

表1　加氣混凝土的配合比%

1.2.2性能測試方法

蒸壓加氣混凝土的干密度及抗壓強度參照GB/T 11969—2008《蒸壓加氣混凝土性能試驗方法》進行測試。

采用X-ray衍射分析儀（PANalytical X'pert Pro）測試不同硅灰摻量蒸壓加氣混凝土的物相組成。

采用掃描電子顯微鏡（ZEISS EVO 18）分析不同硅灰摻量蒸壓加氣混凝土水化產物的形貌。

2　試驗結果與討論

2.1硅灰摻量對蒸壓加氣混凝土干密度和

抗壓強度的影響（見圖1、圖2）

圖1　硅灰摻量對蒸壓加氣混凝土干密度的影響

由圖1可見，蒸壓加氣混凝土試件的干密度隨硅灰摻量的增加呈降低趨勢，未摻硅灰時，試件的干密度為527 kg/m3；當硅灰摻量為7%時，試件的干密度降為516 kg/m3，降低2.1%。硅灰的摻加對試件干密度起到降低的作用，主要是由于硅灰本身密度（體積密度338 kg/m3）遠低于烘干砂漿（體積密度900 kg/m3），但由于硅灰摻量不大，干密度下降幅度較小。由圖2可見，蒸壓加氣混凝土試件的抗壓強度隨硅灰摻量的增加而提高，未摻硅灰時，試件的抗壓強度為3.1 MPa，當硅灰摻量為7%時，試件的抗壓強度提高到3.8 MPa，提高了22.6%，增強效果明顯。當硅灰摻量小于5%時，試件的抗壓強度增長幅度較明顯；當摻量從5%增大到7%，抗壓強度僅從3.7 MPa提高到3.8 MPa，增幅變緩。這可能是由于當硅灰摻量超過一定值時，未參與水化反應的硅灰增多，因其比表面積的增大而影響強度的改善[1]。考慮到蒸壓加氣混凝土的生產成本，硅灰摻量控制在5%以內比較合理。

2.2硅灰摻量對蒸壓加氣混凝土水化產物及其形貌的影響

不同硅灰摻量蒸壓加氣混凝土的XRD圖譜和SEM照片分別見圖3、圖4。

圖2　硅灰摻量對蒸壓加氣混凝土抗壓強度的影響

圖3　不同硅灰摻量蒸壓加氣混凝土的XRD圖譜

圖4　蒸壓加氣混凝土水化產物SEM照片（×5000）

由圖3可知，蒸壓加氣混凝土主要物相為托勃莫來石、水化硅酸鈣以及未反應的石英相。其中，托勃莫來石是蒸壓加氣混凝土中的主要膠凝材料，是由鈣質材料和硅質材料在水熱條件下反應形成，其數量及結晶程度直接決定了蒸壓加氣混凝土的力學性能。隨著硅灰的摻入，托勃莫來石特征峰峰形由彌散變得尖銳，特別是25.5°和27.0°的衍射峰，從無到有，說明托勃莫來石含量增加、結晶程度得到改善。這點也可通過SEM照片看出：摻入硅灰后，蒸壓加氣混凝土水化產物數量逐漸增多，當硅灰摻量為5%時，水化產物相互搭接形成網狀結構；摻入硅灰后，水化產物結晶良好，針棒狀和葉片狀托勃莫來石交織在一起，少量未反應的硅灰球形顆粒填充于孔隙間。

2.3硅灰提高蒸壓加氣混凝土抗壓強度的原因分析

結合XRD及SEM分析結果可知，硅灰對蒸壓加氣混凝土抗壓強度的提高，一方面是由于硅灰比表面積大，且含有大量的活性SiO2。文獻[6]指出：在硅鈣水熱反應中，由于Ca（OH）2具有比SiO2大的溶解度和溶解速率，而且Ca2+的擴散也比[SiO4]2-快，因此制約反應的主要因素是SiO2的溶解和擴散。硅灰中的活性SiO2數量遠大于磨細河砂和粉煤灰，因此SiO2溶出較多、[SiO4]2-擴散較快，有利于形成更多的、結晶良好的托勃莫來石晶體。

另一方面，由于硅灰具有微集料效應。磨細河砂、粉煤灰和硅灰的平均粒徑分別處于3個不同的數量級，更加優(yōu)化了微集料級配，有利于緊密堆積和填充；由于硅灰粒徑處于微米甚至納米尺寸，未反應的球形硅灰還可填充于水化產物之間，使膠凝材料具有良好的級配，從微觀尺度上增加了水化產物的密實度，進而提高了蒸壓加氣混凝土的抗壓強度。

3　結論

（1）硅灰可顯著提高蒸壓加氣混凝土的抗壓強度，當硅灰摻量為7%時，抗壓強度比未摻硅灰時提高了22.6%，而其干密度略有降低。

（2）當硅灰摻量小于5%時，蒸壓加氣混凝土的抗壓強度增幅較明顯。考慮到蒸壓加氣混凝土的生產成本，硅灰摻量控制在5%以內比較合理。

（3）由于硅灰比表面積大，且含有大量的活性SiO2，有利于形成更多的、結晶良好的托勃莫來石晶體，同時硅灰具有微集料效應，可提高蒸壓加氣混凝土的抗壓強度。

[1]王洪，陳天偉，陳昌禮.硅灰對高強混凝土強度的影響實驗研究[J].混凝土，2011，261（7）：74-80.

[2]肖佳，周士瓊，徐亦冬.粉煤灰、硅灰對水泥膠砂性能影響的試驗研究[J].混凝土，2003（8）：28-36.

[3]孫長征，李磊，趙同峰.超細礦物摻合料對后張法預應力管道壓漿材料的影響[J].新型建筑材料，2015（7）：14-17.

[4]汪發(fā)紅，李寧，錢覺時.新型增密硅灰對混凝土性能影響的研究[J].新型建筑材料，2010（1）：13-15.

[5]胡瑾，王強，楊建偉.鋼渣-硅灰復合礦物摻合料對混凝土性能的影響[J].清華大學學報：自然科學版，2015，55（2）：145-149.

[6]袁潤章，歐陽淦.CaO-Al2O3-SiO2-H2O系統(tǒng)水熱反應速率的研究[J].武漢建材學院學報，1985（4）：399-406.

The study on the influence of silica fume to autoclaved aerated concrete properties

ZHANG Xianyuan，LIN Kehui，XIE Hongbo
（Guangdong Building Material Research Institute，Guangzhou 510160，China）

The influences of silica fume on dry density and compressive strength of the autoclaved aerated concrete are studied，the results show that the addition of the silica fume increases the compressive strength of autoclaved aerated concrete significantly，and reduces the dry density slightly.When the replacement of silica fume is below 5%，the growth rate of the compressive strength is obvious.

autoclaved aerated concrete，silica fume，high strength，building energy conservation

TU522.3+2

A

1001-702X（2016）10-0053-03

廣東省重大科技專項資金項目（2013A011401012）

2016-03-14；

2016-04-15

張憲圓，男，1987年生，山東德州人，碩士，工程師。