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(duì)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(duì)蒸壓加氣混凝土干密度和抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明：硅灰可顯著提高蒸壓加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度，使干密度略有降低；當(dāng)硅灰摻量小于5%時(shí)，蒸壓加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度增幅較明顯。

蒸壓加氣混凝土；硅灰；高強(qiáng)度；建筑節(jié)能

蒸壓加氣混凝土是目前應(yīng)用最為普遍的墻體材料之一，集輕質(zhì)、保溫、隔熱、防火、利廢等諸多優(yōu)點(diǎn)于一身。近年來(lái)，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(zhì)高強(qiáng)蒸壓加氣混凝土。

硅灰是在冶煉工業(yè)硅或含硅合金時(shí)，由高純度的石英與焦炭在高溫電弧爐中發(fā)生還原反應(yīng)而產(chǎn)生的工業(yè)塵埃[1]，是一種活性較高的超細(xì)粉，含有90%左右的無(wú)定形SiO2，具有較高的火山灰活性[2]?，F(xiàn)有研究結(jié)果表明[3-5]：硅灰可顯著改善水泥基材料性能，是制備高強(qiáng)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(shí)現(xiàn)輕質(zhì)高強(qiáng)蒸壓加氣混凝土的制備，本文將硅灰作為硅質(zhì)材料引入蒸壓加氣混凝土，研究其不同摻量對(duì)蒸壓加氣混凝土性能的影響。

1　試驗(yàn)

1.1原材料

（1）硅灰：挪威?？霞瘓F(tuán)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(yuǎn)某石灰廠生產(chǎn)的生石灰，磨細(xì)至0.08 mm方孔篩篩余為8%，其有效CaO含量82%，消化時(shí)間為8 min，消化溫度90℃，屬快速消化石灰。

（3）河砂：西江細(xì)砂，細(xì)度模數(shù)2.0，SiO2含量87%，含泥量3%。

（4）粉煤灰：廣州珠江電廠Ⅱ級(jí)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(chǎn)的脫硫石膏，結(jié)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(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)流程

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

將準(zhǔn)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(jī)，攪拌5 min；然后加水?dāng)嚢? min，加水量以使料漿初始擴(kuò)展度達(dá)到（160±2）mm為準(zhǔn)；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(hù)，恒溫時(shí)間為10h。

表1　加氣混凝土的配合比%

1.2.2性能測(cè)試方法

蒸壓加氣混凝土的干密度及抗壓強(qiáng)度參照GB/T 11969—2008《蒸壓加氣混凝土性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。

采用X-ray衍射分析儀（PANalytical X'pert Pro）測(cè)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(chǎn)物的形貌。

2　試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1硅灰摻量對(duì)蒸壓加氣混凝土干密度和

抗壓強(qiáng)度的影響（見(jiàn)圖1、圖2）

圖1　硅灰摻量對(duì)蒸壓加氣混凝土干密度的影響

由圖1可見(jiàn)，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(shì)，未摻硅灰時(shí)，試件的干密度為527 kg/m3；當(dāng)硅灰摻量為7%時(shí)，試件的干密度降為516 kg/m3，降低2.1%。硅灰的摻加對(duì)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(yuǎn)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(jiàn)，蒸壓加氣混凝土試件的抗壓強(qiáng)度隨硅灰摻量的增加而提高，未摻硅灰時(shí)，試件的抗壓強(qiáng)度為3.1 MPa，當(dāng)硅灰摻量為7%時(shí)，試件的抗壓強(qiáng)度提高到3.8 MPa，提高了22.6%，增強(qiáng)效果明顯。當(dāng)硅灰摻量小于5%時(shí)，試件的抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度較明顯；當(dāng)摻量從5%增大到7%，抗壓強(qiáng)度僅從3.7 MPa提高到3.8 MPa，增幅變緩。這可能是由于當(dāng)硅灰摻量超過(guò)一定值時(shí)，未參與水化反應(yīng)的硅灰增多，因其比表面積的增大而影響強(qiáng)度的改善[1]?？紤]到蒸壓加氣混凝土的生產(chǎn)成本，硅灰摻量控制在5%以內(nèi)比較合理。

2.2硅灰摻量對(duì)蒸壓加氣混凝土水化產(chǎn)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(jiàn)圖3、圖4。

圖2　硅灰摻量對(duì)蒸壓加氣混凝土抗壓強(qiáng)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(chǎn)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(lái)石、水化硅酸鈣以及未反應(yīng)的石英相。其中，托勃莫來(lái)石是蒸壓加氣混凝土中的主要膠凝材料，是由鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料在水熱條件下反應(yīng)形成，其數(shù)量及結(jié)晶程度直接決定了蒸壓加氣混凝土的力學(xué)性能。隨著硅灰的摻入，托勃莫來(lái)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(wú)到有，說(shuō)明托勃莫來(lái)石含量增加、結(jié)晶程度得到改善。這點(diǎn)也可通過(guò)SEM照片看出：摻入硅灰后，蒸壓加氣混凝土水化產(chǎn)物數(shù)量逐漸增多，當(dāng)硅灰摻量為5%時(shí)，水化產(chǎn)物相互搭接形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；摻入硅灰后，水化產(chǎn)物結(jié)晶良好，針棒狀和葉片狀托勃莫來(lái)石交織在一起，少量未反應(yīng)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(qiáng)度的原因分析

結(jié)合XRD及SEM分析結(jié)果可知，硅灰對(duì)蒸壓加氣混凝土抗壓強(qiáng)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(xiàn)[6]指出：在硅鈣水熱反應(yīng)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(kuò)散也比[SiO4]2-快，因此制約反應(yīng)的主要因素是SiO2的溶解和擴(kuò)散。硅灰中的活性SiO2數(shù)量遠(yuǎn)大于磨細(xì)河砂和粉煤灰，因此SiO2溶出較多、[SiO4]2-擴(kuò)散較快，有利于形成更多的、結(jié)晶良好的托勃莫來(lái)石晶體。

另一方面，由于硅灰具有微集料效應(yīng)。磨細(xì)河砂、粉煤灰和硅灰的平均粒徑分別處于3個(gè)不同的數(shù)量級(jí)，更加優(yōu)化了微集料級(jí)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(yīng)的球形硅灰還可填充于水化產(chǎn)物之間，使膠凝材料具有良好的級(jí)配，從微觀尺度上增加了水化產(chǎn)物的密實(shí)度，進(jìn)而提高了蒸壓加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度。

3　結(jié)論

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

（2）當(dāng)硅灰摻量小于5%時(shí)，蒸壓加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度增幅較明顯?？紤]到蒸壓加氣混凝土的生產(chǎn)成本，硅灰摻量控制在5%以內(nèi)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(jié)晶良好的托勃莫來(lái)石晶體，同時(shí)硅灰具有微集料效應(yīng)，可提高蒸壓加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度。

[1]王洪，陳天偉，陳昌禮.硅灰對(duì)高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)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(duì)水泥膠砂性能影響的試驗(yàn)研究[J].混凝土，2003（8）：28-36.

[3]孫長(zhǎng)征，李磊，趙同峰.超細(xì)礦物摻合料對(duì)后張法預(yù)應(yīng)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(jué)時(shí).新型增密硅灰對(duì)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(qiáng)，楊建偉.鋼渣-硅灰復(fù)合礦物摻合料對(duì)混凝土性能的影響[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，55（2）：145-149.

[6]袁潤(rùn)章，歐陽(yáng)淦.CaO-Al2O3-SiO2-H2O系統(tǒng)水熱反應(yīng)速率的研究[J].武漢建材學(xué)院學(xué)報(bào)，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(xiàng)資金項(xiàng)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。