傅 峰

(宣城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 宣城 242000)

引言

蒸汽壓力加氣混凝土是一種新型的多孔輕質(zhì)節(jié)能建筑材料，具有環(huán)保、抗震、保溫隔音等特點(diǎn)[1].新墻體材料中蒸壓加氣混凝土占有重要地位，其主要原材料為石膏、礦渣和粉煤灰等，制品的干密度約為500 kg/m3，為混凝土和粘土磚質(zhì)量的五分之一到三分之一之間，比大多數(shù)輕集料混凝土等材料的干密度低[2-4].因此，建筑墻體采用蒸壓加氣混凝土可有效地降低建筑物的自重，降低建筑物梁柱等結(jié)構(gòu)的尺寸，從而實(shí)現(xiàn)建筑成本和材料的有效節(jié)約[5].另外，蒸壓加氣混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中存在大量氣孔，提高了制品的隔熱保溫效果，而且其加工性能較好，對其進(jìn)行鉆孔、刨及鋸等加工，使實(shí)際施工過程更為簡單[6,7].

銅尾礦屬于金屬銅提取時產(chǎn)生的有色金屬尾礦[8]，陶瓷拋光泥屬于制作陶瓷制品時拋光過程后所產(chǎn)生的排泄廢棄料[9,10]，二者的堆積占用大量的土地資源，導(dǎo)致植被退化及資源的浪費(fèi)[11].本文將銅尾礦與陶瓷拋光泥作為原材料，輔以水泥、石灰、石膏等原材料，運(yùn)用化學(xué)手段并以鋁粉作為發(fā)氣劑，制備蒸壓加氣混凝土砌塊，對所制備的砌塊實(shí)施抗壓性能檢測，分析各種原材料的不同摻量對蒸壓加氣混凝土砌塊抗壓性能的影響作用，并在此基礎(chǔ)上選取出蒸壓加氣混凝土砌塊抗壓性能最佳的原材料配比與蒸壓養(yǎng)護(hù)時間，為制備出最佳抗壓性能的蒸壓加氣混凝土砌塊提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)中所用的主要原材料包括銅尾礦、陶瓷拋光泥、石灰、水泥等，其中銅尾礦的主要礦物相包含黑云母、長石、方解石及石英等[12]；陶瓷拋光泥的主要礦物相為石英[13,14].各原材料的詳細(xì)介紹如表1所示.

表1 各原材料詳細(xì)情況

其余次要原材料包括水玻璃堿性激發(fā)劑、鋁粉、石膏、穩(wěn)泡劑等.其中水玻璃選用市售分析純九水硅酸鈉，依據(jù)特定配比配制之后，將其模數(shù)控制在0.8～1.6之間，通過水玻璃可將銅尾礦與陶瓷拋光泥內(nèi)玻璃體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)破壞提升其活性；依據(jù)特定配比由六偏磷酸鈉、三乙醇胺與油酸配制而成；石膏為市售分析純二水硫酸鈣.

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)中所用到的設(shè)備及型號如表2所示.

表2 試驗(yàn)主要設(shè)備型號及廠家

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 蒸壓加氣混凝土砌塊的制備

向電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)放入適量陶瓷拋光泥與銅尾礦原材料樣品，將溫度設(shè)為103 ℃，充分干燥原材料樣品；運(yùn)用四分法將充分干燥之后的原材料樣品縮至4.8 kg；稱量好各原材料樣品后，通過水泥試驗(yàn)球磨機(jī)對其依次實(shí)施粉磨破碎；混合粉磨破碎后的兩種原材料樣品形成干拌混合料，采用水泥凈漿攪拌機(jī)將其攪拌均勻，并向其中加入58 ℃的溫水迅速攪拌2 min；攪拌后將外加劑和發(fā)氣劑依次加入其中，同時迅速攪拌28～38 s，獲得攪拌均勻的料漿；向98 mm×98 mm×98 mm的模具內(nèi)澆筑所獲得的料漿，于48 ℃環(huán)境下靜止養(yǎng)護(hù)4 h；待完成養(yǎng)護(hù)之后將其脫模并放入1.0 MPa、183 ℃的蒸壓釜內(nèi)繼續(xù)實(shí)施7 h的蒸壓養(yǎng)護(hù)，待完成養(yǎng)護(hù)之后實(shí)施烘干，即制得蒸壓加氣混凝土砌塊.

1.3.2 抗壓性能檢測方法

通過改變蒸壓加氣混凝土砌塊制備時的陶瓷拋光泥、水泥與石灰原材料的摻量以及水料比、蒸壓養(yǎng)護(hù)時間，依據(jù)制備過程制備出不同蒸壓加氣混凝土砌塊作為試驗(yàn)試樣，檢測不同試樣的抗壓性能，檢測方法如下.

將制備出的蒸壓加氣混凝土砌塊試樣放于電子式萬能試驗(yàn)機(jī)的下壓板正中位置，試樣的受力方向與試樣的發(fā)氣方向垂直(圖1)；將電子式萬能試驗(yàn)機(jī)開啟，在試驗(yàn)機(jī)的上壓板靠近試樣時，對球座實(shí)施調(diào)整令接觸更均衡，采用(1.9±0.45) kN/s的速度均勻持續(xù)加載直到試樣損壞，對損壞時的荷載值實(shí)施記錄.

圖1 試驗(yàn)加載受力方向示意圖

檢測過程中以GB/T 208—1994《水泥密度測定方法》與GB/T 8074—2008《水泥比表面積測定方法 勃氏法》作為參照檢測原材料的基礎(chǔ)物理化學(xué)性能；實(shí)施蒸壓加氣混凝土砌塊試樣的抗壓性能檢測時，加載速度需以GB/T 11969—2008《蒸壓加氣混凝土性能試驗(yàn)方法》要求為參照[15].

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 陶瓷拋光泥含量對砌塊性能的影響

通過添加6種不同含量的陶瓷拋光泥制備出6個蒸壓加氣混泥土砌塊試樣(a1～a6)，a1～a6試樣中陶瓷拋光泥的含量依次為5%、10%、15%、17%、20%、23%，各試樣中的其它原材料含量均相同，分別為36%的銅尾礦、10%的水泥、16%的石灰及0.1%的鋁粉.分別檢測a1～a6試樣漿體發(fā)氣高度的變化情況與抗壓強(qiáng)度及干密度的變化情況.

2.1.1 漿體發(fā)氣測試

檢測不同陶瓷拋光泥含量下所制備出的a1～a6試樣漿體發(fā)氣高度隨發(fā)氣時間的變化情況，檢測結(jié)果如表3所示.

表3 不同陶瓷拋光泥含量試樣漿體發(fā)氣高度

由表3可看出，在發(fā)氣時間低于32 min時間段內(nèi)，各試樣漿體的發(fā)氣高度隨時間的延伸持續(xù)增長；在發(fā)氣時間高于32 min時，各試樣漿體在石灰消化和水泥水化的協(xié)同作用下隨發(fā)氣時間的延伸持續(xù)稠化，各試樣漿體的發(fā)氣高度呈現(xiàn)出先降低而后持續(xù)平穩(wěn)的趨勢，這時結(jié)束各試樣漿體的發(fā)氣過程.各試樣漿體發(fā)氣高度排序依次為a6

圖2 不同陶瓷拋光泥含量試樣漿體發(fā)氣效果

通過圖2可以看出，15%陶瓷拋光泥含量的a3試樣漿體發(fā)氣效果明顯高于23%陶瓷拋光泥含量的a6試樣漿體發(fā)氣效果，其漿體發(fā)氣后表面紋路更深更清晰.

2.1.2 抗壓強(qiáng)度及干密度測試

對不同陶瓷拋光泥含量下所制備出的a1～a6試樣的抗壓強(qiáng)度及干密度變化情況實(shí)施檢測，所得檢測結(jié)果見圖3.

圖3 不同陶瓷拋光泥含量試樣抗壓強(qiáng)度及干密度

分析圖3可以得出，隨著陶瓷拋光泥含量的增長，a1～a6試樣的抗壓強(qiáng)度與干密度均呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢，其中陶瓷拋光泥含量為15%的a3試樣的抗壓強(qiáng)度與干密度最低，陶瓷拋光泥含量為23%的a6試樣的抗壓強(qiáng)度與干密度最高.結(jié)合各試樣漿體發(fā)氣高度測試結(jié)果可得出，a3試樣漿體發(fā)氣高度最高且發(fā)氣過程最穩(wěn)定，漿體的發(fā)氣速率和稠化速率匹配且漿體具有較高的穩(wěn)定性，通過蒸壓工藝之后，該試樣的結(jié)構(gòu)內(nèi)部氣孔分布十分均勻，故其干密度與抗壓強(qiáng)度最低，僅為465 kg/m3與3.58 MPa；試樣a6的漿體發(fā)氣高度最低，其抗壓強(qiáng)度與干密度最高.綜上可知，蒸壓加氣混凝土砌塊的漿體發(fā)氣高度與抗壓強(qiáng)度及干密度呈反比關(guān)系，其中陶瓷拋光泥含量為23%的砌塊試樣抗壓強(qiáng)度與干密度最高.

2.2 水泥摻量對砌塊性能的影響

作為蒸壓加氣混凝土砌塊制備中關(guān)鍵鈣質(zhì)材料，水泥屬于一種水硬性無機(jī)膠凝材料，本身具有一定的強(qiáng)度，在制備蒸壓加氣混凝土砌塊的過程中，其前期的澆筑平穩(wěn)性對后期形成水化產(chǎn)物起著關(guān)鍵性作用.為更深入地分析水泥在蒸壓加氣混凝土砌塊中所發(fā)揮的作用，在此選用8%～24%不同含量的水泥在其它原材料相同的情況下(各試樣中的其它原材料分別為36%的銅尾礦、23%的陶瓷拋光泥、16%的石灰及0.1%的鋁粉)，制備出10個蒸壓加氣混凝土砌塊試樣，分別以b1～b10表示，檢驗(yàn)在不同水泥含量下各蒸壓加氣混凝土砌塊的性能，檢驗(yàn)結(jié)果如表4所示.

表4 不同水泥含量試樣性能檢測結(jié)果

通過表4能夠得出，隨著水泥摻量的升高，蒸壓加氣混凝土砌塊的干密度與抗壓強(qiáng)度也隨之上升，其中，水泥摻量為14%、17%、20%及24%的試樣b4、b6、b8、b10與水泥摻量為8%的試樣b1相比，抗壓強(qiáng)度依次增長了12.8%、16.9%、23.6%、32.1%，干密度依次增長了7.5%、10.6%、14.9%、17.5%.由此可見，水泥摻量對蒸壓加氣混凝土砌塊的抗壓性能具有正影響作用，通過適當(dāng)提升蒸壓加氣混凝土砌塊內(nèi)水泥的摻量，可以有效提高蒸壓加氣混凝土砌塊的抗壓強(qiáng)度.

2.3 石灰摻量對砌塊性能的影響

石灰與水反應(yīng)能夠形成大量的強(qiáng)堿環(huán)境與熱量，對于拌和物的稠化與發(fā)氣過程可起到促進(jìn)作用，屬于蒸壓加氣混凝土砌塊內(nèi)的主要鈣質(zhì)材料.然而當(dāng)石灰摻量過低時，將導(dǎo)致所制得的蒸壓加氣混凝土砌塊制品的干密度過高且抗壓性能過低，而石灰摻量過高則會導(dǎo)致制備過程中的澆筑階段不夠穩(wěn)定.故為更深入地了解石灰在蒸壓加氣混凝土砌塊制備中的作用，此試驗(yàn)中取36%的銅尾礦、23%的陶瓷拋光泥、24%的水泥及0.1%的鋁粉，通過添加5%～16%的石灰制備出10個蒸壓加氣混凝土砌塊試樣c1～c10，對10個試樣的抗壓性能實(shí)施檢驗(yàn)，結(jié)果如表5所示.

表5 不同石灰摻量試樣性能檢測結(jié)果

由表5可得知，各蒸壓加氣混凝土砌塊試樣的干密度隨石灰摻量的升高而逐漸降低；石灰摻量在5%～11%之間的蒸壓加氣混凝土砌塊試樣c1～c5，隨著石灰摻量的持續(xù)增長，混凝土抗壓強(qiáng)度為逐漸上升趨勢，而石灰摻量在11%～16%之間的蒸壓加氣混凝土砌塊試樣c5～c10的抗壓強(qiáng)度，則隨著石灰摻量的繼續(xù)增長，呈現(xiàn)逐步下降趨勢，其中試樣c5的抗壓強(qiáng)度最高.該結(jié)果說明，當(dāng)石灰摻量為11%時，蒸壓加氣混凝土砌塊的抗壓強(qiáng)度達(dá)到峰值，此時其抗壓性能最佳.

2.4 不同水料比對砌塊性能的影響

試驗(yàn)中選取36%的銅尾礦、23%的陶瓷拋光泥、24%的水泥、11%的石灰及0.1%的鋁粉，水料比依次選取為0.50、0.53、0.55、0.58、0.60、0.63、0.65、0.68、0.70、0.73，制備10個蒸壓加氣混凝土砌塊試樣d1～d10，檢驗(yàn)不同水料比所制備的蒸壓加氣混凝土砌塊試樣孔結(jié)構(gòu)的抗壓性能，結(jié)果見表6.

表6 不同水料比下試樣性能檢測結(jié)果

分析表6能夠得出，在各種原材料含量相同的情況下，當(dāng)水料比為0.68時，所制備出的蒸壓加氣混凝土砌塊試樣d8的抗壓強(qiáng)度與絕干比強(qiáng)度均為最高，可見蒸壓加氣混凝土砌塊抗壓性能最佳的水料比為0.68.分析其原因是當(dāng)水料過高時，料漿的稠度較低，石灰的水解效率高，能夠令鋁粉較早地出現(xiàn)大量的氣體，導(dǎo)致蒸壓加氣混凝土坯體的孔隙率與孔徑均增大，導(dǎo)致發(fā)氣過高而漿體由模具內(nèi)溢出，排出水化產(chǎn)物，因而蒸壓加氣混凝土砌塊的抗壓強(qiáng)度有所降低；反之，當(dāng)水料比較低時，料漿的稠度較高，物料無法均勻分散導(dǎo)致原材料稠化速度比發(fā)氣速度高，導(dǎo)致蒸壓加氣混凝土坯體的孔結(jié)構(gòu)較差，孔隙率較低，造成較高的干密度與較低的抗壓強(qiáng)度.

2.5 蒸壓養(yǎng)護(hù)時間對砌塊性能的影響

作為制備蒸壓加氣混凝土砌塊過程中最主要一環(huán)，蒸壓養(yǎng)護(hù)是令制品達(dá)到水熱合成的關(guān)鍵方式，也是形成輕質(zhì)高強(qiáng)度砌塊的必備環(huán)節(jié).為此，試驗(yàn)在固定36%的銅尾礦、23%的陶瓷拋光泥、24%的水泥、11%的石灰、0.1%的鋁粉以及0.68的水料比基礎(chǔ)上，通過設(shè)置3～10 h的不同蒸壓養(yǎng)護(hù)時間，制備出8個蒸壓加氣混凝土砌塊試樣e1～e8，通過檢測各試樣的干密度與抗壓強(qiáng)度，分析蒸壓養(yǎng)護(hù)時間對蒸壓加氣混凝土砌塊性能的影響規(guī)律，檢測結(jié)果如表7所示.

表7 不同蒸壓養(yǎng)護(hù)時間試樣性能檢測結(jié)果

分析表7可得，蒸壓加氣混凝土砌塊試樣的干密度隨著蒸壓養(yǎng)護(hù)時間的增長持續(xù)降低；隨著蒸壓養(yǎng)護(hù)時間的增長，蒸壓加氣混凝土砌塊試樣的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出先升高后降低趨勢，抗壓強(qiáng)度的峰值出現(xiàn)在蒸壓養(yǎng)護(hù)時間為7 h的試樣e5上，說明在制備蒸壓加氣混凝土砌塊的蒸壓養(yǎng)護(hù)過程中，可設(shè)置7 h的蒸壓養(yǎng)護(hù)時間，提升蒸壓加氣混凝土砌塊的抗壓性能.

3 結(jié)論

通過以銅尾礦與陶瓷拋光泥作為主要原材料、結(jié)合水泥、石灰等輔助原材料制備蒸壓加氣混凝土砌塊，改變不同原材料摻量、水料比及蒸壓養(yǎng)護(hù)時間，分別制備出不同蒸壓加氣混凝土砌塊試樣，依據(jù)抗壓性能測試方法對所制備出的各種蒸壓加氣混凝土砌塊試樣實(shí)施抗壓性能檢測，試驗(yàn)測試結(jié)果表明：

(1)15%的陶瓷拋光泥試樣漿體發(fā)氣高度最大，但其干密度與抗壓強(qiáng)度最低，23%的陶瓷拋光泥試樣漿體發(fā)氣高度最小，但其干密度與抗壓強(qiáng)度最高，蒸壓加氣混凝土砌塊的漿體發(fā)氣高度與抗壓強(qiáng)度及干密度呈反比關(guān)系；

(2)水泥摻量與蒸壓加氣混凝土砌塊的抗壓強(qiáng)度為正相關(guān)關(guān)系，適當(dāng)提升蒸壓加氣混凝土砌塊內(nèi)水泥的摻量，可提升蒸壓加氣混凝土砌塊的抗壓性能；

(3)在其它原材料含量不改變的前提下，11%的石灰摻量可令蒸壓加氣混凝土砌塊的抗壓強(qiáng)度到達(dá)峰值；

(4)在各種原材料含量相同的情況下，在0.68的水料比下所制備出的蒸壓加氣混凝土砌塊具備更高的抗壓強(qiáng)度與絕干比強(qiáng)度，抗壓性能最佳；

(5)隨著蒸壓養(yǎng)護(hù)時間的增長，蒸壓加氣混凝土砌塊的干密度呈現(xiàn)出持續(xù)降低的趨勢，抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，當(dāng)蒸壓養(yǎng)護(hù)時間設(shè)置為7 h時，蒸壓加氣混凝土砌塊的抗壓性能最好.