利用鈷濕法浸出渣制作蒸壓加氣混凝土的試驗研究

白 魁，吳炎平

(1.滬昆客專江西分公司，江西 南昌 330001;2.江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計院，江西 南昌 330001)

1 試驗材料與方法

1.1 硅質(zhì)材料

1.1.1 鈷渣

(1)鈷渣的放射性核素照射指數(shù)見表1:

表1 放射性核素照射指數(shù)

根據(jù)《建筑材料放射性核素限量》(GB6566－2010)規(guī)定，建筑材料中天然放射性核素比活度應(yīng)同時滿足下列要求:

檢測結(jié)果:鈷渣中放射性核素的內(nèi)照射指數(shù)(IRa)=0.43;外照射指數(shù)(Ir)=0.49，均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2)鈷渣的細(xì)度經(jīng)0.08mm篩篩余量為9.45%，0.045mm篩篩余量為19.85%，化學(xué)成分和礦物組成測試結(jié)果見表2和表3。

表2 鈷渣主要化學(xué)成分

表3 鈷渣(2)主要礦物組成(%)半定量分析結(jié)果

1.1.2 河砂

由于鈷渣中SiO2含量為57.41%，低于加氣混凝土標(biāo)準(zhǔn)對硅質(zhì)原料的一般要求(SiO2含量大于65%)，且石英態(tài)的SiO2僅為26.4%，因此，必須加入一定量的高硅質(zhì)材料來補充原料中的硅含量。試驗選用天然河砂為補充硅質(zhì)原料，河砂經(jīng)過球磨機粉磨30min，細(xì)度為0.08mm篩篩余量為6.2%，其主要化學(xué)成分見表4。

表4 河砂主要化學(xué)成分

2 鈣質(zhì)材料

2.1 生石灰

采用塊狀生石灰，經(jīng)球磨機粉磨20min，細(xì)度為0.08mm篩篩余19.7%，消化速度為7min，消化溫度為72℃，主要化學(xué)成分見表5。

表5 生石灰主要化學(xué)成分

2.2 水泥

采用P.O.42.5級水泥，其物理性質(zhì)見表6。

表6 基準(zhǔn)水泥的物理性能

3 其他材料

3.1 發(fā)氣劑

采用江西恒力建材有限公司提供的加氣混凝土生產(chǎn)專用鋁粉膏。

3.2 調(diào)節(jié)劑

采用燒堿，為分析純。

3.3 試驗配比(見表7)

表7 加氣混凝土試驗配比(%)

3.4 工藝流程(見圖1)

圖1 鈷濕法浸出渣制作加氣混凝土工藝流程

3.5 蒸壓制度

試件蒸壓養(yǎng)護(hù)在江西恒力新型建材有限公司蒸壓砂加氣混凝土砌塊生產(chǎn)線的蒸壓釜內(nèi)進(jìn)行，蒸壓制度為:抽真空0.5h，升溫升壓 2.5h，恒溫恒壓7h，降溫 2.5h，蒸汽壓力為1.2MPa。

4 試驗結(jié)果與分析

4.1 蒸壓加氣混凝土試驗結(jié)果

按表7試驗配比成型加氣混凝土試件(10cm×10cm×10cm)，每組成型3個試件，試驗結(jié)果取3個試件的算術(shù)平均值，見表8。

表8 不同配合比試驗結(jié)果

4.2 鈷渣摻量對于加氣混凝土物理力學(xué)性能的影響

從表8可見，相同水料比下，當(dāng)鈷渣摻量從30%上升到40%時，加氣混凝土制品的強度逐漸降低(見圖2)。這是因為:

圖2 鈷渣摻量對于加氣混凝土抗壓強度的影響

一方面，在鈷渣中，石英的含量僅為26%左右，隨著鈷渣摻量的增加，在加氣混凝土中，硅質(zhì)材料總含硅量下降，也就是說，在后期蒸壓過程中，與Ca(OH)2發(fā)生水熱反應(yīng)的SiO2總量減少，導(dǎo)致膠凝產(chǎn)物不足，進(jìn)而影響到制品強度的提高。

另一方面，在鈷渣中，云母、綠泥石含量偏高，由于其特殊的層狀、鱗片狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致在相同稠度下，需水量增加，所以，在相同的水料比下，鈷渣摻量越高，澆注料漿越稠，不利于鋁粉發(fā)氣和形成良好的氣孔結(jié)構(gòu)，最終也導(dǎo)致其力學(xué)性能下降。

4.3 水料比對于加氣混凝土物理力學(xué)性能的影響

(1)水料比對于加氣混凝土干容重的影響

圖3 水料比對于加氣混凝土干容重的影響

從圖3可知，鈷渣摻量相同時，隨著水料比的增加，蒸壓加氣混凝土制品的干容重總體呈下降趨勢。這是因為水料比決定了漿料的稠度，當(dāng)鋁粉在發(fā)氣時，漿料發(fā)生膨脹，這時就需要克服重力和漿料的剪切力，當(dāng)水料比過小時，漿料的的稠度大，漿料的阻力增大，發(fā)氣時不僅要克服漿料的阻力還要克服自身重力，導(dǎo)致氣孔扁小，容重偏高。而當(dāng)水料比增大時，漿料稠化速度比較緩慢，漿料在發(fā)氣膨脹過程中，產(chǎn)生的阻力小，漿料的體積增大。因此，同體積的加氣混凝土干密度降低;

(2)水料比對于加氣混凝土抗壓強度的影響

圖4 水料比對加氣混凝土抗壓強度的影響

從圖4可知，鈷渣摻量相同時，隨著水料比的增加，蒸壓加氣混凝土制品的強度亦呈下降趨勢，這可以從其對發(fā)氣孔的影響來分析:

加氣混凝土內(nèi)部存在3種孔:分別是膠凝孔、毛細(xì)孔和由鋁粉發(fā)氣形成的發(fā)氣孔。其中，第三種孔是加氣混凝土所特有的，它的數(shù)量和構(gòu)成對加氣混凝土的性能有著重要的影響。由于料漿粘度、溫度和鋁粉在料漿中的位置時刻變化，因而在同一層次料漿中會形成多種孔徑并存的氣孔結(jié)構(gòu)現(xiàn)象，這就導(dǎo)致其中的氣壓P不相同，進(jìn)而產(chǎn)生小氣泡向大氣泡壓入的現(xiàn)象，這種平衡的維持，主要取決于料漿的粘度，當(dāng)料漿的水料比較大的時候，粘度降低，不足以維持這種平衡，致使小氣泡匯入，形成更大的氣泡。相比于小孔徑的加氣混凝土，大孔徑的加氣混凝土由于孔徑更大，因此更容易在孔壁形成局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致孔壁提前破壞［1，2］，從宏觀上看，即表現(xiàn)為蒸壓加氣混凝土的抗壓強度降低。

5 結(jié)束語

(1)當(dāng)配合比為:水料比0.6，鈷渣摻量0.3～0.4、河砂0.4～0.3、生石灰粉0.2、水泥0.1、鋁粉膏0.08%，蒸壓加氣混凝土試件的干密度可以達(dá)到約640kg/m3，而抗壓強度可達(dá)3.0MPa以上，表明鈷渣替代部分石英砂應(yīng)用于蒸壓加氣混凝土生產(chǎn)是可行的。

(2)利用鈷濕法冶煉工藝產(chǎn)生的鈷渣生產(chǎn)蒸壓加氣混凝土砌塊，在節(jié)約30%以上天然硅砂和3% ～5%石膏的同時，還可以實現(xiàn)鈷渣資源化，避免鈷渣堆放對環(huán)境產(chǎn)生不利的影響，有效地推動循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

［1］王秀芬.加氣混凝土性能及優(yōu)化的試驗研究.西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文.2006.

［2］張繼能，顧同曾.加氣混凝土生產(chǎn)工藝.武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1992.