新型墻體材料輕質陶粒泡沫混凝土的配比與性能研究

楊冰川 ，周 旭 ，劉 港 ，韓付超

（1聊城大學化學化工學院 山東 聊城 252000）

（2山東大學的環境科學與工程學院 山東 濟南 250100）

1 前言

作為世界第一建筑大國，中國的建筑能耗日趨多量化和多元化，傳統的低效率建筑工藝已遠遠達不到社會生產和環保發展的要求，且龐大的建筑能耗早已成為我國經濟發展的沉重負擔。因此，研究和發展以節能環保為主題的新型建筑材料具有廣闊的市場應用前景，也終究會成為我國建筑材料發展新的戰略走向。

傳統的建筑材料和建筑工藝具有材料強度低、施工難度大，且效率低、能耗大、污染嚴重的缺點，這對可持續發展的建筑行業目標帶來了負面的社會效益。而輕骨料混凝土材料為目前新興的一種建筑材料，其主要特征為輕骨料的低密度、高強度及保溫性結合混凝土的高抗壓強度和耐久性等優點，集高強度、低密度、寬適用范圍為一體，逐漸成為建筑領域的新型節能研究方向。國內外將陶粒和泡沫混凝土分開研究的情況較多，而將陶粒摻入泡沫混凝土進行性能研究的各方面成果較少。有研究表明不僅泡沫摻量對混凝土的強度會造成影響，氣泡的孔徑及結構也會產生影響，且不同品種的引氣劑對孔徑分布的影響是不同的，進而對強度的影響也各異[1]。另一方面，引入氣泡可減少用水量，同時可以改善陶粒過輕及吸水所引起的不良現象[1]。很多研究表明，當泡沫摻量在10%以內時，孔的數量增加，含氣量降低，泡沫的增加降低孔的平均半徑，提高陶?；炷恋膹姸萚6]。當泡沫摻量超過10%以后，陶?；炷恋目箟簭姸入S著泡沫摻量的增加而降低，摻量超過20%以后，陶?；炷恋目箟簭姸认陆递^快[2-6]。

故進行發泡也為本文的背景亮點之一。同時，與普通同等強度混凝土比較，以輕質陶粒為骨架的墻體材料可減輕結構自身重量約30%，這極大推進了輕質陶粒泡沫混凝土在大跨及多高層建筑中的應用，對于節能環保的新型建筑材料起到了推陳出新的帶頭作用。

所以，在節能減排地位被日益提高的中國，以輕質節能陶?；炷两Y合泡沫為基礎的建筑材料必然有著廣闊的市場應用前景，研究輕集料新型建筑材料的意義也及其重大?；诖?，我們進行了關于輕集料混凝土配合發泡技術的材料制備研究。

2 實驗部分

2.1 實驗設備及試劑

圖1 一體式SX2-5--12高溫1200度馬弗爐及陶粒

圖2 輕質陶粒的燒制結果與燒制環境

主要測試儀器：一體式SX2-5--12高溫1200度馬弗爐、壓縮空氣泡沫輸出裝置、堆積密度儀、DFG-4S電熱鼓風干燥箱、冰箱、SW-CJ-2D超凈工作臺精密pH計、JT-302N電子天平、HWCL-1恒溫磁力攪拌浴、數字式低真空測壓儀、氮氣鋼瓶、84-1磁力攪拌控溫電熱套、磁力攪拌器。

主要測試試劑：一級粉煤灰、P·F粉煤灰硅酸鹽水泥、活性炭、碳酸氫鈉、聚丙烯酰胺、含硅尾礦、生石灰、鋁粉、硫酸鈣（AR）、硅酸鈣（AR）、碳酸鉀（AR），試劑均為市面銷售分析純化學試劑。

2.2 實驗原理

利用粉煤灰與活性炭、膨脹劑等進行結合復配，用馬弗爐燒制成密度在300～1000kg/m，抗壓強度值為3.0～6.0MPa（常用），導熱系數大約在0.09～0.17W/(m·K)的多孔硅酸鹽陶粒。再將陶粒與石灰、水泥混合，摻加發氣劑（鋁粉），加水攪拌后發生化學反應形成孔隙，通過澆注成型、預養切割、蒸壓養護等工藝過程制成輕集料陶粒發泡混凝土。

2.3 實驗步驟

首先將粉煤灰、發泡劑、活性炭、碳酸氫鈉、聚丙烯酰胺、助脹劑與助融劑等原料復配均勻，攪拌幾分鐘后，加入適量水攪拌均勻，繼續攪拌約10min。將復配體系轉入SW-CJ-2D超凈工作臺進行搓丸，搓丸直徑約為1.5cm，搓丸后放入一體式SX2-5--12高溫1200度馬弗爐中進行多段程序控溫燒結。約7h后取出，自然冷卻晾干后將陶粒放入已經利用壓縮空氣發泡技術進行發泡操作的泡沫混凝土中，攪拌15min，得到陶粒泡沫混凝土產品。

2.4 輕質陶粒泡沫混凝土的性能測試及CMA檢測

通過儀器及實驗測試，所制陶粒表觀密度在300～1000kg/m，抗壓強度值為3.0～6.0MPa（常用），導熱系數大約在0.09～0.17W/(m·K)疏松多孔且強度足夠建筑需求。

同時將樣品送至山東省環境保護科學研究設計院進行毒性檢測（CMA檢測）。檢測過程中對樣品利用原子吸收分光光度法，進行了GB5085.3-2007附錄D專業浸出毒性檢測，檢測結果顯示樣品中銅含量＜0.32mg/L，鉛含量＜0.10mg/L，鋅含量＜1.23mg/L，鎘含量＜0.005mg/L。檢測結果證明該產品對人體接觸無害、對環境無污染，使用安全。

3 結果與討論

輕質陶粒的燒制結果如圖2所示，在實驗過程中加入膨脹劑使得陶粒發脹，在擴大體積的同時提高了陶粒本身的結構強度和承重適用范圍，同時利用蒸汽自然養護可以防止應用過程中的墻體裂縫問題。在摻入陶粒的初期由于輕質陶粒具有一定的吸水性，會與混凝土中的水分部分結合，使得混凝土與陶粒的結合更為緊密、牢固，陶粒混凝土的表觀強度和抗壓適用范圍也會得到大幅度提高。在混凝土凝結后的具體實用階段隨著其齡期年份延長，混凝土內部水分會部分散失，若繼續進行將會導致產生裂縫及降低強度的副作用，而這時在早期吸水飽和的輕質陶粒則可以向膠漿返水，起到繼續水化混凝土塊的目的。綜上所述，陶粒的摻入不僅對墻體材料本身產生密度、強度以及抗壓度等各方面的優質影響，也能起到很好的“以土融粒，以粒養土”的內部養護作用。完全滿足了新型節能高效的輕質墻體材料的基本工藝結構、強度和作用要求。

4 結語

本文以水泥、粉煤灰為膠凝材料，輕質陶粒為骨料，采用壓縮空氣發泡技術，摻入一定量泡沫，并根據性能要求選用合適的外加劑，開發了一種新型陶粒墻體材料。探尋出能滿足建筑性能要求的最佳原料配比及合適的生產工藝控制參數，并進行了性能測試研究。對樣品利用原子吸收分光光度法進行了CMA檢測，方法為GB5085.3-2007附錄D專業浸出毒性檢測，檢測結果證明該產品對人體接觸無害、對環境無污染，使用安全。該產品具有低成本、高強度、低密度的建筑結構特征，為建筑材料的成本降低提供了一條新的途徑。