礦物摻合料對蒸壓加氣混凝土力學性能的影響

摘 要：為提高蒸壓加氣混凝土砌塊的抗壓強度，改善制品氣孔結構和優化性能，通過討論鈣硅比確定了粉煤灰蒸壓加氣混凝土的基本配合比，在此基礎上，用硅灰、礦渣兩種摻合料等量取代粉煤灰，研究了蒸壓加氣混凝土的抗壓強度、氣孔結構、XRD、SEM。研究結果表明，當摻加5%的硅灰時，蒸壓加氣混凝土的絕干容重為670kg/m3，強度高達9.72MPa，增加了16.27%；當摻加5%的礦渣時，蒸壓加氣混凝土的絕干容重為690kg/m3，強度高達9.38MPa，增加了12.2%。蒸壓加氣混凝土的主要水化產物為水化硅酸鈣、托貝莫來石、水石榴子石以及未反應完全的二氧化硅。

關鍵詞：蒸壓加氣混凝土；礦物摻合料；抗壓強度；氣孔結構

中圖分類號：TU 528.04 文獻標識碼：A 文章編號：2095－414X（2023）03－0065－04

加氣混凝土由于輕質、耐火、保溫隔熱、節能降耗等諸多優點，被廣泛應用于新型建筑墻體材料[1-2]。然而，實際應用中由于強度低，通常只用作非承重的填充墻，大大限制了加氣混凝土的應用領域，本文選用硅灰、礦渣兩種礦物摻合料等量取代粉煤灰，來提高蒸壓加氣混凝土的抗壓強度，同時研究了取代前后蒸壓加氣混凝土的氣孔結構、水化產物，以及微觀形貌，取代后抗壓強度有明顯的提高，產品性能有較好的改善。

1" 原材料與試驗方法

1.1" 原材料

（1）水泥：華新水泥32.5復合硅酸鹽水泥。

（2）石灰：武漢晨鳴建材有限公司，有效CaO含量為65.15%，消化時間為16min，消化溫度為63℃。

（3）石膏：二水石膏，武漢晨鳴建材有限公司。

（4）粉煤灰：武漢陽邏發電廠，4900孔篩篩余30.8%，其化學成分見表1。

（5）發氣劑：鋁粉膏，摻量為0.08%。

（6）穩泡劑：江山市天順建材科技有限公司，型號GT-717，摻量為80g/m3。

（7）硅灰：平均粒徑為0.1～0.3μm，比表面積為20～28m2/g。

（8）礦渣：武漢鋼鐵股份有限公司。

1.2" 試驗方法

將水泥、石灰、粉煤灰干拌后，加水攪拌均勻，控制料漿溫度為40℃左右，摻加礦物摻合料攪拌均勻，將鋁粉膏制成鋁漿后和穩泡劑一起加入料漿，快速攪拌后澆注入模，靜停養護后切面包頭，自然養護后脫模，進入高壓釜進行蒸壓養護，采用的蒸壓養護制度為180℃、1.0MPa的飽和水蒸汽壓，升溫2h，保溫10h，試塊的尺寸為40mm×40mm×160mm，出釜后將試塊烘干至絕干狀態，測量試塊的絕干容重和抗壓強度，計算比強度，同時進行加氣混凝土的氣孔結構分析、XRD分析、SEM測試[3-5]。

2" 結果與討論

2.1" 選定鈣硅比（C/S）

粉煤灰加氣混凝土的C/S比值一般為0.6～0.8左右，本實驗通過調整粉煤灰用量計算C/S值，進行如下5組對比實驗（見表2）。

表2中，調整粉煤灰用量后，計算得出的5組C/S值分別為0.60、0.65、0.70、0.76、0.82，將這5組C/S值分別進行蒸壓加氣混凝土容重、強度對比實驗，并計算比強度，實驗結果如圖1、圖2所示：

由圖1可知，隨著C/S值的增加，在容重變化不大的情況下，加氣混凝土的蒸壓養護強度呈現出先增大后減少的趨勢，由圖2可知加氣混凝土的比強度也是先增大后減小，當C/S比值為0.76時，比強度最大，抗壓強度最大為8.36Mpa，因此本實驗選取C/S比值為0.76，由此確定主要原材料的配合比為：水泥15%，生石灰21%，粉煤灰59%，石膏5%。

2.2" 硅灰

本實驗采用等量取代的方法，用硅灰分別等量取代5%、10%、15%、20%的粉煤灰，進行蒸壓加氣混凝土的對照試驗，蒸壓養護后，進行容重和強度測試，并計算比強度，結果如圖3、圖4所示：

從圖3可知，在用硅灰等量取代粉煤灰對照試驗中，在容重變化不大的情況下，隨著硅灰摻量的增加，蒸壓加氣混凝土的抗壓強度呈現先增大后減小的規律，由圖4可知，比強度也是先增大后減少，當硅灰摻量為5%時，比強度最大，抗壓強度值最大為9.72MPa，強度增加了16.27%，因此，摻加適量硅灰能有效提高蒸壓加氣混凝土的抗壓強度。

2.3" 礦渣

本實驗選用礦渣分別等量取代5%、10%、15%、20%、25%的粉煤灰，進行蒸壓加氣混凝土的對照試驗，蒸壓養護后，進行容重和強度測試，并計算比強度，結果如圖5、圖6所示：

從圖5可知，在用礦渣等量取代粉煤灰對照試驗中，在容重變化不大的情況下，隨著礦渣摻量的

增加，蒸壓加氣混凝土的抗壓強度同樣的呈現先增大后減小的規律，由圖6可知，比強度也是先增大后減小，當礦渣摻量為5%時，比強度最大，抗壓強度值最大為9.38MPa，強度增加了12.2%，由此可知，摻加適量礦渣能有效提高蒸壓加氣混凝土的抗壓強度。

3" 性能測試

3.1" 氣孔結構

孔結構的大小、形狀、分布是否均勻都能影響加氣混凝土的強度，為了研究不同礦物摻合料加氣混凝土氣孔結構對強度的影響，對制品的宏觀氣孔結構進行了觀察，試塊的截面圖如圖7所示：

從圖7（a）可知，空白試塊的氣孔結構分布不均勻，孔徑大小不一，大多數是連通孔，呈扁平狀，孔壁結構較厚，大孔較多，當受到外壓力作用時，壓應力易向大孔集中導致破壞，因此強度不高。

從圖7（b）和（c）可知，摻加硅灰、礦渣摻合料的加氣混凝土，氣孔結構比較均勻，大孔較少，扁平孔減少，圓形孔增加，孔結構致密，孔隙較小，因此，強度有一定的提高。

3.2" 水化產物

利用X射線衍射分析，用Jade軟件尋找衍射峰的三強峰與d值，與標準衍射峰進行比對，以此來分析和判斷具體水化產物的存在以及相對含量，實驗分別對蒸壓加氣混凝土的空白試樣、摻5%硅灰和摻5%礦渣試樣進行了水化產物分析，如圖8所示：

從圖8可以看出，蒸壓養護空白試塊的水化產物主要為：CSH（I）（d值/?：3.07，1.824）、水石榴子石（d值/?：5.05，2.76，2.00）、托貝莫來石（d值/?：11.3，3.08，2.98）、未反應的SiO2（d值/?：4.255，3.3435，1.818）；摻加5%硅灰和5%礦渣的XRD圖譜極為相似，圖譜中CSH（I）與托貝莫來石的特征峰略強于空白試塊，這說明摻加硅灰和礦渣激發了體系中SiO2的活性，使水化反應更加充分，有助于蒸壓加氣混凝土強度的提高[6-10]。

3.3" SEM分析

蒸壓加氣混凝土空白試樣不同放大倍數的SEM微觀形貌如圖9所示，由圖可知，試樣斷面上主要是絮狀的C-S-H凝膠，針狀托貝莫來石，以及未反應完全的粉煤灰，托貝莫來石是提供強度的主要水化產物，晶粒長度為1～2μm，各種水化產物膠結在一起，形成了較好的結構體系[11-12]。

4" 結論

（1）用硅灰、礦渣等量取代5%的粉煤灰能有效提高蒸壓加氣混凝土的抗壓強度。

（2）摻加適量的礦物摻合料能提高料漿澆注穩定性，改善制品氣孔結構，大氣孔、扁平孔減少，氣孔結構變得均勻，從而提高加氣混凝土的強度。

（3）通過調整C/S、摻加礦物摻合料、引入穩泡劑，得出了承重粉煤灰加氣混凝土的配合比為：水泥15%，生石灰21%，粉煤灰54%，硅灰或礦渣5%，石膏5%，穩泡劑80 g/m3，鋁粉摻量0.08%。

（4）摻加礦物摻合料后，蒸壓加氣混凝土水化產物的特征峰略微變強，水化產物為水化硅酸鈣、托貝莫來石、水石榴子石、以及未反應完全的二氧化硅。

參考文獻：

[1] 婁宇.粉煤灰承重加氣混凝土的制備與應用研究[D].南京：南京理工大學，2007.

[2] 王秀芬.加氣混凝土性能及優化的試驗研究[D].西安：西安建筑科技大學，2006.

[3] 孔祥香.脫硫石膏基加氣混凝土的研究[D].武漢：武

漢理工大學，2009.

[4] 加氣混凝土力學性能試驗方法：GB/T11969-2008[S/OL].北京：中華人民共和國國家標準，2008.

[5] 吳笑梅，樊粵明.粉煤灰加氣混凝土水化產物的種類和微觀結構[J]. 華南理工大學學報， 2003，31（8）：57-61.

[6] Al-Khaiat H， Haque M N. Effect of Initial Curing of Early Strength and Physical Properties of a Lightweight Concrete[J].Cement and Concrete Research，1998（6）：859-866.

[7] 江曉君，嚴云，胡志華.堿激發免蒸壓加氣混凝土的研究[J]. 武漢理工大學學報， 2011（2）：50-55.

[8] 彭小芹，漆貴海，林力勛， 等.磷渣免蒸壓加氣混凝土制備研究[J].重慶建筑大學學報，2008，30（4）.

[9] 夏艷晴，嚴云，胡志華.固硫灰免蒸壓加氣混凝土性能影響因素的研究[J]. 武漢理工大學學報， 2012，34（3）：23-28.

[10] 高慧婷，孫莉安，榮華， 等.硅灰鋼纖維對混凝土性能影響的試驗研究[J]. 吉林建筑工程學院學報， 2010，27（1）：49-52.

[11] 張露晨，李樹忱，李術才， 等.硅灰粉煤灰對噴射混凝土性能影響[J]. 山東大學學報（工學版）， 2016，46（5）：102-109.

[12] 王雨利，劉素霞，羅樹瓊， 等.利用固體廢棄物制備蒸壓加氣混凝土砌塊的研究[J]. 河南理工大學學報（自然科學版）， 2012，31（5）：613-616.

Effect of Mineral Admixtures on Propertiesof Autoclaved Aerated Concrete

GONG Jun

（Infrastructure Management Office， Wuhan Textile University ， Wuhan Hubei 430200， China）

Abstract： In order to improve the compressive strength of Autoclaved Aerated Concrete blocks， improve the pore structure and optimize the performance of products.Through the discussion of C/S ratio determines the mixture ratio of fly ash Autoclaved Aerated Concrete， on this foundation， use two kinds of mineral admixtures silica fume and slag， in replace of fly ash， to research the compressive strength， pore structure， XRD and SEM of Autoclaved Aerated Concrete. The results show that the mixed with 5% silica fume， the Autoclaved Aerated Concrete dry bulk density is 670kg/m3， the compressive strength up to 9.72MPa， increasedby 16.27%; the mixed with 5% slag， the Autoclaved Aerated Concrete dry bulk density is 690kg/m3， the compressive strength up to 9.38MPa， increasedby 12.2%. The main hydration products of Autoclaved Aerated Concrete include calcium silicate hydrates（C-S-H）， tobermorite， hydrogarnet， and not completely reactive silicon dioxide.

Keywords：Autoclaved Aerated Concrete ; Mineral admixtures; Comprehensive strength; Pore structure

（責任編輯：周莉）

作者簡介：龔俊（1986-），男，工程師，碩士，研究方向：建筑工程施工與管理.