B04級蒸壓灰加氣混凝土力學性能試驗研究

吳鑫，劉登賢，袁澤洋，張旭

（四川華西綠舍建材有限公司，四川成都 610051）

B04級蒸壓灰加氣混凝土力學性能試驗研究

吳鑫，劉登賢，袁澤洋，張旭

（四川華西綠舍建材有限公司，四川成都 610051）

研究了穩泡劑摻量、鈣質材料摻量、水料比和石膏摻量對B04級加氣混凝土抗壓強度的影響規律。結果表明，就抗壓強度而言，穩泡劑的適宜摻量為0.04%～0.05%，水料比為0.52～0.54，鈣質材料的適宜摻量為27%～29%，石膏的適宜摻量為4%～5%，按此配比制備的B04級加氣混凝土抗壓強度可達到2.8 MPa。

蒸壓加氣混凝土；抗壓強度；摻量

0　前言

蒸壓加氣混凝土是以硅、鈣為原材料，以鋁粉（膏）為發氣劑，經過高溫、高壓蒸汽養護而成的高性能、多氣孔混凝土制品。它具有質量輕、保溫性能好、阻燃性好、施工速度快、綜合造價低等特點[1-2]，是一種國家大力提倡使用的新型節能建筑材料，它可以替代傳統的有機保溫材料，用于建筑外墻外保溫系統中。

目前國內加氣混凝土制品中，主要類型是B05～B08級，而加氣混凝土產品的密度越小，則導熱系數越低，保溫性能越好，且造價越低，但是強度往往隨之降低[3]，B03級加氣混凝土砌塊的導熱系數雖然低于0.10 W/（m·K），但強度僅有1.0 MPa，不適宜直接做墻體保溫材料。B04級加氣混凝土的導熱系數低于0.12 W/（m·K），可以用于墻體保溫。因此，有必要對B04級加氣混凝土強度的影響因素進行試驗研究。

1　實驗

1.1原材料

水泥為西南P·O42.5R水泥；石灰為磨細生石灰，有效鈣含量為（80±5）%，消化時間8 min，消化溫度（80±5）℃；粉煤灰為四川博磊Ⅰ級風選粉煤灰；石膏為磷石膏，化學成分如表1所示；廢漿為利用加氣混凝土坯體切割廢料加水攪拌制成，固含量55%左右、擴展度35 cm、密度約為1.35 g/ml；發氣劑為鋁粉膏，有效鋁含量為80%～85%；穩泡劑為V6型加氣混凝土專用穩泡劑，江山市天順生物化工廠；水為自來水。

表1　磷石膏的化學成分%

1.2試樣制備

投料順序依次為廢漿、粉煤灰、水攪拌均勻，再加入水泥、石膏、石灰、適當加水，用手持式攪拌機將各種材料攪拌均勻，將料漿擴展度控制在26～28 cm，然后通入蒸汽，將料漿溫度調為38～40℃，最后加入鋁粉，繼續攪拌50 s后將料漿澆入?？蛑?，實驗的?？虺叽鐬?00 mm×300 mm×395 mm，然后將?？蚍湃腩A養室（恒溫60℃）進行養護。

1.3性能測試方法

1.3.1擴展度測試

取攪拌均勻的料漿倒入放在擴展度板上的擴展度筒（φ5 cm×10 cm）內，倒滿提起高度至10 cm以上，待料漿完全鋪開后測試料漿擴展度。

1.3.2抗壓強度測試

養護制度為：靜停2～3 h（50～60℃），升溫2～3 h，恒溫6～8 h（180℃），降溫3 h。蒸壓養護后用帶式切割機將坯體切割成100 mm×100 mm×100 mm的標準試件，放在烘箱中，105℃烘24 h至絕干狀態，測量試塊實際尺寸，稱取試塊質量并記錄，參照GB 11968—2006《蒸壓加氣混凝土砌塊》測試試塊的抗壓強度。

2　實驗結果與分析

鋁粉在加氣混凝土料漿中的化學反應方程式為：

此反應實質上是鋁與水的反應，堿的作用在于溶解包裹在鋁粉顆粒表面的氫氧化鋁凝膠，使鋁與水的反應能夠連續進行。

加氣混凝土料漿發氣膨脹的基本條件是料漿的極限剪應力低于某一定值。尤其是在鋁粉大量發氣階段，料漿的極限剪應力維持在較低的水平有利于順利的發氣膨脹。但當發氣臨近結束，氣孔結構需要穩固下來時，料漿的極限剪應力應該能夠較快的上升，也就是料漿要在發氣臨近結束時及時稠化[1]。這是理想的發氣過程，只有實現鋁粉發氣和料漿稠化相匹配，才能使加氣混凝土坯體形成良好的氣孔結構和致密的水化產物，從而具備良好的力學性能。

實驗基礎配比為：m（水泥）∶m（石灰）∶m（粉煤灰）∶m（石膏）∶m（鋁粉）∶m（廢漿）=14∶13∶64∶3.1∶0.12∶5.8，分別研究穩泡劑摻量、鈣質材料（水泥和石灰）摻量、水料比、石膏摻量對加氣混凝土抗壓強度的影響。

2.1穩泡劑摻量對加氣混凝土抗壓強度的影響

穩泡劑對加氣混凝土性能的影響主要體現在發氣過程和氣孔結構方面，對強度有間接的影響。穩泡劑摻量對加氣混凝土抗壓強度的影響如表2所示。

從表2可以看出，不摻和摻入0.01%穩泡劑時，均發生塌?，F象，穩泡劑摻量為0.02%時，方能對B04級加氣混凝土的發氣過程產生有效作用，隨著穩泡劑摻量進一步增加，加氣混凝土的干密度能夠逐漸控制在B04級要求范圍內?？梢钥闯?，隨著穩泡劑摻量增加，強度無明顯變化規律，當穩泡劑摻量為0.04%～0.05%時，強度為2.5～2.7 MPa，符合B04級要求。圖1為加氣混凝土內部氣孔結構。

表2　穩泡劑摻量對加氣混凝土抗壓強度的影響

圖1　不同穩泡劑摻量B04級加氣混凝土的氣孔結構

從圖1（a）可以看出，摻0.04%穩泡劑的加氣混凝土氣孔結構分布均勻，大小適中，無大孔出現，其孔徑約為1～3 mm；從圖1（b）可以看出，摻0.02%穩泡劑的加氣混凝土氣孔結構不均勻，孔徑約為2～5 mm，有較多大孔出現，容易造成應力集中，降低強度。

B04級加氣混凝土的干密度較小，鋁粉摻量較大，使料漿內部在澆筑早期產生大量氣泡，而此時料漿稠化較慢，容易造成塌?，F象。穩泡劑是一種表面活性劑，可以有效降低氣-液界面的液相表面張力，增強氣泡膜的韌性，減少氣泡的破裂，有助于加氣混凝土形成均勻的氣孔結構，提高制品強度，并且減少冒泡和塌?，F象的發生，提高成品率[4]。所以，在低密度加氣混凝土生產中，穩泡劑摻量大小決定了澆筑能否成功。然而無論哪種表面活性物質，都不是隨其濃度的增加而使表面張力無限下降，而是有各自的極限，超過一定濃度時，表面張力將不再降低，有的反而有所上升，就B04級加氣混凝土發氣和強度情況來看，適宜的穩泡劑摻量為0.04%～0.05%。

2.2鈣質材料摻量對加氣混凝土抗壓強度的影響

加氣混凝土中的鈣質材料為水泥和石灰，二者摻量對加氣混凝土料漿的發氣膨脹過程均有較大影響。石灰在料漿中的作用主要是使料漿形成高堿性（pH值＞12）環境，并提供促進鋁粉發氣和料漿稠化所需要的熱量，而水泥在料漿中的作用主要是促使料漿及時稠化硬化，從而形成對氣泡的包裹。

固定m（水泥）∶m（石灰）=0.9∶1，測試了水泥和石灰（鈣質材料）總量對加氣混凝土抗壓強度的影響，結果如表3所示。

表3　鈣質材料摻量對加氣混凝土抗壓強度的影響

從表3可以看出，在試驗所測摻量范圍內，隨著鈣質材料摻量的增加，加氣混凝土強度呈現先增大后減小的趨勢，當鈣質材料摻量為27.5%時，強度最高，為2.8 MPa，當摻量為24.5%和30.5%時，強度較低，分別為1.9 MPa和2.2 MPa。

當鈣質材料摻量過大時，體系中的有效氧化鈣含量就高，鈣硅比同時增大，水化反應產物有可能生成強度較低的高堿性水化C-S-H凝膠，最終使加氣混凝土強度下降[5]，另外，鈣質材料過多，料漿升溫激烈，稠化速度很快，發氣速度跟不上，不能形成良好的氣孔結構，也會造成強度下降；而當鈣質材料摻量過少時，有效氧化鈣含量減小，不能使硅質材料發生完全的水化反應，使整個體系反應不完全，同樣使加氣混凝土強度降低，說明就強度而言，鈣質材料的摻量宜控制在27%～29%范圍內，可根據實際澆筑情況，在此摻量范圍內，對鈣質材料總量進行調整，而不影響強度。

2.3水料比對加氣混凝土抗壓強度的影響

在加氣混凝土中，水料比不僅是為了滿足化學反應的需要，更重要的是為了澆筑成型。適當的水料比可以使料漿具備適當的流動性，為發氣膨脹提供必要條件，還可以使料漿保持適當的極限剪應力，使坯體獲得良好的氣孔結構，進而對加氣混凝土性能產生深遠影響。一般情況下，在一定工藝條件下，每種配方都有一個最佳水料比或最佳水料比范圍，料漿發氣膨脹均勻舒暢，坯體氣孔結構均勻致密，制品強度較高。測試了不同水料比對加氣混凝土強度的影響，結果見表4。

表4　水料比對加氣混凝土抗壓強度的影響

從表4可以看出，水料比在0.50～0.58內，隨著水料比增大，加氣混凝土抗壓強度呈現先增大后降低的趨勢，當水料比為0.54時，抗壓強度最大為2.8 MPa，水料比在0.52～0.58范圍內時，抗壓強度符合B04級要求，當水料比達到0.60時，加氣混凝土在發氣過程中出現塌?，F象，這可能是由于水料比進一步增大后，料漿變得更稀，其極限剪應力大大降低，造成發氣過程早期產生的氣泡就很容易突破料漿的束縛而大量溢出，出現“沸騰”塌?，F象。通過以上分析，為了避免冒泡、塌?，F象的出現，此配方的水料比宜控制在0.52～0.54，在此范圍內時，料漿發氣過程穩定且抗壓強度符合B04級要求。

2.4石膏摻量對加氣混凝土抗壓強度的影響

石膏是加氣混凝土發氣過程的調節劑，在灰加氣制品中，石膏可以提高強度和抗凍性，減少收縮。適宜摻量的石膏可以減緩料漿早期稠化速度，抑制石灰消化，使其消化時間延長，并降低最終消化溫度，從而適應鋁粉早期發氣速度快的特點。石膏摻量對加氣混凝土抗壓強度的影響見表5。

表5　石膏摻量對加氣混凝土抗壓強度的影響

從表5可以看出，隨著石膏摻量的增加，加氣混凝土抗壓強度大致呈現先增大后降低的趨勢，當石膏摻量為5%時，抗壓強度最大為2.9 MPa，但干密度略有超標，進一步增加摻量至6%時，抗壓強度下降，而干密度進一步增大，當石膏摻量為4%時，抗壓強度為2.8 MPa，干密度也符合B04級的要求，所以，在B04級加氣混凝土中，石膏的適宜摻量為4%～5%。在加氣混凝土料漿中，鋁粉與水反應生產氫氧化鋁，而石膏能與氫氧化鋁反應生成硫鋁酸鈣，因此，如果石膏摻量不足，且被過多消耗，就不能使石膏充分發揮其抑制水泥水化的作用；另外，石膏在靜停過程中，在坯體內參與生成水化硫鋁酸鈣和CS-H凝膠，使坯體抗壓強度提高，增強了坯體適應蒸養時溫差應力和濕差應力的能力[6]，有助于蒸壓過程中形成良好的氣孔結構，提高制品強度。

3　結語

（1）穩泡劑和水料比主要通過影響加氣混凝土的發氣過程，有效地改善坯體氣孔結構，有利于強度的發展，B04級加氣混凝土中穩泡劑的適宜摻量為0.04%～0.05%，水料比為0.52～0.54。

（2）適宜摻量的鈣質材料有利于加氣混凝土在蒸壓養護過程中反應生成低堿性水化C-S-H凝膠，鈣質材料的適宜摻量為27%～29%。

（3）石膏能夠使靜停期坯體強度提高，增強坯體適應蒸養溫差應力和濕差應力的能力，適宜的石膏摻量為4%～5%。

在以上配合比參數條件下，B04級加氣混凝土的抗壓強度可達2.6～2.8 MPa，干密度可穩定在（400±25）kg/m3。

[1]張繼能，顧同曾.加氣混凝土生產工藝[M].武漢：武漢工業大學出版社，1990.

[2]彭軍芝.蒸壓加氣混凝土中孔的形成、特征及對性能的影響研究[D].重慶：重慶大學，2011.

[3]姜洪義，王亞輝，海鷗.配合比對超輕蒸壓加氣混凝土抗壓強度與孔結構的影響[J].建材世界，2016，37（1）：1-4.

[4]吳衛國.穩泡劑在加氣混凝土生產中的作用及機理分析[J].磚瓦，2012（5）：57-58.

[5]馬保國，蔡禮雄.生石灰摻量對輕質蒸壓加氣混凝土性能及水化產物的影響[J].新型建筑材料，2014（8）：1-4.

[6]錢嘉偉，倪文，許國東.天然石膏對銅尾礦加氣混凝土強度的影響研究[J].硅酸鹽通報，2013，32（1）：117-120.

Experimental research on the mechanical properties of B04 fly ash autoclaved aerated concrete

WU Xin，LIU Dengxian，YUAN Zeyang，ZHANG Xu
（Sichuan HuaShi Green House Building Material Co.Ltd.，Chengdu 610051，China）

In this paper，B04 fly ash autoclaved aerated concrete compressive strength，which was influenced by the proportion of water and materials and the dosage of foam stabilizer，calcareous materials and gypsum，was researched by experiment.In terms of compressive strength，the appropriate dosage of foam stabilizer，calcareous materials and gypsum was 0.04%～0.05%，27%～29% and 4%～5%respectively，and the proportion of water and materials was 0.52～0.54.The compressive strength of B04 fly ash autoclaved aerated can reach 2.8 MPa.

fly ash autoclaved aerated concrete，compressive strength，dosage

TU528.2

A

1001-702X（2016）10-0039-03

2016-05-17；

2016-07-07

吳鑫，男，1978年生，遼寧沈陽人，高級工程師。通訊作者：劉登賢，地址：四川省成都市解放北一路95號，E-mail：1305316062@ qq.com。