加氣混凝土砌塊用生石灰的改性研究

張美霞，楊朝剛，張慧月，趙尉廷

（寶武環科山西資源循環利用有限公司，太原 030003）

粉煤灰加氣混凝土砌塊是一種新型綠色墻體材料，具有保溫隔熱、輕質高強的優良特性[1-3]，是目前最主要的墻體材料之一。其主要原料為粉煤灰與生石灰，其中粉煤灰摻加量可超過75%，是電廠固廢處理的理想產品。生石灰的品質直接決定粉煤灰料漿的稠化速度、氣孔結構，從而影響粉煤灰的摻加量及成品質量[4-6]。由于環保管控，生石灰品質波動大，嚴重影響加氣混凝土砌塊的質量穩定性。部分生石灰與水接觸后反應速度快，造成成品憋氣、氣孔貫通。硅油是在室溫下保持液體狀態的線型聚硅氧烷產品，可包裹在生石灰表面，隔絕生石灰與水的快速接觸，減緩放熱反應[7-8]。因此，研究改性生石灰及其機理對于固廢利用具有重要意義。

1 試驗材料與方法

1.1 材料

粉煤灰是熱電廠產生的固廢，其性能穩定，化學成分如表1所示，SiO2與Al2O3的總含量超過80%，為硅鈣反應提供充足的硅質材料。生石灰購于山西省交城縣，鋁粉購于太原市。

表1 粉煤灰化學組成

1.2 測試方法

生石灰活性鈣含量（CaO）的測定采用自動滴定儀，消解時間的測定采用多路溫度測定儀；氣孔形貌的拍攝采用數碼相機；加氣混凝土砌塊成品強度的測定采用專用壓力機。

2 試驗結果與分析

2.1 生石灰CaO 含量與消解時間的關系

如表2所示，隨著生石灰CaO 含量的增加，消解時間縮短。當生石灰CaO 含量為55%時，消解時間為8.6 min，鋁粉發氣時間為10 min。當鋁粉未完全發氣時，生石灰已經放熱結束，造成坯體內部氣孔貫通。

表2 生石灰CaO 含量與消解時間的關系

2.2 硅油改性生石灰

2.2.1 不同硅油對生石灰消解時間的影響

按照化學結構，硅油可以分為甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氫硅油等。試驗采用小型粉磨機，將2 000 g 生石灰（CaO 含量68%）縮分為5 份，每份稱取200 g，按照0.01%的比例分別添加甲基硅油、甲基含氫硅油、乙基硅油、苯基硅油，研究消解曲線的變化。添加硅油后，消解曲線明顯后延，消解時間由5 min 延長至14 min。伴隨消解時間的延長，消解溫度也由67.6 ℃降至57.8 ℃。其中，添加甲基含氫硅油的樣品消解時間較無添加延長3 min，但消解溫度未有明顯下降，保證澆注料漿的正常稠化。甲基含氫硅油結構如圖1所示。甲基含氫硅油在其硅氧鍵中含有氫硅結構，Si-H 鍵比較活潑，易發生交聯反應，在較低溫度下即能在各種物質的表面形成憎水膜，使得含氫硅油的防水效果好。但是，Si-H 鍵在堿性條件下易斷裂。所以，含氫甲基硅油的耐堿性能力較其他的硅油弱。甲基含氫硅油非常適合作為生石灰粉體的表面活性劑，延長生石灰的消解時間，且不影響生石灰的本體性質。

圖1 甲基含氫硅油結構

2.2.2 硅油添加量對生石灰消解時間的影響

按照0.00%、0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%的比例在生石灰中添加甲基含氫硅油，研究消解曲線的變化。隨著硅油添加量的增加，消解時間明顯延長，消解溫度下降。當添加量過少時，消解時間改善不明顯，添加量超過0.03%時，消解速度過慢，消解溫度損失過大，可能造成坯體硬化時間過長。甲基含氫硅油與生石灰混合磨細時，甲基含氫硅油與生石灰充分接觸，部分生石灰的表面發生交聯反應，形成憎水層，憎水層的多少與甲基含氫硅油的氫含量有關，也與其添加量有關。添加量越高，含有憎水層的生石灰粉體比例越多，與水反應的消解時間越慢。隨著生石灰水化反應的進行，甲基含氫硅油的Si-H 鍵斷裂，生石灰表面的憎水層消失，開始正常的水化反應。當添加量為0.03%時，消解時間及溫度均適于加氣混凝土砌塊生產，為最優選擇。

3 生石灰改性后成品性能

3.1 成品氣孔結構

如表3所示，使用不同配比制備6 組規格100 mm×100 mm×100 mm 的加氣混凝土砌塊樣品，使用蒸汽進行養護。從砌塊截面切開，觀察氣孔結構，如圖2所示。要適量添加甲基含氫硅油，當添加量過多時，生石灰消解速度過慢，將造成發氣與稠化不同步，稠化嚴重滯后于鋁粉發氣結束時間。稠化慢的料漿發氣舒暢，但保氣能力差，氣泡偏大，這種料漿形成的氣泡結構也不夠穩定，嚴重時造成塌模。當添加量過少時，憎水效果不明顯，稠化速度快，易造成憋氣。當添加量為0.03%時，氣孔結構均勻。

圖2 不同硅油添加量的砌塊氣孔結構微觀形貌

表3 加氣混凝土砌塊的不同配比

3.2 生石灰改性后成品容重與強度

如圖3所示，隨著硅油添加量增加，加氣混凝土砌塊容重、強度呈現先增加后降低的趨勢。硅油添加量為0.03%時，強度最高，較無硅油的成品強度提高17%。經分析，在不造成生石灰鈣質損失的前提下，適量添加硅油，可以優化氣孔結構，提高成品強度。

圖3 不同硅油添加量的加氣混凝土砌塊容重與強度關系

4 結論

制備加氣混凝土砌塊時，生石灰的鈣含量與消解時間呈反比，鈣含量越高，消解時間越短。甲基含氫硅油添加量為0.03%時，生石灰的消解速度可明顯延遲，高鈣生石灰可應用于加氣混凝土砌塊的生產。添加甲基含氫硅油后，鋁粉發氣與料漿稠化可以同步，從而優化氣孔結構，提高成品強度。