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1、利用燃煤底灰生产加气混凝土的性能研究H.Kuram，f.B.TOPCu,C.Karakurt摘要：本文研究的是利用土耳其丁uncbil 改火电厂的燃煤底灰制备蒸压加气混凝土。燃煤底灰作为一种骨料代替石英砂进行蒸压加气混凝土的生产（以下都用代替量表示燃煤底灰代替的石英砂量），通过微观分析以确定不同燃煤底灰的代替量对最终制品化学性能、物理性能、力学性能等的影响。研究表明不论燃煤底灰的代替量为多少，蒸压加气混凝土制品的体积密度都有减小的现象；当燃煤底灰的代替量为25 和50 时，蒸压加气混凝土的强度有增加趋；燃煤底灰代替量越大，制品的导热系数越低。关键词：底灰 轻质混凝土 导热系数 微观结构1 前言
2、通常情况下,蒸压加气混凝上（AAC）是由石英砂、石灰、水泥、石膏、铝粉（发泡剂）和大量水混合为浆体进行浇注，由大量H 2发气形成具有许多细孔的坯体，然后在200 及相应的饱和蒸汽压力下蒸压几个小时。铝粉与氢氧化钙反应生成大量氢气，形成气泡的反应式如（1 ）。2Al + 3Ca ( 0H ) 2+ 6H2O 3CaO A1 2O 3 6H20 + 3H 2 ( l )气泡的形成速度是影响加气混凝土最终成形的关键。与普通混凝土相比，轻质蒸压加气混凝土具有400-800kg/m3 的容重、较低的导热系数、较高的耐热性和较低的收缩率。 近年来，由于需节约使用自然资源、回收利用废料并节约能源，利用硅灰、
3、粉煤灰和炉渣制备加气混凝土得到越来越多的关注。2000年Narayanan 和RamamUrthy 及1999 年Hauser等人在研究纤维工业飞灰对加气混凝土的影响时发现，用高铝酸钙的飞灰生产加气混凝土时会产生大量水榴石，增加了加气混凝土制品的机械强度。2005 年，Mostafa 发现代替有炉渣的加气混凝土制品的石灰用量比没有代替入炉渣的加气混凝上制品的石灰用量大，因此，制品中形成的水化硅酸钙增加，结合水也随着增加。众所周知，粉煤灰是种代替材料，作为胶结料或骨料用于混凝土生产中，如今在建筑行业中，己有大量粉灰作为水泥代替部分或矿物添加剂用于水泥生产。而与粉煤灰相比，对燃煤底灰的利用却受到其
4、较高的含碳量和不同的矿物组成的限制。尽管如此，目前己有通过用机械/颗粒大小等级分离，重力分离，静电分离和在实际工业上经过含碳量评价处理的方法来减少其碳含量。燃煤底灰往往作为一种低成木的代替品来取代较贵的砂用于混凝上生产中，；一也可作为一种较好的骨料用于高性能轻质混凝土中。Cheriaf 等人研究证明，燃煤底灰的火山灰活性可以通过适当的粉磨而提高。应当指出的是，磨细后的燃煤底灰会导致水泥浆体凝结时间延长而降低其工作性。 在本次研究中，所用的燃煤底灰是经过粉磨和通过颗料大小分离方法进行预处理过的，其含碳量符合混凝土行业普遍的认可标准（ 6 %）。经过预处理的燃煤底灰被作为一种骨料，以不同的石英砂替
5、代量用于蒸压加气混凝土制品的生产中，并试图找出燃煤底灰替代量对蒸压加气混凝土的机械、物理、结构等性能的影响。2 实验研究2 . 1 原料和方法用PO . 42 . 5R 水泥，石灰石，石英砂、燃煤底灰和水混合制备底灰蒸压加气混凝（BAC ）。用于制备蒸压加气混凝土的燃煤底灰由土耳其Tuncbilek 火电厂提供。先将所有颖粒原料混合在一起，然后在陶瓷球磨机内进行粉磨，以达到均化和减少100 m 颗粒的目的。铝粉则作为一种发气剂用于新拌蒸压加气混凝上中。实验用铝粉的物理性质见表1 表1铝粉的物理性质燃煤底灰的预处理标准是通过颗料粒径分类的方法降低其含碳量以达到适当的水平或达到受混凝土行业普遍认可
6、的水平（ 6 %）。预处理的细节可以在其它地方找到（Kurama and kaya , 2007 ）。5 种有代表性的蒸压加气混凝土已经用预处理过的燃煤底灰代替部分石英砂制成（燃煤底灰的替代量为0 、25 、50 、75%和1000%）。根据配合比（见表2 ）称取各原料，混合搅拌lmin 。水料比（w / c ）取在0 . 6 -0 . 75 之间，加水搅拌2min ，然后加入0 . 5的铝粉。w / c 根据具体情况随着燃煤底灰替代量的增加而增加，其原因是燃煤底灰中的孔结构比石英砂中的多。将搅拌好的浆体注入70mm70mm70mm（用于抗压强度测试）和40mm40mm 1 60mm（用于抗弯
7、强度测试）的预热钢模中。成型后的坯体要经过两个养护期，首先在40 下加热3 小时以达到理想的形状和体积稳定性，然后在12个atm和18 住200 下蒸压养护8-18h 。蒸汽养护作为一种热处理用于加速混凝土试块强度发展己经很多年，因为水泥水化反应随着温度的增加而加快，制品强度可以通过蒸汽养护得到迅速提高。养护结束后，蒸压釜经自然冷却至室温，以避免制品因温度变化而引起机械应力。出釜后用于抗压的70mm70mm70mm 试块在如40 下烘干24h ，其它的则在105 下烘干24h 后用于容重和微观性能的测试。 表2 蒸压加气混凝土生产配合比2 . 2 分析方法 用X 身寸线荧光（XRF 分析）对原
8、料的化学成分进行分析。用X 射线衍射仪对原料进行矿物分析。用超高分辨率的电子扫描显微镜（FESEM ）对燃煤底灰蒸压加气混凝土制品的微观结构进行分析。制品容重根据TS 453 在105 士5 下烘干24h 。抗压强度和抗弯强度分别根据TS 453 和TS EN 771 一4 在3 000型电子自动检测测试机上，分用70mm70mm70mm 和40mm40mm 1 60mm的燃煤底灰蒸压加气混凝土制品进行测试。用非破坏性超声检测仪进行超音脉冲速度测试。导热系数根据ASTM C 1113-99 热线法用Kyoto ElectronicsQTM 500 快速导热系数仪对绝干制品进行测试。3 实验结果
9、3.1化学成分和矿物成分分析 对燃煤底灰蒸压加气混凝土样品的主要原料进XRF 分析，结果表明各原料的主要氧化物成分见表3。表3各原料化学成分分析从表3 可知，经过预处理的燃煤底灰中SiO2 、Al 2O 3和Fe 2O 3的总和达到了81 . 06 % ，根据美国ASTM C 618 指标可将其划分为F 级粉煤灰。由于燃煤底灰具有火山灰活性，因此可以作为一种添加剂用于水泥基复合材料中。图1 给出了燃煤底灰的XRO 衍射分析图。图1燃煤底灰的XRD矿物组成分析图由图1 可以看出，燃煤底灰的矿物组成主要是玻璃相和尖晶石类晶体，其中的玻璃相是燃煤底灰这种废料具有火山灰活性的重要原因。3 . 2 物理
10、性能 与其它水泥基复合材料相比，蒸压加气混凝土最重要的性质是其具有较低的容重。将不同燃煤底灰替代量下蒸压8 一18h 后制品的绝干容重绘制成图，如图2 所示。图2 不同燃煤底灰下绝干制品容重 从图2 可以看出，随着燃煤底灰代替量的增加确，制品的绝干容重呈下降趋势。与参考试样相比，在燃煤底灰蒸压加气混凝土制品中，BAC 一50 的蒸压时间在8h 和18h 时的容重损失分别为15 %和13 % ，燃煤底灰替代量为100 时，蒸压时间在8h 和18h 的容重损失分别达21 和22% 。产生这一结果的原因可能是燃煤底灰比石英砂具有较多的孔结构和较低的密度。燃煤底灰蒸压加气混凝土制品的孔隙率山超声波脉冲
11、速度（UPV ）仪测试，该项测试基于材料内部超频率音响传递原理。即固体材料中声音的传输速度比多孔材料中声音的传输速度快。图3 指出了 燃煤底灰蒸压加气混凝土制品中的UPV 值随燃煤底灰的代替量增加而减少。图3 燃煤底灰代替量与UPV 的关系图当燃煤底灰代替量为25 时，燃煤底灰蒸压加气混凝土制品在8h 和18h 蒸压时间下的UPV 值分别为1 . 817 和1 . 618km/s ，与参考试样相比，UPV 值分别减少了12 %和10 % ；当燃煤底灰代替量为100 时，在8h 和18h 蒸压时间下UPV 值分别减少了21 和26 %。这种关系与图2 中容重的变化关系非常相似。燃煤底灰蒸压加气混
12、凝土制品的保温隔热性能由导热系数仪测试，蒸压时间为18h 的燃煤底灰蒸压加气混凝土制品导热系数测试情况如表4 所示。表4 蒸压了8h 的燃煤底灰C 导热系数随着燃煤底灰代替量的增加，燃煤底灰蒸压加气混凝土的一导热系数逐渐减小。虽然导热系数在燃煤底灰代替量为100 %时取得最低值，但是其强度值减小得太多而限制了这一配方的适用性。燃煤底灰代替量为50 时的导热系数比目前土耳其己经生产的蒸压加气混凝土商品的导热系数还高，前者的导热系数为0.2826W/mK，后者的导热系数为0.2443W/mK；但是在作为普通级别的蒸压加气混凝土而言，这是可以接受的。3 . 3 力学性能图4和图5分别给出了燃煤底灰蒸
13、压加气混凝土制品中燃煤底灰代替量与抗压强度和抗弯强度的关系。图4 燃煤底灰代替量和制品抗压强度的影响图5 燃煤底灰代替量和制品抗弯强度的关系当燃煤底灰代替量达到50 之前时，在两种蒸压时间下，制品的强度随着燃煤底灰代替量的增加而逐渐增加。当燃煤底灰代替量超过50%时，燃煤底灰蒸压加气混凝土制品的强度则逐渐降低。图4 除了表明燃煤底灰的代替量对蒸压加气混凝土制品强度影响关系，同时还显示出蒸压时间对燃煤底灰蒸压加气混凝土制品强度有较大影响。 虽然没有考虑蒸压8h 的蒸压加气混凝土制品抗弯强度，但从18h 的制品抗压强度曲线中可以看出，蒸压时从8h 延长至18h ，尤其对燃煤底灰代替量为50 呢的制
14、品强度增加有重大意义。与参考试样相比，燃煤底灰蒸压加气混凝土制品的抗压强度从2.54MPa 增加到2.78MPa。这些强度的增加清楚地反应了燃煤底灰的火山灰活性和蒸压时间的不足对C -S-H 凝胶结构发展的影响。在混凝土成形期间，随着水泥的水化，代替的燃煤底灰和Ca ( 0H ) 2反生进一步反应，形成新的C -S -H凝胶，这些凝胶提高了制品的强度。根据这些结果，最佳强度的的燃煤底灰代替量为50 %。3.4 燃煤底灰C 制品性能分析 在同一配合比和水料比情况下，水泥基复合材料的容重和强度随孔隙率的增加而减小。因此，应该更好地为轻质混凝土材料的容重和强度制定相关的标准。在此次研究中，燃煤底灰蒸
15、压加气混凝土制品的性能因素因子由同容重下的抗压强度来表示。因此，制品强度和容重的变化关系由燃煤底灰代替量决定。图6 给了出制品性能影响因子的变化。图6 BAC制品的性能分析图6 表明，燃煤底灰蒸压加气混凝土制品，在两种蒸压时间下，燃煤底灰代替量高达75%的性能影响因子均高于参考试样的性能影响因子。燃煤底灰代替量在印叽时的性能影响因子最高，其性能影响因子在8h和18h时分别为13和26%,分别高于参考试样中蒸压加气混凝土的性能影响因子。燃煤底灰蒸压加气混凝土制品的性能影响因子随着燃煤底灰代替量的增加而增加，这种现象可能是由于燃煤底灰中活性50%与石灰发生火山灰反应，形成了稳定的硅酸钙和水化铝酸钙。与参考试样中的蒸压加气混凝土相比，这个现象在相同或更低的容重时提高了燃煤底灰蒸压加气混凝土制品的强度。3 . 5 微观分析 蒸压加气混凝土制品物质结构的特点是其大量的微孔和大孔，大孔是由H 2 产生的。由图7 可以看出其直径通常超过60m。大孔的外形和大小在蒸压前后几乎没有改变，但微孔却受到制品水化产物较大的影响（Narayanan and RamamUthy , 2000b ; Kus and Carlsson , 2003 ；Petrov and Eskisehir Osmangazi schlegel, 19
