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1、硫酸钠掺量对环保型蒸压砂加气混凝土砌块性能研究O引言蒸压加气混凝土砌块可作为墙体填充材料，具有保温隔热性能，应用于外墙可以达到国家节能标准50%以上的要求，无需另作保温层，而多孔粘土砖和多孔混凝土砌块应用于外墙时都必须与聚苯乙烯等保温材料复合使用才能达到节能要求。实践证明，利用矿渣和粉煤灰等工业固体废弃物通过碱激发作用可以制备具有高强、快硬、耐久性强等诸多优点的胶凝材料。由于这种胶凝材料是以固体废弃物为原料，对环境无副作用，因此属于生态型胶凝材料。中性钠盐碱矿渣水泥是以矿渣为主要激发对象，硫酸钠为激发剂，并掺入复合硅酸盐水泥、粉煤灰等矿物掺合料作为调节剂的一种碱激发水泥。目前关于中性钠盐碱矿渣
2、水泥的研究较多，理论也比较成熟，如果能够将中性钠碱矿渣水泥应用到蒸压砂加气混凝土砌块（JK砌块）的产品当中，取代复合硅酸盐水泥，减少复合硅酸盐水泥的用量，不但能够节约成本，而且减少因烧制复合硅酸盐水泥熟料产生的CO2排放量，从而达到节约资源保护环境的目的。1试验材料石灰：主要成分为氧化钙。细度为16%20%（0.08Omm方孔筛筛余量）,经试验室QM-500型小型球磨机粉磨25分钟达到。石灰具体技术指标见表k表1石灰技术指标有效Cao含量（）氧化镁含量（）消解时间（分）消解温度CC）75.21.8688090复合硅酸盐水泥：福建金牛牌PC325复合硅酸盐水泥，组分见表2,表观密度网为3050k
3、g28天抗压强度几为35.2MPa,其它性能见表3。表2复合硅酸盐水泥组分成分熟料二水石膏粉煤灰石灰石矿渣含量62.0%6.0%10.0%4.0%18.0%表3复合硅酸盐水泥性能指标比表面积初凝时间终凝时间烧失量3天抗折3天抗压28天抗安定性（m2kg）（min）（min）（%）强度强度压强度350合格1051671.244.819.435.2矿渣：由泰宇混凝土厂提供，其主要化学成分及基本指标见4、表4矿渣主要化学成分百分数()表5o氧化物SiO2CaOAI2O3MgOTiO2MnO百分含量42.5836.818.017.291.561.21表5矿渣各项技术指标基本指标碱度系数(MO)质量系数
4、(KKe)活性系数(Ma)实测值1.111.460.22粉煤灰:由福州双腾建材有限公司提供的二级粉煤灰其物理性能指标表6o表6粉煤灰物理性能指标检测项目单位国标要求检测结果细度(0.045mm方孔筛筛选)%25.015.0需水量比%W10587烧失量%8.04.0含水量%1.00.18三氧化硫含量%3.00.24表观密度kgm3无2376堆积密度kgm3无882粉煤灰的化学成分见表7。表7粉煤灰化学成分化学CaOFe2O3MgOK2ONa2OSO3其他烧失量成分SiO2Al2O3含量(%)50.225.07.54.51.51.10.81.15.24.0硫酸钠：采用上海埃彼化学试剂有限公司生产的
5、无水硫酸钠，为颗粒状，见图1,纯度为99%。无水硫酸钠又称元明粉。磨细砂：由闽江细砂经试验室QM-500型小型球磨机粉磨30分钟制得，粉磨细度为3035%(0.08Omm方孔筛筛余量)。闽江砂具体化学指标见表8。表8闽江砂化学指标成分SiO2Al2O3CaOFe2O3MgOSO3LOSS含量()84.227.511.851.111.230.102.32铝粉：为水剂型铝粉膏。基本性能满足JeT407-2008加气混凝土用铝粉膏标准。石膏：对蒸压砂加气混凝土的石灰消解及铝粉发气速率起着重要的调节作用，为脱硫石膏，CaSo4.2H2O含量293%。废浆：在蒸压砂加气混凝土生产中需要切除坯体多余的面包
6、头，为了循环利用，实际生产中，会将这部分多余的面包头加水搅拌制成废浆使用，生产中一般会掺入废料，替代10%13%的磨细砂使用，具体替代量根据实际情况定。料浆：是砂子和石膏混合磨细后，溶于水再搅拌获得的。料浆的主要成分为磨细砂和石膏。大模试验中，砂子和石膏是通过料浆来调配的。2试验方法2.1宏观试验方法小模制备工艺:尺寸为100mm100mm100mm。按不同配比称量矿渣、复合硅酸盐水泥、石灰、粉煤灰、铝粉、磨细砂、无水硫酸钠，将干料依次倒入净浆搅拌机中干拌5min,得到混合均匀的干料。再称量磨细砂、石膏、水，水温控制在38左右，将磨细砂、石膏、水混合，调制成为所需要的料浆，然后将混合均匀的干料
7、倒入料浆中，快速搅拌60s,将干料和料浆混合均匀，使得干料完全溶于料浆中，制成浆体，最后将称好的铝粉溶于少量的水中，制成铝液，倒入浆体中，迅速搅拌，使得铝粉和浆体混合充分，最后将浆体倒入模具。当浆体静停养护达到一定强度后，送入蒸压釜内蒸压养护。大模生产工艺：尺寸为4.2mx1.25mx.6m,试验根据所需将磨细砂和废料的质量往搅拌设备中先加入料浆和废浆，再按顺序加入其它干料。搅拌均匀再通过热水相混使浆体浇筑温度保持402C,控制扩散度为24Cm26cm,若小于24cm,按少ICm外加水IOkg计算，大于24Cm则不再外加水。干料加入的顺序为依次加入矿渣、粉煤灰、水泥、硫酸钠，再加入石灰。待浆体
8、搅拌均匀达到浇筑温度后，加入铝粉混合搅拌浇筑入模，将料浆送入同利砌块厂的静停养护室内养护，养护温度50C。当浆体静停养护达到一定强度后，按照试验要求将制品用工厂切割机切割成各类尺寸的试件，切割去除坯体上的面包头，送入蒸压釜内蒸压养护。(1)浆体浇筑稳定性试验试验中先把搅拌好的浆体注入IOommX100mmX100mm的钢模具中，浇筑高度为力,试验中浇筑高度切为6cm,待浆体发气结束并且坯体稳定后，再量取最终发气高度比(注意：由于发气结束后坯体表面是呈凸出面包状的，所以应取凸面最高点和最低点的平均值作为h2),hl和h2的起始测量高度为模具底部。再通过公式(2-4),计算出浆体的体积膨胀率卬。W
9、=生二为XIoo%hI(2)抗压强度的测试方法抗压强度按GB11969-2008蒸压加气混凝土性能试验方法网进行，抗压强度用A表示。将蒸压养护后刚出釜的试件切割为100mm100mm100mm的立方体试块，放入温度设定为105烘箱内干燥6小时，使试块含水率控制于8%12%,采用YAW-300B型液压式材料试验机测定制品的破坏荷载。(3)干密度的测试方法加气混凝土干密度按GB11969-2008蒸压加气混凝土性能试验方法的进行测定，干密度用p表示。将蒸压养护后刚出釜的试件切割为100mm100mm100mm的立方体试块，放入温度设定为105C电热鼓风箱内，烘至恒质Mo,按(25)式计算：式中：P
10、干密度，单位为千克每立方米(kg);试件烘干后的质量，单位为克(g)；试件体积，单位为立方毫米(mm)(4)含水率的测试方法含水率做按以下公式(2-6)计算:式中:VVs.含水率，100%;Mo试件烘干后的质量，单位为克(g)；M烘干前的质量，单位为克(g)。(5)扩展度测试方法浆体扩展度为表征胶凝材料流动性的一个重要参数，将内径50mm,高度Ioomm的圆筒模置于水平放置的洁净的玻璃板中心，注满浆液后，匀速垂直提起圆筒模，待浆液稳定后，测量浆液两个互相垂直方向的扩展直径，其平均值就是浆体扩展度。2.2微观试验仪器XRD测试：采用福州大学材料科学与工程学院的X/PertProMPD型X射线粉末
11、衍射仪。SEM扫描电子显微镜：为福建工程学院材料工程学院的S-3400N型扫描电子显微镜。根据相关文献e-5,matlab图像分析处理可有效表征蒸压加气混凝土气孔孔隙特性，本文利用MATLAB图像处理技术测试蒸压砂加气混凝土气孔结构特征变化。图像分析测试气孔孔径变化、气孔孔隙，技术流程见图1图1孔结构分析流程3试验分析3.1小模试验硫酸钠掺量对碱矿渣水泥性能有直接的影响，并且将影响到JK砌块的干密度和抗压强度，所以确定合适的硫酸钠掺量是十分必要的。设置试验组JFo、JF2、JF4、JF6、JF8、JFK）组，JF表示激发剂，下标代表硫酸钠掺量，硫酸钠掺量为硫酸钠质量占中性钠盐碱矿渣水泥其他组分
12、总质量（不包括硫酸钠）的百分比，用字母夕来表示。硫酸钠掺量分别为0%、2%、4%、6%、8%、10%。干料配合比见表9水料比为052。表9硫酸钠掺量变化组的干料配合比（g）中性钠盐碱矿渣水泥组名磨细砂复合硅酸石灰石膏铝粉矿渣盐水泥硫酸钠JF013112451050182571650JF213112451057182571650JF4131124510514182571650JF6131124510521182571650JF8131124510528182571650JFio131124510535182571650根据表10浆体体积膨胀率的数据可知，随着尸的增大，浆体的体积膨胀率越来越高。当
13、少为0%,即JFO组，浆体体积膨胀率最低为66%,当少为10%,即JFK）组，浆体体积膨胀率最高为80%。从表10浆体的发气情况可以看出，当少小于8%时，浆体发气情况良好，发气稳定，气孔均匀，未出现塌模和冒泡的情况。当夕为8%和10%时，出现冒泡现象，当少为10%时，气孔变得粗大，说明S变大，浆体中氢氧化钠浓度增加，铝粉发气速率变快，使得发气速率大于浆体稠化速率，导致发气稳定性不好。表10硫酸钠掺量变化组浆体的体积膨胀率和发气情况组名浆体体积膨胀率w（%）发气情况JF0JF26668满模，发气稳定，气孔匀匀满模，发气稳定，气孔均匀JF469满模，发气稳定,气孔均匀JF672满模,发气稳定,气孔
14、均匀JF874满模,有冒泡，气孔较好JFi080满模，冒泡严重,气孔偏大表H为硫酸钠掺量变化组的干密度和抗压强度。根据表11可以看出，随着用的增大，干密度呈下降趋势。主要是因为随着用的增大，浆体中氢氧化钠的浓度增大，使得铝粉发气速度增加，浆体体积膨胀率增加，所以干密度降低。当在0%4%时，砌块的抗压强度增加明显，不掺激发剂时，JFo组的抗压强度最低，为3.176MPa。当4大于4%且小于10%时，砌块的抗压强度无明显变化甚至有所下降，因为随着用的增大，导致溶液中的Nac）H浓度增加，铝粉发气速率会加快，影响加气混凝土的发气过程，导致抗压强度不再增加，甚至有所下降。表Il硫酸钠掺量变化组的干密度和抗压强度组名干密度（kg113）抗压强度（MPa）JF06453.176JF26363.246JF46413.762JF66293.653JF86303.674JFio6243.4513.2大模试验选定的大模试验组的配方见表12,JF4(L)对应小模
