用红砂岩制备加气混凝土的试验研究

赵峰，范东林，张玉平，章杰，王康

（1.武汉科技大学城市建设学院，湖北 武汉 430000；2.湖北省建筑工程质量监督检验测试中心，湖北 武汉 430000）

用红砂岩制备加气混凝土的试验研究

赵峰1，范东林1，张玉平2，章杰2，王康2

（1.武汉科技大学城市建设学院，湖北 武汉 430000；2.湖北省建筑工程质量监督检验测试中心，湖北 武汉 430000）

以红砂岩为硅质原材料制备加气混凝土，分析了红砂岩细度、蒸养温度和铝粉膏掺量对加气混凝土密度和强度的影响，通过正交试验确定加气混凝土最佳配合比，并借助XRD和SEM等手段对样品进行了微观分析。结果表明，当红砂岩细度为200目筛筛余6.8%，蒸养温度为185℃，铝粉膏用量为0.1%时，其最优配合比为：红砂岩58%、水泥12%、石灰28%、石膏2%，水料比0.62。所制备的加气混凝土符合A3.5、B06级加气混凝土优等品要求，其产物主要有托贝莫来石和C-S-H凝胶，并相互穿插胶结，形成良好的空间网状结构。

红砂岩；加气混凝土；正交试验；托贝莫来石

近年来，我国建筑业发展迅速，建筑工程日益增加，墙体材料在房屋建筑材料中所占的比例高达70%[1]，加气混凝土作为一种新型墙体材料发展迅速。加气混凝土是以硅质材料和钙质材料为主要原料，添加发气剂及其它助剂，加水搅拌、浇注成型，经预养切割、蒸压养护等工艺制得的集保温、防火、隔声、施工方便等优点于一体的新型轻质墙体材料[2-4]。然而，河砂作为生产加气混凝土的主要原材料之一，资源日益匮乏。寻求廉价且资源充足的硅质原材料成为加气混凝土材料可持续发展的关键环节。红砂岩在我国分布广泛，储量丰富，且具有较高的硅含量，目前利用化程度较低，又因其工程性质不良在施工中遭大量堆弃，造成一定环境破坏，有效的利用红砂岩制备节能环保的建筑材料具有重要意义。本文以红砂岩为主要材料制备加气混凝土，探索红砂岩加气混凝土的主要制备制度，通过正交试验确定最优配合比，并借助XRD、SEM等测试技术对红砂岩加气混凝土制品的矿物组成和微观结构进行分析。

1 原材料及试验设备

1.1 原材料

红砂岩：取自湖北恩施地区，其中SiO2含量达到75%，其XRD分析见图1。

水泥：山东鲁城水泥有限公司生产的P·Ⅰ42.5水泥。

石灰：来自上海江沪钛白化工制品有限公司，有效CaO含量72%。

石膏：脱硫石膏，0.08 mm方孔筛筛余为8.5%，CaO含量45%。石膏可抑制石灰的消化速度，有利于料浆浇注的稳定性，可提高胚体强度[5]。

铝粉膏：来自郑州金祥铝业有限公司，活性铝含量为90%，发气率16 min时为91%，200目筛筛余为1.4%，水分散性好，无团粒。

红砂岩、水泥和石灰的化学成分见表1。

图1 红砂岩的XRD分析图谱

表1 红砂岩、水泥和石灰的化学成分 %

1.2 仪器设备

FTFS-180t型密闭式制样粉碎机、DJ-50001数字式电子天平、85-2恒温磁力搅拌器、水泥胶砂搅拌机、101-3AB型电热鼓风干燥箱、标准恒温恒湿养护箱、蒸压釜（Ф500×800）、微机控制电液伺服压力试验机、扫描电镜、X射线衍射分析仪等。

2 主要试验条件的选择

分析红砂岩细度、蒸养温度、铝粉膏用量这3个主要因素制度对加气混凝土的密度、强度的影响。在现有加气混凝土的研究基础上[6]，结合前期试验，选定试验条件为：红砂岩60%、水泥15%、石灰22%、石膏3%，水料比0.60；拌合及静停养护温度50℃，静养时间3 h，蒸养时间8 h。

2.1 红砂岩细度

磨料时间分别为1、3、6、10、15 min，采用负压筛法测试筛余量，蒸养压力为1.2 MPa，铝粉膏掺量为0.11%（外掺），观察制品外观，测试制品干密度和抗压强度，分析红砂岩细度对加气混凝土制品品质的影响，结果见表2。

表2 红砂岩细度对加气混凝土品质的影响

从表2可以看出，随着红砂岩细度增大，制品密度降低，分层和开裂情况逐步改善，其抗压强度也越来越高，当粉磨时间为10 min，制品抗压强度达到最高4.37 MPa；但当粉磨时间继续增加时，其抗压强度稍有下降，分析推测是因为此时红砂岩粒径过小，缺少大粒径砂作为骨架支撑，制品强度受到影响。所以，红砂岩最佳粉磨时间为10min，细度200目筛筛余6.8%。

2.2 蒸养温度

蒸压养护工序是制品实现水热合成的具体方法和手段，它直接关系到制品的性能[7]。要使制品在短时间内获得所需的强度，蒸养温度是关键。固定红砂岩细度为200目筛筛余6.8%，铝粉膏掺量为0.11%（外掺），分别在170、175、180、185、190、195℃温度下蒸养胚体，并测试制品的抗压强度，结果见图2。

图2 蒸养温度对制品抗压强度的影响

从图2可以看出，随着蒸养温度升高，制品的抗压强度也提高，当蒸养温度从170℃提升到180℃时，制品的抗压强度明显提高。蒸养温度越高，越有利于水热反应充分进行。但蒸养温度达到185℃并继续升高时，制品的强度提高较小，从降低能耗的角度出发，185℃为最适宜蒸养温度。

2.3 铝粉膏用量

目前，在加气混凝土的生产中，铝粉膏是最常用的发气剂，铝粉膏中的铝粉在加气混凝土中能与碱性物质反应放出氢气[8]，产生气泡，使加气混凝土料浆膨胀，形成多孔结构，对加气混凝土的成形十分关键，其掺量对加气混凝土的密度亦有直接的影响。本试验仅就铝粉膏的掺量对红砂岩加气混凝土干密度的影响进行研究，其中红砂岩细度为200目筛筛余6.8%，蒸养温度为185℃，结果见图3。

图3 铝粉膏掺量对加气混凝土制品干密度的影响

由图3可知，当铝粉膏掺量较少时，随着铝粉膏用量的增加，加气混凝土制品干密度急剧降低，当铝粉膏用量达到0.10%（外掺）以上时，制品干密度降低趋于平缓。从干密度角度出发，铝粉膏掺量越多，对密度越有利，但铝粉膏掺量过大时，发气速度过快，与料浆稠化速度不协调，会出现许多大的气泡，并使得制品中出现大的连通孔结构，从而降低制品的强度，另外，铝粉膏掺量多，其造价高不经济。综合分析，0.10%是铝粉膏适宜用量。

3 正交试验

3.1 正交试验及结果分析

本试验研究在浇注稳定的前提下，采用正交试验来确定水料比以及红砂岩、石灰、石膏优化配合比方案。选取4因素4水平，用L16（44）正交表安排试验，因素水平见表3。试验条件为：红砂岩粉磨10 min，铝粉膏掺量为0.10%，拌合及静停养护温度50℃，静养时间3h，蒸养温度为185℃，蒸养时间8h。正交试验设计及性能测试结果见表4，极差分析见表5。

表3 正交试验因素水平

表4 正交试验设计及性能测试结果

表5 正交试验极差分析

从表5可以看出，影响红砂岩加气混凝土干密度的因素主次顺序为：D>A>B>C，最优配合比为：A1B4C2D4；影响红砂岩加气混凝土抗压强度的因素主次顺序为：B>A>C>D，最优配合比为：A4B4C2D3。

3.2 最佳配合比验证试验

以干密度的较优配合比A1B4C2D4（记为E1组），抗压强度较优配合比A4B4C2D3（记为E2组），并通过考虑各因素对红砂岩加气混凝土干密度和抗压强度的综合影响，增加1组验证配合比A2B4C2D3（记为E3组），以此3组配合比进行验证试验，其它试验条件不变，结果见表6。

表6 验证试验结果

从表6可以看出，以E1和E3配合比制备的加气混凝土制品均达到了A3.5、B06级优等品标准要求，2组制品在干密度和导热系数上差别不明显，而以E2配合比制备的加气混凝土制品抗压强度明显更高，但是干密度和导热系数受到了较大的影响，故综合考虑，原材料最佳配合比为：红砂岩58%、水泥12%、石灰28%、石膏2%，水料比0.62。

3.3 矿物组成与微观结构分析

按照原材料最佳配比：红砂岩58%、水泥12%、石灰28%、石膏2%，水料比0.62，在红砂岩细度为200目筛筛余6.8%，铝粉膏用量为0.10%（外掺），拌合及静停养护温度为50℃，养护时间3 h，蒸养温度为185℃，蒸压8 h的条件下制备加气混凝土，并对其进行微观分析。加气混凝土制品XRD分析见图4，SEM照片见图5。

从图4可以看出，红砂岩加气混凝土制品中有一些未完全反应的石英（SiO2），水化产物主要有托贝莫来石和水化石榴子石。此外，图4中有一些弥散背景，证明有无定形（无衍射性）物质存在于制品之中，这些无定形物质导致衍射峰宽化[9]。

图4 红砂岩加气混凝土制品的XRD分析图谱

图5 红砂岩加气混凝土制品的SEM照片

从图5可以看出，水化生成了大量的针棒状、柳叶状的托贝莫来石晶体，其结晶完好，还有一些絮凝状的结晶较差的C-S-H凝胶。托贝莫来石晶体互相穿插并与C-S-H凝胶胶结在一起，共同构成空间网状结构，保证了制品的强度及隔热保温性能。

4 结论

（1）当红砂岩细度为200目筛筛余6.8%、蒸养温度185℃、铝粉膏用量为0.10%时，有利于红砂岩加气混凝土强度的发展和降低密度。

（2）利用红砂岩制备加气混凝土最优配合比为：红砂岩58%、水泥12%、石灰28%、石膏2%、铝粉膏0.10%、水料比0.62，此时制品的平均密度590 kg/m3，平均抗压强度4.96 MPa，符合A3.5、B06级加气混凝土优等品标准要求。

（3）按最优配合比制备的红砂岩加气混凝土水化产物主要有托贝莫来石和C-S-H凝胶，并相互穿插胶结在一起，形成良好的空间网状结构。

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黑龙江最大秸秆灰保温砂浆项目建成投产

日前，由黑龙江省望奎县佳兴保温材料有限公司与鑫达能源环保设备制造有限公司合作的“利用秸秆灰生产保温砂浆”项目在黑龙江省绥化市望奎县建成投产。据了解，该项目占地面积3万m2，建筑面积8500 m2，年生产能力为秸秆灰保温砂浆10万m3、秸秆灰整体别墅整体移动别墅100套、秸秆灰多功能床500套、秸秆灰防火装饰门500套、生产玻化微珠1万m3的项目，是目前黑龙江省最大的综合利用秸秆灰专业生产秸秆灰系列产品的工厂。

秸秆发电厂是望奎县支柱产业之一，以农作物秸秆为主要原料，每年利用秸秆200万t以上，每年排放秸秆灰20万m3以上。秸秆灰堆积不但占用大量土地，而且造成很大的环境污染。佳兴保温材料有限公司的“秸秆灰”系列保温产品，经过中国科学院和黑龙江省寒地研究院鉴定，是目前同类产品最先进的内外墙保温材料之一。利用秸秆灰生产的保温材料，防火阻燃、节能环保，保温效果好，节约了国家资源，而且解决了国能秸秆发电厂秸秆灰无法处理、污染环境等诸多题。为当地循环经济建设，环境保护做出突出贡献。

（徐）

Experimental research on aerated concrete preparation with red sandstone

ZHAO Feng1，FAN Donglin1，ZHANG Yuping2，ZHANG Jie2，WANG Kang2
（1.College of Urban Construction，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430000，China
2.Hubei Provincial Center for Quality Supervision and Test of Construction Engineering，Wuhan 430000，China）

The aerated concrete was prepared by taking the red sandstone as the siliceous raw material.The fineness of red sandstone，the steaming temperature and the dosage of aluminum paste which would have effects on density and compression strength of the aerated concrete were investigated.By orthogonal test，the optimal proportion of red sandstone aerated concrete（RSAC）was determined.Then the samples were characterized by XRD and SEM.The orthogonal test results show that，the optimal proportion of RSAC is as follows：58%red sandstone，12%cement，28%lime，2%gypsum，the water-solid ratio is 0.62，when red sandstone mill to 200 mesh sieve 6.8%，the steaming temperature is 185℃and the dosage of aluminum paste is 0.1%.The RSAC mentioned above meets the standard requirement of the A3.5、B06 superior product of aerated concrete，the main hydration products are tobermorite and C-S-H gel，which are interspersed and cemented with each other as net-construction.

red sandstone，aerated concrete，orthogonal test，tobermorite

TU528.2

A

1001-702X（2016）11-0043-04

2016-04-06

赵峰，男，1963年生，辽宁葫芦岛人，教授。