硅灰对蒸压加气混凝土性能影响的研究

张宪圆，林克辉，谢红波

（广东省建筑材料研究院，广东广州 510160）

硅灰对蒸压加气混凝土性能影响的研究

张宪圆，林克辉，谢红波

（广东省建筑材料研究院，广东广州 510160）

研究了不同硅灰掺量对蒸压加气混凝土干密度和抗压强度的影响，结果表明：硅灰可显著提高蒸压加气混凝土的抗压强度，使干密度略有降低；当硅灰掺量小于5%时，蒸压加气混凝土的抗压强度增幅较明显。

蒸压加气混凝土；硅灰；高强度；建筑节能

蒸压加气混凝土是目前应用最为普遍的墙体材料之一，集轻质、保温、隔热、防火、利废等诸多优点于一身。近年来，随着建筑节能要求的不断提高，以及砌块向板材的发展，迫切需要轻质高强蒸压加气混凝土。

硅灰是在冶炼工业硅或含硅合金时，由高纯度的石英与焦炭在高温电弧炉中发生还原反应而产生的工业尘埃[1]，是一种活性较高的超细粉，含有90%左右的无定形SiO2，具有较高的火山灰活性[2]。现有研究结果表明[3-5]：硅灰可显著改善水泥基材料性能，是制备高强混凝土的重要原材料之一，但在蒸压硅酸盐制品中的研究较少。为实现轻质高强蒸压加气混凝土的制备，本文将硅灰作为硅质材料引入蒸压加气混凝土，研究其不同掺量对蒸压加气混凝土性能的影响。

1　试验

1.1原材料

（1）硅灰：挪威埃肯集团加密硅灰，SiO2含量93%，体积密度338 kg/m3，比表面积20.5 m2/g。

（2）石灰：清远某石灰厂生产的生石灰，磨细至0.08 mm方孔筛筛余为8%，其有效CaO含量82%，消化时间为8 min，消化温度90℃，属快速消化石灰。

（3）河砂：西江细砂，细度模数2.0，SiO2含量87%，含泥量3%。

（4）粉煤灰：广州珠江电厂Ⅱ级粉煤灰，SiO2含量56%，Al2O3含量17%，烧失量4%。

（5）石膏：广州珠江电厂产的脱硫石膏，结晶水含量7%，SO3含量42%。

（6）水泥：广州珠江水泥厂的粤秀牌P·O 42.5水泥，SiO2含量22.7%，CaO含量61.5%，Al2O3含量6.3%。

（7）发气剂：佛山市骏力加气铝粉膏厂的GLS-70水剂型铝粉膏。

（8）稳泡剂：自制可溶油类稳泡剂，由三乙醇胺、油酸、陶瓷抛光废料按一定比例制备而成。

1.2试验方法

1.2.1试验流程

将河砂和粉煤灰按干基质量6∶4的比例混合、球磨，磨细至0.08 mm筛筛余量约17%，即制成砂浆，然后烘干待用。

将准备好的烘干砂浆、石灰、水泥、硅灰和石膏等原料按表1配比一次性投入搅拌机，搅拌5 min；然后加水搅拌2 min，加水量以使料浆初始扩展度达到（160±2）mm为准；将铝粉膏在水中充分分散后，连同稳泡剂一起加入料浆，搅拌30s；料浆浇注成型后，35℃静停发气，185℃蒸压养护，恒温时间为10h。

表1　加气混凝土的配合比%

1.2.2性能测试方法

蒸压加气混凝土的干密度及抗压强度参照GB/T 11969—2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》进行测试。

采用X-ray衍射分析仪（PANalytical X'pert Pro）测试不同硅灰掺量蒸压加气混凝土的物相组成。

采用扫描电子显微镜（ZEISS EVO 18）分析不同硅灰掺量蒸压加气混凝土水化产物的形貌。

2　试验结果与讨论

2.1硅灰掺量对蒸压加气混凝土干密度和

抗压强度的影响（见图1、图2）

图1　硅灰掺量对蒸压加气混凝土干密度的影响

由图1可见，蒸压加气混凝土试件的干密度随硅灰掺量的增加呈降低趋势，未掺硅灰时，试件的干密度为527 kg/m3；当硅灰掺量为7%时，试件的干密度降为516 kg/m3，降低2.1%。硅灰的掺加对试件干密度起到降低的作用，主要是由于硅灰本身密度（体积密度338 kg/m3）远低于烘干砂浆（体积密度900 kg/m3），但由于硅灰掺量不大，干密度下降幅度较小。由图2可见，蒸压加气混凝土试件的抗压强度随硅灰掺量的增加而提高，未掺硅灰时，试件的抗压强度为3.1 MPa，当硅灰掺量为7%时，试件的抗压强度提高到3.8 MPa，提高了22.6%，增强效果明显。当硅灰掺量小于5%时，试件的抗压强度增长幅度较明显；当掺量从5%增大到7%，抗压强度仅从3.7 MPa提高到3.8 MPa，增幅变缓。这可能是由于当硅灰掺量超过一定值时，未参与水化反应的硅灰增多，因其比表面积的增大而影响强度的改善[1]。考虑到蒸压加气混凝土的生产成本，硅灰掺量控制在5%以内比较合理。

2.2硅灰掺量对蒸压加气混凝土水化产物及其形貌的影响

不同硅灰掺量蒸压加气混凝土的XRD图谱和SEM照片分别见图3、图4。

图2　硅灰掺量对蒸压加气混凝土抗压强度的影响

图3　不同硅灰掺量蒸压加气混凝土的XRD图谱

图4　蒸压加气混凝土水化产物SEM照片（×5000）

由图3可知，蒸压加气混凝土主要物相为托勃莫来石、水化硅酸钙以及未反应的石英相。其中，托勃莫来石是蒸压加气混凝土中的主要胶凝材料，是由钙质材料和硅质材料在水热条件下反应形成，其数量及结晶程度直接决定了蒸压加气混凝土的力学性能。随着硅灰的掺入，托勃莫来石特征峰峰形由弥散变得尖锐，特别是25.5°和27.0°的衍射峰，从无到有，说明托勃莫来石含量增加、结晶程度得到改善。这点也可通过SEM照片看出：掺入硅灰后，蒸压加气混凝土水化产物数量逐渐增多，当硅灰掺量为5%时，水化产物相互搭接形成网状结构；掺入硅灰后，水化产物结晶良好，针棒状和叶片状托勃莫来石交织在一起，少量未反应的硅灰球形颗粒填充于孔隙间。

2.3硅灰提高蒸压加气混凝土抗压强度的原因分析

结合XRD及SEM分析结果可知，硅灰对蒸压加气混凝土抗压强度的提高，一方面是由于硅灰比表面积大，且含有大量的活性SiO2。文献[6]指出：在硅钙水热反应中，由于Ca（OH）2具有比SiO2大的溶解度和溶解速率，而且Ca2+的扩散也比[SiO4]2-快，因此制约反应的主要因素是SiO2的溶解和扩散。硅灰中的活性SiO2数量远大于磨细河砂和粉煤灰，因此SiO2溶出较多、[SiO4]2-扩散较快，有利于形成更多的、结晶良好的托勃莫来石晶体。

另一方面，由于硅灰具有微集料效应。磨细河砂、粉煤灰和硅灰的平均粒径分别处于3个不同的数量级，更加优化了微集料级配，有利于紧密堆积和填充；由于硅灰粒径处于微米甚至纳米尺寸，未反应的球形硅灰还可填充于水化产物之间，使胶凝材料具有良好的级配，从微观尺度上增加了水化产物的密实度，进而提高了蒸压加气混凝土的抗压强度。

3　结论

（1）硅灰可显著提高蒸压加气混凝土的抗压强度，当硅灰掺量为7%时，抗压强度比未掺硅灰时提高了22.6%，而其干密度略有降低。

（2）当硅灰掺量小于5%时，蒸压加气混凝土的抗压强度增幅较明显。考虑到蒸压加气混凝土的生产成本，硅灰掺量控制在5%以内比较合理。

（3）由于硅灰比表面积大，且含有大量的活性SiO2，有利于形成更多的、结晶良好的托勃莫来石晶体，同时硅灰具有微集料效应，可提高蒸压加气混凝土的抗压强度。

[1]王洪，陈天伟，陈昌礼.硅灰对高强混凝土强度的影响实验研究[J].混凝土，2011，261（7）：74-80.

[2]肖佳，周士琼，徐亦冬.粉煤灰、硅灰对水泥胶砂性能影响的试验研究[J].混凝土，2003（8）：28-36.

[3]孙长征，李磊，赵同峰.超细矿物掺合料对后张法预应力管道压浆材料的影响[J].新型建筑材料，2015（7）：14-17.

[4]汪发红，李宁，钱觉时.新型增密硅灰对混凝土性能影响的研究[J].新型建筑材料，2010（1）：13-15.

[5]胡瑾，王强，杨建伟.钢渣-硅灰复合矿物掺合料对混凝土性能的影响[J].清华大学学报：自然科学版，2015，55（2）：145-149.

[6]袁润章，欧阳淦.CaO-Al2O3-SiO2-H2O系统水热反应速率的研究[J].武汉建材学院学报，1985（4）：399-406.

The study on the influence of silica fume to autoclaved aerated concrete properties

ZHANG Xianyuan，LIN Kehui，XIE Hongbo
（Guangdong Building Material Research Institute，Guangzhou 510160，China）

The influences of silica fume on dry density and compressive strength of the autoclaved aerated concrete are studied，the results show that the addition of the silica fume increases the compressive strength of autoclaved aerated concrete significantly，and reduces the dry density slightly.When the replacement of silica fume is below 5%，the growth rate of the compressive strength is obvious.

autoclaved aerated concrete，silica fume，high strength，building energy conservation

TU522.3+2

A

1001-702X（2016）10-0053-03

广东省重大科技专项资金项目（2013A011401012）

2016-03-14；

2016-04-15

张宪圆，男，1987年生，山东德州人，硕士，工程师。