黃紹龍 ，羅宵 ，盧吉 ，黃修林 ，卞周宏 ，唐濤

（1.湖北大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430062；2.武漢市市政建設(shè)集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430023）

0 引言

花崗巖石粉是由石材開采和加工過(guò)程中產(chǎn)生的一種工業(yè)廢棄物，長(zhǎng)期以來(lái)，花崗巖石粉一直沒(méi)有得到合理有效的利用，長(zhǎng)時(shí)間堆放積累對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的污染，對(duì)附近居民的身體健康和生活環(huán)境帶來(lái)極大的威脅[1-4]。

泡沫混凝土一般使用礦物摻合料替代部分水泥制備，不僅減少?gòu)U棄礦物的資源浪費(fèi)，還可以降低水泥用量、節(jié)約成本。但近幾年來(lái)，優(yōu)質(zhì)的礦物摻合料如礦渣、粉煤灰等慢慢開始緊缺，現(xiàn)急需尋找一種可替代它們的優(yōu)質(zhì)摻合料。花崗巖石粉是一種低活性的粉料，若直接作為摻合料制備泡沫混凝土，對(duì)其抗壓強(qiáng)度很不利。通過(guò)分析水玻璃對(duì)花崗巖石粉的活性激發(fā)作用，研究泡沫密度、花崗巖石粉摻量、水玻璃摻量對(duì)泡沫混凝土平均孔徑和抗壓強(qiáng)度的影響，得到制備高強(qiáng)度泡沫混凝土墻板的配比。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

（1）水泥：華新 P·O42.5水泥。

（2）花崗巖石粉：麻城石材廠提供，密度為2730 kg/m3，燒失量為0.86%，勃式比表面積390 m2/kg，主要化學(xué)成分見表1。

表1 花崗巖石粉的主要化學(xué)成分 %

（3）發(fā)泡劑：復(fù)合型發(fā)泡劑，稀釋倍數(shù)60倍。

（4）減水劑：固含量30%的聚羧酸減水劑。

（5）水玻璃：模數(shù)為1.2，波美度40%。

1.2 測(cè)試方法

（1）抗壓強(qiáng)度：參照J(rèn)C/T 1062—2007《泡沫混凝土砌塊》進(jìn)行測(cè)試，試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。

（2）孔結(jié)構(gòu)測(cè)試：首先將試驗(yàn)樣品標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后在80℃左右干燥1 d，用鋸條沿著樣品中心線切開，并用細(xì)砂紙抹平，用小型除塵器吸凈樣品中心面的粉末。然后利用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察拍照（見圖1），每組試驗(yàn)樣品取3塊，每塊隨機(jī)拍攝5組圖片。并通過(guò)軟件對(duì)拍攝圖片進(jìn)行黑白二值化處理，見圖2，其中黑色區(qū)域代表氣孔，白色區(qū)域代表漿體，最后通過(guò)統(tǒng)計(jì)與計(jì)算得到泡沫混凝土的平均孔徑[5]。

圖1 孔結(jié)構(gòu)照片（×200倍）

圖2 孔結(jié)構(gòu)二值化處理（×200倍）

（3）物相和微觀形貌：采用D8 ADVANCE型X-ray衍射儀測(cè)試漿體的物相組成變化；利用JSM-7100F型掃描電鏡觀察漿體的微觀形貌。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為研究泡沫密度、花崗巖石粉摻量及水玻璃摻量對(duì)泡沫混凝土孔結(jié)構(gòu)和抗壓強(qiáng)度的影響，通過(guò)調(diào)節(jié)泡沫量制備濕密度為（600±25）kg/m3的泡沫混凝土，其試驗(yàn)配比見表2。

表2 花崗巖石粉泡沫混凝土試驗(yàn)配比

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 水玻璃摻量對(duì)漿體性能的影響

不同摻量水玻璃激發(fā)花崗巖石粉對(duì)漿體抗壓強(qiáng)度的影響見圖3。

圖3 水玻璃摻量對(duì)漿體抗壓強(qiáng)度的影響

由圖3可見，隨著水玻璃摻量的增加，花崗巖石粉漿體的3、7和28 d的抗壓強(qiáng)度先提高后降低。當(dāng)水玻璃摻量為3%時(shí)抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，28 d強(qiáng)度達(dá)到64 MPa。繼續(xù)增加水玻璃的摻量，花崗巖石粉漿體抗壓強(qiáng)度開始下降，當(dāng)水玻璃摻量為5%時(shí)，其28 d抗壓強(qiáng)度低于未加入水玻璃漿體的抗壓強(qiáng)度。

不同摻量水玻璃激發(fā)花崗巖石粉水泥漿體水化3 d的XRD圖譜和SEM照片分別見圖4、圖5。

圖4 不同摻量水玻璃激發(fā)花崗巖石粉水泥漿體水化3 d的XRD圖譜

圖5 不同摻量水玻璃激發(fā)花崗巖石粉水泥漿體水化3 d的SEM照片

由圖4可見，水化3 d時(shí)，漿體中水化鋁酸鈣峰值隨著水玻璃摻量增加先升高后降低；Ca（OH）2的峰值隨著水玻璃摻量增加先降低后升高；不同晶體類型水化硅酸鈣峰隨著水玻璃摻量有著不同的變化，但水化硅酸鈣總量基本沒(méi)什么變化?？傮w看來(lái)，水化產(chǎn)物的總量隨著水玻璃摻量的增加先增多后減少。

由圖5可見，水玻璃摻量為3%時(shí)，花崗巖石粉漿體形貌更加致密[6]。

2.2 泡沫密度對(duì)泡沫混凝土性能的影響（見圖6、圖7）

圖6 泡沫密度對(duì)泡沫混凝土平均孔徑的影響

由圖6可見，泡沫混凝土的平均孔徑隨著泡沫密度升高先減小后增大。當(dāng)泡沫密度為60 g/L時(shí)，泡沫混凝土平均孔徑最小，為 150 μm。

圖7 泡沫密度對(duì)泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖7可見，同期齡的泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度隨著泡沫密度的增大先升高后降低，當(dāng)泡沫密度為50 g/L和60 g/L時(shí)，泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度非常接近。當(dāng)泡沫密度為60 g/L時(shí)，泡沫混凝土的小孔比率高，平均孔徑最小，這可能使其抗壓強(qiáng)度接近于密度為50 g/L的泡沫混凝土。這說(shuō)明，密度為60 g/L的泡沫在漿體環(huán)境中其穩(wěn)定性能要優(yōu)于密度為50 g/L的泡沫，其孔結(jié)構(gòu)更加優(yōu)異。但泡沫密度的增大導(dǎo)致泡沫混凝土自由水含量升高，連通孔的數(shù)量增加，使其抗壓強(qiáng)度無(wú)法超過(guò)泡沫密度為50 g/L的泡沫混凝土；當(dāng)泡沫密度為70 g/L時(shí)，泡沫穩(wěn)定性能下降，漿體的自由水增加，導(dǎo)致泡沫混凝土孔結(jié)構(gòu)變差和連通孔數(shù)量繼續(xù)增加，導(dǎo)致泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度下降。

2.3 花崗巖石粉摻量對(duì)泡沫混凝土性能影響（見圖8、圖9）

由圖8可見，花崗巖石粉摻量增大，泡沫混凝土平均孔徑也隨著增大。這可能是由于隨著花崗巖石粉摻量的增加，漿體流動(dòng)性能增大，使泡沫混凝土中的氣泡容易合并產(chǎn)生大氣泡。

圖8 花崗巖石粉摻量對(duì)泡沫混凝土孔徑分布的影響

圖9 花崗巖石粉摻量對(duì)泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖9可見，摻量為30%的堿激發(fā)花崗巖石粉泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度較不加堿激發(fā)劑的純水泥泡沫混凝土稍有降低。隨著花崗巖石粉摻量的增加，堿激發(fā)泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度呈下降的趨勢(shì)。花崗巖石粉摻量對(duì)泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生的影響，主要是由于其堿激發(fā)花崗巖石粉漿體的流動(dòng)性得到提高，粘度下降，漿體的的自由水增多，導(dǎo)致漿體初凝時(shí)連通孔增多，從而導(dǎo)致泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度降低。

2.4 水玻璃摻量對(duì)泡沫混凝土性能的影響（見圖 10、圖 11）

圖10 水玻璃摻量對(duì)泡沫混凝土平均孔徑的影響

圖11 水玻璃摻量對(duì)泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖10可見，泡沫混凝土的平均孔徑隨著水玻璃的摻量增加而增大。這說(shuō)明，水玻璃摻量的增加對(duì)泡沫混凝土的孔結(jié)構(gòu)是不利的，增大了大孔徑的數(shù)量和平均孔徑。水玻璃激發(fā)泡沫混凝土孔結(jié)構(gòu)變化的主要原因是水玻璃摻量提高了漿體的pH值，對(duì)泡沫穩(wěn)定性能造成破壞，由小孔徑合并大孔徑的速度加快，導(dǎo)致大孔徑數(shù)量和平均孔徑增大[7-8]。

由圖11可見，水玻璃摻量增加，泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度先升高后降低，水玻璃摻量為2.5%時(shí)泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度最高，28 d抗壓強(qiáng)度為3.9 MPa。水玻璃一方面能夠激發(fā)花崗巖石粉的活性，提高泡沫混凝土漿體的抗壓強(qiáng)度，另一方面水玻璃對(duì)泡沫混凝土的孔結(jié)構(gòu)具有不利的影響，降低孔的均勻性和大小，降低了泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度。在二者共同作用下，水玻璃摻量為2.5%時(shí)，泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度最高。

3 結(jié)論

（1）模數(shù)為1.2的水玻璃對(duì)花崗巖石粉活性有激發(fā)作用?；◢弾r石粉漿體的抗壓強(qiáng)度隨水玻璃摻量增加先升高后降低，當(dāng)水玻璃摻量為3%時(shí)，漿體的28d抗壓強(qiáng)度達(dá)最大值64MPa。

（2）隨著泡沫密度增大，泡沫混凝土的平均孔徑先減小后增大，其抗壓強(qiáng)度先提高后降低。當(dāng)泡沫密度為50～60 g/L時(shí)，花崗巖石粉泡沫混凝土的平均孔徑較小、抗壓強(qiáng)度較高。

（3）隨著花崗巖石粉摻量增大，泡沫混凝土的平均孔徑增大，抗壓強(qiáng)度降低。當(dāng)花崗巖石粉摻量為30%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度較純水泥泡沫混凝土強(qiáng)度降幅較小。

（4）隨模數(shù)為1.2的水玻璃摻量增加，花崗巖石粉泡沫混凝土平均孔徑逐漸增大。當(dāng)水玻璃摻量為2.5%時(shí)，泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度最高，28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到3.9 MPa。

[1] 英丕杰，劉福勝.花崗巖石粉水工混凝土工作性能試驗(yàn)研[J].人民黃河，2014（2）：36-2.

[2] 全江偉.花崗巖礦石廢料混凝土砌塊受力性能研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2011.

[3] 齊秀山.花崗巖石粉資源化利用試驗(yàn)研究[D].青島：青島理工大學(xué)，2014.

[4] 戴鵬.花崗巖石粉復(fù)合礦物摻合料對(duì)水泥膠砂性能的影響[J].粉煤灰，2016（5）：29-34.

[5] 關(guān)凌岳.泡沫混凝土孔結(jié)構(gòu)表征與調(diào)控方法及其性能研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2014.

[6] 李相國(guó).改性花崗巖石粉對(duì)水泥的性能影響[J].混凝土，2013（8）：87-90.

[7] 石川.泡沫混凝土及復(fù)合墻板的研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2013.

[8] 郭凱.堿激發(fā)多孔水泥基墻體保溫材料的研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2013.