工業(yè)污泥-磷渣制備免蒸壓加氣混凝土的研究

磷渣是在黃巖磷處理過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢水。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)每年可排放約500-600萬噸磷渣。磷渣中的磷、氟等有毒物質(zhì)滲入土壤，產(chǎn)生環(huán)境噪音。磷渣中含有氧化硅和氧化鈣，具有潛在活性。因此將磷渣資源化可以減少環(huán)境污染、改善生態(tài)環(huán)境,使社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境可以協(xié)調(diào)持續(xù)的發(fā)展。加氣混凝土又稱發(fā)氣混凝土,具有輕質(zhì)、保溫、隔熱、利廢、防火和易加工等優(yōu)點(diǎn),按照不同的養(yǎng)護(hù)方式可以分為免蒸壓養(yǎng)護(hù)(NAAC)和蒸壓養(yǎng)護(hù)混凝土(AAC),目前國(guó)內(nèi)加氣混凝土砌塊主要是以蒸壓養(yǎng)護(hù)為主,對(duì)免蒸壓養(yǎng)護(hù)的砌塊研究相對(duì)較少。研究了各種因素對(duì)磷渣免蒸壓加氣混凝土體積密度的影響,測(cè)試了不同養(yǎng)護(hù)齡期的試件強(qiáng)度。1實(shí)驗(yàn)1.1主要化學(xué)成分實(shí)驗(yàn)所用原料主要有磨細(xì)磷渣粉、水泥、堿激發(fā)劑和發(fā)氣劑。磷渣粉的比表面積為380—420m2/kg,密度2.6—2.8g/cm3,主要的化學(xué)成分見表1;水泥采用貴州水泥廠生產(chǎn)的“烏江”P·O42.5;粉煤灰為凱里電廠原狀濕排灰。堿激發(fā)劑:由水玻璃和燒堿兩部分組成,水玻璃為市售,模數(shù)為3.2—3.4,固含量≥40%;NaOH是貴州省遵義堿廠生產(chǎn)的片狀堿,NaOH含量≥96%;實(shí)驗(yàn)選用Al粉作為發(fā)氣劑。1.2混凝土性能測(cè)試方法加氣混凝土澆筑成型工藝參照普通加氣混凝土廠加氣混凝土的生產(chǎn)工藝,實(shí)驗(yàn)中將磷渣加氣混凝土成型為10cm×10cm×10cm的立方體試件,放入混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中進(jìn)行養(yǎng)護(hù),待到規(guī)定的齡期后再取出試塊進(jìn)行力學(xué)性能的測(cè)試,試塊體積密度測(cè)試按GB/T11970—1997《加氣混凝土力體積密度、含水率和吸水率試驗(yàn)方法》進(jìn)行,力學(xué)性能的測(cè)試方法按GB/T11971—1997《加氣混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行。2抗壓強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)中用單因素方法研究了各種因素對(duì)磷渣加氣混凝土體積密度的影響,并測(cè)試了不同齡期的加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度。根據(jù)前期試驗(yàn)研究,確定了實(shí)驗(yàn)的基準(zhǔn)配合比,見表2,后面實(shí)驗(yàn)中對(duì)各因素的研究都在此基準(zhǔn)配合比基礎(chǔ)上進(jìn)行的。2.1鋁粉摻量對(duì)磷渣加壓混凝土體積密度的影響鋁粉對(duì)磷渣加氣混凝土體積密度影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。磷渣加氣混凝土體積密度隨著鋁粉摻量的增加而降低,但當(dāng)鋁粉的摻量超過0.296%以后,鋁粉摻量的增加對(duì)減輕加氣混凝土體積密度所起作用已經(jīng)不大;當(dāng)Al摻量達(dá)到0.444%時(shí),磷渣加氣混凝土體積密度反而略有增加,這是因?yàn)檫^量的鋁粉會(huì)導(dǎo)致料漿澆注時(shí)產(chǎn)生塌模,這不利于料漿澆筑穩(wěn)定性。實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)加氣混凝土具體的體積密度選擇合適的鋁粉摻量。2.2激發(fā)劑的選擇實(shí)驗(yàn)中用堿激發(fā)磷渣活性,根據(jù)以往學(xué)者們研究堿磷渣膠凝材料的資料,堿激發(fā)劑的模數(shù)一般需調(diào)制至1.2—1.5之間,在這個(gè)范圍內(nèi)磷渣膠凝材料的抗壓強(qiáng)度最高,即磷渣的活性在這個(gè)條件下最大。實(shí)驗(yàn)中用NaOH將水玻璃模數(shù)分別調(diào)至1.0,1.2,1.4,1.6作為激發(fā)劑,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。從圖1中的曲線來看,當(dāng)水玻璃模數(shù)小于1.1或者大于1.5以后,加氣混凝土的體積密度變化很大,當(dāng)模數(shù)為1.6時(shí)的體積密度已接近900kg/m3;而當(dāng)模數(shù)在1.1—1.5之間時(shí),加氣混凝土的體積密度在570—650kg/m3之間,變化不大;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:水玻璃模數(shù)對(duì)磷渣加氣混凝土的體積密度影響很大。為使磷渣加氣混凝土體積密度符合GB11968—2006規(guī)范的要求(≤825kg/m3),水玻璃模數(shù)應(yīng)控制在1.0—1.5之間。2.3混凝土的體積密度根據(jù)李志清的研究,堿含量(Na2O)含量在6%左右時(shí)對(duì)激發(fā)磷渣膠凝材料的活性最為有利。實(shí)驗(yàn)中研究了料漿中堿含量的影響,結(jié)果見圖2。當(dāng)Na2O的含量在5.5%—6.5%之間時(shí),對(duì)加氣混凝土的體積密度影響不大;當(dāng)Na2O含量少于5.5時(shí),曲線曲率變大,加氣混凝土體積密度迅速增加,表明料漿中堿含量不足影響了Al的發(fā)氣速率,導(dǎo)致料漿發(fā)氣時(shí)出現(xiàn)發(fā)氣量不足和憋氣的現(xiàn)象。需要注意的是,料漿中堿含量的增加雖然有利于鋁粉的發(fā)氣,但同時(shí)也會(huì)影響料漿的澆注穩(wěn)定性。如果鋁粉的發(fā)氣速度快于料漿的稠化速度,會(huì)造成澆注時(shí)料將表面出現(xiàn)大量的氣泡(冒泡)甚至?xí)?dǎo)致塌模,這不利于料漿的澆注穩(wěn)定性。綜合以上的分析,為使磷渣加氣混凝土體積密度符合GB11968—2006規(guī)范的要求(≤825kg/m3),料漿中的堿含量應(yīng)控制在5.5%—6.5%之間。2.4水固比對(duì)磷渣加壓混凝土體積密度的影響水固比的大小不僅會(huì)影響加氣混凝土的強(qiáng)度,而且對(duì)密度也有較大的影響,水固比越小,強(qiáng)度越高而密度也會(huì)增大。但同時(shí)還應(yīng)考慮澆筑、發(fā)氣膨脹過程中的流動(dòng)性和穩(wěn)定性。試驗(yàn)中研究了水固比對(duì)磷渣加氣混凝土體積密度的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。圖3中直線是用Origin軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性分析和擬合后的結(jié)果,圖3中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都均勻的分布在直線兩側(cè),說明磷渣加氣混凝土的體積密度是隨著水固比的增加而降低的。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):水固比控制在0.29—0.33之間最適合于料漿的澆注。當(dāng)水固比低于0.29后,料漿的流動(dòng)性也隨之變差,對(duì)料漿的澆筑和膨脹都會(huì)產(chǎn)生不利影響;水固比超過0.32以后,雖然料漿流動(dòng)性會(huì)提高,但是由于料漿稠度變化導(dǎo)致發(fā)氣過程中易出現(xiàn)冒泡,塌模等現(xiàn)象,也不利于料漿的澆筑成型。2.5鋁粉加入料漿前后時(shí)間的影響堿溶液即堿激發(fā)劑,用NaOH和水玻璃調(diào)制堿激發(fā)劑時(shí)會(huì)有熱量產(chǎn)生使堿溶液溫度升高,實(shí)驗(yàn)時(shí)將相同的堿激發(fā)劑存放至不同的溫度后進(jìn)行實(shí)驗(yàn),觀察堿液溫度對(duì)體積密度的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4(表中時(shí)間是從鋁粉加入料漿中時(shí)間開始計(jì)算)。由表4中實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知:堿溶液溫度對(duì)加氣混凝土的體積密度影響不大,但是對(duì)料漿的稠化速度影響很大,溫度越高料漿稠化時(shí)間越短即稠化速度越快,這說明較高的溫度更有利于促進(jìn)磷渣活性的激發(fā),加速膠凝材料的水化。從表5可以看出,當(dāng)堿液溫度為50℃時(shí),加入鋁粉后在攪拌過程中料漿就已經(jīng)開始膨脹發(fā)泡,這導(dǎo)致料漿無法順利的校注成型。出于操作時(shí)間和生產(chǎn)方面的考慮,配制好的堿激發(fā)劑一般應(yīng)陳化到室溫(20℃)時(shí)再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2.6加固混凝土性能力學(xué)性能是加氣混凝土的重要指標(biāo),一般僅以抗壓強(qiáng)度表示加氣混凝土的強(qiáng)度。由于磷渣加氣混凝土是經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)獲得強(qiáng)度的(沒有經(jīng)過蒸壓養(yǎng)護(hù)),研究中對(duì)不同養(yǎng)護(hù)齡期的加氣混凝土強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試,抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)試塊含水率在20%—25%之間,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。從表5中加氣混凝土強(qiáng)度可知,磷渣加氣混凝土在混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù),就能獲得較高的強(qiáng)度,養(yǎng)護(hù)28d后、體積密度在B05—B07級(jí)的磷渣加氣混凝土,抗壓強(qiáng)度能夠達(dá)到3.3—5.9MPa,按照GB11968—2006《蒸壓加氣混凝土砌塊》中的規(guī)定,強(qiáng)度級(jí)別可以達(dá)到A2.5—A7.5的要求,符合標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)砌塊強(qiáng)度的要求。并且后期磷渣加氣混凝土強(qiáng)度還會(huì)有所增長(zhǎng),但增長(zhǎng)幅度不大。2.7堿磷渣膠凝劑的溶解程麟等人認(rèn)為堿磷渣膠凝材料的水化過程如下:堿激發(fā)劑加入水中后迅速水解生成大量的OH-,溶液的pH值急劇升高,磷渣的表面最先發(fā)生溶解,磷渣溶解過程中會(huì)在溶液中產(chǎn)生大量的Ca2+,[SiO4]4-等離子。另外由于磷渣中還含有少量的Al,因而在強(qiáng)堿性溶液中還會(huì)由于溶解形成[AlO4]5-等離子,溶液中大量的Na+,Ca2+又會(huì)和[SiO4]4-,[AlO4]5-發(fā)生聚合反應(yīng)而形成CSH、沸石類礦物,它們不斷聚合從而形成整個(gè)堿磷渣水泥的骨架。由此可見,堿磷渣膠凝材料的水化是一個(gè)“溶解-聚合”的過程。根據(jù)李志清的研究結(jié)果,以水玻璃為激發(fā)劑制備的堿磷渣膠凝材料的水化產(chǎn)物主要是C-S-H、水化硅鋁酸鈣等。3堿溶液溫度對(duì)磷渣加壓混凝土體積密度的影響a.發(fā)氣劑摻量,水玻璃模數(shù),料漿堿含量,水固比等都會(huì)影響磷渣加氣混凝土的體積密度,要制備B05—B08級(jí)的磷渣加氣混凝土,鋁粉摻量為0.1%—0.4%,水玻璃模數(shù)為1.0—1.5,Na2O含量為5.5%—6.5%,水固比應(yīng)控制在0.29—0.32范圍內(nèi)。在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)制備的磷渣加氣混凝土的體積密度,在以上范圍內(nèi)合理的選擇各參數(shù)的值。b.堿溶液溫度對(duì)