碱激发水泥蒸压砂加气混凝土砌块的制备.docx

福州大学专业学位研究生论文开题报告论文题 目碱激发水泥蒸压砂加气混凝土砌块的制备姓名学号性别男导师学科专 业建筑与土 木工程研究方 向高性能混凝 ±学院土木工程学院开题报告时间、地点导师审 核 意见导师签名：年月 日审核小 组意见（注：需对开题报告的总体情况进行评价，指出不足和建 议，并明确是否同意开题报告通过。）审核小组成员签名：年月日学位点 意见学位点负责人签名：年 月日一、论文选题依据（包括本课题国内外研究现状述评，研究的理论与实际意义, 对科技、经济和社会发展的作用等）1.1研究背景五、参考文献1井海明，麻晓明.关于对建筑节能现状的分析J.中国新技术新产品，2012, (02): 183. 焦焕成 节约能源资源政策法规汇编M.北京：中国环境科学出版社，2009: i-iv3张继，顾同曾.加气混凝土生产工艺M.武汉：武汉工业大学出版社，1992.4李秋莲，邹里.加气混凝土砌块的经济价值研究J.当代经济，2008(7): 40-41.5杨胜多.碱激发胶凝材料发展趋势J .科技信息,2010,2(17):253,285.李春梅，王培铭.碱激发胶凝材料的研究进展J .混凝土,2014,(12):60-63,68.7 H. kurama, C. karakurt. Properties of the autoclaved aerated concrete produced from coal bottom ash J. Journal of materials proccessing technology, 2009, (209): 769-773.8 N.Y.Mostafa. Influence of air-cooled slag on physicochemical properties of autoclaved aerated concreteJ . Cement and Concrete Research, 2005, (35): 1349-1359.9 Xiao-yan Huang, Wen Ni, Wei-hua Cui etc. Preparation of autoclaved aerated Concreteusing copper tailings and blast furnace slagJ. Construction and Building Materials, 2012, (27): 1-5.10汪守醇.E渣在加气混凝土中的应用J.福建建材,2010,(3):17-1811刘志强.脱硫粉煤灰生产加气混凝土的研究J.砖瓦,2009, (9): 53:54.12王砚，殷杰，陈吉春等.利用低硅铁尾矿生产加气混凝土的试验J.环境科 学与技术,2000, (8): 11-12.13 丁亚斌，吴卫平.利用黄金尾矿生产加气混凝土砌块J.新型建筑材料,2009, 12:38.14范俊杰，曹德光，黄承好.工艺参数对电石渣蒸压加气混凝土发气的影响研 究J.新型建筑材料,2011,(11):34-36.15 Wittmann FH, Prim P. Structure and water absorption of aerated concrete. Autoclaved, aerated concrete, moisture and propertiesM. Amsterdam: Elsevier, 1983.16 Alexanderson J. Relations between structure and mechanical properties of autoclaved aerated concrete. Cement and Concrete Research, 1979, 9(4): 507-514.17袁誉飞.外墙用轻质高强节能保温加气混凝土的研制M.广州：华南理工 学,2011.18彭军芝，彭小芹，桂苗苗等.蒸压加气混凝土孔结构表征的图像分析方法 J.材料导报,201 1, 25(1): 125-129.19杨奉源.泡沫混凝土性能的影响因素研究D.绵阳：西南科技大学，2012.20王晓东.加气混凝土生产新工艺新技术与设备运行维护手册M.北京：北 方工业出版社，2007.21赵成文，张威.加气混凝土砌块失水和吸水的实验研究J.砖瓦,2009, (11): 33-37.22廖利娣，冯池，孟庆林.不同厚度加气混凝土隔热性能的比较J.建筑科学, 2010, 26(8): 40-44.23 A. Laukaitis, B. Fiks. Acoustical properties of aerated concreteJ. AppliedAcoustics, 2006, (67): 284-296.24 N.Narayanan, K.Ramamrthy. Structure and properties of aerated concrete: a review J. Cement and Concrete Research； 2000, (22): 321-329.25 N.Narayanan, K.Ramamrthy . Microstructure investigations on the aerated concreteJ. Cement and Concrete Research, 2000, (30): 457-464.砂加气混凝土的研究背景我国正处于快速的社会发展期，庞大的人口规模吞噬着有限的自然资源，发 展带来的问题尤为严重。建设节约型社会是我国的一项重要国策，而建筑节能更 是其中的重点工作之一川。众所周知，建筑业是典型的大能耗产业，它的建设、 运行、维持都需要消耗大量能源。我国正处于城市化和房屋建筑建设高峰期，年 建筑量世界第一，建设规模将持续20年，在中国甚至在世界历史上都前所未见。 目前，中国城乡建筑总面积约为400亿平方米，预计到2020年，中国将增加建 筑面积300亿平方米，建筑能耗对中国能源消耗必将产生长期的影响。而外墙的 节能更是建筑节能的重要组成部分。我国对建筑结构维护墙材的要求也越来越 高。2005年国务院办公厅颁布了关于进一步推进墙体材料革新和推广节能建 筑的通知明确指出：所有城市禁止使用实心粘土砖，到2010年底，全国实心粘 土砖年产量控制在4000亿块以下，到2010年，新型墙体材料产量占墙体材料总 量的比重达到55%以上，建筑应用比例达到65%以上，严寒、寒冷地区应执行节 能率65%的标准。2008年民用建筑节能条例（国务院令第530号）中，明确指 出民用建筑要发挥各种途径节能，提高能源利用率。加气混凝土是以钙质材料（石灰、水泥）和硅质材料（砂、粉煤灰及含硅尾矿 等）为基本组分，以化学反应方式获得气体，通过配料、搅拌、浇注、预养、切 割、养护等工艺过程制成的轻质多孔硅酸盐制品。单位体积加气混凝土由1/5 的固体材料和4/5的气孔组成，在节材、节能和环保方面具有不可比拟的优势。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。是唯一的一种单一材料即可达到建筑节能设计标准的墙体材料。蒸压砂加气混凝土砌块主要由河砂、石膏、水泥、石灰、铝粉等工业材料和 废料作为原料，河砂为最主要的原料，经搅拌、浇注、发泡、切割与高压蒸养制 成。具有保温、隔热、阻燃、耐火、隔音、易于刨切、施工简单等特点。无论在 生产环节，建筑使用节能、节省资源、产业化等方面都具有很高的经济价值。蒸 压砂加气混凝土砌块容重比粘土砖要小很多，蒸压砂加气混凝土砌块作为房屋建 筑的墙体材料，与粘土砖相比，可减轻建筑结构自身重量35%；降低地震荷载20%, 减低工程造价8队具有很高的经济效益。蒸压砂加气混凝土砌块具有优异的自 保温性能，加气混凝土砌块密度、导热系数与其他材料的比较如表1表1加气混凝土砌块密度、导热系数与其他材料比较材料密度 Kg/m3导热系数 W/m. k加气混凝土砌块4007000. 120. 18烧结实心粘土砖16000.81烧结多孔粘土砖12000. 43据科学试验测定粘土砖的耗煤量为91kg/m3,蒸压砂加气混凝土砌块的耗煤 量为56kg/m3,实际的耗煤量仅为粘土砖的2/3o可见，蒸压砂加气混凝土砌块 比粘土砖在节能上有明显优势。同时蒸压砂加气混凝土砌块在生产中可以利用一 部分废弃的加气混凝土砌块经改性磨细后作为生产加气混凝土的一部分骨料应 用于生产。使蒸压砂加气混凝土砌块在生产制作过程中最大限度的使废弃物得到 回收并循环再生利用，最低限度地消耗了能源与物质。可见生产蒸压砂加气混凝 土砌块土既可以变废为宝，更有效地保护了环境，保护耕地。1.1. 2碱激发水泥的研究背景一个多世纪以来，硅酸盐水泥一直是使用最为广泛的建筑材料，随着人们环 境保护意识的逐渐加强，人们认识到传统硅酸盐水泥有很多不足的地方，比如合 成硅酸盐水泥熟料中得高钙矿物要消耗大量的燃料，并排放大量的C02,这和我 们提倡节能环保的理念格格不入。并且硅酸盐水泥建筑耐久性仍然存在很大的问 题，而且价格较高。因此近几年碱激发水泥的应用受到很多研究者们的广泛关注, 碱激发水泥具有低能耗、低排放、耐久性优良等优点，属于新型的环保水泥。碱 激发水泥的原理是具有火山灰活性或潜在水硬性原料与碱性激活剂反应而生成 具有胶凝性的材料。我国自20世纪80年代介绍高强碱-矿渣水泥以来，从很多 方面展开研究，并取得了许多成果，开发出石膏矿渣水泥、少熟料矿渣水泥和矿 渣硅酸盐水泥等水泥品种，并对碱-矿渣-粉煤灰、碱-矿渣-钢渣和碱-矿渣-氧化 镁等胶凝材料体系进行了大量的研究，许多研究成果都已进入实用阶段。所以碱 激发水泥的理论还是较为成熟的。L2加气混凝土的研究现状近年来对于加气混凝土的研究很多，分多个方面，如有研究固体废弃物在加 气混凝土中的应用，有研究加气混凝土的物理性能，有对加气混凝土力学性能的 研究，还有对加气混凝土耐久性的研究。具体如H. kurama等人利用煤粉炉底 灰（BA）替代不等量石英砂生产蒸压加气混凝土（Autoclaved Aerated Concrete 简称AAC,下同），当灰的替代量为50%时，AAC的抗压强度最大；制品导热系 数随着灰的替代量增加而减小。N. Y. Mostafa网利用空气冷却矿渣替代部分石 灰和石英砂制备加气混凝土，制备出抗压强度为4MPa,容重600kg/n?的加气混 凝土。Xiao, yan Huang等人利用含有70%Si02的铜尾矿制备AAC砌块。汪守 醇利用与粘土成分相似的E渣制备出28d抗压强度为5MPa的免蒸压加气混凝 土砌块。刘志强利用脱硫粉煤灰来生产加气混凝土，产品干体积密度为730kg /m抗压强度5.2MPa,干燥收缩值为0.75mni / m。王砚等人利用铁尾矿砂试 制蒸压加气混凝土，其容重为600kg/m3,平均抗压强度为3.5MPa。丁亚斌等 人口引将黄金尾矿用来制备加气混凝土，使得尾矿资源综合利用。范俊杰等人a 利用电石渣取代生石灰作为单一钙质原料生产加气混凝土，发现提高料浆的初始 浇注温度有利于加气混凝土的发气速率和发气量。WittmannFHE将加气混凝土 孔分为引气孔、连通孔隙、粒间孔隙。Alexanderson八旬孔径大于50um为宏观 孔，位于宏观孔壁上的微观孔为毛细孔。袁誉飞、彭军芝口718利用Matlab软件 实现了对AAC的宏观孔隙率、孔径分布等参数的测量。杨奉源词采用 IPPflmagePro. Plus）图像分析软件计算识别孔径、孔取向分布等气孔参数。王 晓东2。认为加气混凝土中封闭的气孔切断了毛细管而降低了水分迁移的速度， 所以制品的吸水速率远低于粘土砖。赵成文】认为加气混凝土大部分吸水过程 是在Id内完成的，吸水5d后才趋于稳定。廖利娣阳利用热气候风洞实验台研 究风速、太阳辐射、空气温度及湿度对加气混凝土热工性能的影响，研究表明， 虽然补水会增加加气混凝土的导热系数，但当水分蒸发带走的热量大于其蓄水后 增加的导热量时，加气混凝土仍会起到良好的隔热效果。LaukaitistR可以增加 加气混凝土的容重，降低孔隙率，同时增加开口孔的体积来改善吸声性能。英国 学者KKShcilelr提出了孔隙率-强度关系式，该公式反应了加气混凝土强度随孔 隙率的增的事实。Narayannan124,25将发气孔看作质量为。的粗集料，提出加气 混凝土 “界面过渡区”的概念。他认为加气混凝土的界面过渡区比普通混凝土致 密和均匀，对强度的消极作用较小，因为铝粉发生化学反应产生气泡，压缩浆体; 坯体中没有集料，水分可以在界面上自由移动;加之，界面上晶体生长不受空间 限制。因此，加气混凝土气孔壁上的“界面过渡区”密实度高，对强度影响不大。 桂苗苗26研究了含水率0)对粉煤灰蒸压加气混凝土抗压强度的影响，研究结果 表明，随着3值的降低，抗压强度相应提高；绝对干燥时，抗压强度最高。当 AAC砌块3值小于15%时，强度随3值改变而剧烈变化；3值从15%增加到 25%时、抗压强度降低的趋势有所减小:3值超过25%至饱水状态时，该值的变 化对抗压强度的影响很小。贾兴文，钱觉时a认为环境温度一定时，空气相对湿 度(RH)越低，试件失水速度越快，干缩值越大；反之，湿度越大，干燥收缩值小。 贾兴文比较了室内、室外不受日晒雨淋、室外经受日晒雨淋的砌块碳化稳定 性发现，室外经受日晒雨淋的砌块碳化系数高，且碳化较慢。抗冻性能是一项重 要指标，桂苗苗通过实验研究得出，砂加气混凝土的抗冻性优于粉煤加气混凝土, 但没有提及原因。然而，对于碱激发水泥加气混凝土，特别是将碱激发水泥应用到砂加气混凝 土的实际生产当中的研究相对较少。夏艳晴阳通过配合比优化设计，当生石灰 12%,固硫灰 84%,磨细矿粉 4肌 水玻璃(M=1.2) 2. 1%, Na2S04 0. 5%, TEAO. 09%, 铝粉膏0.11%,浇筑温度35度,蒸压养护制度为：升温3h；恒温7. 5h,压力Impa；自然降温。C/S在0. 76-0.83范围内，制品的容重和强度达到了 GB11968-2006蒸 压加气混凝土砌块B06级合格品的要求。研究C/S比在0. 83左右时，制品的 容重和强度达到了 GB11968-2006蒸压加气混凝土砌块B06级合格品要求。徐 清阈通过理论和实践两方面分析，认为利用碱矿渣水泥制备碱矿渣加气混凝土是 完全可行的，并且有很大的实际意义。文献认为通过加入Y-P3外加剂可以解决 碱矿渣加气混凝土浇筑稳定性的问题，并且在蒸压养护(10atni6h)下，可以制 得容重为670kg/n?,抗压强度为8.3MPa的碱矿渣加气混凝土砌块。碱矿渣水泥 具有宏观性能良好，容重较轻，保温性能好的特点。L 3加气混凝土发展前景随着我国基础设施盲设和住宅产业的蓬勃发展，以加气混凝土为代表的新型 墙体材料进入了快速发展时期。早在“九五”规划中，国家就把新型建筑材料作 为重点发展的产业，各级政府都制定了有关的政策和法规，为发展新型墙体材料 提供了有力的保障。国家四部一委专门成立了国家墙体材料改革办公室，针对发 展新型墙体材料、限制实心粘土砖生产出台了一系列政策，把加气混凝土作为大 力发展的新型墙体材料，在新型建材及发展导向目录中将加气混凝土作为首 选产品之一。按国家土地资源保护政策，要求华东地区地级市于2008年前禁止使用实心粘 土砖，国家在“住宅建设中逐步限时禁止使用实心粘土砖”的规定中，凡经设计 部门设计的建筑物均不准采用实心粘土砖。因此，研制和开发实心粘土砖的代用 品是墙体建筑材料革新的当务之急。按照加气混凝土“十二五”发展规划的目标，即：2015年，全国混凝土年产量达到5000万立方米，每年实现利用工业固体废弃 物H00万吨，节约土地25000亩，节约能源130万吨标准煤。2015年，加气混凝土平均单线生产能力应达到15万立方米以上，产品合格率 95%以上，其中外观尺寸应达到蒸压加气混凝土砌块(GB11968-2006)规定的 优等品指标。2015年，进一步促进节能减排，全行业生产能耗降低1. 5千克-标准煤/立方 米，实际单位能耗33.1千克-标准煤/立方米，大量倡导生产废料利用和中水利用, 努力降低废气物的排放。1.4 问题的提出水泥被用作为一种非常重要的胶凝材料，素有“建筑工业的粮食”之称。 2011年我国水泥产量高达20.63亿吨，其中绝大部分为硅酸盐水泥。硅酸盐水泥 具有稳定的性能和较低廉的成本，使其广泛应用于建筑和土木的各个领域。但其 制备时的燃烧温度高达1450C,且需消耗大量的优质石灰岩和大量的粘土矿，能 耗物耗高、碳排放高、环境污染严重、耐酸耐蚀和耐久性差，故应逐渐限制与减 少使用。在21世纪人们越来越重视生态环境保护的今天，找一种新型的水泥来替代传 统水泥势在必行。不仅要降低能耗，而且要从工艺上不断改进技术，使水泥行业 趋势朝着原料来源广、高废物利用、低能耗、低资源消耗和低环境污染与破坏且 耐久性和耐酸腐蚀性好的方向发展。近年来研究比较活跃的碱激发水泥能刚好符 合这个趋势。碱激发水泥，是指强碱性激发剂与火山灰活性或潜在水硬性材料反应而成的 一类胶凝材料。具有火山灰活性和潜在水硬性的材料通常是硅铝酸盐原料，包括 各种纯天然的硅铝酸盐矿物和工业废渣，常见的有天然火山灰、赤泥、烧粘土、 矿渣、磷渣、钢渣等。在国内主要是利用粉煤灰和矿渣制备碱激发水泥的研究。 碱激发水泥通常由两部分组成，即碱激发剂和胶凝组份。Glukhovsky等将激发剂 分为六类:苛性碱、非硅酸盐的弱酸盐、铝酸盐、硅酸盐、铝硅酸盐和非硅酸盐 的强酸盐。而这些激发剂中普遍使用的有NaOH、Na2cO3、Na20. nSi02Na2S04o按 碱激发水泥的主要胶凝材料的不同，可将碱激发水泥分为碱矿渣水泥和地聚物水 泥两种主要类型。本课题创新性的把碱激发水泥应用在砂加气混凝土当中，通过 蒸压养护，如果可以制备出这种碱激发水泥蒸压砂加气混凝土砌块，既可以降低 砂加气混凝土砌块的成本，还能够节约资源，符合绿色材料的发展趋势。二、论文的研究内容、研究目标，以及拟解决的关键问题(包括具体研究与开 发的主要内容、目标和要重点解决的关键技术问题)21研究目标将碱激发水泥运用于砂加气混凝土，通过试验确定碱激发水泥蒸压砂加气混 凝土砌块的最优配合比，并进行实际的生产，使之满足规范蒸压加气混凝土砌 块(GB 11968-2006)要求。2.2 研究内容主要研究以下几个方面的内容：(1)研究不同激发对象和不同激发剂对碱激发水泥蒸压砂加气混凝土砌块性能 的影响。(2)研究碱激发水泥蒸压砂加气混凝土砌块的最佳配方。(3)检测碱激发水泥蒸压砂加气混凝土砌块的性能指标。(4)研究碱激发水泥蒸压砂加气混凝土砌块和普通蒸压砂加气混凝土砌块的微 观结构。(5)研究实际大模生产和小模生产之间存在的关系。2.3 拟解决的关键问题(1)碱激发水泥蒸压砂加气混凝土抗压强度和经济性的矛盾。1.1 小模的配方即使可以成功，应用到实际生产中进行大模试验时，是否会出 现塌模现象？是否能够稳定发气？是否可以达到理想的出釜强度？三、拟采取的研究方案及可行性分析(包括研究的基本思路，研究过程拟采用的 方法和手段，现有研究条件和基础，研究开发方案和技术路线等)1.2 基本思路(1)本文首先回顾国内外学者对加气混凝土和碱激发水泥的研究成果，提出碱 激发水泥应用于蒸压砂加气混凝土砌块中的可行性，并进行预实验。(2)确定不同的激发剂和激发对象对碱激发水泥砂加气混凝土砌块的性能影响, 通过正交试验研究碱激发水泥蒸压砂加气混凝土砌块的最佳配方。(3)对正交试验得到的配方进行实际生产。(4)按规范蒸压加气混凝土砌块(GB 11968-2006)要求检测小模和大模的各 项性能指标，通过反复的大模和小模的试验，建立大模和小模的一个关系。(5)分别对有代表性的碱激发水泥组和普通水泥组的砌块进行微观分析，解释 两者的宏观性能的区别。(6)通过微观分析对配方进行优化，再进行实际的生产，得出结论。1.3 拟采用的方法和手段(1)对相关文献进行研究，找出合理的试验因子，设计高效的正交试验方案。(2)以抗压强度、容重等指标，通过正交试验确定加气混凝土的配合比，通过 同利加气混凝土厂的设备，对小模试验所得到的配方进行实际生产。(3)按规范加气混凝土力学性能试验方法(GB 11969-2008)要求，对碱激发 水泥蒸压砂加气混凝土砌块的力学性能进行检测。(4)通过matlab孔结构分析、SEM和SRD分析等微观试验对各项性能进行分析1.4 技术路线(见下一页)国内外研究现状调研和预实验选定显著的影响因子作为变量正交试验和对比试验通过性能指标初步选定配方并用配方进行实际生产（若效果不好重新进行小模研究）选择有代表性孔结构分析XRD分析对上述配方所制得的砌块和普通水泥得到的砌块进行微观分析对比SEM电镜扫描分析进行检测通过微观试验对 之前选定的配方 进行优化再进行 实际生产未通过进行重4新设计对最终配方进行性能检测通过结论和展望笔择有一代表性的进行检测抗压强度抗折强度抗冻性干燥收缩值导热系数干密度其他性能3. 4加气混凝土性能指标表2蒸压加气混凝土砌块性能指标项目/级别A1.0/B03A2.0/B04A2.5/B05干密度/ (kg/ m3 ) W325425525导热系数W/ (m. k) W0. 100. 120. 14干燥收缩mm/mW0.50. 50.5抗冻性(冻后强度)MpaW0.81.62.0抗冻性(质量损失&w555抗压强度/ (Mpa)三1.02.02.5项目/级别A3. 5/B06A5.5/B07A7. 5/B08干密度/ (kg/ m3 ) W625725825导热系数W/ (m. k) W0. 160. 180. 20干燥收缩mm/m=0. 50.50.5抗冻性(冻后强度)MpaW02.84.06.0抗冻性(质量损失给三555抗压强度/ (Mpa) W3.55.57.53. 5现有研究条件和基础(1)已经有很多学者对于碱激发水泥进行了大量研究，可以从中获得大量关于 碱激发水泥以及激发剂的文字资料。(2)主要材料水泥，矿渣，石灰来源都有保障。(3)课题组已有人做过碱激发水泥的配方研究。(4)课题组和福建同利建材科技有限公司形成良好的合作机制，针对新型隧道 防火涂料的研发应用展开合作，且成立了 “绿色低碳环保新型建筑材料研发中 心。配备了完善的试验设备和场所。3. 6可行性分析通过前期大量的小模和大模的试验，初步定以下这组配方作为基准配方，见表3o表3水泥矿渣粉煤灰石灰砂子废渣石膏8. 2%8. 8%1.64%9%60%9. 86%2. 5%备注：1、以上数据以干料总重为1950kg计算，铝粉用量为干料总重量的万分 之八。废浆水料比L42,料浆水料比1. 64。2、先不外加水，将浆体的扩散度控 制在25-26cm左右，若扩散度不足再加水。图1图2如图1所示，左边为现同利加气厂的砂加气混凝土砌块，右边为使用基准配 方生产的碱激发砂加气混凝土砌块，从图中可以看出，两者孔结构差异不大，说 明通过配方的调整已经改善了孔结构偏大的情况。图2为使用上述配方制得的砌 块在切割时的情景。使用以上配方生产的砌块经过检测，强度基本上都达到A3. 5 B06级加气混 凝土砌块的强度要求，其他方面的问题待后继续优化。四、本课题的特色与创新之处(1)将碱激发水泥应用到蒸压砂加气混凝土砌块当中，解决了碱激发水泥蒸压 砂加气混凝土砌块的强度和经济性的矛盾。(2)将碱激发水泥蒸压砂加气混凝土砌块的小模研究应用到实际生产当中，建立 小模理论研究和实际生产中大模之间存在的关系。(3)就地取材，所有的原料都取自当地，解决了周边地区工业废料的利用问题。