水化硅酸钙组成对蒸压硅酸盐材料力学性能的影响

水化硅酸钙组成对蒸压硅酸盐材料力学性能的影响

李华

（工作单位：贵州开迪绿色建筑材料有限公司 贵州省贵阳市息烽县 551100）

贵州大学

摘要：水化硅酸钙是水泥最常见的水化产物，其结构和性能对水泥基材料的使用年限有着直接的关系。水化硅酸钙的结构一直以来都没有得到完全的解析，但社会进入快速发展阶段，城市人口加剧导致建筑设施的需求量逐年增加，对高性能低能耗的土木工程建材的需求量也在增加，加强对水化硅酸钙的研究对社会建设发展至关重要。本次试验中采用的原料为 P.O42.5 水泥。砂磨细之后的粒径通过孔径为0.08mm筛。石灰的有效氧化钙含量为 75%。所用石膏为脱硫石膏。试验结果证明砂质AAC的晶体和胶体含量对比粉煤灰质AAC明显更高，水化硅酸钙的晶体和胶体含量对基材的抗压强度有着直接的联系。试验采用的抗压强度模型能够证明抗压强度的计算值和实测值之间的误差不大于2%，证明抗压强度模型具有准确性。

关键词：水化硅酸钙；蒸压硅酸盐；力学性能研究

我国针对水泥水化的机理研究多采用水泥水化模型与单粒模型，并没有分子动力学理论的相关基础。水化硅酸钙是水泥水化的重要产物，其力学性能对水泥建材的使用年限有直接的影响。在对水化硅酸钙的力学性能进行研究时，采用的控压方法和模拟系统各不相同，高温状态下的混凝土有明显的力学性能下降情况，由此可以看出温度能够对水化硅酸钙的力学性能造成直接的影响，具有重要的研究意义。

1、试验根据

蒸压处理的硅酸盐材料特点包含导热系数低、质量轻、具有较强的防火性能，属于节能型的建筑材料，具有较为广阔的市场。蒸压处理的硅酸盐材料的性能主要受到水化产物含量和组成的影响，因此水化产物的组成近几年正在称为科研的热点。AAC的强度主要受到蒸压处理过程中所产生的硅酸盐产物及托勃莫来石的影响，结构方面则由水化硅酸盐及托勃莫来石等微观结构之间的连接来组成。通过研究能够证明，膨胀的珍珠岩废料能够对托勃莫来石产生优化的影响，陶瓷尾泥则能够进一步促进AAC水化产物进行结晶，对其力学性能能够起到优化的作用。通过增加陶瓷粉末、红岩石的形式都可以对AAC的性能进行有效的改善。水化产物的研究方面水化硅酸钙凝胶的结构特征与机械强度的高度有着一定的关联性，通过研究可以证明水化硅酸钙凝胶与机械的抗压强度之间有着直接的联系。采用分子动力学进行模拟能够得出水化硅酸钙凝胶的间层含有大量的水，水分子与硅酸钙的骨架发生碰撞，对其稳定性有直接的影响。另外，高硅高钙也会对硅酸盐链的结构造成破坏，严重影响到水化硅酸钙的拉伸强度，水分子也会对硅酸盐缺陷的区域进行渗透，极大程度降低了水化硅酸钙的机械性能。目前我国针对水化硅酸钙性能提升方面的研究主要从水化硅酸钙改性、掺料、加气等方面着手，对加气混凝土水化硅酸钙含量及结晶度影响力学性能的方面还没有较多的研究。本次试验主要通过正交半定量的形式来进行分析，对AAC基材的力学性能是否随着水化硅酸钙的含量和结晶度变化而变化进行研究，对水化产物组成是否对AAC的力学性能产生影响进行研究，构建AAC的抗压强度模型，以此来支持AAC的性能设计。

2、试验方法

采用正交的形式对基材进行试验，试验的水平因素包含钙硅比、水料比、水泥石灰配比、石膏掺量，试验的参数见表1。

表1 正交试验水平因素表

试样在成型后需要保持24h的自然静止状态，脱模后上蒸压釜，经过8h的反应，设备参数为温度：180℃、蒸汽压力：1MPa。对蒸压硅酸盐材料的抗折强度以及抗压强度进行测试，测试参照根据为GB/T11969-2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》。试件经过破碎后采用无水乙醇进行24h的浸泡，破碎粒径控制在5mm-8mm左右，通过无水乙醇来停止水化。后上105℃烘干箱经过24h烘干，将其中一部分颗粒进行喷金和真空干燥的处理，采用分析仪进行分析。取水化终止后的颗粒上105℃烘干箱经过24h烘干后打成粉末，经过BET、XRD的测试。通过测试结果来对试样中的水化硅酸钙晶体及胶体进行半定量计算。采用正交试验的形式对AAC的基材样品进行抗折强度和抗压强度的测试，通过半定量计算水化硅酸钙晶体和胶体的含量来判定水化硅酸钙含量和结晶度是否会对基材的抗折强度和抗压强度产生影响。通过试验分析能够得出，基材的抗压强度并没有受到水化硅酸钙含量和结晶度的影响，而是始终处于适合的区域，基材的抗压强度超过54.1MPa时，水化硅酸钙的含量为0.68±0.05，结晶度为0.37±0.006；同时，基材的抗折强度超过18.2MPa时，水化硅酸钙的含量为0.65±0.06，结晶度为0.356±0.006。基材的力学性能规律表现为结晶度超过0.33时，水化硅酸钙的含量增加基材的抗压强度就会先增加后降低；结晶度低于0.33时，水化硅酸钙的含量增加基材的抗压强度就会先增加后降低又增加。基材的抗折强度与水化硅酸钙结晶度呈正比。

3、试验结果

根据测试的结果可以看出砂加气混凝土的干密度为501 kg/m3、抗压强度为5.3MPa，粉煤灰加气混凝土的干密度为625 kg/m3、抗压强度为4.9MPa。采用蒸压加气的处理方法对砂质AAC和粉煤灰质AAC进行处理，后采用X射线对试样进行衍射分析，对组成和晶体进行半定量计算，衍射角设为25°-35°。分析结果证明这两种试样均含有氢氧钙石和明显的水化硅酸钙特征。从定量分析能够得出砂质AAC和粉煤灰质AAC在水化硅酸钙的含量方面有较大的差距。砂加气混凝土的托勃莫来石的晶体含量比粉煤灰加气混凝土更多。傻子加气混凝土水化硅酸钙的结晶度为0.406、粉煤灰质加气混凝土的水化硅酸钙结晶度为0.315。通过试验能够得出砂加气混凝土中的水化硅酸钙含量处于基材的最优抗压强度区域，粉煤灰加气混凝土则不在此区域内，由此可以得出砂加气混凝土的强度高于粉煤灰加气混凝土。根据研究的成果可以得出，加气混凝土的水化产物处于不同组成和数量时对力学的性能有很大的差异影响。通过试验研究能够得出水化产物的组成和含量能够对基材抗压强度产生和加气混凝土的抗压强度产生直接的影响。在特定的压力和温度条件下，加气混凝土能够保持固定的水热合成反应速率，这种状态下硅质材料只有一半的反应程度，因此在工艺方面通常可以采用提升温度、增加压力、选择适合的钙硅比来提升加气混凝土的耐久性、物理性能以及力学性能。以同一原材料为基础来对水化产物的含量和组成进行力学性能的分析可以将强度作为研究指标，对加气混凝土的性能进行进一步优化，提升加气混凝土的工艺水平和生产效率，进一步提升其性能水平。以此来为我国的建筑行业发展提供强有力的支撑，推动我国城市化建设的稳定发展。

结束语：本次试验基于定量的水化硅酸钙晶体及胶体的含量，对加气混凝土的力学性能是否随着水化产物的含量变化而发生变化进行研究，以此来为加气混凝土性能优化提供有效参考。通过试验研究可以得出，砂质AAC和粉煤灰质AAC的性能差异性主要是因为水化硅酸钙的含量不同。加气混凝土的抗压强度模型能够体现出水化硅酸钙的含量、水料比、气孔率以及有效氧化钙等相关因素对其强度的影响，通过试验能够验证这项模型可以有效优化加气混凝土的配比。

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李华（1985.02），男 汉族 贵州贵阳人，本科学历，中级工程师，从事磷石膏综合利用   贵州大学