金启邦 年国恩
西宁特殊钢股份有限公司 青海西宁 810005
摘要：泡沫混凝土作为一种新型的节能环保型建筑材料，以其良好的热工特性被广泛应用于墙体材料和其他隔热材料中。本文论述了特殊钢尾渣泡沫混凝土的制备和性能。
关键词：泡沫混凝土；特殊钢尾渣；干密度；抗压强度
前言：
泡沫混凝土是将发泡剂制成的泡沫引入含硅质材料、钙质材料等的水泥基料浆中，经搅拌、浇筑成型、养护而成的一种含大量封闭气孔的轻质多孔建筑材料。由于泡沫混凝土集轻质、保温、隔热、耐火、隔音、防水、抗震、节能、利废等性能于一体，成为目前重点发展的节能环保型材料，被广泛应用于墙体材料和其他隔热材料中。
1 泡沫混凝土的分类
（1）按制作泡沫混凝土的胶凝材料种类，可分为水泥泡沫混凝土、石膏泡沫混凝土、火山灰质泡沫混凝土、菱镁泡沫混凝土等。
（2）按密度等级划分，泡沫混凝土可分为以下几个密度等级：300、400、500、600、700、800、900、1000kg/m3。
（3）按泡沫混凝土的使用领域不同，可分为园林泡沫混凝土、工程泡沫混凝土、工业泡沫混凝土和房建泡沫混凝土。
（4）按泡沫混凝土使用功能的不同，分为保温型泡沫混凝土、结构型泡沫混凝土和保温结构型泡沫混凝土。
（5）按泡沫混凝土在生产中所用填充材料种类的不同，分为粉煤灰泡沫混凝土、秸秆泡沫混凝土、矿渣泡沫混凝土等。
此外，泡沫混凝土还可按养护方式的不同进行分类，大致可分为：自然养护泡沫混凝土、蒸压养护泡沫混凝土、蒸汽养护泡沫混凝土等。
2 实验部分
（1）原料。水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，钢渣为特殊钢尾渣，发泡剂为FP-180动物性水泥发泡剂，pH值为6～7，凝固点-16～-18℃，密度1.1～1.3 g/cｍ3，固体质量分数大于40％，单位质量发泡剂的发泡量大于500 mL/g，发泡倍数大于20，发泡高度大于300㎜，泡沫稳定性（消泡时间）大于2h，泌水量（1h内）小于20 mL。
（2）泡沫混凝土制备方法。泡沫混凝土的制备方法如下：①将一定量的FP-180动物性水泥发泡剂用水稀释。②将42.5级水泥、特殊钢尾渣按配比搅拌均匀，然后按配比加入外加剂和水，搅拌均匀得水泥浆体。③将步骤①所得的稀释液利用水泥发泡机制泡，然后吹入步骤②所得的水泥浆体中，搅拌均匀即得特殊钢尾渣泡沫混凝土浆料。④将步骤③所得的特殊钢尾渣泡沫混凝土浆料，通过料槽导入到模具，并且依据《泡沫混凝土砌块》（JC/T 1062-2007）进行脱模与养护，获得特殊钢尾渣泡沫混凝土。
（3）性能测试及表征。①性能测试。特殊钢尾渣泡沫混凝土的干密度测试和强度测试参照JG/T 266-2011《泡沫混凝土》。②表征。采用FEI Q45型环境扫描电镜，观察特殊钢尾渣泡沫混凝土的微观形貌；采用MicroMR02-025V型核磁共振分析仪测试特殊钢尾渣泡沫混凝土的孔结构；采用D/Max/200 PC型X-射线衍射仪测试特殊钢尾渣泡沫混凝土的矿物组成；采用BRUKERUECIOR 22型傅里叶变换红外光谱仪测试特殊钢尾渣泡沫混凝土的结构组成。
3 结果与讨论
3.1 特殊钢尾渣掺入量
试验泡沫混凝土设计密度500kg/m3，钢渣比表面积600 m3/kg，水料比0.45，发泡剂稀释倍数30倍，标准养护条件下养护。通过对0～60%不同掺入量钢渣制备所得泡沫混凝土抗压强度、吸水率进行检测，由试验结果可知，随着钢渣掺入量增大，泡沫混凝土的抗压强度、吸水率整体呈下降趋势，特别是7d早期强度最为明显。对于28d强度而言，水泥中加入10%钢渣微粉，强度增加较为明显；当钢渣掺入量≤20%时，强度仍然高于纯水泥泡沫混凝土；但当继续增加钢渣掺入比例时，强度变差且均低于纯水泥泡沫混凝土。当钢渣最大掺入量达50%时，泡沫混凝土砌块的28d抗压强度仍可满足JG/T 266-2011标准规定下C1级强度等级。
随着钢渣掺入量增加，泡沫混凝土强度整体降低的原因，可能是由于钢渣的水化活性及活性物质含量较水泥熟料低，随着钢渣掺入量的增大，水泥熟料的比例下降，早期水化产生的胶凝产物量减少，导致混合浆料致密性下降，泡沫混凝土的抗压强度降低，这也是导致泡沫混凝土硬化浆体吸水率下降的一个原因。当钢渣配合比≦20%时，泡沫混凝土28d强度和吸水率均优于纯水泥泡沫混凝土，这说明钢渣有利于提高泡沫混凝土的后期强度，且水泥与钢渣之间具有协同作用，该作用有利于促进水化反应。
3.2 发泡剂用量
从发泡剂用量对特殊钢尾渣泡沫混凝土性能的影响可知，随着特殊钢尾渣泡沫混凝土中发泡剂用量的增加，28d干密度和28d抗压强度呈现明显的下降趋势。这是因为当发泡剂用量较少，即200g时，6#特殊钢尾渣泡沫混凝土中发泡剂泡沫较少，使结构致密，导致其28d干密度和28d抗压强度较大。当发泡剂用量增加，即340g时，3#特殊钢尾渣泡沫混凝土中发泡剂泡沫增加，使结构疏松，导致其28d干密度和28d抗压强度较小。当发泡剂用量过量，即420g时，5#特殊钢尾渣泡沫混凝土28d干密度和28d抗压强度大幅下降，说明其结构发生较大变化。
从特殊钢尾渣泡沫混凝土压汞法（MIP）测试结果可知，6#特殊钢尾渣泡沫混凝土的最可几孔孔径最小，为1.044nm，总孔隙率为33.99％，说明6#特殊钢尾渣泡沫混凝土的结构致密。3#特殊钢尾渣泡沫混凝土的最可几孔孔径最大，为1.607nm，总孔隙率为43.02％，且孔径分布多为小于5.0μm，说明3#特殊钢尾渣泡沫混凝土的发泡效果较好，孔径分布较为均匀。5#特殊钢尾渣泡沫混凝土的0.5-5μm气孔数量有所增加，5-45μm气孔数量大幅增加，但其比表面积仅为1.245 m2/g，说明5#特殊钢尾渣泡沫混凝土的结构存在大量裂纹，导致28d抗压强度大幅下降。
3.3 特殊钢尾渣泡沫混凝土的结构分析
依据泡沫混凝土砌块相关的性能要求，本着最大化利用特殊钢尾渣的原则，选择3#特殊钢尾渣泡沫混凝土进行结构分析。
（1）FT-IR分析。从特殊钢尾渣及特殊钢尾渣泡沫混凝土FT-IR测试结果可知，特殊钢尾渣在3600.00-3400.00cm-1、1632.72cm-1处分别出现吸附水O-H伸缩振动峰和弯曲振动峰；在1418.98 cm-1处出现CO32-非对称伸缩峰；在930.82cm-1处出现3CaO·SiO2不对称伸缩振动峰；在873.13cm-1处出现CO32-面外弯曲振动峰。7#特殊钢尾渣泡沫混凝土在3700.00-3400.00cm-1处出现峰强带宽的吸附水和结构水（羟基水）0-H伸缩振动峰，在1636.40cm-1和1289.41cm-1处出现吸附水和结构水（羟基水）弯曲振动峰；在1407.54cm-1处出现CO32-非对称伸缩峰；在990.81-1018.48cm-1处出现硅酸钙在水化过程中的孤立SiO4四面体Si-O伸缩振动峰；在872.47cm-1处出现CO32-面外弯曲振动峰。3#特殊钢尾渣泡沫混凝土在3700.00-3500.00cm-1、1633.82cm-1、1282.95cm-1、1415.84cm-1、1036.77cm-1、991.16cm-1和873.25cm-1均出现振动峰，对比图1a和图1b可看出，泡沫混凝土中不存在特殊钢尾渣的3CaO·SiO2不对称伸缩振动峰，说明特殊钢尾渣作为掺合材料，其含有的3CaO·SiO2参与水化反应。
图1 XRD测试结果
（2）XRD分析。从特殊钢尾渣及特殊钢尾渣泡沫混凝土XRD测试结果可知，特殊钢尾渣中X射线衍射峰繁多而凌乱，说明特殊钢尾渣含有大量有色金属元素，如Se、Cu、As等，尤其存在某些具有放射性的金属元素，给特殊钢尾渣的直接应用带来极大的不安全性。3#特殊钢尾渣泡沫混凝土中Ca（OH）2的衍射峰不仅占据了特殊钢尾渣中金属元素的衍射峰位置，而且Ca（OH）2的衍射峰强度极大。说明水泥水化形成的C-S-H凝胶均匀包裹非活性掺合材料特殊钢尾渣，提高了特殊钢尾渣泡沫混凝土的力学性能，增强了特殊钢尾渣泡沫混凝土的应用性和安全性。
结 语：
（1）在发泡剂用量一定的条件下，随着特殊钢尾渣用量的增加，特殊钢尾渣泡沫混凝土的抗压强度下降，说明特殊钢尾渣作为非活性掺合材料，主要起到填充作用。在应用中，应根据实际情况合理选择特殊钢尾渣用量，满足泡沫混凝土的性能要求，以达到最大限度循环利用特殊钢尾渣的目的。
（2）在特殊钢尾渣用量一定的条件下，当发泡剂用量为340g时，特殊钢尾渣泡沫混凝土的发泡效果较好，孔径分布较为均匀，28d干密度达到设计要求。
（3）在特殊钢尾渣泡沫混凝土中，特殊钢尾渣作为非活性掺合材料的同时，其含有的3CaO·SiO2参与水化反应，与水泥水化产物一起将特殊钢尾渣包裹，不仅提高了特殊钢尾渣泡沫混凝土的力学性能，而且增强了特殊钢尾渣泡沫混凝土的应用性和安全性。
参考文献：
[1]王武祥. 泡沫混凝土绝干密度与抗压强度的相关性研究[J].混凝土世界，2015.
[2]邓德敏. 钢渣掺入量对泡沫混凝土性能的影响研究[J].墙材革新与建筑节能，2016.
论文作者:金启邦,年国恩
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/26
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