摘 要

蒸压加气混凝土由于其绿色环保，且性能优异的优势，正在被广泛的研究和使用。为了改善加气混凝土的性能，使其能更好的应用于实际生产过程中，有必要对其深入研究。

论文主要研究了减水剂，稳泡剂，硅灰，纳米二氧化硅等外加剂对蒸压加气混凝土的发气效果、物理机械性能以及微观结构的影响。

实验结果表明：减水剂能通过优化孔壁结构来提高制品的抗压强度，用水量和减水剂在合适的用量时能提高加气混凝土制品的强度。稳泡剂掺入会使制品的强度降低，但能改善制品的发气效果。硅灰的掺入使制品的绝干容重和强度先下降后上升，但硅灰掺量过高会使发气效果变差，掺量为0.02%时表现较好。纳米二氧化硅的掺入能有效提高制品的强度，但使发气效果变差，掺量为5‰时表现较好。

本文的特色是：改变了之前加气混凝土很少使用外加剂的现状，研究了不同外加剂对加气混凝土性能的影响规律，为加气混凝土的高性能化奠定了基础。

关键词：蒸压加气混凝土；减水剂；稳泡剂；硅灰；纳米二氧化硅

Abstract

Autoclaved aerated concrete is being widely studied and used due to its environmental protection and excellent performance. In order to improve the performance of aerated concrete, so that it can be better applied in the actual production process, it is necessary to conduct in-depth research.

The paper mainly studied the effects of water reducing agent, foam stabilizer, silica fume and nano silica on the gas-generating effect, physical and mechanical properties and microstructure of autoclaved aerated concrete.

The experimental results show that the water reducing agent can improve the compressive strength of the product by optimizing the pore wall structure, and the water consumption and the water reducing agent can increase the strength of the aerated concrete product at a suitable dosage. The incorporation of the foam stabilizer reduces the strength of the article, but improves the gassing effect of the article. The incorporation of silica fume causes the absolute bulk density and strength of the product to decrease first and then rise, but the excessive amount of silica fume will make the gas generating effect worse, and the performance is better when the dosage is 0.02%. The incorporation of nano-silica can effectively improve the strength of the product, but the gas-producing effect is deteriorated, and the performance is better when the dosage is 5 ‰.

The characteristics of this paper are: changing the current situation of the use of admixtures for aerated concrete before, and studying the influence of different admixtures on the performance of aerated concrete, which laid the foundation for the high performance of aerated concrete.

Key words: autoclaved aerated concrete; water reducing agent; foam stabilizer; silica fume; nano silica

目录

第1章 绪论 7

1.1 研究背景及意义 7

1.2 国内外研究现状 8

1.2.1 蒸压加气混凝土国内外研究现状 8

1.2.2 固硫灰资源化利用发展与现状 10

1.3研究目标、内容与技术路线 10

1.3.1研究目的 10

1.3.2研究内容 11

1.3.3技术路线 11

第2章 原材料与实验方法 13

2.1 实验原材料 13

2.2 实验仪器设备 16

2.3 研究方法 17

2.3.1样品制备 17

2.3.2 微观测试 17

第3章 用水量对加气混凝土性能的影响 18

3.1实验设计 18

3.2高钙固硫灰的表征 19

3.3物理机械性能 20

3.3.1初始浆料膨胀 20

3.3.2气体发泡率 21

3.3.3流变特性 22

3.3.4.绝干容重 24

3.3.5.强度和比强度 25

3.3.6孔结构 25

3.4 XRD分析 28

第4章 外加剂对加气混凝土性能的影响 29

4.1 稳泡剂对加气混凝土性能的影响 29

4.1.1实验设计 29

4.1.2物理机械性能 29

4.2 硅灰对加气混凝土性能的影响 31

4.2.1实验设计 31

4.2.2物理机械性能 31

4.2.3 XRD分析 32

4.2.4 SEM分析 33

4.3 纳米二氧化硅对加气混凝土性能的影响 33

4.3.1实验设计 33

4.3.2物理机械性能 34

4.3.3 XRD分析 35

4.3.4 SEM分析 36

第5章 总结 37

参考文献 38

致谢 40

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

2018年5月18日至19日，北京举行了全国生态环境保护大会。习近平作为中共中央总书记、国家主席、中央军委主席出席了会议并发表重要讲话，会议主题是将我国生态文明建设推上一个更高的水平。会议第一部分指出了加强生态文明建设的深远意义，会议第二部分指出加强生态文明建设必须遵守的原则，会议第三部分指出必须坚决打好污染防治的战争，会议第四部分指出要加强党对生态文明建设的领导。

社会高速发展，随之带来的是不容小觑的环境污染、能源枯竭以及资源短缺的问题，而建筑行业更是如此。所以，世界各国日益深入研究可持续建筑和绿色建筑材料。加气混凝土性能优异且绿色环保，有很好的发展前景。在欧洲和日本，加气混凝土的用量达到总建筑材料用量的60%；在俄罗斯，加气混凝土用量也相当可观；北美及澳大利亚的发展也很迅速。

我国的经济也在飞速发展，目前已经是十三五期间，经济发展及巨大的人口不可避免的会吞噬有限的自然资源，而满足人口的居住问题又需要数量巨大的建筑资源。单位体积加气混凝土由1/5 的固体原料和4/5 的孔隙组成，在节约原料，节约能源和环境保护方面都能做出巨大贡献 ^[6] 。完全可以在对加气混凝土进行深度研究和开发后，逐步代替原有的建筑材料。加气混凝土的应用也符合习近平主席在生态环境保护大会上讲话的主旨。

蒸压加气混凝土是一种多孔轻质混凝土，它是以硅质材料和钙质材料为主要原料，掺加发气剂，经配料浇注、发气膨胀、切割养护等工艺制成的多孔硅酸盐材料。从生产加气混凝土原料分类，目前市面上的加气混凝土主要有水泥－矿渣－砂，水泥－粉煤灰和石灰-粉煤灰三种 ^[22] 。经过多年的发展，为了降低生产成本，以及响应可持续发展战略，多种固体废弃物如铁尾矿，煅烧煤矸石等均已经能作为原料用于生产加气混凝土中，并有相当不错的效果。但国内外在加气混凝土的生产中掺加的固硫灰多使用热电厂烧煤产生的低钙固硫灰(CaO≤10）。而本次实验所用的原材料是一种高钙固硫灰，与低钙固硫灰相比，高钙固硫灰是一种以褐煤和次烟煤为燃料的发电厂排放的高氧化钙（CaOgt; 10）的固体硫灰。

如何去改善蒸压加气混凝土的性能，提高其抗压强度及透水性，是首要问题。论文打算从化学外加剂和原料特性着手，探索外加剂是否能优化混凝土制品的性能。

化学外加剂是实现建筑材料高性能化和功能化的关键，论文针对蒸压加气混凝土制备过程中化学外加剂使用水平低、研究结论不可靠等现状，开展减水剂、稳泡剂等对蒸压加气混凝土性能的影响研究，研究结果对蒸压加气混凝土的高性能化和功能化具有重要意义。

外加剂在制备混凝土时起到发气、稳泡、减水、调节孔径及分布等作用，成为蒸压加气混凝土的核心材料。本文将对外加剂在蒸压加气混凝土中的应用现状进行综述，分析蒸压加气混凝土常用的外加剂种类及其对蒸压加气混凝土性能的影响。

现初步拟定使用减水剂对蒸压加气混凝土进行研究。

表1.1是减水剂对蒸压加气混凝土试块的影响，由表可见，随着减水剂掺量的增加，水料质量比呈下降趋势，干密度呈上升趋势，质量吸水率呈下降趋势，抗压强度呈上升趋势。

表1.1 减水剂对蒸压加气混凝土的影响

本项目的高性能加气混凝土拟采用水热合成法制备，再添加减水剂、稳泡剂、硅灰和纳米二氧化硅，探究其加入对蒸压加气混凝土强度的影响。阐明反应水热机理，为提高蒸压加气混凝土强度和拓展蒸压加气混凝土的应用提供一定的研究基础。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 蒸压加气混凝土国内外研究现状

目前，生产加气混凝土的国家已从欧美发展到100多个国家。 在德国，加气混凝土的数量占建筑材料数量的60％以上。由于加气混凝土具有良好的保温性能，所以在寒冷地区得到了广泛的应用。 ^[8] 。

德国伊通是世界上加气混凝土技术名列前茅的公司，主要生产砂加气混凝土的板材、砌块和铺材。作为加气混凝土行业的领军人物，其研制的加气混凝土板材的技术指标可以作为评判是否为优秀制品的标准。表1.2是伊通板材的技术指标各项参数。

表1.2 伊通板材技术指标

加气混凝土已在中国工业化，中国的加气混凝土主要用于城市高层和多层建筑。 由于所用硅质材料不同，加气混凝土可分为三类，主要包括砂加气混凝土，固硫灰加气混凝土和矿渣加气混凝土。

表1.3 蒸压加气混凝土砌块国家标准

国家标准的技术指标如表1.3所示。对比表1.2和表1.3可以发现，我国的加气混凝土各方面性能离国外的企业还有一些差距。因此，对加气混凝土性能的研究是十分有必要的。

文本打算从外加剂方面着手，因为外加剂是实现加气混凝土高功能性的重要途径。需要更加重视水，水在蒸压加气混凝土的生产过程中起着关键作用，水不仅是气体生成反应和水热合成反应的重要原料成分，而且还是均匀混合各种物质的必要介质，能进行各种化学反应。用水量与蒸压加气混凝土的水合产物和孔特征直接相关。根据实验所得，500kg/m²的蒸压加气混凝土最佳水灰比通常在0.5-0.75之间，这个值相对于其他混凝土产品而言较高。这是因为，在铸造过程中，需要大量的水来使浆料具有适当的流动性，这为气体膨胀提供了必要的条件。这样使得蒸压加气混凝土获得了良好的孔结构。实际上，具有多孔性能的水泥质材料如固硫灰在水-水泥体系中吸收大量水后趋向于聚集成簇。但是过量的水不仅不参与水泥水化和石灰消化反应，而且对流动性没有贡献。此外，由水泥质材料吸附的游离水最终蒸发，形成较大尺寸的空隙，降低了蒸压加气混凝土的强度。在混凝土产品中，通常通过添加聚羧酸高效减水剂以降低浆料的水灰比，改善混凝土产品的可加工性，增加强度，并降低产品的干燥收缩率和渗透性。在本研究中，对于蒸压加气混凝土，大多数学者关注使用工业固体废物进行生产，如焚烧底灰，铁尾矿，自燃煤矸石，稻壳灰，电石渣等。据我们所知，少数研究人员使用聚羧酸盐超塑化剂来调节浆料特性。例如，Cong等通过调整FDN比例控制浆料膨胀在290±10mm范围内，研究了聚羧酸高效减水剂对标准养护棕榈油加气混凝土密度和强度的影响，并得出了聚丙烯酸高效减水剂可以提高早期强度的结论。尽管如此，很少有研究系统地关注聚羧酸高效减水剂对蒸压加气混凝土物理和化学性质的影响。

1.2.2 固硫灰资源化利用发展与现状

固硫灰中的游离氧化钙含量高，用于普通混凝土中会导致安定性不良。但蒸压加气混凝土需要进行增压养护，具有多孔和高吸水率的特点，可以解决原本的缺点，值得尝试。具有经过多年对固硫灰替代品的研究，Mejeoumov等发现它在道路材料中有很好的效果，改性固硫灰可以应用于水泥和混凝土。此外，它还可用于从污染水中去除重金属。还有许多研究表明，高压灭菌养护对固硫灰高膨胀特性具很良好的抑制作用。Hence, Song等通过使用固硫灰制备AAC已经取得了良好的效果。许多其他学者也发现固硫灰在泡沫混凝土和超高性能混凝土中的使用产生了积极影响，但是这些都需要进行增压养护。而且，在使用固硫灰的过程中，许多学者也发现固硫灰颗粒的不规则性和孔隙率使得在制备过程中需要更多的混合水。此外，固硫灰可能会吸收减水剂，从而降低混凝土生产的效率。在这方面，这些缺点对使用大量固硫灰的建筑材料提出了挑战。

本文在多孔固硫灰的基础上，研究了聚羧酸高效减水剂降低固硫灰蒸压加气混凝土用水量的可行性。本研究主要讨论了用水量和减水剂对浆料流变性和气体发泡性能的影响。同时，还探讨了AAC孔隙结构和抗压强度的变化。实践结果可为制备含有减水剂的高强度工业固体废弃物蒸压加气混凝土提供参考。

1.3研究目标、内容与技术路线

1.3.1研究目的

本文主要探究以高碱性固硫灰为主要钙质原料，以石英砂作为主要硅质原料的高性能蒸压加气混凝土形成过程及其调节，以及如何利用化学外加剂改善其强度等性能。其研究目的如下：

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