碱激发再生微粉泡沫混凝土的性能研究

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随着城市化建设进程的加快,既有建筑物的拆除、改造工程中产生了大量的建筑垃圾。废弃混凝土破碎和拆除过程中产生大量的细度不均匀、成分较为复杂的建筑垃圾微粉,粉体进一步粉磨至细度小于0.16 mm时,即得到再生微粉,再生微粉受限于其较低的活性和较大的孔隙率,仍未得到有效利用。因此,探索再生微粉在建材行业中的大宗量、高附加值利用,对社会经济发展具有重要意义。本文以再生微粉、矿渣粉、粉煤灰、碱激发剂等为原料制备泡沫混凝土,系统研究了水灰比、Na2O掺量、矿物掺合料等因素对碱激发再生微粉泡沫混凝土(Alkali Activated Recycled Micro Powder Foamed Concrete,AARMPFC)力学性能、干表观密度、吸水率、干缩率、孔结构和导热系数等性能的影响规律,揭示了养护制度对碱激发再生微粉胶凝材料净浆、砂浆和泡沫混凝土力学性能的影响,阐明了碱激发再生微粉泡沫混凝土微结构的形成与演变规律,为其制备与应用提供理论依据和科学方法。主要研究结果如下:(1)随着水灰比的增加,泡沫混凝土的抗压强度和干表观密度逐渐减小,吸水率升高;随着Na2O掺量的增加,抗压强度和干表观密度呈先减小后增大的趋势,吸水率反之。Na2O掺量高于8%时,碱溶液阻碍泡沫均匀分布,泡沫稳定性差,造成泡沫破裂,容重变大。随着粉煤灰掺量的增加,泡沫混凝土的抗压强度逐渐减小,吸水率逐渐增大,干缩率逐渐减小,孔隙率增加,导热系数降低。(2)养护温度为20℃、40℃、60℃时,提高养护温度可以提高再生微粉中硅铝相的活性,加剧了“解聚-缩聚”反应,显著加快早期水化反应速度,提高试件早期抗压强度。当养护温度为80℃,养护时间超过12h时反而会对强度产生不利影响。最佳的养护温度为60℃,养护时间为6h。在最佳养护制度下,标准胶砂试件28d龄期的抗压强度可达61.64MPa;A06级碱激发再生微粉泡沫混凝土的抗压强度提升50%以上。(3)碱激发再生微粉泡沫混凝土与胶凝材料的水化产物一致,主要为C(N)-A-S-H凝胶及原粉中带入的石英、方解石和白云石。养护温度过高,导致净浆试件内外温差过大,显微结构中出现大量的微裂缝,影响后期强度发展。粉煤灰具有优化孔径,减小孔形状因子的作用,提高碱激发泡沫混凝土的保温性能。导热系数与孔隙率之间存在非线性关系,可用k=1.36e(-φ/27.56)-0.045拟合方程表征,相关系数R2为0.9012,能准确预测不同孔隙率时泡沫混凝土的导热系数。(4)碱激发再生微粉泡沫混凝土的粉料的最佳配比为再生微粉60%、矿渣粉20%、粉煤灰20%,水灰比为0.45,激发剂模数为1.4,Na2O掺量为6%,制备的泡沫混凝土具有最佳的综合性能。A08级碱激发再生微粉泡沫混凝土28d龄期抗压强度为4.13MPa,吸水率为42.1%,导热系数为0.1036W/(m·K)。
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