王琴，尹明干，黄婷

（盐城工学院 土木学院，江苏 盐城 224051）

0 引言

加气混凝土是以硅质材料和钙质材料为主要原材料，加入发气剂、稳泡剂和水搅拌成型的一种孔隙率高达80%以上的轻质材料，主要产物是以托贝莫来石为主的水化硅酸钙（C－S－H）[1]。而托贝莫来石是由氧化钙和氧化硅反应而得，灰加气混凝土是以粉煤灰为氧化硅主要来源的加气混凝土。作为一种绿色环保的建筑材料，加气混凝土得到越来越广泛的应用，但是加气混凝土存在强度低、抗冻性能差，收缩变形大等问题[2]。玻化微珠是一种酸性玻璃质熔岩矿物质材料，气孔封闭，具有质轻、保温、绝热、防火等优异性能，是一种环保型高性能无机轻质绝热材料[3-5]。混凝土中加入一定比例的玻化微珠，可以提高混凝土的保温性能、防火性能及耐久性等[6]。

加气混凝土从20世纪20年代发展至今已有几十年的历史，国内外的研究发现，C－S－H含量与加气混凝土的收缩成正比，C－S－H向托贝莫来石转化可有效减小收缩。由此，托贝莫来石晶体与C－S－H凝胶的含量对灰加气混凝土的性能有较大的影响。

本课题基于BES图像分析方法对掺入玻化微珠的灰加气混凝土和普通灰加气混凝土体系中的托贝莫来石晶体和C-S-H凝胶进行定量分析，计算出这2种加气混凝土体系中托贝莫来石晶体与C-S-H胶体的体积率，从而分析玻化微珠对灰加气混凝土的改性机理，提高加气混凝土的性能。

1 试验

1.1 原材料

（1）水泥：42.5级普通硅酸盐水泥，江苏八菱海螺水泥有限公司生产，其化学成分见表1。

表1 水泥的化学成分 %

（2）玻化微珠：河南信阳平桥中原珍珠岩厂生产，其物理性能见表2。

表2 玻化微珠的物理性能

（3）二水石膏：分析纯，国药集团化学试剂有限公司生产。白色单斜结晶或结晶性粉末，无气味，有吸湿性，128℃失去1分子结晶水，163℃全部失水。溶于酸、硫代硫酸钠和铵盐溶液，溶于400份水，在热水中溶解较少，极慢溶于甘油，几乎不溶于乙醇和多数有机溶剂。相对密度2.32，有刺激性。通常用作发气过程的调节剂。

（4）石灰：采用徐州华鑫钙业有限公司生产的石灰粉。对石灰的质量要求：有效氧化钙含量＞60%，MgO含量＜7%。

（5）粉煤灰：盐城发电有限公司产，符合JC/T 409—2016《硅酸盐建筑制品用粉煤灰》中的Ⅱ级灰标准，其主要技术指标见表3。

表3 粉煤灰的技术指标

（6）铝粉：分析纯，天津市大茂化学试剂厂。

（7）稳泡剂：LAB30月桂酰胺丙基甜菜碱，无色至浅黄色透明粘稠液体，活性物含量30%，游离胺≤1%，氯化钠含量≤8%，pH值6.0～8.0上海雪捷化工有限公司生产。

（8）水：自来水。

1.2 加气混凝土的制备

按表4配方，将粉煤灰、石灰、水泥、石膏称量后放入搅拌锅中搅拌60 s，加入50～70℃的水搅拌60 s，浆体搅拌均匀后加入铝粉，再搅拌60 s，然后再加入玻化微珠一起搅拌2 min。将料浆倒入模具中，用保鲜膜封住模具上表面，将模具放入50℃恒温养护箱中静停养护4 h后把膨胀出模具表面的面包头切掉，继续养护到12 h后拆模。将试块放入蒸压釜中进行蒸压养护，蒸压温度为180℃，养护压力为1 MPa，养护10 h。普通灰加气混凝土和玻化微珠加气混凝土的配合比见表4。

表4 加气混凝土的配合比 g

1.3 测试与表征

1.3.1 性能测试方法

加气混凝土的抗压强度、干密度、抗折强度以及导热系数按GB/T 11969—2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》测试。

1.3.2 微观分析

敲取粒径8～10 mm的试样，在无水乙醇中浸泡48 h后，在（105±5）℃烘干至恒重，置入干燥器内备用。试验前，将试样用环氧树脂浸渍，待树脂固化后，经切割、抛光、真空干燥和喷金处理，在JSM5610LV SEM分析仪上进行观察。

2 结果分析与讨论

2.1 加气混凝土的性能

普通灰加气混凝土和玻化微珠加气混凝土的性能见表5。

表5 加气混凝土的性能

由表5可见，掺入玻化微珠的加气混凝土与不掺玻化微珠相比，干密度有所增大，导热系数有明显的降低，抗折强度有所提高，而抗压强度变化不明显。

2.2 玻化微珠对加气混凝土微观形貌的影响

图1为2种加气混凝土的SEM照片。

图1 加气混凝土微观形貌

从图1（a）可以看出，水化产物托贝莫来石晶体成片状，晶体较大，结晶度较高，为试件提供了一定的强度，但是晶体之间孔隙较大且不均匀，结构不致密。从图1（b）可以看出，与图1（a）不同，图1（b）中的水化产物托贝莫来石晶体较小，但分布较均匀，孔隙分布也均匀。

2.3 玻化微珠对加气混凝土水化硅酸钙含量的影响

2.3.1 BSE分析结果

图2为普通灰加气混凝土和玻化微珠改性灰加气混凝土的BSE图像，经过Phtoshop和Matlab软件的处理获得等高线图见图，不同颜色代表了不同的水化产物以及未反应的物质。提取出图3中的托贝莫来石晶体和C－S－H凝胶，分布情况分别见图4和图5。

图2 加气混凝土的BSE图像

图3 加气混凝土的数字图像

图4 加气混凝土中的托贝莫来石晶体分布

图5 加气混凝土中的C－S－H凝胶分布

对图 4（a）、（b）及图 5（a）、（b）分别进行二值化处理分析，计算出托贝莫来石晶体和C－S－H凝胶的体积率，结果见表6。

表6 加气混凝土水化硅酸钙含量

由表6可知，普通灰加气混凝土和玻化微珠改性灰加气混凝土的晶体体积率较为接近，但胶体体积率相差较大，玻化微珠改性灰加气混凝土的胶体体积率是普通灰加气混凝土的1.5倍。玻化微珠改性灰加气混凝土的水化产物的总体积率也要高于普通灰加气混凝土。

2.3.2 二次电子图像灰值分布

对图2所示二次电子图像进行灰度级分析，结果如图6所示。其中横坐标表示灰度级，纵坐标表示某个灰度对应的像素，主要反应图中某一种灰度出现的频率[7]。灰度级由高至低分别对应的是未水化熟料、水化产物和孔隙[8-10]。

图6 加气混凝土10000倍二次电子图像的灰级分布

图6（a）中灰度级192后还有峰，而图6（b）中在灰度级192后峰已经完全消失，说明改性后的加气混凝土未水化熟料减少。与图6（a）不同，图6（b）中灰度级80之前的峰消失，可见经玻化微珠改性后加气混凝土的孔隙率有所降低。

2.3.3 玻化微珠对灰加气混凝土的增强机理

结合表6中晶体和胶体的体积率和图1所示的2种加气混凝土的SEM图像可知，2种加气混凝土的水化产物中托贝莫来石晶体的体积率相差不大，玻化微珠对灰加气混凝土的抗压强度提高不多，主要是使得晶体变小，且分布较均匀；而玻化微珠加气混凝土的产物中胶体量是普通灰加气混凝土的1.5倍，C－S－H凝胶量的增加提高了晶体之间的粘结力，故普通灰加气混凝土与玻化微珠加气混凝土的抗压强度差距很小。玻化微珠加气混凝土中凝胶量增大，晶体较小，分布均匀，使得试件的干密度增加，导热系数减小，提高了保温性能[11－12]。

综上，玻化微珠的加入使得产物中的晶体量有所提高，但晶体变小，而凝胶量有较大的提高，从而，提高了加气混凝土的保温性能。

3 结语

（1）掺入玻化微珠的加气混凝土与不掺玻化微珠相比，干密度有所增大，导热系数有明显的降低，抗折强度有所提高，而抗压强度变化不明显。

（2）从微观角度分析，掺入玻化微珠后水化产物中的托贝莫来石晶体变小，总量有所提高，所以抗压强度变化不明显；而C－S－H凝胶量的增加，晶体分布均匀，孔隙分布均匀，表现为干密度的提高，导热系数降低，抗折强度也有所高。但是，由于加气混凝土的不均匀性，在微观分析时要注意在不同部位取试样，SEM扫描也要注意多扫几个点，以降低试验结果的离散性。

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