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随着能源紧缺和自然生态系统的严重失衡,人类陷入了前所未有的生存困境,生存与发展的矛盾成为人们普遍关注的社会问题。材料作为国民经济和社会发展的基础和先导,在推动经济和文明进步的同时,对人类的生存条件,诸如资源、能源和生态环境等造成了极大的冲击。因此,实现建筑行业的环境保护和可持续发展是与国计民生密切相关的战略性决策。加气混凝土作为一种新型的墙体材料,集利废质轻、吸声隔音、保温隔热以及可加工性强等优势为一体,使得建筑工程更为有效、节能和环保。然而,由于加气混凝土为一种未经高温煅烧处理的多孔性材料,在应用中也出现了一系列实际问题,比如变形开裂、空鼓甚至大面积脱落以及施工过程的难以控制等。针对这一情况,本研究对加气混凝土的性能进行了全面系统的研究,并在此基础上分析探讨了了加气混凝土性能与其孔结构的关系,为进一步改善与提高加气混凝土的性能提供了理论依据。
本研究首先从料浆的发气速度与稠化速度的协调出发,通过对加气混凝土气孔的调控,改善其强度、容重等宏观性能,实现了配比和性能的最优化。在此基础上就加气混凝土砌块的几种特性展开了研究。关于毛细吸水特性,本试验发现加气混凝土砌块在前20min的吸水量约占整个吸水过程(72h)的35%,砌块表层0.5~2cm处为水所浸润,而内层吸水则十分缓慢,对砌块吸水数据进行进一步拟合分析计算,得到了砌块内部的理论平均孔径;关于砌块的收缩问题,首先研究了砌块干燥收缩与含水率的变化关系,发现当含水率从55%左右下降至30%左右时,制品产生较大的收缩变形;当含水率在30%左右至8%左右时,收缩上升比较缓慢;超过平衡状态(含水率5%)后,干燥收缩值急剧上升,直至最大值。由于原料中砂对干缩影响较为显著,因此本试验进行了不同细度的砂对收缩的影响研究,发现将砂粉磨20min所得砌块的综合性能最佳;关于砌块的热工性能,研究发现当砌块的表观密度为470 Kg/m<3>,其导热系数为0.17 W/m·K;关于砌块的吸声隔音性能,研究发现加气混凝土砌块具有良好的中高频吸声性能,外加剂SPT100的掺入可提高吸音性能,大约可提高0.6倍;将砂粉磨25min时,所得砌块具有最好的吸声性能,约为对比样的1.2倍,而粉磨20min砂的试样吸声系数最低,这可能是由于较细的石英,活性高,生成的水化产物多,生成较多的封闭孔,从而导致吸声系数最低;就其声学性能而言,吸声性能:对高频率的声波的隔滤能力远强于对低频率声波的隔滤能力,隔声性能:隔音量为40dB。
其次对加气混凝土砌块的微观结构进行了研究,XRD分析研究表明,蒸压后的水化产物以托勃莫来石为主,以及少量的水化石榴子石和CSH(I);由XRD衍射强度数据中的托勃莫来石和CSH(I)的主峰值和半高宽计算得出加气混凝土的结晶度值为40~50%。SEM观察发现,砌块断面上主要是凝胶状、叶片状和针状的水化产物胶结在一起,以叶片状托勃莫来石为主,尺寸较小;气孔内壁多为一簇簇柳叶状托勃莫来石及少量水化石榴石组成。加气混凝土中孔隙率超过70%,其中气孔孔径一般为500~1600μm,其中孔径为400~800μm的孔占多数。稳泡剂和引气剂的复合掺入,可有效地改善孔结构,使得孔结构细化。本文还研究了加气混凝土砌块的容重和强度与孔结构间的关系,容重主要受孔隙率影响,而抗压强度除了则取决于总孔隙率、孔径尺寸以及孔径分布;而其干燥收缩值一方面与孔隙有关,更为重要的是与水化产物中托勃莫来石结晶度、数量、形态等有密切联系。最后本试验对加气混凝土砌块的工程应用性能进行了探讨。试验发现加气混凝土砌体的抗压强度略低于砌块本身强度,强度利用系数较高,平均值达0.74;砌体的实际试验抗压强度略高于砌体的理论抗压强度;加气混凝土砌体的强度受砂浆强度的影响较小;加气混凝土砌体,在含水率大于约15%时,砌体与原砌块的收缩值没有显著的差异,当含水率小于15%时,砌体的干燥收缩值小于原砌块,约为原砌块的91%。
本试验研究结果为加气混凝土的进一步改性和推广应用奠定了良好的理论基础。