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1、促凝剂的识别与应用提高泡沫混凝土砌块的生产效率J. Sathya Narayanan, K. RamamurthyBuilding Technology and Construction Management Division, Department of Civil Engineering, Indian Institute of Technology Madras, India重点1研究旨在确定用于泡沫混凝土早期脱模的加速剂。2传统的加速剂并没有减少脱模时间。3虽然明矾可减少脱模时间，但用量较高使得它并不划算。4对于泡沫混凝土来说，C类粉煤灰是一种合适的促进剂。关键词：促凝剂、月桂基硫酸钠
2、、泡沫混凝土、最佳密度、脱模时间、C类粉煤灰摘要 泡沫混凝土适用于生产轻质砌块。本文论述了鉴定合适的泡沫混凝土促进剂，即用十二烷基硫酸钠作为发泡剂有利于在两小时之内脱模，还很经济。作为常规促进剂，如氯化钙、硝酸钙、三乙醇胺对于泡沫混凝土是无效的，研究中的脱模试验用的是具有最佳密度（12001300/m3)的混合料。1.介绍现在对用于墙体施工的轻质混凝土已经成为了新的研究领域。目前正在尝试开发质量轻、实心、空心和连锁砌块。泡沫混凝土更适合于生产砌块。对于泡沫混凝土，肉眼可见的空气气泡因为机械的搅拌而产生，并在混合过程中加入到基混砂浆中。这种类型的泡沫混凝土浇筑技术被称为预成型的泡沫混凝土。产生稳
3、定的泡沫水溶液所需的发泡剂可以是天然或合成来源的。泡沫混凝土具有高流动性和自密实性。由于泡沫混凝土中含有气泡，它不可以通过在机器中夯实和振捣成型，因此需要在模具中浇筑成型。普通泡沫混凝土在模具施放时，可以仅24小时后脱模。通过施加约束生产的砌块，这也要求大量的模具，从而增加了成本，占用空间大。如果在脱模过程中，通过减少循环时间，重复使用合理数量的模具，可以提高砌块的生产效率。因此，有必要物色合适的促凝剂，其用量将减少混凝土的凝结时间，从而促进其早期脱模 。普通混凝土中促凝剂的使用已经被广泛的研究。大多数的研究涉及识别合适的发泡剂，泡沫混凝土的性能，填料类型和空隙率对新鲜和硬化泡沫混凝土的影响，
4、泡沫混凝土的特性1-3。目前的研究还没有报告使用促凝剂的泡沫混凝土。对于泡沫混凝土来说，促进剂和发泡剂的不同影响着它的性能。本文首先回顾了在已有的研究基础上利用一些重要的混凝土促凝剂以及确定应用哪些促凝剂。2.促凝剂的研究评述加速剂影响水泥的水化速率，从而减少了设定时间和增加了混凝土的早期强度。促凝剂用于及早摘掉模板，早期表面精加工，更早达到强度以进行施工。在寒冷天气进行混凝土浇筑时，由于温度低，促凝剂的使用可以促进水化的进行，也可以防止因冻结而造成的损坏。（i）加快铝酸三钙硅酸盐水泥相（C3A）（快速设置加速器），或水泥硅酸三钙相通常是通过（ii）（凝结硬化加速剂）加速。出于文献的需要简要回
5、顾了氯化钙，硝酸钙，三乙醇胺，锂盐和甲酸钙等促凝剂，研究报告中已提交的的各种化学品。2.1氯化钙它作为催化剂，促进C3S和C2S的水化或减少孔溶液的碱度促进硅酸盐的水化4。通常的用量为水泥5的重量的2。德兰6在氯化钙存在下，研究C3S的水化特性，结果显示，氯化钙改变水化速率和化学组合物中的C-S-H。在混合包含2的氯化钙的凝结时间发生在105分钟时，没有氯化钙的发生在混合790分钟时。氯化钙的存在导致钢筋腐蚀4。对于活性骨料CaCl2的加入碱-硅反应活性增加二氧化硅反应，使混凝土劣化6。2.2硝酸钙(CN)Justness和Nygaard 7的研究不同的促凝剂CN在低温下在水泥中的效率，并指出
6、，促凝剂的增加可以增加贝利特在水泥中的量。ASTM I型水泥中CN的最佳用量是水泥重量的3.86。CN被观察到促进了C3A的水化。水化机制的改变导致产品的改变。Aggoun et al. 8 研究了促凝剂CN和效率的结论，这取决于水泥的化学成分。2.3三乙醇胺（TEA）这取决于水泥的类型和添加率TEA可以产生促进剂或相位差，即它是一个剂量敏感的外加剂9。 TEA的存在下，C3A和石膏之间的反应得到加速和钙矾石是转换成monosulfoaluminate。德兰10报道初始设置的特性，大大减少剂量为0.1，及0.5重量的水泥。Aiad et al. 11 研究了水泥的流变及设置属性alkanoam
7、ines粘贴报告，TEA在加快反应时间仅用0.1的剂量。2.4 锂盐Novinson and Crahan 12研究了使用锂盐作为加速器耐火混凝土。反应速率与在混合水中的锂盐的pH值有关。锂离子比其它阳离子（如Na，K），因为有更多的影响其规模较小，较高的水合能和简单的电子结构（锂晶体较小半径的0.6A它具有较高的为123千卡/摩尔时相比，钠或水合能水合能钾晶体半径为0.95，1.33A 97和77在接收千卡/摩尔）。之类的阴离子也非常重要的，因为它控制汇率水合锂（锂作为催化剂，锂阳离子的大小相比较小的作为结果的锂，钠和镁的具有较高的水合能源和配合许多水分子的每一个原子水合物更快）。锂盐作为促
8、凝剂可与阴离子，如碳酸盐，硝酸盐，氟化物和四硼酸联合。2.5甲酸钙甲酸钙，在室温下的溶解度为15。Singh and Abha 13认为甲酸钙加速C3S水化的用量为0.5-6。甲酸钙的影响取决于水泥组合物。水泥中C3A/SO3高于4时，甲酸钙被发现有良好的潜力，加速能力。上述研究有助于识别使用最广泛的促凝剂，他们的行为，水化机理和剂量范围受尝试。本文涉及的实验调查，以确定泡沫混凝土的研究（保形性评价，通过而脱模立方体）确定了一系列促凝剂。研究的目的是为了找出具有脱模后在2小时内，有保持其形状的能力的促凝剂。作为第一阶段，研究的促进剂（氯化钙氯化钙（CaCl2），硝酸钙的成本效益（CN）和三乙醇
9、胺（TEA）的基础上所推荐的剂量文献中已初步尝试。作为下一个阶段，即明矾（水合硫酸铝钾），C类粉煤灰也被试图发掘自己的潜能，作为促凝剂，并确立有它们的相对性能的月桂基硫酸钠（SLS）作为泡沫混凝土的发泡剂。3.所用的材料和方法泡沫混凝土由于水固比，表面活性剂浓度和泡沫体积通常是不同的，为获得所需的密度和泡沫混凝土可操作性，在不同条件下对促进剂这些参数也进行了研究。脱模时所需的混合密度比（测量/实际新鲜密度设计密度比）是在下面的章节。用于泡沫混凝土的原材料，水泥，沙子，水，预制泡沫和一组促凝剂。 53级普通硅酸盐水泥，符合IS12269-1987整个研究使用。普通的化学成分（表1）列出的硅酸盐水
10、泥及C类粉煤灰。 表1:河砂通过通过2.36毫米筛。基于早期Ranjani和Ramamurthy14的研究和市售的月桂基硫酸钠（SLS），已被用来作为发泡剂。两种浓度的十二烷基硫酸钠，即，2和8获得通过。（例如：对于2的表面活性剂浓度1000克水，20克月桂基硫酸钠加入并充分混合至一种均匀的解决方案是实现）。然后将溶液保持静置5分钟，那么所需要的发泡剂预混物溶液加入到泡沫发生器产生泡沫。使用自行研制的泡沫生成实验室规模的泡沫发生器，采用的泡沫产生的压力117千帕。须被添加到混合的泡沫体积取决于设计密度泡沫混凝土，泡沫本身的密度。新鲜的泡沫混凝土的密度固定为1250 kg/ m3的，允许变化50
11、千克。泡沫的密度实现与SLS根据表面活性剂的浓度是在20和23之间kg/m3的。修改后的方针已经通过了ASTM C796-04到达的空气体积（Va）的和所需的泡沫体积达到的密度是要添加到1250 kg/m3的。其中Va是空气体积（立方米），VF是泡沫的体积（立方米），WC是重量水泥（千克），WS/ FA，是砂/飞灰（千克）的重量，WTWis水的总的重量包括泡沫的重量（公斤），Df是泡沫的密度（kg/m3）的。4.泡沫混凝土的新性能到产生泡沫，泡沫体积为1250 kg/m3的混凝土，作为下一个步骤，所需的水固比要达到这个密度需要确定通过稳定测试。在较低的水固比，混合干气泡会逃跑造成密度增加，而在
12、较高的水固比密度较高的水再次增加，不太稀的浆料持有的气泡导致混合分离。因此，对于一个稳定的组合有一个小范围内的设计密度，其中混合的水固比将更加紧密。4.1稳定性试验为了评估新拌混凝土的稳定性，所需的水逐渐增加，新鲜的泡沫混凝土的密度，测定容器的已知体积（0.0012立方米），其密度设计密度较。基于混合比例（水泥砂浆），表面活性剂浓度（2和8），不同的促进剂（明矾，粉煤灰），具体重力的材料（砂时用粉煤灰代替）在混合比例有所不同时，由于该水的需求是不同的实现了设计密度为1250 kg/m3。确定后最佳的水固比，其产生的密度比接近1，这样的混合研究促进剂在减少泡沫混凝土的凝结时间上的影响。4.2脱模
13、实验至于这项研究的目的是为了便于更快脱模联锁块，而不是传统的设置测试50毫米的立方体试样即决定采用的脱模性能。的多维数据集作为基础脱模后保持其形状的能力到达加速器的相对表现。完全12个数字为50毫米的立方体被投给每个组合（三立方体每次脱模）。脱模开始混凝土在模具中的顶表面变得干燥后和非粘性。脱模进行了15分钟的立方体直到立方体间隔为能够保持其形状。 图1: 图2:图35.加速剂的性能商业级氯化钙作为促凝剂。作为第一阶段，用1:1的水泥砂率，2的表面活性剂混合水泥重量的2的氯化钙浓度和尝试。后不久，泡沫加入到基础混合，观察泡沫的气泡爆裂导致减少体积的泡沫混凝土。也有人指出，其密度比混合一个，沉降
14、在容器底部的沙。图图1示出了关于各种混合比的CaCl2的行为。剂量为4氯化钙试图用泡沫混凝土1:1混合，1:2和1:3水泥砂浆比例。新鲜的泡沫混凝土的密度随水的固体之比增加。减少水的需求，实现了设计密度增加在沙子内容。但在较高的水固比，结算沙土和泡沫爆裂发生在所有的混合。这样的行为可以通过观察由Miles和解释罗斯15。他们研究了混合钙盐行为肥皂和阴离子洗涤剂，并报告说，混合含有月桂基硫酸钠和氯化钙的溶液稳定的泡沫的临界pH值是5.0-5.5，而pH为约7.0的泡沫变得不稳定，且下降到零。无论氯化钙立方体的组合和剂量不能脱模4小时30分钟。斯卡尔尼梅科克16报道，pH值混凝土含有波特兰水泥和2
15、的氯化钙约12。因此，在这种高的pH值泡沫混凝土与SLS作为发泡剂，泡沫变得不稳定，并开始破裂和有减少混凝土的等级。5.2三乙醇胺和硝酸钙基于文献的被试验的水泥重量的0.11的三乙醇胺。对于这些剂量的泡沫脱模时间混凝土超过6小时30分钟。Heren and Olmez 17研究的效果乙醇胺，单乙醇胺（MEA），二乙醇胺（DEA），三乙醇胺（TEA）的水化和白色硅酸盐水泥的力学性能。结论表明，乙醇胺在白水泥的凝结时间的缓凝作用各种剂型的顺序是TEA -DEA MEA。观察到类似的现象，泡沫混凝土。使用水泥重量的3.5的硝酸钙的剂型。多维数据集无法保持其形状，甚至超过4小时。由于以往研究的促凝剂并
16、没有导致减少泡沫混凝土的凝结时间与SLS，作为下一个步骤，对明矾、C类粉煤灰进行了尝试。5.3明矾明矾是水合硫酸铝钾。明矾瞬间通过水泥的水合反应，形成钙矾石排出熟石灰反应，从而加速的设置和固化18。商业级矾试图设置加速器。最初的研究与明矾的用量为5（重量）水泥，没有导致加速设置时间。因此，10明矾用量试穿泡沫混凝土，1:1，1:2，1:3水泥沙子混合两种表面活性剂的浓度为2和8。以溶液的形式从计算出的量的水，少量的水用于使明矾。水固比的影响密度不同新鲜的的泡沫混凝土混合物，具有两个表面活性剂的浓度列于表2。在这些图中的实线表示的新鲜的密度，而长的虚线表示的密度比。虚线表示最佳组合。对于一个给定
17、的泡沫混凝土混合（1:1）表面活性剂的浓度没有影响的凝结时间。正如所料，泡沫混凝土脱模时间在从185分钟到140分钟减少。即水泥含量的增加，明矾具有潜在的促凝作用，以减少泡沫混凝土的脱模时间。图4:5. 4 C类粉煤灰粉煤灰是提供大量的工业废物。传统上，已研究利用粉煤灰替代水泥（火山灰质材料），混凝土的细骨料（填料），生产PPC水泥，粉煤灰砖砂粉煤灰陶粒。高钙粉煤灰（C类）的特点是它的液压活性。 高钙粉煤灰（C类）的特点是它的液压活性。高钙粉煤灰的主要成分是游离石灰，石膏硫酸钙，活性二氧化硅和氧化铝19。更高到f-CaO的比的三氧化硫是利于自固井特性。后，加入水飞灰，它表现出的设置和水化特性。
18、的主要水化产物，为飞灰和水之间的反应的结果是C-S-H和钙矾石。的C-S-H之间的反应所形成的f CaO和活性二氧化硅之间的反应所形成的钙矾石灰的f氧化钙，活性氧化铝和硫酸钙20。鉴于上述意见，在这项研究中的尝试已取得探索C类粉煤灰与粉煤灰作为促进剂来代替砂的性能。认为更换重量的范围为（i）完全替代砂粉煤灰水泥 - 粉煤灰比为1:1，1:2和1:3。（ii）组合部分取代砂粉煤灰为1:2和1:3的比例混合。由于体积粉煤灰混合的增加（即在较高的替代粉煤灰砂），由于增加剂量，泡沫量适当增强，达到了设计密度。由于其自胶凝性，除了在混合水泥，这反过来又有助于更快的脱模，加速水化机制获取。5.4.1可完全
19、替代砂的粉煤灰图5-8显示了其影响在新鲜的三个泡沫混凝土的密度比随着粉煤灰代替砂的水、固体混合物与C级粉煤灰。此外，由于在混合的细小纤维含量的增加，水的固体之比须达到设计密度高于水泥和沙混合物。 1:1水泥C类粉煤灰掺量，水固比要求达到的设计密度随泡沫的浓度（图5）。图6 - 图8表明，1:2和1:3水泥，粉煤灰的拌合，所需的密度不能达到与计算量的泡沫。这些混合物所需的浓度，可以实现与泡沫体积的150（图7和8）。这是有趣的观察，从图7和8中，要求较低的表面活性剂浓度为8的水固比，以达到预期的密度。产生密度的比值的水固比范围接近一个用于各种水泥，粉煤灰列于表3，以及与相应的脱模时间。虽然取得了
20、新鲜的密度略高2.3-4.5水泥，脱模时间几乎相同的1:2粉煤灰混合泡沫混凝土体积的1.5倍。对于给定的水泥粉煤灰混合，表面活性剂浓度在脱模时间上并没有表现出显着的变化，。水泥含量保持不变，在混合粉煤灰掺量（i）要求更高的水固比达到了设计密度，以及（ii）脱模时间略微增加。图3图5图6:图7:图8:5.4.2组合结构图9示出的行为，泡沫混凝土，水泥，沙子和粉煤灰混合。对于组合混合，研究限制到表面活性剂浓度为2。1:2混合，50的沙子被替换为C类粉煤灰水泥重量：沙：C类粉煤灰为1:1:1。1:3混合的沙子在两个层面被换成了C类粉煤灰，一个是33.3，另一个是66.7。致使水泥：砂：C类粉煤灰在1
21、:2:1和1:1:2的比例。图9:有关脱模时间和最佳的搭配组合混合见表4，这是推断。表2-4为1:2混合的泡沫混凝土，相比那些用粉煤灰以达到所需的密度和泡沫体积含有砂的混合需要较低的水固比。结合组合（1:1:1），花了较长的时间才能脱模时相比，100粉煤灰或明矾混合。当比1:3水泥粉煤灰组合和组合混合（1:1:2，1:2:1）对水的需求，需要实现所需的密度低，因为粗糙的砂粒含量较高的组合组合。含混合粉煤灰掺量较高，由于其较高的细度要求较高的泡沫量。含组合结构粉煤灰含量较高，能够与其他混合物（90分钟）相比，更快脱模。据观察，所有的混合比例，C类粉煤灰可以加快脱模时间，即使要求较高的水固比和泡沫
22、量。表46.结论下面所得出的结论是适用于所用的材料和研究的参数范围：（1）在传统加速剂试图用（i）氯化钙设置为4小时30分钟导致不稳定的泡沫混凝土配合比和混合使用。用（）三乙醇胺和硝酸钙，虽然生产稳定泡沫混凝土混合物，设定的没有发生，即使分别在6小时和4小时后。（2）虽然明矾展示出了其潜力，作为一个促进剂，SLS对泡沫混凝土的脱模性能有一定的促进作用。但在140-85分钟内，该范围内的所需的剂量的设定时间，使得它不合算。 （3）C类粉煤灰已被确定为最合适泡沫混凝土的促凝剂。使用C类粉煤灰由于（i）完全替代砂及（ii）相结和合，而SLS作为提供被灵活采纳促凝剂。参考文献1 Kearsley EP
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