减水剂对砂加气混凝土性能的影响

相秋迪，缪宏伟，沙绍通，许国东

（1.江苏省建筑科学研究院有限公司，江苏 南京210008；2.江苏省建筑工程质量检测中心有限公司，江苏 南京210046）

0 引言

加气混凝土是满足建筑工业化和绿色建筑需求的基础性墙体材料， 其特殊的水化产物组成和多孔结构，赋予了加气混凝土轻质、保温、防火等优良性能， 同时也导致其具有高吸水率、 高孔隙率、高收缩率的通病。 加气混凝土的孔隙率一般达到70%～80%[1]。 较高的吸水率可带来体积稳定性不好、强度降低等问题。 吸水率与气泡开孔率和毛细孔体积率有紧密的关系。 当毛细孔体积率大于30 %，加气混凝土内部会形成连通的孔结构，大幅度提高吸水率。 这使加气混凝土一般仅用于内隔墙，极少用作承重墙，从而限制了其在绿色建筑行业的发展。

笔者[2]曾在论文《加气混凝土吸水特性研究及优化》中，分析了砂加气混凝土的体积吸水率与干燥收缩的函数关系及加气混凝土吸水率与强度的函数关系，结果分别如图1，2 所示。

图1 砂加气混凝土吸水率与干燥收缩函数关系

图2 加气混凝土含水率与抗压强度的函数关系

根据图1 可知，加气混凝土的收缩量为质量吸水率的四次方程，表明收缩值会随着吸水率的增加而变大。图2 表明加气混凝土的强度随着含水率的增加而减小。较高的水料质量比是高毛细孔体积率和高吸水率的主要原因。 目前，各加气混凝土生产厂家大多采用的水料质量比为0.6~0.7， 而硅质材料完全水化所需的水料质量比不大于0.42，未反应的水导致了毛细孔的存在、加气混凝土强度下降和收缩增大[3]。因此，降低水料质量比对提高加气混凝土的宏观性能和微观结构有重要作用，而减水剂是降低水料比的有效方法。 由此可知，研究减水剂对加气混凝土性能的影响具有重要意义。

1 试验

1.1 原材料

（1）水泥：采用强度等级为42.5 的普通硅酸盐水泥，其化学成分如表1 所示。

（2） 石灰：有效氧化钙含量为75%。

（3） 砂：化学成分见表2。

（4） 石膏：试验所用的石膏为脱硫石膏，其化学成分如表3 所示。

表1 水泥的化学成分 %

表2 砂的化学成分 %

表3 石膏的化学成分 %

（5） 铝粉：发气剂，细度100~200 目。

（6） 萘系、脂肪族系和聚羧酸系减水剂为市售减水剂，JSJ 减水剂为笔者自主研究的减水剂，其减水率为30%。

经过大量正交试验研究， 确定B05 级砂加气混凝土的配合比为钙硅比：水泥/石灰：石膏（%）：水料比：铝粉（%）=0.7：0.65：2.25：0.7：0.24。 掺入减水剂后，配合比如表4 所示。

1.2 配合比

表4 掺不同减水剂加气混凝土的配合比

1.3 制备工艺

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1.1 MPa，养护8 h。

1.4 试验方法

加气混凝土的力学性能和快速法干燥收缩值试验参照GB/T 11969—2008 《加气混凝土性能试验方法》[4]。

XRD：将试件母体敲碎，从中取出水泥石，使用无水乙醇浸泡24 h 终止水泥的水化。 取出后磨成粉，放入烘箱中，在105 ℃条件下烘24 h 后，放入密封袋保存。 衍射扫描范围取5~80°。

SEM：取粒径约10 mm 的试样，浸泡于无水乙醇中终止水化48 h，取出后放入烘箱内，在（105±5） ℃下烘干至恒重。 试验前，将试样放入环氧树脂中浸泡，待环氧树脂固化后，进行切割、抛光、超声清洗、干燥和喷金处理，拍摄扫描电子显微镜图像。

2 试验结果与分析

2.1 减水剂对力学性能的影响

掺入减水剂后，各组绝干密度、力学性能和发气情况的试验结果见表5。

表5 相关试验结果

表5 的相关试验结果表明，萘系和脂肪族系减水剂的发气效果较差，内部存在较多连通孔，发气之后的密度达不到B05 级要求。 聚羧酸系减水剂及自制JSJ 减水剂的发气效果较好，无泌水现象发生，表明聚羧酸系减水剂和JSJ 减水剂与混凝土适应性良好。 但是聚羧酸减水剂具有缓凝作用，影响加气混凝土的拆模，为加气混凝土的生产带来不便。

对比表5 中A1 组与A4 组、A1 组与A5 组的数据可知， 聚羧酸系减水剂可以提高抗压强度26%和抗折强度22%；自制JSJ 减水剂可以提高抗压强度40%和抗折强度44%。 分析其原因可知，掺入减水剂使加气混凝土的用水量减少，从而降低了加气混凝土内部和水化产物的毛细孔量，最终提高了加气混凝土的力学性能。

2.2 减水剂对收缩的影响

空白组A1 和发气良好的A4、A5 组的干燥收缩随时间的变化，如图3 所示。

图3 减水剂对加气混凝土收缩的影响

由图3 可知，加气混凝土早期收缩较大，当龄期到达14 d 以后，收缩增长变得比较缓慢。掺入减水剂 （A4 和A5 组） 降低了加气混凝土的干燥收缩，尤其是A5 组，干燥收缩较A1 组降低了28%。经过分析， 料浆中过量的水会使泡沫变得不稳定甚至破裂，并在加气混凝土干燥过程中产生更多通道，同时吸附水和凝胶水也更多， 这些因素均会引起干燥收缩。而掺入减水剂后，减少了加气混凝土中多余的水分，降低了加气混凝土内部的毛细孔量，改善了加气混凝土的吸水特性，使结构更加致密。

根据 《蒸压加气混凝土国家标准》GB/T 11968—2006[5]中的规定，各密度等级的加气混凝土的干燥收缩值不大于0.8 mm/m。 A1 组、A4 组、A5组的干燥收缩均在标准要求的50%以内， 以上加气混凝土的干燥收缩均满足标准要求。

2.3 减水剂对微观结构的影响

以A1 和A5 组砂加气混凝土为研究对象，通过XRD 和SEM，对比两组加气混凝土水化产物种类和形貌。 加气混凝土的XRD 拍摄结果如图4，5所示，SEM 拍摄结果如图6，7 所示。 图中Quartz 为石英，C-S-H 为水化硅酸钙凝胶，C-A-S-H 为水化硅铝酸钙凝胶，tobermorite 为托贝莫来石晶体。

图4 A1 组加气混凝土XRD 图谱

由图4 中XRD 的特征峰可以看出，A1 组加气混凝土的主要水化产物为未反应的石英、C-S-H凝胶、C-A-S-H 凝胶和托贝莫来石； 图5 中XRD的特征峰也是石英、C-S-H 凝胶、C-A-S-H 凝胶和托贝莫来石。 图4 和图5 的主要区别是A5 组的托贝莫来石特征峰比A1 组多，A5 组的水化程度比A1 组高。 由此可知，JSJ 减水剂未改变加气混凝土水化产物的种类。

图5 A5 组加气混凝土XRD 图谱

图6 A1 组加气混凝土SEM 图谱

图7 A5 组加气混凝土SEM 图谱

对比图6，7 可知，A1 组和A5 组砂加气混凝土的反应产物种类基本相同，均为呈规则形状的片状托贝莫来石、 低钙硅比的水化硅酸钙凝胶C-SH，晶体和胶体相互穿插，使加气混凝土产生强度。但是A5 组比A1 组结构更致密， 晶体与胶体相互穿插、包裹，进一步解释了A5 组较A1 组高强低缩的根本所在，验证了高水化硅酸钙含量和致密的微观结构是加气混凝土高强度、低收缩的保障。

3 结论

（1）目前我国加气混凝土市场存在强度等级和密度等级不匹配的问题， 如： 密度等级达到B05级，强度仅仅达到合格品要求，有的甚至为不合格。针对这些情况，加气混凝土企业可以考虑在生产中掺入匹配的减水剂，使强度不合格品变成合格品甚至一等品。

（2）降低水料比是加气混凝土减缩增强的关键技术途径之一。

（3）JSJ 减水剂与加气混凝土适应性良好，发气情况良好，有效地提高了强度、降低了收缩，可在加气混凝土中广泛应用。