1、No.5Vol.486REFRACTORIES&LIMEOct.2023粉煤灰加入对水泥基泡沫保温板性能的影响林梓萌1杨健1尹卓臣？赫丽杰！孔德高1王知攀1（1.营口理工学院，营口115014;2.营口创兴科技有限公司，营口115000)摘要：为了回收再利用工业废弃物粉煤灰和降低水泥基泡沫保温板的生产成本，以普通PO42.5号硅酸盐水泥为主要胶凝材料，加人8%的硫铝酸盐水泥为促凝剂，外加7%的双氧水作为发泡剂，水灰比为0.5，以粉煤灰替代硅酸盐水泥（替代量分别为0、10%、2 0%、3 0%、40%）制备了水泥基泡沫保温板。研究了粉煤灰加人量对泡沫保温板的物理性能、力学性能和保温性能的影响。研
2、究结果表明：粉煤灰加人量为2 0%时，泡沫保温板综合性能最佳，并且还可以提高材料的耐用性。关键词：粉煤灰；硅酸盐水泥；泡沫保温板；物理性能；力学性能；保温性能中图分类号：TQ175.12文献标识码：A文章编号：16 7 3-7 7 9 2（2 0 2 3）0 5-0 0 0 6-0 4Influence of fly ashbased foam insulation boardofcementLin ZimengYang JianYin Zhuochen?HeLijielKong DegaoWang Zhipan(1.Yingkou Institute of Technology,Yingko
3、u 115014,China;2.Yingkou Chuangxing Technology Ltd.,Co.,Yingkou 115000,China)Abstract:In order to recycle industrial waste fly ash and reduce the production cost of cementbased foam insulation board,with ordinary PO 42.5 Portland cement as the main gel material,add 8%sulfur aluminate cement as proco
4、agulant,plus 7%hydrogen peroxide as foaming agent,water ash ratio of 0.5,with fly cement instead of Portland cement(replacement of 0,10%,20%,30%,30%,40%)prepared cement based foam insulation board.The influence of flyash incorporation on the physical,mechanical and thermal properties of foam insulat
5、ion plate isstudied.The results show that when the fly ash incorporation is 20%,the foam insulation board isthe best comprehensive performance,and can also improve the durability of the material.Key words:Fly ash;Portland cement;Foam insulation board;Physical property;Mechanicalproperty;Heat-insulat
6、ing property1前言我国在泡沫保温板方面的技术存在很大不足，如强度低、易开裂、吸水率较高、易塌模等。泡沫保温板的广泛应用大大降低了生产成本，同时也对工业废料的处理起到积极的作用，对建立节约环保型社会具有重要意义。尽管具有很大的发展前景，但是由于其存在的诸多问题，完全替代有机保温材料尚需时日。因此在生产制备轻质、高性能的泡沫保温板时，应注意在原料、技术、配料以及耐用性方面进行深入地研究，并对泡沫保温板的微观结构进行分析，探讨孔结构与性能的相关性，进而从根源上解决问题缺陷 2 粉煤灰是燃煤发电过程产生的一种工业废物，收稿日期：2 0 2 2-0 7-18作者简介：林梓萌（2 0 0 3-
7、），女，本科在读通信作者：杨健（19 9 1-），男，硕士，讲师基金项目：2 0 2 3 辽宁省教育厅高校基本科研项目面上项目；营口理工学院2 0 2 3 年大学生创新创业训练计划校级项目（X202314435004）；营口理工学院第四批产教融合项目（2 0 2 3 CJFH0409）第48 卷第5期耐火与石灰2023年10 月是一种活性混合材料，其活性主要由活性组分SiO2和A1,0，的含量决定，根据原材料分析的其化学组成、活性组分、细粉形貌结构等特性可知，将粉煤灰加人泡沫保温板中会产生一定的“微集料效应”和“粉煤灰效应”3-4。所以，在制备泡沫保温板的过程中，用适量的粉煤灰替代一部分胶凝材
8、料，不仅节约了原材料成本，还可以发挥其“活性效应”，从而改善泡沫保温板的综合性能。2试验2.1原料试验采用PO42.5号硅酸盐水泥为主要胶凝材料（基量为6 kg），硫铝酸盐水泥为促凝剂，双氧水（H,O，）为发泡剂，加人粉煤灰（替代量分别为0、10%、2 0%、3 0%、40%），再加外加剂。试验方案如表1所列表1实验方案硫铝酸盐水泥双氧水加入粉煤灰加人水泥量/g水灰比加人量/%量1%量1%6.000870.4805.400870.48104.800870.48204200870.48303 600870.48402.2试样制备先将胶凝材料、粉煤灰、纤维等进行干混5min，然后把干混料加人到混合
9、均匀的外加剂液体中高速搅拌3 min，之后把发泡剂倒人混合均匀的浆体中，搅拌7 9 s，然后迅速浇注到模具中，待发泡静停后，在制品表面覆盖一层塑料薄膜以防止水分蒸发过快，造成表面开裂；养护12 h后脱模，脱模后用切割机将超出模具的上沿部分切掉，再将试样切割成需检测的标准尺寸（10 0 mm100mm100mm和300mm300mm300mm），放人养护箱中养护至规定时间，然后进行各性能检测。2.3试样检测按照GB/T5486、G B/T 548 6、G B/T 10 2 9 4检测块状试样的表观密度、吸水率、抗压强度和导热系数，并且对加入粉煤灰的泡沫保温板试样进行1年的强度跟踪检测，采用X射线
10、衍射仪对试样进行物相组成分析，采用SEM对试样进行显微结构分析。3结果与讨论3.1粉煤灰加入量对泡沫保温板抗压强度与表观密度的影响通过上述配方制成的泡沫保温板，其试验检测结果如表2 所列表2粉煤灰加入量试验配比及检测结果硫铝酸盐水泥双氧水加人量粉煤灰加入量抗压强度/MPa28d表观密度/水泥/g水灰比加人量1%1%1%3d7d28 d(kg.m)6.000870.4800.3500.4280.5242105.400870.48100.3200.3980.5262124.800870.48200.3110.3960.5282204.200870.48300.2630.3650.391853.60
11、0870.48400.2400.3520.32180表2 显示了粉煤灰加人量对试样抗压强度和表观密度的影响趋势。由数据可知，泡沫保温板试样3d和7 d抗压强度均随着粉煤灰加人量增加而减小，且3 d的抗压强度下降幅度较大，粉煤灰加人量为10%20%时，抗压强度趋于平缓；粉煤灰加入量在0 2 0%时，试样2 8 d的抗压强度随着加人量的增加而上升，在2 0%时最高可达0.52 8 MPa。可以看出，粉煤灰发挥效应与持续时间有关，持续时间越长越能发挥粉煤灰的微集料效应，改善胶凝材料颗粒间的微级配，填充浆体孔隙，增加混凝土密实度，从而提高混凝土抗压强度。从2 8 d的试样可以看出，当加入量超过2 0%
12、之后，抗压强度逐渐下降，在40%时试样出现粉化塌模现象。经分析还看出，当粉煤灰加入量超过2 0%以后，随着硅含量的增加，水化生成钙矾石相放热就越多，打破膨胀补偿收缩的平衡，导致抗压强度急剧下降，由此导致28d的试样表观密度的这种变化趋势3.2粉煤灰加入量对泡沫保温板导热系数及吸水率的影响不同粉煤灰加人量对2 8 d的泡沫保温板试样导No.5Vol.488REFRACTORIES&LIMEOct.2023热系数及吸水率影响的结果如图1所示。0.060.050.040.030.020.010.00010203040粉煤灰掺入量/%(b）导热系数粉煤灰掺人量/%87654321%率火00102030
13、40粉煤灰掺入量1%(b）吸水率图1粉煤灰加入量试验配比及检测结果由图1可知，随着粉煤灰加人量的增加，泡沫保温板试样的导热系数逐渐下降，这是由于随着粉煤灰加入量的增加，对应的胶凝材料用量相应减少，降低胶凝材料水化放热量，减少其对泡壁的破坏。并且由于粉煤灰细度较小，使其不但可以吸附在孔壁上增加壁厚，还可以对气孔产生过程中泡壁上的微气孔起到“微填充”作用 5】，增大泡壁致密度和厚度，从而降低试样导热系数；而吸水率随着粉煤灰加人量的增加呈上升-下降-上升趋势，这是由于粉煤灰活性较低，参与前期水化反应较少，导致其与基体结合较差，形成许多毛细孔隙，因此吸水率增大。随着粉煤灰加入量的增加，部分粉煤灰参与到
14、活性反应中，使水泥基体与粉煤灰之间的结合力增大，提高了基体孔隙之间的致密度，且粉煤灰细粉颗粒有助于孔壁上微气孔的填充。但随着粉煤灰加入量达到3 0%以后，加人量超过了反应的临界极限和微孔最大填充量，且粉煤灰本身为多孔吸水性物质，最终致使吸水率急剧上升。3.3粉煤灰加入量对泡沫保温板强度的影响对加人粉煤灰的试样的抗压强度进行长期跟踪检测，所得结果如图2 所示0.5320.5310.5300.5290.52802468101214时间月图2粉煤灰加入量为2 0%时对泡沫保温板抗压强度的影响由图2 可知，通过1年的跟踪检测，发现加人粉煤灰的泡沫保温板试样的抗压强度总体变化不大，但有小幅提升。经研究分
15、析，这是由于粉煤灰的“活性效应”逐渐发挥了作用，与水泥中的Ca(OH),发生火山灰效应，促进C-S-H凝胶的生成，生成的C-S-H凝胶多存在于水泥水化的C-S-H凝胶孔隙之中，提高了材料结构密实度，使强度有小幅提高；另外，由于系统中A13+、SO.2-在CH条件下反应会生成钙矾石(3 CaOAl,03CaSO4)，具有一定膨胀效应，产生自应力，能够补偿收缩，可以有效缓解收缩开裂现象，使强度保持持久；此外，粉煤灰的加人还可以降低胶凝材料水化过程中放出的热量，降低气泡的破坏率17。综上所述，粉煤灰的加人可以提高水泥基泡沫保温板强度的持久性。3.4显微结构分析不同粉煤灰加人量的泡沫保温板XRD图谱分
16、析如图3 所示Ca(OH)2oC-S-H钙矾石30%20%强10%010203040506070809020/（）图3不同粉煤灰加入量的泡沫保温板XRD图谱根据图4中各物质XRD衍射峰最强峰面积可计算出试样中各水化产物的质量分数（表3）。从表3可以看出，在粉煤灰加入量为0 2 0%范围内，随着粉煤灰加人量的增加，试样水化产物中利于强度编辑李连洲第48 卷第5期耐火与石灰2023年10 月的水化硅酸钙凝胶与钙矾石生成量逐渐增加，从图4形貌及能谱图中也可以发现，生成的C-S-H胶凝组分结构致密，利于早期强度。但当粉煤灰加人量大于2 0%之后，试样抗压强度呈下降趋势。从表3也可以看出，粉煤灰加入量为
17、3 0%时，使主要发挥粘结作用的C-S-H凝胶生成量减少，这就造成泡沫保温板早期强度的下降。并且通过XRD与SEM可以看出，试样中有一定的钙矾石生成，其生成量不断增加，可以补偿泡沫保温板的收缩裂缝，对后期强度持久性起很大作用。卡错图10SiAL.SCaK12345678910满量程：16 16 cts；光标：9.8 0 2（13 cts）keV图4加入粉煤灰后试样水化产物形貌及能谱图表3 不同粉煤灰加入量试样中部分生成相的质量分数%粉煤灰加人量C-S-H钙矾石0202556102528782030337830202510114结论（1）通过试验研究粉煤灰的加人量对水泥基泡沫保温板性能的影响，确
18、定其最佳加入量为20%，此时试样表观密度为19 0 kg/m，强度可达0.528MPa，导热系数为0.0 57 W/(mK)，吸水率为6.4%，各项性能均良好。（2）适量粉煤灰的加入可以将部分不利于强度的Ca(OH)2转变为对泡沫保温板强度有利的C-S-H组分，还可以在泡壁上起到“微填充”作用，提高基体致密度，从而改善泡沫保温板的各项性能，提高其耐用性。参考文献1】王沛伟.超细粉煤灰性能及其在水泥中的应用研究 J.低碳世界，2 0 2 1，11（11）：2 41-2 42.2 浦代君：粉煤灰混凝土抗压性能的试验研究 J.长春工程学院学报（自然科学版），2 0 2 1，2 2（1）：3 5-3 6.3 李梓源.粉煤灰市场分析与发展前景 J.散装水泥.2 0 2 0，9(1):56-57.【4张磊蕾，王武祥.粉煤灰泡沫混凝土的试验研究 J.建材技术及应用，2 0 12，2 0（9）：2 51-2 52.5刘自妥，裴新意，刘晨，等.粉煤灰中铵含量对水泥胶砂性能影响及限值研究 J.混凝土，2 0 2 1，9（10）：3 15-3 16.6 贾小妮粉煤灰对透水混凝土性能影响研究 J当代化工，2019,48（12）：2-13.7】欧小强，张俊儒，邓磊，等粉煤灰复合胶凝材硬化浆体微观孔隙特征研究 J四川建筑，2 0 2 0，40（3）：12 0-12 1.
