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user: 3. 结果与讨论 3.1. 正交试验结果 3.1.1. 正交试验 为了考察各种材料的综合作用，在预研实验基础上进行了正交试验。以水泥、生石灰及水料比为考察因素，所得样品的体积密度和抗压强度为考察指标。所选择正交试验因素及水平列于表2。 Table 2 Mix ratio design and orthogonal test result 编号 A B C 体积密度(kg/m³) 抗压强度(MPa) 1# 7 15 0.84 186.7 0.19 2# 7 17 0.85 177.8 0.20 3# 7 19 0.86 194.3 0.22 4# 7 21 0.87 218.4 0.45 5# 9 15 0.85 205.6 0.37 6# 9 17 0.84 220.9 0.61 7# 9 19 0.87 190.4 0.31 8# 9 21 0.86 194.3 0.38 9# 11 15 0.85 234.4 0.80 10# 11 17 0.87 197.9 0.60 11# 11 19 0.84 201.2 0.60 12# 11 21 0.86 209.2 0.47 13# 13 15 0.87 182.4 0.37 14# 13 17 0.86 209.4 0.44 15# 13 19 0.85 200.8 0.41 16# 13 21 0.84 180.2 0.33 体积密度 K 1 194.3 202.2 197.2 K 2 202.8 201.5 198.3 K 3 210.6 196.6 208.1 K 4 193.2 200.5 197.2 极差R 17.4 5.6 10.8 抗压强度 K 1 0.265 0.432 0.432 K 2 0.417 0.463 0.362 K 3 0.617 0.385 0.460 K 4 0.388 0.408 0.432 极差R 0.352 0.078 0.098 表2. 配合比设计及正交试验结果 Table 3 Bulk density analysis of varianc 因素 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 显著性 水泥A 1329.680 3 36.744 9.280 * 生石灰B 36.188 3 1.000 9.280 水料比C 441.188 3 12.192 9.280 * 误差 36.190 3 表3. 体积密度方差分析 Table 4 Analysis of compressive strength varianc 因素 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 显著性 水泥A 0.256 3 19.692 9.280 * 生石灰B 0.013 3 1.000 9.280 水料比C 0.021 3 1.615 9.280 误差 0.010 3 表4. 抗压强度方差分析 根据各个实验所设定的物料比例配料，按照1.2中的工艺流程分别制样，并测定各组样品的体积密度和抗压强度。实验结果及方差分析分别列于表2~4中。 表2中列出的体积密度和抗压强度分别是3次重复测得的平均值。表2下半部分中，K1、K2、K3、K4是各因素第1、第2、第3、第4水平考察指标的平均值。R是极差(即K1、K2、K3、K4中最大值与最小值之差)，反映出各因素对试验指标影响的主次顺序，即R越大，该列因素对考察指标的影响越大。表3、表4表示的是体积密度、抗压强度方差分析结果，可对试验结果进行定量和定性分析判断。 3.1.2. 超轻蒸压泡沫混凝土正交试验数据及分析 由表2分析可知，超轻蒸压泡沫混凝土的体积密度随着水泥掺量的增加呈现先增加后降低的趋势，抗压强度变化趋势与体积密度相一致。水泥是泡沫混凝土初期强度的主要来源，当制品中掺入大量泡沫，过少的水泥用量导致坯体早期强度偏低，围绕气泡形成的孔间壁强度不足以克服坯体的重力而导致塌模；而水泥掺量过多时水泥水化消耗大量水，从泡沫中吸取水分导致气孔结构破坏，影响样品性能。超轻蒸压泡沫混凝土体积密度、抗压强度随生石灰掺量的增加在一定范围内呈波动趋势，生石灰在试验中主要有两方面作用，一方面用作调节料浆温度和pH，起到碱激发作用；另一方面为后期蒸压过程提供有效氧化钙，与硅质原料中的SiO 2 作用生成水化硅酸钙，提高制品强度。超轻蒸压泡沫混凝土体积密度、抗压强度随水料比的增加呈现先增加后降低的趋势。因为水料比过低时，料浆流动性差导致阻力大，在泡沫混匀过程中易导致泡沫破裂损失，使制得的样品力学性能差；而水料比过高时，浆体流动度过高，粘度降低，使坯体凝结硬化缓慢，且严重时造成离析等现象，影响料浆稳定性。 影响超轻蒸压泡沫混凝土体积密度的主次顺序：A (水泥) > C (水料比) > B (生石灰)。根据体积密度方差分析表可知，A(水泥)和C(水料比)对样品体积密度有显著影响。影响抗压强度的主次因素：A (水泥) > C (水料比) > B (生石灰)，根据方差分析可知水泥A对抗压强度的影响显著。 综合分析正交试验可知，水泥对体积密度和抗压强度的影响程度显著。在水泥掺量11%时，体积密度均值207 kg/m 3 ，抗压强度最高，均值达0.62 MPa。生石灰掺量17%时，抗压强度最高，均值为0.46 MPa，掺量为15%时，抗压强度均值为0.43 MPa，考虑成本等问题，生石灰添加量以15%为宜。水料比为0.86时，抗压强度均值最高。综合以上分析，A3B1C3为最优组合，即水泥掺量11%，生石灰掺量15%，水料比为0.86。由此制备的超轻质蒸压泡沫混凝土，可满足低容重、高强度的需求。 3.2. 单因素试验 实验以陶瓷废渣粉为基数，依据2.1正交试验结果，制备密度等级B02超轻蒸压泡沫混凝土，试验基础配比见表5。在相同实验条件下，分别改变减水剂、早强剂掺量进行2次单因素对比实验，测试分析其体积密度、抗压强度及气孔结构。高效萘系减水剂添加量分别为胶凝材料的(0.3%， 0.6%， 0.9%， 1.2%， 1.5%， 1.8%)；甲酸钙掺量分别为总物料的(0.5%， 1.0%， 1.5%， 2.0%， 2.5%)。 Table 5 Proportion of ultralight autoclaved foam concrete foundatio 原材料 陶瓷废渣粉 水泥 生石灰 泡沫 掺量(g) 444 66 90 156 表5. 超轻蒸压泡沫混凝土基础配比 3.2.1. 减水剂掺量对制品性能及气孔结构的影响 实验使用减水剂为萘系高效减水剂，减水率18%~25%，对泡沫混凝土的净浆流动性影响明显。图2表示超轻蒸压泡沫混凝土体积密度与抗压强度关系；图3表征超轻蒸压泡沫混凝土气孔结构，每组样品用两种表征方式，左侧“线条”处理过的样品可明显看出孔径大小分布及连通性，右侧“实心”处理的样品则立体感更强，图中深色部分表示气孔孔径，浅色表示孔间壁；表6列出制品性能数值。 在减水剂掺量低于胶凝材料1.5%时气孔结构差，大孔、串并孔明显如图3(b)，影响了样品抗压强度；随减水剂掺量增加，通孔、串并孔数量减少，抗压强度呈增长趋势；在减水剂掺量为胶凝材料的1.5%时，样品抗压强度达到最大值0.51 MPa，样品具有良好的气孔结构，气孔平均孔径为1.1 mm。继续增加减水剂的掺量，样品抗压强度反而降低，且气孔平均孔径增大到1.73 mm，有明显的贯穿孔、并孔等缺陷如图3(e)。分析认为，这是因为过量的减水剂包覆在水泥颗粒表面，使水分子无法与水泥充分接触，影响水泥硬化；且料浆中仍存在部分自由水，对气泡稳定性影响显著，易使气泡串并而孔径分布不匀，严重时导致塌模。实验表明，减水剂添加量为胶凝材料1.5%时，对制品形成良好的气孔结构和力学性能最为有利。 Table 6 Proportion of ultralight autoclaved foam concrete foundatio 减水剂掺量/% 体积密度/kg/m³ 抗压强度/MPa 平均孔径/mm 平均粒径级别数 0.6 207 0.38 1.54 -4.54 0.9 211 0.40 1.50 -4.46 1.2 219 0.41 1.10 -3.57 1.5 224 0.51 1.10 -3.57 1.8 204 0.33 1.73 -4.86 表6. 超轻蒸压泡沫混凝土基础配比 3.2.2. 早强剂掺量对制品性能及气孔结构的影响 早强剂可显著缩短泡沫混凝土凝结硬化时间，提高坯体早期强度，进而影响制品的结构和性能。根据2.2.1固定高效萘系减水剂掺量为胶凝材料的1.5%，实验结果如图4、图5，分别表示不同甲酸钙掺量与样品体积密度、抗压强度及气孔结构的关系。图5表征超轻蒸压泡沫混凝土气孔结构，每组样品用两种表征方式，左侧“线条”处理过的样品可明显看出孔径大小分布及连通性，右侧“实心”处理的样品则立体感更强，图中深色部分表示气孔孔径，浅色表示孔间壁。表7为样品性能数据。 图2. 减水剂掺量对体积密度和抗压强度的影响 图3. 减水剂添加量对气孔结构的影响 根据图4、图5可知，随着早强剂添量增加，气孔结构趋于均匀。此时，尽管样品的容重随之降低，但其抗压强度反而有所增加。尤其是在早强剂掺量为2%时，样品的气孔浑圆(图5(d))，平均孔径1.19 mm，体积密度为190 kg/m³、抗压强度达0.60 MPa，导热系数仅为0.043 W/(m·k)。由于甲酸钙在水溶液中呈弱酸性，降低了体系pH值，加速了C 2 S和C 3 S的水化，使早期料浆的凝结硬化与泡沫的赋存状态相适应，从而保证了良好气孔结构的形成；但早强剂掺量过高时，会出现凝结过快而影响制品后期养护的强度 [ 20 ] [ 21 ]。因此，早强剂掺量占总物料2%时超轻蒸压泡沫混凝土性能存在最优值。 泡沫混凝土因含大量气泡，且泡沫内部和表面所处环境不同，在与胶凝材料混合过程中易使泡沫破损，导致泡沫混凝土抗压强度低。因此，可通过添加减水剂，提高料浆流动性，改善料浆无机坯体与有机泡沫相容性；添加早强剂加快胶凝材料凝结硬化，提高制品早期强度，保持泡沫在料浆中的稳定性，改善制品性能。综合上述实验结果，减水剂、早强剂掺量对超轻蒸压泡沫混凝土样品抗压强度、体积密度和气孔结构的影响均存在最优值，实验可知，在减水剂掺量占胶凝材料的1.5%，早强剂掺量占总物料的2%时，制得体积密度190 kg/m³、抗压强度0.60 MPa、导热系数0.043 W/(m·k)的超轻蒸压泡沫混凝土。 Table 7 Effect of Early Strength Agent Addition on Porosity and Pore Siz 早强剂掺量/% 体积密度/kg/m³ 抗压强度/MPa 平均孔径/mm 平均粒径级别数 0.5 230 0.50 1.40 -4.27 1.0 225 0.52 1.35 -4.11 1.5 220 0.50 1.31 -4.07 2.0 190 0.60 1.19 -3.80 2.5 176 0.28 1.92 -5.17 表7. 早强剂添加量对孔隙率及孔径的影响 图4. 早强剂掺量对体积密度和抗压强度的影响 图5. 早强剂添加量对气孔结构的影响