劉登賢，吳鑫，張旭，袁澤洋，麻鵬飛，桂根生

（四川華西綠舍建材有限公司，四川 成都 610081）

B05級輕質(zhì)粉煤灰加氣混凝土板材試驗研究

劉登賢，吳鑫，張旭，袁澤洋，麻鵬飛，桂根生

（四川華西綠舍建材有限公司，四川 成都 610081）

通過試驗研究了不同配合比下水泥-石灰-粉煤灰體系加氣混凝土板材的發(fā)氣穩(wěn)定性、稠化速度、密度及強度等各項性能。結(jié)果表明，影響其基本性能的因素主要有原材料的鈣硅比、發(fā)氣劑的添加量、粉煤灰的基本性能、澆注溫度及影響其強度和韌性的添加劑等。最終確定穩(wěn)泡劑摻量為0.02%時的最佳配比為：m（水泥）∶m（石灰）∶m（粉煤灰）∶m（石膏）∶m（鋁粉膏）∶m（廢漿）=13.6∶14.0∶62.6∶2.9∶0.1∶5.6；最佳養(yǎng)護制度為：60℃靜停2～4 h后，180℃蒸壓養(yǎng)護8 h，此時制備的加氣混凝土板材氣孔結(jié)構(gòu)最均勻，試塊勻質(zhì)性最好，密度為511 kg/m3時的抗壓強度可以達到4.7 MPa。

加氣混凝土；板材；粉煤灰；配合比；性能

0 前言

隨著環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展越來越成為當今建筑業(yè)的熱點問題，加氣混凝土作為一種輕質(zhì)墻體材料再一次受到人們的關(guān)注[1-4]。加氣混凝土砌塊由水泥、粉煤灰、石灰、石膏、鋁粉等為主要原料，加入發(fā)氣劑，經(jīng)攪拌成型、養(yǎng)護而成的實心砌體。其表面空隙率大，質(zhì)輕，多孔結(jié)構(gòu)，小氣泡均勻分布，材料毛細管為封閉和半封閉狀，是一種性能優(yōu)越的新型墻體材料。集高強、保溫隔熱、質(zhì)輕、可加工性強等優(yōu)點為一體的加氣混凝土，使得建筑過程更為有效、節(jié)能、環(huán)保。在用做框架結(jié)構(gòu)外墻中，加氣混凝土砌塊的成本比常用的燒結(jié)多孔磚減少約40元/m2。并且由于加氣混凝土產(chǎn)品輕質(zhì)，能減輕建筑物自重，可大大降低基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)處理的費用[5-6]。其尺寸高精度，表面可以直接做膩子，減少表面粉刷所用材料和人工。在達到同樣的建筑結(jié)構(gòu)效用時，加氣混凝土產(chǎn)品的使用厚度相對較小，從而提高建筑利用系數(shù)，增加使用面積。同時由于其保溫性能好，可大大降低建筑物運行成本[7-8]。特別是現(xiàn)在城市市區(qū)必須使用干混砂漿，則加氣混凝土砌塊使用專用砂漿后的總成本優(yōu)勢更加明顯。

國家將住宅建筑工業(yè)化作為未來建材行業(yè)的重要發(fā)展方向之一，加氣混凝土板材作為建筑部品化的重要組成部分，將會越來越多地在更多城市推廣應(yīng)用。加氣混凝土板材按照干密度可分為B04、B05、B06、B07級等品種。在保證強度的情況下，加氣混凝土密度越小，節(jié)能效果越好、成本越低，更適用于建筑外墻和屋面。

本文基于在現(xiàn)有工藝條件，以粉煤灰、生石灰、水泥為主要原料，再加入磷石膏、硅灰及外加劑（穩(wěn)泡劑、玄武巖纖維）等為原料穩(wěn)定生產(chǎn)B05級加氣混凝土產(chǎn)品。通過實驗不同配比、不同澆注溫度、不同擴展度及不同靜養(yǎng)制度，進而測試所制得試塊的發(fā)氣穩(wěn)定性及強度，篩選出最優(yōu)配合比方案及澆注靜養(yǎng)制度，并通過生產(chǎn)中試取得可用于工業(yè)生產(chǎn)的B05級加氣混凝土板材，從而得到密度更小、性能較好的生產(chǎn)方案。

1 實驗

1.1 原材料

水泥：西南P·O42.5R水泥。粉煤灰：火山灰活性指數(shù)70%～ 85%，成都博磊粉煤灰綜合開發(fā)有限公司Ⅰ級灰，成都明翔粉煤灰開發(fā)有限公司Ⅰ級灰，成都大邑電廠濕排Ⅱ級灰，細度（80 μm篩篩余）分別為2.8%、2.5%、15%。生石灰：活性CaO含量90%以上、消化速度中速、消化溫度高的新鮮生石灰。石膏：生產(chǎn)磷酸廢渣磷石膏。廢漿：自配，80 μm篩篩余20%，固含量55%左右，擴展度35 cm，密度1.35 g/ml。硅灰：成都東藍星科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)，比表面積15 m2/g，球形，平均粒徑0.1～ 0.2 μm。玄武巖纖維：鹽城市愛麗維纖維制品有限公司制備的玄武巖短切纖維，長度1～2 cm。添加劑：加氣鋁粉膏（有效鋁80%～85%），重慶嘉乾工貿(mào)有限公司；GT-717型加氣混凝土專用穩(wěn)泡劑，江山市天順生物化工廠；聚羧酸減水劑：自制，固含量12.5%，減水率15%～24%。水泥和粉煤灰的主要化學(xué)成分見表1。

表1 水泥和粉煤灰的主要化學(xué)成分 %

1.2 實驗儀器設(shè)備

TYA-300C型電液式抗折抗壓試驗機，無錫新路達儀器設(shè)備有限公司；3MSM01-5050型試驗?zāi)ィ?00×L500 mm，浙江省上虞市肖金化驗設(shè)備廠；QJ-345T型加氣磚試塊切割機，濟南納斯諾工業(yè)測試系統(tǒng)有限公司；Q1U-FF02-160型東成手持式攪拌機，空載轉(zhuǎn)速780 r/min，佛山市順德區(qū)力合五金機電有限公司；SK101-2型電熱（鼓風）干燥箱，上海圣科儀器設(shè)備有限公司。

1.3 實驗工藝流程及主要工藝參數(shù)

按照配合比設(shè)計稱取粉煤灰，加入部分水攪拌均勻，邊攪拌邊按次序加入石膏（硅灰）、水泥、生石灰及外加劑，加入水至擴展度到24～25 cm，通入蒸汽至漿料溫度為38～40℃，加入鋁粉，攪拌60 s后倒入模具，放入蒸養(yǎng)靜停室（溫度50～60℃），靜停養(yǎng)護3～4 h后脫模，放入蒸壓釜蒸壓養(yǎng)護6～10 h。實驗用模具尺寸為30 cm×30 cm×40 cm，生產(chǎn)用廢漿用量1.38～1.46 kg/m3。原材料攪拌制度：粉煤灰料漿、石灰、水泥、石膏混凝土攪拌4 min；加鋁粉膏后攪拌1 min。

1.4 蒸壓釜蒸壓制度

加氣磚入釜后抽真空25～30 min，真空度為-0.06～0 MPa，升溫3 h至190～195℃（1.1～1.3 MPa），壓力-0.06～1.0 MPa，保持恒溫恒壓8～12 h，降溫降壓排氣2.5 h，岀釜后靜置至常溫。

1.5 測試方法

1.5.1 擴展度測試方法

取料漿倒入擴展度板上的擴展度筒（φ5 cm×10 cm）內(nèi)，倒?jié)M提起高度至10 cm以上，待料漿完全鋪開后測試料漿擴展度。

1.5.2 試塊性能測試方法

體積密度按照GB/T11971—1997《加氣混凝土體積密度/含水率和吸水率試驗方法》進行測試，力學(xué)性能按照GB 15762—2008《蒸壓加氣混凝土板》進行測試。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 基礎(chǔ)密度調(diào)節(jié)設(shè)計

2.1.1 干料總量設(shè)計

由之前本公司生產(chǎn)經(jīng)驗可知，加氣混凝土成品絕干時反應(yīng)水大致在原料干料總量的1%～5%，實驗用模具規(guī)格為30 cm×30 cm×40 cm時，以490～525 kg/m3的密度范圍計算可知，干粉料應(yīng)為17.64～18.9 kg，除去反應(yīng)水，設(shè)計干料應(yīng)為16.8～ 18.7 kg，考慮到加氣混凝土試塊由于自身反應(yīng)發(fā)氣實際情況，試塊自身具有非勻質(zhì)性，發(fā)氣底部干密度高于發(fā)氣頂部干密度，而工業(yè)生產(chǎn)時要去皮和底，為保證實驗制品滿足GB 15762—2008要求，制備B05級加氣混凝土時干料用量范圍為17.3～18.2 kg。

2.1.2 鋁粉膏用量計算

加氣混凝土的基本組成材料的密度一般都在1.8～3.1g/cm3左右，而加氣混凝土制品的體積密度（絕干）通常為500～700 kg/m3，甚至更低。因而，加氣混凝土必須有較大的孔隙率，一般在料漿的發(fā)氣膨脹階段要求料漿的體積膨脹量達l倍或1倍以上。而鋁在堿性環(huán)境中，可以不斷與水反應(yīng)，生成氫氣，直到金屬鋁消耗盡為止。在加氣混凝土料漿中，堿性物質(zhì)是Ca（OH）2，因此，鋁粉與水的反應(yīng)可以寫成：

鋁的密度為2.7 g/cm3，在標準狀態(tài)下，每1 g鋁產(chǎn)生氫氣1.24 L；考慮到鋁粉發(fā)氣過程會有部分氣體溢出試塊之內(nèi)，且鋁粉膏中鋁粉有效量為80%～85%，通過計算可知，實驗室制備B05級加氣混凝土時鋁粉膏用量為16.0～18.5 g。

2.1.3 B05級加氣混凝土板材基礎(chǔ)密度調(diào)整

由于加氣混凝土的發(fā)氣硬化過程是一個料漿反應(yīng)稠化硬化與鋁粉氣體發(fā)氣填充漿體同時進行的過程，要想得到密度合適，強度較好的加氣混凝土砌塊，就必須保證鋁粉發(fā)氣和漿體稠化的同步性。通過試驗可知，在干料總量為17.3～18.2 kg時，鋁粉膏摻量在17 g以內(nèi)時，加氣混凝土板材密度偏高，摻量大于18.5 g以后，由于發(fā)氣速度過快，氣體量過多，容易塌模，因此設(shè)計鋁粉膏用量為17.5～18.0 g；相同條件下，隨著料漿擴展度增大時，密度隨之下降，且擴展度在24～28 cm時，每增加2 cm，密度降低10 kg/m3左右。但擴展度太低，料漿稠度過大，容易憋氣，導(dǎo)致密度偏大；擴展度過高，料漿稠度太低，發(fā)氣過程太快，容易冒泡，甚至塌模。有實驗經(jīng)驗，知道鋁粉發(fā)氣溫度為40℃左右時，可以保證其有均勻合適的發(fā)氣速率，溫度過高，導(dǎo)致鋁粉發(fā)起過快，易冒泡甚至塌模；溫度過低，料漿硬化完成后氣體還未完全發(fā)出，易造成憋氣。通過早期大量探索性試驗，分析實驗數(shù)據(jù)后得出，最終B05級加氣混凝土的配制方法為干物料總量控制在（17.9±0.5）kg，鋁粉膏（18± 0.2）g，擴展度（26±2）cm，發(fā)氣溫度（40±2）℃。

2.2 B05 級加氣混凝土板材配合比調(diào)整

由生產(chǎn)經(jīng)驗可知，影響加氣混凝土穩(wěn)定性及其基本理化性能的主要是原材料中的鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料的比例、鋁粉的添加量、石膏的摻量、物料總量及水膠比以及加入其中的纖維及穩(wěn)泡劑等各種其它小料。鑒于以上因素，設(shè)計以下實驗配合比調(diào)整方案，由此方案制備出的加氣混凝土試件基本性能如表2所示。

表2 加氣混凝土試件配合比及其性能

2.2.1 硅質(zhì)材料和鈣質(zhì)材料摻量的確定

水泥在加氣混凝土中的作用更大程度上體現(xiàn)在對發(fā)氣過程的調(diào)節(jié)，適宜的水泥摻量能夠使料漿稠化硬化和鋁粉發(fā)氣過程同步，促使形成良好的坯體結(jié)構(gòu)，形成良好的強度效果。由1#、6#、7#、8#、13#、14#試樣對比可知，水泥、石灰及粉煤灰之間的比例對混凝土強度及發(fā)氣情況影響明顯，特別是水泥和石灰比例，當水泥少，石灰過多時，導(dǎo)致稠化速度過快，發(fā)氣速度過快，稠化速度跟不上，造成冒大泡甚至塌?，F(xiàn)象，氣孔不均，有大裂縫，強度偏低；當水泥量多，石灰量偏少時，導(dǎo)致稠化速度過慢，發(fā)氣溫度偏低，發(fā)氣過程還未完成，造成憋氣現(xiàn)象，導(dǎo)致氣孔大小不均，密度偏高，強度降低。只有在一個合適的范圍內(nèi)時才能保證二者同步，經(jīng)大量實驗可知，水泥占干料總量10.6%～16.9%，石灰占干料總量10.6%～16.9%時，且二者總量占干料總量的25.5%～30.0%時，加氣混凝土試件的性能最佳。

2.2.2 石膏、硅灰、減水劑摻量的確定

石膏作為加氣混凝土砌塊的工藝過程調(diào)節(jié)劑和活性激發(fā)劑,在制品中主要起調(diào)凝和增強作用。石膏摻量多時，可抑制生石灰的消解，延緩磚坯的凝結(jié)速度；過低時，起不到調(diào)凝的作用。由1#、2#、3#試件對比可知，石膏摻量為0.52 kg時試件的抗壓強度最高，且此時發(fā)氣效果最好,可加速水化反應(yīng)，提高早期強度，還可減少磚坯的收縮開裂。

由4#、5#、6#試件對比可知，減水劑的添加可以明顯減少料漿的需水量，但由于加氣混凝土早期本來就是一種高水料比混凝土，減水作用對其效果不理想，且對強度影響不大，因此，不需要加減水劑。摻加硅灰可以提高砌塊強度，這是因為硅灰中SiO2絕大部分呈非晶態(tài)，而非晶態(tài)SiO2越多，硅灰火山灰活性越大，從而有利于提高加氣塊早期強度。由1#～12#試件對比可知，硅灰摻量為0.30 kg時，同等密度等級下對強度增長效果最好，綜上，選取石膏摻量為0.52 kg，硅灰摻量為0.30 kg，不摻減水劑。

2.2.3 不同粉煤灰單摻和復(fù)摻對加氣混凝土性能的影響

由4#、10#、11#、12#、13#試件對比可知，博磊Ⅰ級灰的發(fā)氣效果及發(fā)氣后試塊抗壓強度和密度最優(yōu)，與之相比，博磊Ⅰ級灰和大邑Ⅱ級灰復(fù)摻時，摻量在15%以內(nèi)，強度變化不大，超過15%時，會使強度下降，當完全摻大邑Ⅱ級灰時，強度降低40%以上。相比較博磊Ⅰ級灰，明翔Ⅰ級灰需水量較低，但發(fā)氣效果不好，易冒泡，且強度也偏低，因此，選擇博磊Ⅰ級粉煤灰，最佳摻量為62.6%。

2.2.4 纖維和穩(wěn)泡劑對加氣混凝土性能的影響

由15#、16#、17#試件對比可知，摻加纖維可以提高加氣混凝土砌塊強度，隨纖維摻量增加，強度進一步增大，摻量為0.2%時效果明顯，但也可以看出，不摻纖維時強度就已達4.0 MPa，滿足優(yōu)等品要求；纖維雖然在蒸壓過程中會和坯體發(fā)生化合反應(yīng)而消失，但在靜停過程中依然存在，不利于切割。因此最終決定不摻加玄武巖纖維，但其效果還是比較明顯的。

由15#、18#、19#、20#對比可知，摻加穩(wěn)泡劑可以在同等干密度下提高砌塊自身強度，這是因為穩(wěn)泡劑的添加可以提高澆注穩(wěn)定性，顯著改善氣孔結(jié)構(gòu)：減少大氣孔；并可以減小制品上、中、下密度差，從而提高制品的物理性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量及合格率。

綜上20組配方分析可知，最佳配方應(yīng)為20#，在此配方條件下，B05級加氣混凝土發(fā)氣過程均勻穩(wěn)定，發(fā)氣高度合適，砌塊內(nèi)部勻質(zhì)性較好，且氣孔細而密，孔徑在1～2 mm，蒸壓后強度、密度等性能符合GB 15762—2008中的優(yōu)等品要求。

2.2.5 配筋對加氣混凝土性能的影響

圖1為實驗室配筋模具綁扎方式，圖2為加氣混凝土試塊靜停后沿配筋面切開氣孔分布。

圖1 實驗室配筋模具綁扎方式

圖2 加氣混凝土試塊靜停后沿配筋面切開氣孔分布

由圖2可知，試塊配筋后，橫筋及豎筋周圍氣泡有所變大，這是因為發(fā)氣初始，料漿不能完全沒過配筋，在后期發(fā)氣過程中，料漿處于邊發(fā)氣邊稠化的過程，料漿向上發(fā)起遇到配筋時，由于阻力的影響，氣體要繞過配筋繼續(xù)向上，從而在配筋周圍漿體較少，給了氣泡發(fā)展空間，導(dǎo)致此處氣泡變大。在實驗過程中總結(jié)發(fā)現(xiàn)，初始料漿稠度不要太大，發(fā)氣溫度適當增高，料漿稠化時間適當延長，及添加穩(wěn)泡劑都可以改善此狀況。通過調(diào)整，在最佳配方情況下，保證澆注溫度控制在38～ 40℃，料漿擴展度為24～26 cm，切割前60℃靜停養(yǎng)護3～4 h時可以得到如圖2所示配筋最佳氣孔狀態(tài)，此時試塊勻質(zhì)性較好，氣孔分布均勻，鋼筋握裹力滿足國標要求。

2.2.6 最佳配比加氣混凝土試塊的性能

綜合以上實驗結(jié)果得出B05級加氣混凝土的最佳摻量和摻量可調(diào)范圍見表3。按最佳配比制備加氣混凝土試塊經(jīng)抗壓強度測試后切割出的垂直剖開面見圖3（a），剖開面中心塊的氣孔分布及孔徑大小見圖3（b）。

表3 B05級加氣混凝土的最佳配方和配方范圍

圖3 加氣混凝土試塊垂直剖開面及其中心塊的氣孔分布及孔徑大小

由圖3可見，按最佳配比制備的加氣混凝土試塊氣孔均勻，分布稠密，孔徑較小，成圓球狀，此時其密度合適，力學(xué)性能最好。

在表3的摻量可調(diào)范圍內(nèi)，均可以制備出密度適中，抗壓強度符合GB 15762—2008中優(yōu)等品要求的加氣混凝土板。

3 結(jié)論

（1）影響加氣混凝土板材發(fā)氣穩(wěn)定性的主要因素為鋁粉膏摻量，原材料中鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料總量、擴展度、澆注溫度和靜停蒸養(yǎng)溫度及時間；影響加氣混凝土板材試塊強度的主要因素是加氣塊的密度大小，原材料中鈣、硅質(zhì)材料的比例及其勻質(zhì)性，發(fā)氣產(chǎn)生的氣孔大小及其均勻性。

（2）B05級試塊性能符合GB 15762—2008要求，烘至絕干實際反應(yīng)水量為干料的1.6%～4.7%，因此生產(chǎn)用最佳工藝參數(shù)為，單方物料總量（不含水）設(shè)計為480～505 kg/m3，鋁粉膏摻量為物料總量的0.1%，水泥和石灰總量的可調(diào)整范圍為物料總量的26%～29%，澆注溫度為38～40℃，料漿擴展度為24～26 cm，60℃靜停養(yǎng)護3～4 h，最佳氣孔為球形孔，孔徑為1～2 mm，均勻分布，測試時壓力方向應(yīng)為加氣混凝土發(fā)氣方向的垂直方向。

（3）確定了加氣混凝土試塊的最佳配比及可調(diào)范圍，在此范圍內(nèi)制備的加氣混凝土試塊密度和強度均符合GB 15762—2008優(yōu)等品要求。

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Research on B05 grade lightweight of fly ash aerated concrete slab

LIU Dengxian，WU Xin，ZHANG Xu，YUAN Zeyang，MA Pengfei，GUI Gensheng
（Sichuan Huashi Green Homeland Building Materials Co.Ltd.，Chengdu 610081，China）

The performance of aerated concrete slab such as gas-stability，thickening speed，density and strength has been researched in this paper under different mixing ratio of cement-lime-fly ash system.The experimental data shows that the main factors which affecting the basic performance of aerated concrete slab were the ratio of calcium and silicon in the raw materials，the amount of gas former，basic performance of fly ash，pouring temperature and additive agents which affect the strength and toughness. The best ratio of aerated concrete slab was that cement∶lime∶FA∶gypsum∶aluminum paste∶waste slurry=13.6∶14.0∶62.6∶2.9∶0.1∶5.6，with foam stabilizer content of 0.02%，the best curing system was static stop under 60℃for 2～4 h and autoclave curing under 180℃for 8 h，and the pore structure of aerated concrete slab was uniform，the homogeneity of test block was best at this time，the average compressive strength was up to 4.7 MPa when the density of it was 511 kg/m3.

aerated concrete，slab，fly ash，mixture ratio，performance

TU528.72

A

1001-702X（2016）11-0047-05

2016-05-17；

2016-07-06

劉登賢，男，1972年生，四川簡陽人，高級工程師。