劉榴燕，李佳雨，秦坤鵬，潘 馳，楊冬升

(貴州師范大學(xué) 材料與建筑工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

0 前 言

加氣混凝土是一種新型建筑材料，其輕質(zhì)，強(qiáng)度利用率大，保溫隔熱性能好，抗?jié)B透性能強(qiáng)，抗震能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1]，使其獲得大眾的青睞。粉煤灰是煤粉燃燒后產(chǎn)生的固體顆粒，它的大量堆積帶來(lái)了一系列問(wèn)題。比如，土地資源浪費(fèi)、土地退化、環(huán)境污染甚至危害人類的身體健康等。將粉煤灰應(yīng)用于加氣混凝土中，可以大大提高粉煤灰的利用率，使其變廢為寶。粉煤灰在加氣混凝土中的應(yīng)用可以降低成本、節(jié)約資源，也可以提高混凝土的密實(shí)度、強(qiáng)度、耐久度和抗裂性能[2]。本文參考相關(guān)文獻(xiàn)資料，對(duì)粉煤灰加氣混凝土的優(yōu)點(diǎn)、生產(chǎn)工藝、配合比進(jìn)行綜述，并解析了其制品存在的問(wèn)題以及解決方法。

1 粉煤灰加氣混凝土的優(yōu)點(diǎn)

粉煤灰加氣混凝土是以粉煤灰為主要原料制成的加氣混凝土，其中粉煤灰占比為加氣混凝土總重的65%～75%[3]。粉煤灰加氣混凝土是一種節(jié)約資源、綠色環(huán)保的節(jié)能型建筑材料。除了綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，粉煤灰加氣混凝土還有以下優(yōu)點(diǎn)。

1)節(jié)約成本。粉煤灰屬于工業(yè)廢料，用其替代一部分的水泥制作加氣混凝土，可以大幅降低成本。

2)普通混凝土的抗裂性能差，抗折強(qiáng)度低。但是，如果將一定量的粉煤灰加入混凝土中，可以在一定程度上降低堿-骨料的反應(yīng)，進(jìn)而提高混凝土的抗裂能力。粉煤灰多呈現(xiàn)球狀，這樣的形態(tài)存在于混凝土中可以減小空隙，從而提高混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度。蒲代君[4]通過(guò)粉煤灰加氣混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)得出，讓粉煤灰代替部分水泥，混凝土的后期抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到甚至超過(guò)純水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度。

3)粉煤灰加氣混凝土由于其內(nèi)部有大量的氣孔，故而有良好的隔熱保溫性能。實(shí)踐證明，粉煤灰加氣混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)是黏土磚塊的1/4～1/5，0.2 m厚的加氣混凝土墻可以達(dá)到0.49 m厚的普通實(shí)心黏土磚墻的保溫效果[5]。現(xiàn)今，粉煤灰加氣混凝土砌塊(如圖1所示)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冬冷夏熱地區(qū)，這樣的應(yīng)用方式不僅可以有效提高建筑的保溫性能，而且可以節(jié)約成本，提高施工效率。

圖1 粉煤灰加氣混凝土砌塊

4)工藝簡(jiǎn)便，節(jié)省電量。相較于水泥-礦渣-砂混凝土[6]而言，粉煤灰加氣混凝土中除了少量的石灰和石膏需要磨細(xì)以外，其余的配料可直接使用。

5)硬化時(shí)所需時(shí)間短。粉煤灰加氣混凝土澆筑后靜停3 h[6]，即可硬化進(jìn)行切割、這樣可以大幅度提高生產(chǎn)效率，節(jié)約時(shí)間。

6)粉煤灰加氣混凝土是一種不燃材料，具有超高的耐火性能。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，這種不燃材料可以阻斷火勢(shì)的蔓延，避免帶來(lái)更大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。而且加氣混凝土砌塊在高溫的環(huán)境中不會(huì)產(chǎn)生有毒、有害氣體，這就可以大大降低火災(zāi)發(fā)生時(shí)被困人員因?yàn)槲胗泻怏w而傷亡的數(shù)量。

2 生產(chǎn)工藝

粉煤灰加氣混凝土制品[7]是以粉煤灰、石灰、水泥、發(fā)氣劑、氣泡穩(wěn)定劑、調(diào)節(jié)劑等原材料通過(guò)攪拌，澆筑，靜停，切割，蒸壓養(yǎng)護(hù)等工序制得。粉煤灰加氣混凝土在生產(chǎn)的時(shí)候，由于工廠不同，一些工藝也會(huì)存在有區(qū)別的情況。但是，其基本的工藝流程(如圖2所示)是一樣的。本文對(duì)生產(chǎn)工藝的每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了介紹。

圖2 粉煤灰加氣混凝土工藝流程

1)原料加工。高質(zhì)量的產(chǎn)品離不開(kāi)前期對(duì)鈣質(zhì)材料、硅質(zhì)材料、發(fā)氣材料和調(diào)節(jié)材料等的加工處理。原料加工是生產(chǎn)的第一步，它可以為之后的制品提供質(zhì)量保障。

粉煤灰：一種硅質(zhì)材料，在生產(chǎn)加氣混凝土制品時(shí)，粉煤灰的粗細(xì)程度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響非常大。為了發(fā)揮粉煤灰的最大作用，在生產(chǎn)前需要對(duì)粉煤灰進(jìn)行研磨處理。這樣可以增加粉煤灰的顆粒表面積，更好地激發(fā)其活性，進(jìn)而提高制品的力學(xué)性能。陳燕菲等[8]通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到，把經(jīng)過(guò)粉磨處理的陳積粉煤灰代替30%的水泥摻入試件中，其抗拉、抗壓強(qiáng)度都較未經(jīng)研磨處理的試件更優(yōu)。不僅粉煤灰的細(xì)度會(huì)影響加氣混凝土的質(zhì)量，而且它的摻入量是影響混凝土強(qiáng)度的因素。陳征征[9]研究得出，當(dāng)粉煤灰摻入量在0.7～0.9時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著粉煤灰摻入量的增加而減小。由此可以看出，生產(chǎn)時(shí)要注意控制粉煤灰的加入量。需要注意的是，對(duì)于需要濃縮的粉煤灰要先濃縮再磨細(xì)[3]。

石灰：生產(chǎn)加氣混凝土?xí)r使用的一種鈣質(zhì)材料，主要成分是CaO，用于提供熱源。生產(chǎn)過(guò)程中，有效氧化鈣的含量會(huì)影響混凝土的質(zhì)量，要將含量控制在60%以上。為了改善制品的生產(chǎn)工藝，提高其質(zhì)量，常使用生石灰。生產(chǎn)時(shí)，要先把石灰破碎再粉磨。為了增加石灰的溶解度和減少石灰消化過(guò)程中體積膨脹，石灰的細(xì)度要適中。

石膏：生產(chǎn)加氣混凝土所使用的一種調(diào)節(jié)材料，生產(chǎn)時(shí)加入調(diào)節(jié)材料，可以優(yōu)化制品，增加其力學(xué)性能，提高質(zhì)量。對(duì)于不同的加氣混凝土，所使用的調(diào)節(jié)材料也有差異。粉煤灰加氣混凝土中的調(diào)節(jié)材料是石膏。在生產(chǎn)時(shí)，石膏的摻入量小，故常常將破碎后的石膏與石灰或者粉煤灰共磨。這樣可以在更短的時(shí)間內(nèi)得到更多的制品。

發(fā)氣劑：常使用鋁粉和鋁膏，在使用鋁粉作發(fā)氣劑時(shí)要對(duì)其進(jìn)行脫脂處理去掉鋁粉表面的硬脂酸保護(hù)層。目前，大多工廠使用的都是化學(xué)脫脂法[10]，為了提高鋁粉的發(fā)氣速度，還要對(duì)其進(jìn)行研磨處理。在生產(chǎn)過(guò)程中，要注意控制鋁粉的含量。英志剛等[1]利用正交分析的方法研究了鋁粉摻量對(duì)粉煤灰加氣混凝土性能的影響，隨著鋁粉摻量不斷增加，加氣混凝土的密度和抗壓強(qiáng)度會(huì)有所降低，鋁粉摻量在0.12%時(shí)最佳。由此可以看出，鋁粉的摻量并非越多越好，要控制好摻量。

水泥：作為粉煤灰加氣混凝土的主要膠凝材料，可以調(diào)節(jié)料漿黏稠度和減少坯體硬化的時(shí)間。在生產(chǎn)之前，不用對(duì)水泥做額外的處理。

2)配料。首先，計(jì)算好各原料的用量。其次，對(duì)物料進(jìn)行計(jì)量。計(jì)量時(shí)，可以用重量計(jì)量和流量計(jì)量來(lái)對(duì)液體物料計(jì)量，體積計(jì)量和重量計(jì)量對(duì)漿狀物料計(jì)量[10]，粉狀物料可以采用重量計(jì)量，然后按順序投料。投料時(shí)，避免粉料結(jié)塊，要邊攪拌邊投料。

3)澆筑。粉煤灰加氣混凝土澆筑時(shí)的穩(wěn)定性對(duì)制品的質(zhì)量有很大的影響，因此，要調(diào)節(jié)好水料比、料漿溫度、鋁粉的細(xì)度、石膏的用量和澆筑溫度等一系列因素。加氣混凝土澆筑一定要及時(shí)，如果時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，料漿會(huì)在攪拌設(shè)備中氣稠化，也會(huì)影響澆筑的質(zhì)量。

4)靜停及切割。在澆筑結(jié)束后，經(jīng)過(guò)反應(yīng)的料漿成為坯體。把澆筑結(jié)束后的模具放在溫度為20℃～50℃的環(huán)境中靜停3 h[3]，等到坯體的強(qiáng)度達(dá)到0.05 MPa左右再完成切割。靜停養(yǎng)護(hù)時(shí)，溫度、時(shí)間對(duì)坯體的強(qiáng)度有直接的影響，進(jìn)而影響切割。切割分為手工切割和機(jī)械切割，各有其優(yōu)勢(shì)。切割時(shí)要把握好時(shí)機(jī)，不宜過(guò)早，也不宜過(guò)遲。

5)蒸壓養(yǎng)護(hù)。蒸壓養(yǎng)護(hù)是提高加氣混凝土強(qiáng)度的必要條件。這一環(huán)節(jié)需要在蒸壓釜中進(jìn)行，它的過(guò)程分為4步：抽真空、升溫、恒溫、降溫。抽真空的過(guò)程要均勻[11]，避免坯體開(kāi)裂。升溫時(shí)為了避免出現(xiàn)生芯的現(xiàn)象，要注意通風(fēng)保證坯體內(nèi)外層無(wú)明顯溫差，而且升溫時(shí)要注意控制好速度，不能過(guò)快。恒溫過(guò)程中的溫度是關(guān)鍵，生產(chǎn)時(shí)可將溫度控制在200℃以上[12]。恒溫過(guò)程只要時(shí)間足夠即可，并不是時(shí)間越長(zhǎng)越好。降溫過(guò)程中可采用自然降溫，在保證壞體不被溫度差應(yīng)力破壞的前提下可加速降溫[13]。

6)檢驗(yàn)。粉煤灰加氣混凝土制品完成以后，要對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)。我國(guó)針對(duì)加氣混凝土制品有一套標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則，所有的產(chǎn)品在抽查合格以后才會(huì)流入市場(chǎng)，投入使用?！墩魤杭託饣炷疗鰤K》(GB 11968—2006)中明確提到了加氣混凝土砌塊各項(xiàng)檢驗(yàn)項(xiàng)目的合格標(biāo)準(zhǔn)以及檢驗(yàn)方法。先隨機(jī)抽取部分砌塊進(jìn)行尺寸和外觀的檢查，然后再?gòu)暮细竦钠鰤K中抽取部分成品檢驗(yàn)其干密度、強(qiáng)度、干燥收縮、抗凍性和導(dǎo)熱系數(shù)。產(chǎn)品的所有性能都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求以后，還需要存放5 d以上才可以出廠。

3 配合比

配合比的確定是一項(xiàng)非常繁雜的工作，但它又是生產(chǎn)粉煤灰加氣混凝土的關(guān)鍵一環(huán)。它不僅影響著成本的高低，也影響著所生產(chǎn)的制品質(zhì)量。粉煤灰加氣混凝土配合比的設(shè)計(jì)有超量取代法、等量取代法和外摻法[14]。其基本配合比[3,15](百分比)為水泥∶石灰∶粉煤灰∶石膏∶鋁粉=7～10∶15～19∶65～70∶3～5∶0.07，水灰比=0.6。但是，施工時(shí)的配合比不僅要參考基礎(chǔ)配合比，而且要根據(jù)混凝土的強(qiáng)度等不斷試配和調(diào)整才能得到。

4 存在的問(wèn)題及解決措施

1)空鼓和裂縫。粉煤灰加氣混凝土墻體常出現(xiàn)空鼓和裂縫的現(xiàn)象。造成這一現(xiàn)象的原因可從以下方面考慮[16]：加氣混凝土的干縮率大；使用了養(yǎng)護(hù)期不足28 d的砌塊；把不同干密度和強(qiáng)度等級(jí)的砌塊混砌[17]；砌塊的斷裂面不齊或者缺棱掉角，從而導(dǎo)致灰縫不均勻；基層清理不徹底；抹灰后的養(yǎng)護(hù)不到位等。為了減少這些問(wèn)題的出現(xiàn)，可以從原材料的質(zhì)量、砌塊的質(zhì)量和抹灰質(zhì)量三方面來(lái)尋求應(yīng)對(duì)方法，具體操作時(shí)可以實(shí)施以下的措施：使用自然養(yǎng)護(hù)達(dá)到28 d以上的砌塊；砌塊上墻前1～2 d要澆水潤(rùn)濕，不宜過(guò)濕，濕水深度不要超過(guò)10 mm[18]；加氣混凝土和抹灰砂漿層做一層粘結(jié)層[19]；嚴(yán)格按照配合比施工等。嚴(yán)格把控原材料的質(zhì)量并且按照要求進(jìn)行操作是減少空鼓和裂縫產(chǎn)生的首要條件。

2)黑芯。黑芯指的是蒸不透、蒸不熟、生芯等現(xiàn)象。加氣混凝土的黑芯部分強(qiáng)度極低，搬運(yùn)時(shí)易斷裂。弄清黑芯產(chǎn)生的原因并且針對(duì)其提出相應(yīng)的解決方案是提高制品質(zhì)量的必要條件。黑芯現(xiàn)象產(chǎn)生的本質(zhì)原因在于水熱反應(yīng)不充分，CSH(I)水化產(chǎn)物較少甚至沒(méi)有[20]。生產(chǎn)過(guò)程中可以從硅質(zhì)材料、鈣質(zhì)材料、生產(chǎn)工藝、配料等方面來(lái)預(yù)防黑芯的產(chǎn)生。生產(chǎn)時(shí)，為了避免因?yàn)楣栀|(zhì)材料顆粒過(guò)大而造成的黑芯現(xiàn)象，可以對(duì)其進(jìn)行研磨處理。鈣質(zhì)材料消解速度快或者其中的有效氧化鈣含量低也會(huì)產(chǎn)生黑芯現(xiàn)象[20]，解決這樣的問(wèn)題可以延長(zhǎng)石灰在窯內(nèi)停留的時(shí)長(zhǎng)或者調(diào)整配合比。胚體切割尺寸過(guò)大；切割完畢時(shí)未及時(shí)進(jìn)釜；蒸壓時(shí)升溫速度過(guò)快；蒸壓釜內(nèi)排水不及時(shí)；蒸壓釜內(nèi)的氣壓過(guò)高或過(guò)低等因素都可能是黑芯產(chǎn)生的源頭。所以，要嚴(yán)格制定并遵守蒸養(yǎng)制度。

要提高粉煤灰加氣混凝制品的質(zhì)量，不僅要預(yù)防，而且要對(duì)各個(gè)問(wèn)題采用相應(yīng)的解決措施。無(wú)論是生產(chǎn)還是施工，都要把每個(gè)環(huán)節(jié)緊密相扣，嚴(yán)格落實(shí)和執(zhí)行相關(guān)的規(guī)章制度。

5 結(jié)束語(yǔ)

粉煤灰加氣混凝土是一種環(huán)保型混凝土，本文介紹了粉煤灰加氣混凝土質(zhì)輕、高強(qiáng)、隔熱保溫、抗震、吸音等特點(diǎn)，配合比[3,15]為水泥∶石灰∶粉煤灰∶石膏∶鋁粉=7～10∶15～19∶65～70∶3～5∶0.07，水灰比=0.6，著重綜述了其工藝流程—

原料加工、配料、澆筑、靜停切割、蒸壓養(yǎng)護(hù)，以及其制品中黑芯、墻體空鼓、裂縫問(wèn)題和解決措施。

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