蒸壓粉煤灰磚凍融試驗后強度提高的原因分析

【摘 要】 按照GB/T 2542-2012《砌墻磚試驗方法》對蒸壓粉煤灰磚進行凍融試驗，檢驗結果為凍融后蒸壓粉煤灰磚的強度比凍融前蒸壓粉煤灰磚的強度大，其原因是：在生產蒸壓粉煤灰磚工藝過程中，配料、技術水平或蒸壓養護不合理，導致第一次水熱反應不徹底，在凍融試驗時發生二次水熱反應，進而使凍融試驗后蒸壓粉煤灰磚的強度提高。

【關鍵詞】 蒸壓粉煤灰磚 凍融試驗 強度 抗凍性能 水熱反應

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2017.01.012

1 前言

一般情況下，對于墻體材料，包括燒結制品和混凝土（水泥混凝土、硅酸鹽混凝土）制品，其凍融后的強度都要比凍融前的強度有所降低，而我所接受企業的委托，要求按GB/T 2542-2012《砌墻磚試驗方法》對送來的蒸壓粉煤灰磚樣品進行凍融試驗——即評價蒸壓粉煤灰磚的抗凍性能，檢驗結果卻是強度損失出現負數，也就是說，凍融后的強度要比凍融前的強度大（抗凍性能增加），本文就這一問題進行詳細分析。

2 實驗部分

2.1 凍融試驗原理

首先，將試樣放入電熱鼓風干燥箱中在105℃±5℃下干燥至恒重；再將試樣浸入10℃～20℃的水中，放置24h，取出，擦去表面水分，大面側向立置于預先降溫到-15℃以下的低溫箱中，間距大于20mm；當低溫箱溫度再次降至-15℃時開始計時，在-15℃～-20℃溫度條件下冰凍5h。然后將試樣取出放入10℃～20℃的水中融化，持續不少于3h，形成一次凍融循環；經過15次凍融試驗的試樣，放入電熱鼓風干燥箱中在105℃±5℃下干燥至恒重；然后在WEW-1000_W61-25型微機屏顯示液壓萬能試驗機測得干燥后的試樣和未經凍融試驗試樣的強度值，并做記錄（見表1）。

2.2 實驗設備

低溫箱（箱內溫度可以控制在-20℃以下）、水槽（控制槽中水溫10℃～20℃）、臺秤（其分度值為5g）、電熱鼓風干燥箱、WEW-1000_W61-25型微機屏顯示液壓萬能試驗機。

2.3 實驗樣品

10塊240mm×115mm×53mm的蒸壓粉煤灰磚，將樣品從1#編至10#，其中6#～10#樣品用于凍融試驗，1#～5#塊用于未凍融強度對比試驗。

2.4 實驗結果（見表1）

3 結果分析與討論

3.1 粉煤灰及蒸壓粉煤灰磚的原材料及生產工藝

在我國，雖然主要能源已有部分由核能、水利發電和太陽能所取代，但還有很多行業是以煤為主要能源的，因此排放大量的粉煤灰，造成了嚴重的環境污染，同時占用了大量的土地。以粉煤灰為原料制作粉煤灰磚，一方面是廢物利用，另一方面也符合環境保護的要求。由于不同地方的煤的組成不同，因此其粉煤灰的組成也不盡相同，但粉煤灰的組成大致為：Si含量最高，其次是Al，以復雜的復鹽形式存在（如SiO2、Al2O3），酸溶性較差，然后是Fe含量相對較少，以氧化物（Fe3O4、Fe2O3）形式存在，酸溶性好，此外還有未燃盡的炭粒、CaO和少量的MaO、Na2O、K2O、SO3等。

蒸壓粉煤灰磚是以粉煤灰、石灰或水泥為主要原料（本文所檢產品為石灰），摻加適量石膏和集料經混合料制備、壓制成型、高壓飽和蒸汽養護而制成的粉煤灰磚。由于蒸壓粉煤灰磚采用了高壓飽和蒸汽養護（高壓飽和蒸汽養護是指在蒸汽溫度在174.5℃以上，工作壓力在0.8MPa以上的條件下養護），使蒸壓粉煤灰磚中的活性組成部分充分進行水熱反應，使得生產出來的蒸壓粉煤灰磚強度高，性能穩定。

3.2 蒸壓粉煤灰磚經凍融后的強度度大（即抗凍性增強）的原因分析

3.2.1蒸壓粉煤灰磚凍融試驗后強度的影響因素

抗凍性能是衡量砌墻磚及其他用途磚的耐久性的主要指標之一，是通過凍融試驗來計算其強度損失和質量損失（由于蒸壓粉煤灰磚凍融試驗后的質量損失未出現反常現象，因此這里不予討論）來評價的。凍融試驗的破壞性主要是由磚中的物理方式結合水結冰導致體積膨脹產生的壓力，以及試樣中的過冷水份發生遷移產生的滲透壓共同作用的結果。也就是說：如果磚中含有吸水率高的組分，吸收的水是以游離水的狀態與磚中某種組分結合，即物理結合，當磚在高溫或通風處時，這種水是可以失去的；或者磚內部有微觀層裂，這些縫隙也能滲入大量的水。當將飽水磚放入低溫箱時，水就會結冰，水變冰體積要增大，再將低溫箱中的磚放入恒溫水槽，磚內的冰變成水，冰變水的體積要變小，這樣反復15次，磚將會變“酥”，強度一定會降低，也就是抗凍性降低。

粉煤灰中未燃盡的炭粒，是一種影響蒸壓粉煤灰磚凍融后強度的成份，其具有吸水性大、強度低、易風化特點，因此在使用時盡可能將其除掉。

原料中的石灰的量也是要控制的，因為添加石灰的用途是：CaO和SiO2之間發生水熱反應，生成水化硅酸鹽，制品生成的水化硅酸鹽含量越高，其強度越高，但是如果石灰過量，過燒的CaO不但晶粒粗大，結構緊密，而且消解緩慢，這一過程常在水熱處理中進行，同時伴隨體積膨脹，從而使制品強度降低、開裂。

在粉煤灰磚的生產工藝中，用水量需要嚴格控制，因為粉煤灰磚在發生水熱反應時，需要的水量是很少的，大部分水份被蒸發掉或者保留在粉煤灰磚體的空隙中。如果水份過少，容易造成水熱反應不完全，制品表面易起砂，會影響產品質量；過多，則空隙中的水份結冰，也會影響產品質量。

粉煤灰磚試樣在高壓飽和蒸壓養護時，粉煤灰中的活性成份SiO2和Al2O3可以與石灰進行充分的水熱反應，而且以石英硅和晶態硅形態存在的SiO2，都可以不同程度地被高溫高壓蒸汽激活，可以迅速地與石灰結合發生水熱反應。

當具有合理的配料、技術水平先進的成型工藝裝備和合理的蒸壓養護控制條件下，蒸壓粉煤灰磚制品中的水化物可以處于多相平衡狀態，如托勃莫來石、水化硅酸鈣、凝膠（C-S-H）及鈣礬石（3CaOAl2O33CaSO432H2O）、水化石榴子石（C3ASnH6-2n）等同時并具有適合的比例平衡存在，使得制品具有較高的強度和耐久性能。

3.2.2 凍融后的強度增大原因的分析

首先，粉煤灰磚試樣置于電熱鼓風干燥箱中，在105℃±5℃的溫度條件下進行干燥，干燥初始，粉煤灰磚中還有水分存在，可以實現對蒸壓粉煤灰磚的水熱反應。

其次，烘干質量恒定后，將試樣放在10℃～20℃的水中浸泡24h，尤其在剛開始浸泡的時候，試樣的溫度高達100℃，也可以使粉煤灰磚發生水熱反應。

第三，將飽水的試樣放入溫度控制在-15℃～-20℃的低溫箱中冷凍5h，然后取出將其放入10℃～20℃的水中3小時后進行融化并浸泡，這樣的過程反復15次，在這個過程中，試樣要在10℃～20℃的水中浸泡45h以上，對蒸壓粉煤灰磚還可以實現水熱反應。

第四，凍融循環結束后，將粉煤灰磚放在溫度為105℃±5℃的電熱鼓風干燥箱中一直干燥至恒重，這一過程，又一次實現了對粉煤灰磚更充分的水熱反應。

蒸壓粉煤灰磚如果配料、技術水平和合理的蒸壓養護哪一環節出現了問題，導致產品內部組成成分沒有全部發生水熱反應，那么在進行凍融循環試驗時，提供了水熱反應的條件下，會發生二次水熱反應，從而使磚的強度增長。

因此，在凍融試驗中，雖然冷凍過程能降低樣品的強度，但是，在整個凍融試驗中對樣品實現的水熱反應大大提高了樣品的強度，總的結果表現為強度增加。

4 結論

蒸壓粉煤灰磚生產過程中可能由于某種原因導致產品內部組成成分沒有全部發生水熱反應。這種沒有全部發生水熱反應的組成成分在凍融實驗過程中會繼續發生水熱反應，使組成成分趨近于更合適的比例平衡存在，從而使蒸壓粉煤灰磚凍融后的強度比凍融前的強度大，即強度損失出現負數。

參考文獻

[1]李慶繁，關于制定蒸壓粉煤灰磚行業標準的建議[J].墻材革新與節能建筑，2004，（11），19-22.

[2]劉鑫等，蒸壓粉煤灰建筑制品生產技術研究[J].磚瓦，2004，（1），30-32.

[3]濮松榮，蒸壓粉煤灰磚抗凍性能試驗研究[J].建筑砌塊與砌塊建筑，2008，（6），30-33.

[4]GB/T 2542-2012 砌墻磚試驗方法[s].