蒸壓粉煤灰加氣砼生產工藝及影響研究

劉鵬 胡榮建

摘? 要：蒸壓粉煤灰加氣砼使用性能的優劣，與其構成物各原料組分的配合比例和過程質量控制有關。本文通過正交試驗法研究主要原料對加氣砼抗壓強度、容重的影響，并試驗了一種無水泥生產蒸壓粉煤灰加氣砼的配合比工藝，實踐證明其在實際生產應用中具有良好效果。

關鍵詞：加氣砼;粉煤灰;配合比;正交試驗;抗壓強度

中圖分類號：TU522?????? 文獻標示碼A???? 文章編號2096-6903（2020）06-0000-00

蒸壓粉煤灰加氣砼是對粉煤灰間接利用的極好產品。建國后，隨著基礎建設建設需求的迅速增長，蒸壓加氣砼作為優良的建筑墻材引入我國，目前其總體工業化生產歷史只有五十多年時間，因此是一種極富生命力的新型建筑材料。

蒸壓加氣砼產品是在二氧化硅（包括粉煤灰、砂等）和鈣質部分（包括生石灰及水泥）的基礎上，引入可以引發氣泡的成分（鋁粉），經過原料混合、反復翻轉、加水攪勻、入模成型、窯內濕熱養護、坯體成型切削、高溫高壓蒸汽加速水化、出釜碼垛等生產操作而完成的重量輕、內部有微氣孔結構的人造墻材制品。由于生產過程中鋁粉在堿性環境下產生氫氣氣泡，在坯體稠化過程中變成了很多非常小、排列緊密的小孔隙，因此最后成品也叫蒸壓加氣砼。這些很多非常小排列緊密的小孔隙使蒸壓加氣砼制品內部的孔隙分布更均勻細致，增加了蒸壓加氣砼內孔隙比例，有效提高了產品的保溫與隔絕熱的能力，此外，產品還有一定的防火性及抗壓抗凍性能。

現階段中國內陸的加氣砼廠一般使用水泥與石灰混合鈣質材料。但使用水泥量大時，不僅坯體硬化慢，強度低，也增加了成本。

本文以構成蒸壓加氣砼的各種原材料成分為研究重點，通過不斷調整各成分比例，對成品各項性能（主要為抗壓強度和容重）進行對比記錄，分析蒸壓加氣砼各原料組分對產品性能的影響，最終得到一種無水泥低成本生產加氣砼配合比生產工藝。

1 試驗方案

1.1 原材料

（1）硅質原料。本試驗選用太原鋼鐵（集團）自備電廠產生的粉煤灰，粉煤灰的化學組成見粉煤灰200目，篩余小于15%，燒失量8.35%。

（2）鈣質原料。生石灰：本試驗采用太原市周邊盂縣生產的中速生石灰，磨細至0.08mm篩篩余15%。對石灰的要求：氧化鈣含量≥72%，其中有效ACaO含量≥65%;氧化鎂≥5%;最終消解溫度≥75℃。

（3）水泥：本試驗采用太原雙良牌P·O 42.5級水泥。

（4）膠凝調節組分：采用太鋼自備發電廠經濕法脫硫產生的二水脫硫石膏。對石膏的要求：氧化鈣含量≤12%;二水脫硫石膏含量≥82%;三氧化硫含量≥30%;含水率≤15%。

（5）發氣組分：采用河北雙城鋁業生產的鋁粉膏。對鋁粉膏的要求：固體分含量大于65%;固體分中活性鋁大于85%;整體發氣率是發氣時間在4min、16min、30min時對應的氫氣發生量要達到40%、65%、85%。

（6）攪拌摻水：工業循環水。

1.2 工藝原料組成設計

原料組成設計需要滿足幾項基本要求，本試驗要達到目標如下：

（1）最后蒸壓加氣砼產品的抗壓性能即（抗壓強度），應符合建筑使用要求。

（2）攪拌過程中粉煤灰漿與各原料組分均勻，不分層，鋁粉發氣正常，澆注到模具中不塌模，所有生產過程利于工人操作及管控。

（3）在達到以上要求后，需最大限度降低水泥用量，在可行范圍內提高工業一般固廢粉煤灰的摻量，以便綜合消納更多的固體廢棄物，降本與改善環境。

本文根據正交試驗原理和規律，設計研究多因素正交水平表L9（3）。

1.3試驗辦法

生產出性能符合市場需要的蒸壓加氣砼產品是本研究的目標，目前太原墻材市場認可加氣砼產品為B06級，采用邊長100mm的標準正方體試塊來作為試驗載體，采用正方體試塊的容重和抗壓強度兩項關鍵成品參數作為評判依據。當原料工藝摻配比設計確定后，嚴格依照國家標準采用邊長100mm的標準正方體試塊對蒸壓加氣砼的各項指標進行檢驗記錄與對比分析。

試驗開始時把原料混合與反復翻攪，目的是把按設計比例稱量好的各種原料組分（粉煤灰、生石灰、水泥等）充分攪拌，混合均勻;用溫度48℃左右的溫水緩慢加入混勻的粉料中，加水后要不停攪拌90s以上，得到擴散度在14cm左右的料漿;要控制發氣組分鋁粉的加入時間，一般在15s左右將鋁粉全部加入料漿內，之后要不斷對料漿進行攪拌，一般時間在45s左右。待全部工序完成后，料漿即可倒入模具中。觀察模具中料漿的發氣情況，一般發氣過程時間在16～18min，在恒定溫度在50攝氏度的恒溫箱中預養1h25min，用鋼釬輕插入坯體表面測試其軟硬，坯體具有一定成型強度后脫模;將脫模后的坯體放入高溫高壓蒸汽環境下進行蒸養;本試驗將成型試塊與生產線切割后的坯體一同放入蒸養釜內，采用中壓蒸汽加壓，保持蒸養釜內的壓力在1.14 Mpa，升起壓力的過程為2h，不宜過快;溫度壓力保持恒穩持續蒸養8h，使得坯體內所有反應充分進行，產品獲得強度后，最后得到用于實驗的9組不同摻比的標準正方體蒸壓加氣試塊。

2 試驗結果與分析

2.1試驗結果

安排試驗，測試試件相關性能，測試結果見表1。

2.2 試驗結果分析

蒸壓加氣砼的內部孔隙率大是產品質輕的關鍵，一般氣孔率可達到百分之七十，國標B06級蒸壓加氣砼砌塊抗壓強度為3.5MPa，見表2。

由表3可知：（1）抗壓強度：△KA=1.78，△KB=0.44，△KC=0.15。依照極差順序，△KA >△KB >△KC。在蒸壓粉煤灰加氣砼各原料組分中，對試塊抗壓強度的影響作用，粉煤灰、石灰、水泥三種原料依次減弱。（2）干表觀密度：△KA=28.33，△KB=14.33，△KC=5.0。依照極差順序，△KA >△KC >△KB。在蒸壓粉煤灰加氣砼各原料組分中，對試塊容重的影響作用粉煤灰影響作用最強，石灰次之、水泥最弱。

蒸壓加氣粉煤灰加氣砼試塊的抗壓強度，與粉煤灰原料摻量增加呈現先升后降趨勢;而伴隨著原料組分生石灰比例的提升，試塊強度出現增大的趨勢;但原料組分水泥配比的變化未對強度的的變化產生明顯影響。當粉煤灰摻量62%、石灰摻量36%、水泥摻量0%時，標準試塊的抗壓強度數值達到最大，最主要的原因可能是承擔加氣主要骨架的硅質原材粉煤灰參與的各種水化反應在適宜條件下充分發展，使得內部小氣孔緊密均勻，最終降低了加氣試塊的內部氣孔率。此外，使用的中速生石灰消解過程中提供的熱量適量，消化速度適中促進了水化產物的生成，這也是強度增長的原因之一。

蒸壓粉煤灰加氣砼成品的容重與主要組成粉煤灰的用量有關，配合比中粉煤灰的使用量提升會使得產品容重緩慢下降;未消解的ACao有效氧化鈣含有量的升高也會產生容重減少的結果;水泥的用量對容重先降低后升高的波動有影響，在各組成組分調整為粉煤灰占62%，生石灰占36%、水泥摻加量為0，調節的石膏占2%時，生石灰在坯體內部遇水持續消解的過程中釋放大量的反應熱，提高了坯體溫度，加速硬化的同時，促進了鋁粉在堿性環境下釋放氫氣的過程; ph值呈現高濃度堿性時，水化硅酸鈣凝膠會出現一種作用，將粉煤灰中大量SiO硅質材料粘接在一起，形成具有強度的二相混合體。流態下的原材料固液混合物在適量脫硫石膏的延緩調節下，與發氣過程共同配合，使得物質內部的結構相互之間聯接較緊密，大幅度降低了孔間孔隙，因而減少了加氣砼成品的干密度。但是，過多使用的生石灰不但會提高產品的原料成本，更對混合體的構成造成不利影響，過量的反應熱會造成原材料固液混合物過快稠化，使得生產節奏過快。如果工人和設備不能匹配料漿硬化反應速度，會造成大量成品破損。

根據上述分析得出結論，三種原料組分粉煤灰、石灰及水泥對加氣砼產品容重及強度影響效果程度各有不同;對產品性能的影響程度最大的是粉煤灰、接著是生石灰、最后是水泥。在正交試驗極差分析的基礎上，依照國家標準GB/T1 1968--2006強度和容重要達到B06等級的要求，并且最大程度減少水泥用量，降低成本，確定最佳原料工藝配比。

3 結論

（1）在原料粉煤灰使用量從60%增長到64%過程里，加氣砼試塊的強度表現為先緩慢增長，達到某一高點后開始降低;產品干密度一開始先表現出減少，隨后趨勢放緩;當提供氧化鈣的生石灰用量從34%提高到38%時，生石灰用量增大，加氣砼試塊的強度提高，但容重出現了下降;當水泥用量由8%至最后無水泥時，隨著水泥摻量的減少，加氣砼試塊的強度沒有明顯變化，在試驗結果中表現出有略微的減少然后再增加的趨勢。

（2）在蒸壓粉煤灰加氣砼各原料組分中，對試塊抗壓強度的影響作用，粉煤灰、石灰、水泥三種原料依次減弱;在蒸壓粉煤灰加氣砼各原料組分中，對試塊容重的影響作用粉煤灰影響作用最強，石灰次之、水泥最弱。

（3）綜合考慮原料成本及加氣砼的物理性能，優化得到一種無水泥生產加氣砼的工藝配合比，即粉煤灰62%、石灰36%、水泥0%、石膏2%、鋁粉0.2%時，其可生產出滿足B06級要求的加氣砼合格品。

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收稿日期：2020-04-23

作者簡介：劉鵬（1987—），男，山西臨汾人，碩士，工程師，研究方向：粉煤灰墻體材料應用生產及研究。

Study on the Production Technology and Influence

of Autoclaved fly ash Aerated Concrete

LIU Peng，HU Rongjian

（Taiyuan Iron and Steel （Group） Fly Ash Comprehensive Utilization Co.Ltd.Taiyuan? Shanxi? 030000）

Abstract： The performance of autoclaved fly ash air-entrained concrete is related to the mixing ratio of each raw material component and process quality control. This paper uses the orthogonal test method to study the influence of the main raw materials on the compressive strength and bulk density of aerated concrete， and tests a non-cement production process of autoclaved fly ash aerated concrete， and the practice proves its application in actual production. Has a good effect.

Key words： aerated concrete; fly ash; mix ratio; orthogonal test; compressive strength