蒸壓加氣混凝土制備過程的影響因素分析

張訓利，劉玉亭，錢紅梅

（1皖西學院 建筑與土木工程學院，安徽 六安 237000；2安徽省高迪循環經濟產業園股份有限公司，安徽 六安 237000）

0 前言

蒸壓加氣混凝土制品作為一種新型的輕質保溫墻體材料，越來越受到市場的青睞，被廣泛應用于建筑工程中。

加氣混凝土是由硅質材料和鈣質材料經過磨碎后與發氣劑（如鋁粉）及其他添加劑混合按照一定的比例配合、攪拌、澆筑、鋼筋網后發氣成型的，再經過靜停、切割和蒸壓養護等工序，制成最終所需要的混凝土制品。其具有防火性能好、質量輕、節能環保、保溫隔熱等優點。

加氣混凝土試塊出釜后切割成所需要的尺寸，并烘干到含水率為8%～12%，然后檢測其抗壓強度、劈裂強度；再在（60±5）℃的溫度條件下烘24h，繼續在（80±5）℃的溫度條件下烘24h，在（105±5）℃的溫度條件下烘干至恒重，再檢測其含水率與干密度。在生產制備過程中，每一個環節和步驟都會對制品的各項性能產生不同程度的影響。

1 蒸壓加氣混凝土的生產工藝流程

1.1 加氣混凝土的種類

加氣混凝土是一種多孔隙結構，它是由硅質材料和鈣質材料通過化學造氣經蒸壓養護完成水化反應，從而獲得強度等物理力學性能的硅酸鹽混凝土。從它的物質組成和化學反應的產物來看，它是一種硅酸鹽混凝土；就孔隙結構而言，它是一種多孔混凝土。

加氣混凝土制品按照不同的用途可以分為：非承重砌塊、承重砌塊、墻板、屋面板、保溫砌塊等。其中，最為廣泛的是非承重砌塊，主要用于無承重框架結構的填充墻和隔墻；承重砌塊用于經過特殊結構處理的建筑；保溫砌塊主要用于建筑墻體保溫；屋面板和墻板為鋼筋加氣混凝土板，配筋根據用途不同而不同。

1.2 生產工藝流程

根據加氣混凝土的用途不同、原材料的種類不同、主要設備的工藝特性等，可采用不同工藝來進行生產加工。但一般來說，主要的生產工藝流程可以分為原材料的制備、鋼筋的加工、鋼筋網的組裝、配料、澆注、靜停、切斷、蒸壓養護和出釜等。加氣混凝土的生產工藝流程參見圖1。

圖1 工藝流程圖

2 原材料對加氣混凝土的影響

加氣混凝土的生產首先要將砂子、石灰、粉煤灰等硅質材料和鈣質材料進行磨細，其他化學品等輔助材料根據需要可以自制也可以購買添加。各原材料的制備工序，是加氣混凝土在進行配料前的準備工序，是使加氣混凝土進廠的原材料符合工藝要求的再加工過程，它是最為基本的過程，直接影響到整個生產能否順利地進行，產品的質量能否滿足要求。

2.1 鈣質原材料的影響

石灰和水泥是生產加氣混凝土的主要鈣質材料。石灰中最主要的成分是CaO，不過也含有少部分的SiO2、Fe2O3和MgO等成分。由于生石灰在煅燒的時候分解得并不是很完全，所以石灰中常含有未分解的CaCO3和其他化合物等。石灰的成分可分為兩個部分：一個是CaO，從CaCO3中分解來的游離狀態的活性部分，是能夠參與水化反應的成分，因此又稱之為有效氧化鈣；另一部分是包括未分解的CaCO3、過燒的CaO等，是非活性部分，這部分不參與加氣混凝土的水化反應。

鈣質材料中有效鈣的相對含量對加氣混凝土最終水化產物中的鈣硅比有很大影響，進一步會影響加氣混凝土的力學性能。含量過高會釋放過多的熱量，破壞鋁粉穩定的產氣過程，使孔結構不均勻，孔徑過大和不規則孔的數量增加，產品性能不穩定；含量過少則水化產物含量就會降低，混凝土制品的力學性能就會達不到要求。隨著鈣硅比的升高，水化產物中水化硅酸鈣晶體逐漸崩解，形成較短、較細的針狀晶體，使混凝土結構變得更加疏松，進而影響硅氧四面體的鏈接方式。

2.2 硅質原材料的影響

硅質原料就是含有有效硅的材料，能夠作為加氣混凝土制作的硅質原料有尾礦、粉煤灰、石英砂等含硅材料。粉煤灰是工業上生產加氣混凝土的主要硅質原材料之一。隨著節能減排政策的實施，大部分尾礦中含有較高比例的SiO2，可作為制備加氣混凝土的主要硅質原料。因此，尾礦也成為了工廠制備加氣混凝土的主要原料之一。

由于硅質材料顆粒的活性較低，溶解也很低，常溫常壓下難以參與水熱合成反應，所以硅質材料（SiO2）在蒸壓養護過程中會產生很大的影響；而且在高溫高壓下的SiO2溶解度會大大增加。

除了粉煤灰自身是一種比較細的硅質材料以外，其他的硅質材料例如尾礦、石英砂等往往都是顆粒比較粗的，需要磨細才能用。加氣混凝土原料的硅質材料的適宜顆粒半徑為0.074mm左右，過細的硅質材料在磨削過程中不僅消耗大量電能，而且磨削后的SiO2顆粒呈近球形；顆粒徑過大時，反應物的接觸面積就小，反應的表面能就小，反應速率就會降低。

2.3 發氣材料對生產工藝的影響

在制作加氣混凝土的生產工藝中,發氣材料的作用就是在料漿靜停的時候發生相關的理化反應，釋放氫氣從而使混凝土形成細小而且均勻的微小氣孔，因此加氣混凝土擁有疏松多孔的物理結構。加氣混凝土的孔隙率特別大，在一般情況下發氣膨脹階段要求料漿的體積膨脹至少一倍以上，因此要求發氣材料必須在反應的時候能夠提供足夠量的氣體，而且是不溶于水或者極難溶于料漿的氣體。為了能夠使這些氣體在料漿中（靜停養護階段）形成尺寸合適、大小均勻的氣泡，且能保持穩定而不破裂、不變形，除了靜停養護要具備一定的溫度、料漿擁有一定的濃稠度條件以外，適當的增加能夠使氣泡穩定的氣泡穩定劑也是特別重要的。

鋁粉是生產加氣混凝土時常用的發氣劑，而鋁粉的相對含量對生產的加氣混凝土性能的影響非常明顯。劉宏等人的研究結果顯示料漿中鋁粉的相對含量低于0.07%時對加氣混凝土制品的強度和干密度的影響較小，但當料漿中鋁粉的相對含量超過0.08%后，混凝土制品的強度和干密度的下降幅度非常明顯，所以，在生產制備的過程中要嚴格地控制鋁粉用量。并且在使用的時候還應當注意鋁粉細度，防止鋁粉被氧化。

2.4 調節材料對生產工藝的影響

為了使澆注發氣能夠更加穩定，為了讓制品在蒸壓養護的時候不會產生裂縫，為了坯體的硬化更加迅速，提高制品的強度，需要在配料中加入合適的輔助材料，統稱為調節材料（常用的有純堿、燒堿、水玻璃、石膏等）。調節材料能夠使加氣混凝土制品在生產中的某一工藝環節得以優化，提升產品的性能。生產不同的加氣混凝土，加入的調節材料也不同。

3 養護階段對加氣混凝土性能的影響

在加氣混凝土生產過程中，在經過了澆注之后，料漿會經過一系列的理化反應形成坯體，而坯體在合適的溫度和濕度條件下，經過一段時間的反應繼續完成它自身的硬化過程，進而達到混凝土切割所需要的強度等級，我們稱這個過程為靜停。靜停切割后的蒸壓養護是加氣混凝土獲得物理強度等性能的必要過程，是最終水熱合成產品的必要條件。這一過程不僅關系到最終產品的性能，而且關系到每個工廠的生產效率和能耗。

3.1 靜停養護對加氣混凝土性能的影響

發氣階段，是加氣混凝土坯體成型的階段，這個階段是形成良好的孔隙結構來達到制品成型的過程。這個過程主要是由原材料的理化性質和澆注控制過程的生產工藝參數決定的。靜停過程中幾乎不需要操作，只是坯體的內部自發地進行著理化反應。在靜停中，石灰和水泥等原材料反應產生的凝膠材料不斷地增多，坯體中的自由水含量不斷地減少。當坯體由塑性狀態轉變成具有一定強度，并且這個強度能夠承受制品自身的重力時，稱混凝土制品已經硬化到適合切割。在這個過程中，除了原材料性質、工藝參數外，靜停養護的環境溫度以及靜停的時間長短也是其直接的影響因素。

3.2 蒸壓養護對加氣混凝土性能的影響

要實現胚體充分合理地固化，使產品能在短時間內獲得所需的強度，并最大限度地避免可能的損壞，就要做到真空、加熱、恒溫和冷卻四個蒸壓養護階段。加氣混凝土產品在生產過程中的各種損傷可分為兩類，即蒸壓養護前后，按損傷發生或發現的時間來劃分。蒸壓養護過程中的損傷并不完全是由蒸壓養護引起的，但隨著損傷時間的延長，我們仍將其歸因于蒸壓養護損傷進行探討。

李娟等人研究了時間對加氣混凝土在蒸壓養護階段性能的影響，發現加氣混凝土水化產物的結晶度隨著時間增長而不斷完善，但托貝莫來石的含量也在不斷增加，并在8h時強度達到最大值，超過8h后托貝莫來石的晶型開始發生變化，制品的強度開始下降。

4 結論

①加氣混凝土在工業上的應用越來越廣泛，原材料、發氣材料、調節材料等在生產制備階段都會影響加氣混凝土的力學性能。所以在推廣加氣混凝土應用的過程中，一定要加強對加氣混凝土產品制備過程的研究探討，以此保證產品的綜合性能。

②加氣混凝土制品是一種應用前景特別好的節能型建筑材料，它的制備過程是一項系統工程。平衡生產過程中各種影響因素之間的關系，需要充分檢驗和研究。掌握各原材料在加氣混凝土制備過程中的特性，控制制備過程中的養護環境，還有對水化產物對制品綜合性能影響的研究，可以為企業優化生產提供參考。

③要加大加氣混凝土制品生產原材料的研究，努力實現建筑廢棄物的回收利用，積極加大工業建筑廢料和尾礦在加氣混凝土生產中的應用，提高加氣混凝土的應用水平。