加氣混凝土產品生產工藝的改進試驗研究

摘要：粉煤灰蒸壓加氣混凝土的性能優劣與原料配合比和過程質量控制有關。本文通過試驗研究主要原料對加氣混凝土抗壓強度、容重的影響，并分析蒸壓加氣混凝土產品的過程質量控制方法，以更好地生產和應用加氣混凝土產品。

關鍵詞：加氣混凝土；粉煤灰；配合比；試驗；抗壓強度

中圖分類號：TU522.3+2 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）06-00-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.06.011

Experimental Study on Improving the Production Process of Aerated Concrete Products

LIU Peng， HU Rongjian， LIU Huijun， ZHANG Huiyue， ZHANG Meixia， HE Junting

（Baowu Environmental Science Shanxi Resource Recycling Co.， Ltd.， Taiyuan 030003， China）

Abstract： The performance of fly ash autoclaved aerated concrete is related to the raw material mix ratio and process quality control. This paper studies the influence of main raw materials on the compressive strength and bulk density of aerated concrete through experiments， and analyzes the process quality control methods of autoclaved aerated concrete products， so as to better produce and apply aerated concrete products.

Keywords： aerated concrete; fly ash; mix ratio; experiment; compressive strength

隨著建筑節能理念的推廣，我國墻體材料不斷革新，品種日益豐富。目前，我國已形成磚、板、塊三大系列多品種的墻體材料產品體系。我國積極發展節能、節地、利廢的保溫隔熱型墻體材料，現已取得重要成果。為打造循環發展的產業鏈，企業可以利用粉煤灰、脫硫石膏等固廢來生產新型墻體材料[1-2]。當前，建筑材料逐漸朝高強、輕質、節能等多元化方向發展，傳統建筑材料已難以滿足市場需求，因而企業要及時調整產業結構，提高綜合效益。

加氣混凝土產品主要有磚材、板材和砌塊，其生產過程需要合理控制加氣混凝土容重，確保內部氣孔結構較好。蒸壓加氣混凝土墻材質量輕，內部有微氣孔結構，它是以粉煤灰、砂、生石灰、水泥、鋁粉等為原料，經過原料混合、反復翻轉、加水攪勻、入模成型、預養窯內濕熱養護、坯體成型切削、高溫高壓蒸汽加速水化、出釜碼垛等操作生產的人造墻材。蒸壓加氣混凝土制品內部孔隙分布均勻，可以有效提高產品保溫隔熱能力，產品防火、抗壓與抗凍性能良好[3]。在加氣混凝土生產過程中，調節劑用量不大，但作用非常重要，可以顯著改善加氣混凝土產品性能[4]。需要注意的是，粉煤灰品質波動大，顆粒級配差異較大，靜養發氣過程不穩定。本文以蒸壓加氣混凝土產品為研究對象，通過試驗不斷調整原料比例，以降低調節劑成本，提高加氣混凝土產品性能，實現企業降本增效。

1 試驗流程

1.1 粉煤灰細度

本試驗選用太原鋼鐵（集團）有限公司自備電廠產生的粉煤灰，粉煤灰的化學組成如表1所示，X射線衍射（XRD）分析如圖1所示，掃描電鏡形貌分析如圖2所示。

粉煤灰主要成分為SiO2和Al2O3，200目篩余小于15%，燒失量為8.35%。粉煤灰加氣混凝土砌塊強度取決于蒸壓養護過程的水化反應程度，粉煤灰細度對加氣混凝土水化反應有重要影響，一般來說，粉煤灰細度越小，水化反應越充分，產品強度也就越高[5-7]。因此，要對粉煤灰細度進行檢測，如粉煤灰細度不符合要求，粉煤灰制漿后，要采用濕磨機對漿體進行磨細處理。

1.2 生石灰細度

生石灰細度對消解時間的影響如表2所示。隨著粉磨時間的延長，生石灰的篩余量逐漸減少，細度逐漸變小，消解時間相應縮短。一般來說，提高生石灰細度，可增加其比表面積，提高其溶解度，促進其與硅質材料的反應，生成較多的水化產物[8-9]。要監控球磨后產出的白灰粒徑，使得料漿中的白灰活性總體相同，蒸養過程中均勻反應；穩定發泡時間和脹模高度；選擇合適的分散劑，使漿料混合更加均勻。

1.3 鈣硅比

經優化設計，生產加氣混凝土砌塊的原料配合比為23∶4∶70∶3（生石灰∶水泥∶粉煤灰∶石膏），鈣硅比（Ca/Si）為0.65。不同材料的組分如表3所示。

1.4 外加劑摻量

選取低鈣生石灰（CaO含量52%）和高鈣生石灰（CaO含量68%），分別添加0.0%、0.1%、0.2%、0.3%的外加劑，監測生石灰消解時間的變化。外加劑摻量對加氣混凝土砌塊性能的影響如表4所示，其對生石灰消解時間的影響如圖3所示。隨著減水劑摻量的增多，不同比例的生石灰消解時間明顯延長。減水劑摻量從0.0%增加到0.2%時，生石灰消解時間延長明顯，摻量大于0.2%時，消解時間增速放緩。摻量為0.2%時，高鈣生石灰消解時間為13 min，可滿足蒸壓加氣混凝土砌塊的生產要求。另外，消解時間的延長也為提高料漿的水料比奠定基礎。

1.5 調節劑類別

分別加入兩種調節劑，不同調節劑對加氣混凝土砌塊性能的影響如表5、圖4所示。

加氣混凝土采用脫硫石膏單獨調節，均勻性最差，斷面有明顯的大孔。相比前者，加氣混凝土采用三元系石膏基復合調節劑綜合調節，氣孔分布有所改善，孔壁較薄，孔徑分布合理，氣孔分布密集，均勻性很好，抗壓強度和干體積密度比較理想。

2 蒸壓加氣混凝土產品性能

優化后，蒸壓加氣混凝土砌塊的XRD分析如圖5所示，掃描電鏡形貌分析如圖6所示，其主要成分為水化硅酸鈣（CSH）凝膠、托勃莫來石、水化石榴子石，微觀形貌分析也證明了片狀托勃莫來石的存在。

高壓釜中水熱反應是加氣混凝土強度形成的主要原因[10-11]，從本質來看，CaO水化產生Ca（OH）2，水泥中硅酸三鈣、硅酸二鈣水化時析出CSH凝膠和Ca（OH）2，它們與硅質材料中SiO2、Al2O3以及水發生化合反應。當原料含有石膏時（主要成分CaSO4），石膏中的CaSO4也參與反應。一是三硫型水化硫鋁酸鈣，其在125～175 ℃轉變為單硫型，而單硫型在50～200 ℃是穩定的。二是雙堿水化硅酸鈣。雙堿水化硅酸鈣存在于蒸壓開始階段，隨著蒸壓時間的延長，其轉變為低堿水化物。但當石灰或水泥較多時，可能穩定存在雙堿水化物。三是托勃莫來石，它是一種主要的水化產物，半結晶的CSH可以逐漸轉變成結晶良好的托勃莫來石。

3 過程質量控制方法

3.1 粉煤灰細度控制

粉煤灰來自燃煤電廠，其細度取決于磨細煤粉的細度，通常，粉煤灰細度不穩定，波動幅度較大。蒸壓加氣混凝土砌塊生產工藝要求普通粉煤灰細度小于45%（粒徑0.045 mm篩余量），高質量加氣混凝土砌塊生產需要進一步控制粉煤灰細度（一般為25%～35%）。粉煤灰制備成一定濃度的漿體（擴散度22～26 cm，含水率39%～41%），渣漿泵將粉煤灰漿輸送至濕磨機，調節制漿罐出料蝶閥，控制濕磨機粉煤灰漿進料量，從而控制粉煤灰漿細度，直至粉煤灰細度符合要求。粉煤灰漿經濕磨機磨細后，粉煤灰細度變小，粉煤灰漿流動性更好，擴散度增大，而含水率保持不變。

3.2 配料澆注

中控配料時，在傳統砌塊澆注配料的基礎上，膠結料增加20～40 kg，粉煤灰漿、水泥、鋁粉等物料量保持原有水平，即按照膠結料520 kg±40 kg、粉煤灰漿2 800 kg±50 kg（含脫硫石膏）、水泥40 kg±5 kg、鋁粉2.5 kg±0.2 kg（配制成鋁粉液）的試驗配比進行配料。各物料計量完成后，按照粉煤灰漿、水泥、膠結料、鋁粉的順序下料，水泥與膠結料的攪拌時間為180～220 s，鋁粉攪拌時間為35 s±5 s，中控攪拌6 min后，由于生石灰增加20～40 kg，澆注溫度應比正常情況降低2～3 ℃，控制在45 ℃左右，擴散度為15 cm，開始澆注下料。

3.3 擺渡、靜養

混合料澆注至模具車中，利用擺渡車配套振搗裝置進行排氣振搗，使澆注過程中進入料漿的空氣盡可能排出。此外，擺渡運行增加振搗工藝，混合料漿更加均勻。模具車在摩擦輪的牽引下運行至指定靜養工位，模具車要求運行平穩、準確停止定位，避免相互碰撞。靜養室溫度需要控制在40～45 ℃，澆注入模的混合料在此室溫環境下靜養，冒泡時間為15 min左右，發氣高度低于模具車1 cm，靜養1.5 h后，坯體初期強度達到0.6 MPa左右時，準備切割。

3.4 切割、編組

將達到切割條件的坯體吊運至切割位進行翻轉脫模，分步切割，通過調節切割鋼絲設備精度、穩定工藝配比，增加出釜成品掰分工藝，從根本上調整薄規格切割工藝。

4 結論

原料配合比和過程質量控制是影響粉煤灰蒸壓加氣混凝土性能的重要因素，主要原料組分直接影響加氣混凝土的抗壓強度與容重。總體來說，要合理調整原料比例，做好過程質量控制，降低調節劑成本，提高加氣混凝土產品性能，最終實現企業降本增效。

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