關于生產蒸壓加氣混凝土板材開裂的解決方案

劉攀（山西鼎正環保建材有限公司，山西陽泉045200）

在國家發展裝配式建筑的相關政策號召下，各省市出臺了很多獎勵、優惠政策。以北京市為例，對裝配式建筑有如下政策：①對于未在實施范圍內的非政府投資項目，凡自愿采用裝配式建筑并符合實施標準的，給予實施項目不超過3%的面積獎勵；②對于實施范圍內的預制率達到50%以上、裝配率達到70%以上的非政府投資項目予以財政獎勵；③增值稅即征即退優惠政策；④采用裝配式建筑的商品房開發項目在辦理房屋預售時，可不受項目建設形象進度要求的限制。建筑的裝配率越高，政府的獎勵和優惠越大，為了提高裝配率，建筑業把隔墻由傳統加氣塊墻體換成ALC板材，ALC板材的需求量逐年提高了30%以上，為此，在國內建起了好多蒸壓加氣混凝土板材廠家。

為適應和滿足當前的市場需求。我們在原蒸壓加氣混凝土砌塊生產線上，對原有部分設備設施進行升級改造為空翻切割生產線，從而提高了生產線自動化、智能化、信息化水平，可全自動化生產優質蒸壓加氣混凝土板，增加產品品種，提高生產效率和經濟效益。

新的生產線建成投產后，在板材試生產過程中，成品板材出現了不同程度的裂紋現象，經和同行業兄弟廠家請教，才知道所有廠家都遇到過板材裂紋的情況，這一現象已成了行內的共同難題，它直接降低了產品的合格率，加大了產品成本，影響了企業的經濟效益。為了解決這一難題，我們歷經一個多月的探索和嘗試，終于攻克了板材產生裂紋這一頑癥。下面就在這方面所遇到的各種現象、采取措施、攻關經歷、成果展現等情況敘述如下。

1 在板材試生產前我們對所用原材料的化學指標和物理指標進行了檢測，具體原材料質量狀況如下

石灰粉的化學成分及物理指標見表1。水泥為硅酸鹽水泥，其性能檢測結果見表2。鋁粉的性能檢測見表3。粉煤灰的性能檢測結果見表4。煙氣脫硫石膏的性能檢測結果見表5。穩泡劑的相關性能檢測見圖1。

圖1 穩泡劑的性能檢測

表1 石灰粉性能檢測結果

表2 水泥的性能檢測結果

表3 鋁粉的性能檢測結果

表4 粉煤灰的性能檢測結果

表5 煙氣脫硫石膏的性能檢測結果

2 設計工藝配比及質量品質狀況

根據所用原材料化學成分和板材工地的普遍要求，設計生產ALC板配比的原則是：制品具有良好的使用性能，符合建筑的要求。在諸多性能中，確保體積密度和抗壓強度達到優等品要求。同時，也要考慮到制品的耐久性等性能，所產生的坯體具有良好的工藝性能，且與工廠生產條件相適應，如澆注穩定性、料漿的流動性（稠度）、硬化時間以及簡捷的工藝流程等。在第一階段的設計了3種配合比。

2.1 1#配比見表6（每模按4m3計）試配時間：2021年5月24日

表6 1#配比

按照以上配比生產的產品照片見圖2。

圖2 1#配比生產的產品

成品外觀和力學檢驗結果見表7。

表7 產品性能檢測結果

從外觀和檢測結果上看，產品沒有達到設計要求，公司技術人員又做了調整配合比。

2.2 2#配比見表8（每模按4m3計）試配時間：2021年5月27日

表8 2#配比

按照以上配比生產的產品照片見圖3。

圖3 2#配比生產的產品

成品外觀和力學檢驗結果見表9。

表9 2#產品性能檢測結果

從產品外觀和檢測結果上看，沒有達到設計要求，技術人員召開專門會議，參考以前生產過板材的配比，又對配合比做了調整。

2.3 3#配比見表10（每模按4m3計）試配時間：2021年6月18日

表10 3#配比

按照以上配比生產的產品見圖4。

圖4 3#配比生產的產品

3#配比生產的成品外觀和力學檢測結果見表11。

表11 3#配比生產的產品外觀及力學檢測結果

從以上三個階段的試產情況看，生產出的板材理化力學性能接近設計要求，但外觀上出現了不同程度的裂紋，有中間貫通的，有兩頭半貫通，有從塑料卡子處開裂的，成品率很低，沒有達到預期的效果。

3 造成的原因分析及采取措施

技術人員一起共同分析裂紋原因，大家認為成品板材有缺陷，大多出現在切割的前后，造成的原因較多，有工藝控制條件，有切割機的機械性能、吊運過程的影響及操作人員的技能等。大家逐一對造成缺陷的要素進行原因分析，并制訂相應措施，要求盡快落實到位，生產出符合設計要求的成品ALC板材。

3.1 機械方面

在試產過程中，我們發現了許多機械問題，如加氣混凝土成型的模具都比較大，特別是空翻式切割工藝，模具長度為4.8m。當起吊力量過猛時，過大的沖擊荷載使坯體受到過大震動，容易造成坯體的裂紋；板材吊空中翻轉時，因坯體由大面支承改由側面支承，翻轉后的上部中間已受到較大的壓應力，再加上交相疊壓承受的拉應力，板材也極易造成裂紋，機械損傷是造成坯體裂縫的一大原因。針對存在的問題，我們責成設備廠家列出清單逐一解決。

3.2 原材料方面

一是使用的石灰為快速石灰，消解時間短，升溫速度過快，造成坯體溫度過高引起的料漿稠化過快，澆注穩定性較差。因為，當坯體溫度過高時，切割縫增加了坯體的散熱面積，大量的散熱必然使坯體內部產生應力，當坯體的強度不能抵擋熱應變時，自然會產生裂紋。避免這種熱應變裂紋的方法是降低坯體內部溫度，我們采取減少石灰用量，增大水泥用量，適當增大石膏用量，石膏會顯著延緩鋁粉的發氣過程，抑制石灰的消化，防止水泥假凝，使其消化時間延長，并最終降低坯體消化溫度。

二是板材坯體未摻入高溫膨脹調節材料。因本次試產板材未摻加坯體膨脹調節材料，板材坯體膨脹系數與鋼筋的膨脹系數不同步，由于鋼的熱膨脹系數為1.2×10-5mm/m.C,而加氣混凝土熱膨脹系數只有0.8×10-5mm/m.C左右，也就是說，假如一塊3.6m的加筋板，由60℃上升到198℃時，在長度方面，鋼筋與加氣混凝土的熱膨脹之差約為1.99mm。顯然，這將導致板材產生裂縫，這也是造成裂紋的重要因素。

高溫（1000℃~1100℃）燒成的菱苦土在遇水后消解時間延長至8h以上，因此，其可用來調節蒸壓過程中加氣混凝土制品的膨脹，使板材坯體適應鋼筋的膨脹。菱苦土的加入，則可提高加氣混凝土的熱膨脹系數，在蒸養時使其盡量與鋼筋的熱膨脹系數相一致，同時在靜停時注意坯體的保溫，因為板材配料中的菱苦土一般要求在8h前后消解。所以，板材在完成澆注切割后及時入釜蒸壓養護，以保證坯體的膨脹適應鋼筋的膨脹。

三是產生裂縫的原因與鋁粉發氣不夠均勻舒暢有關。當料漿溫度高，稠化快時，鋁粉發氣后期的氣體和溫度上升，可能使已經稠化的初期坯體產生水平層裂。在坯體硬化過程中，料漿發氣早，邊浸度不均會產生弧形分層，這些分層的界面處就容易產生裂縫。

針對以上分析原材料方面的問題，我們調整了配比：適當減少了水泥和石灰的配比，又換了一種更適宜的鋁粉，增添了菱苦土，菱苦土的性能指標見表12。

表12 菱苦土質量指標

3.3 在坯體硬化過程中的缺陷及其原因

3.3.1 硬化不均

同一模具中板材坯體上下左右各部分硬化程度不一致，原因是坯體在靜停過程中，坯體的不斷散熱導致各部分溫度不均勻，從而致使加氣混凝土板材坯體各部分的硬化程度不同，越靠近模邊和上下，表面溫度就越低，硬化也就越慢，強度（指坯體強度）越低，而中心部位溫度較高，尤其是在室內自然靜停硬化條件下，這種現象更加明顯。如果靜停室內溫度較低，還可能形成內外強度懸殊的問題，經實測，坯體中心處的強度與四角部位和表底層的坯體強度相比，邊角部分一般只及中心強度的60%~90%，嚴重時這一差距更大。坯體強度過低的地方，輕微的震動或碰撞或遇剪應力都會導致裂縫及缺棱掉角現象的產生。

坯體硬化不均有時會造成硬化不足的假象，導致錯過切割時機，當以模具中部硬度為切割依據時，又可能發生邊緣坯體坍塌或裂縫等現象，若采用翻轉切割，則造成的破壞更嚴重。

造成坯體硬化不均的主要原因如下：靜停室四周沒有隔熱保溫設施，室溫散熱快，環境溫度低，生產加氣混凝土板的模框為鋼板制成，模框的保溫較差，環境溫度對坯體有直接的影響。靜停環境溫度的高低直接影響到靜停時間的長短，靜停的環境溫度高，則相對靜停時間短，反之，則靜停時間長，坯體熱損失大，造成坯體內外溫度差別很大。坯體內外的硬化程度不同，由此而引起的應力將使坯體在蒸壓養護前即有可能產生裂紋，因此，硬化不均的坯體，在進行翻轉、切割和切面包頭工序時，容易產生變形、裂紋、沉陷及外層剝落等弊病。

針對靜停室方面存在的問題，我們首先給靜停室加裝保溫設施，具體制定了如下靜停要求：

坯體進入預養室靜停初養，應及時觀察發氣過程，并按要求記錄發氣速度、坯體溫度、稠化和冒泡情況。坯體靜停的主要控制參數為：

靜停時間：2.0h～3.0h；

靜停溫度：＞40℃以上；

坯體靜停后強度：0.2MPa～0.3MPa。

3.3.2 坯體強度方面

坯體強度是判斷坯體是否適合切割的一個重要指標，也是對澆注及靜停質量的檢驗。判斷加氣混凝土坯體的硬化程度是否宜于進行切割，也就是說是否達到切割的強度要求，在生產中采用兩種方法相結合：一種是經驗法，憑操作者的經驗判斷是否可以切割，通常都是以手指按壓坯體表面或手掌拍壓坯體表面，憑感覺判斷其硬度，判斷坯體上、中、下各部位硬化是否適宜。有時借助鋼釬插向坯體內部，以了解坯體內部強度，這種方法比較簡單，但是，隨意性較大；另一種方法是利用貫入式坯體強度測定儀，測出坯體強度，用以指導對坯體硬化程度的判斷。

3.3.3 蒸養方面

在升溫過程中，沒有掌握好時間和速度，如升溫太快，使坯體內外層溫度差過大，從而造成制品結構的破壞。但如果升溫太慢，粉煤灰本身是一種具有活性的材料，在不太高的溫度環境下就可與氫氧化鈣發生反應，生成高堿的水化硅酸鈣凝膠，這種高堿性水化合物逐漸包裹在粉煤灰顆粒表面，對在較高溫度時產生的低堿性水化產物托勃莫來石等起到了一定的阻礙作用，從而影響到制品的性能。這就需要在實踐中逐漸摸索出最佳升溫操作規范。

在恒溫時間及溫度的調控上存在一定的問題，養護恒溫除了保證水熱合成反應的充分進行，對各種水化產物的比例也有影響，當溫度低于200℃時，制品強度隨著養護溫度的提高而增加；當溫度超過213℃時，強度不僅不增加，反而會降低，從而影響制品的性能。在整個養護時間不變的情況下，恒溫溫度（壓力）越高，恒溫時間可以越短，恒溫溫度比恒溫時間對制品的性能有更大影響。蒸壓養護制度對制品的干燥收縮、抗凍性、抗碳化性等耐久性指標影響很大，在相同的養護壓力下隨著恒溫時間的延長，干燥收縮值降低，而壓力過大（1.5MPa)，并不有益于干燥收縮性能的改善。抗凍性的凍融強度損失與恒溫時間密切相關，隨著恒溫時間的延長，其凍融強度損失減少，相反，壓力提高（1.5MPa）其凍融強度損失反而增加。抗碳化性則隨著壓力和時間的增加而提高。這也需要在實踐中逐漸摸索出最佳恒溫操作規范。

在降溫過程中降溫速度普遍過快，如在開釜門之際，由于釜外的冷空氣驟然與制品接觸，易使制品產生微裂紋。防止的方法是擰松釜門，開門后不要立即打開，有條件時盡量多等些時間，以使制品逐漸冷卻。整個降溫過程開始時降溫速度較慢，中期較快，到后期（表壓為0.1MPa以下）又較慢。在降溫的2h內，后期降溫放出多余的蒸汽就需要40min~60min，這是因為，釜內蓄熱量很大，排出一些蒸汽后，釜內蒸汽壓力下降，溫度也隨之有所下降，隨著釜內壓力繼續下降，制品含水大量蒸發，溫度將較快下降。降溫后期耗時較長是因為釜內外壓差很小，蒸汽外排動力減弱及制品水分的繼續蒸發（包括釜內積水的蒸發），因此，要求操作工在排溫降壓時，先放一次冷凝水，然后再排氣。

總之，蒸壓養護制度不當，主要是升溫或降溫速度過快而產生的過大的內應力，對制品形成破壞，其裂縫多為整坯體的外緣一周，裂縫形成的斷面垂直于底板。針對存在的問題，我們根據實踐摸索出的經驗重新修訂了蒸壓養護制度。

編組好的板材坯體由鏈條牽引機拉入釜內進行蒸壓養護，養護分抽真空、升壓、恒壓、降壓四階段進行，養護時間12h左右，壓力1.2MPa。

a.蒸壓養護：

抽真空：0.0MPa～－0.06MPa 0.5h

升壓：－0.06MPa～1.2MPa 4h

恒壓：1.2MPa（溫度193℃±5℃）7.5h

降壓：1.2MPa～0.0MPa 2.0h

合計：14h（含進出釜）

b.操作要求：

打開釜門，架設過橋，以慢動式卷揚機拉動蒸養小車，使其緩慢進入蒸壓釜，撤去過橋，關閉釜門，沖釜圈，抽真空，進蒸汽。

進汽升壓時，在壓力達到0.3MPa前，進汽速度應緩慢，從－0.06MPa到0.3MPa，一般控制在2.5h左右；升壓時應盡量使用降壓釜的排出蒸汽，以節約用氣。

恒壓時，應注意釜內壓力變化，每20min記錄一次壓力，遇有不可抗的降壓時，應于壓力恢復時再行補汽。

降壓出釜，應于釜內壓力降至0MPa，且釜內余汽排空后，先打開出釜釜門0.5h后，再打開入釜釜門0.5h，然后再出釜，冬季切忌快速而直接打開釜門。

3.3.4 工藝方面

鈣硅比、水料比、澆注溫度等工藝參數不是最佳。一是水料比過大，坯體成型的后期因水分大量蒸發，易造成坯體收縮而引起裂紋，這類裂紋一般較細，并且破壞深度較淺，水料比較大且硅質材料較粗時，容易使固體物料快速沉降，引起坯體上下密度偏差過大，會因坯體的上下壓力差偏大造成水平裂紋，并使制品斷裂；二是水料比過小，則會因石灰消解時缺少必要的水分使坯體失去流動性而表面發生龜裂，這類裂縫雖淺，但裂紋寬度較大；三是澆注溫度過高，容易引起成型后期坯體大量失水，特別是在切割以后，由于坯體缺少彈性，難以抵抗大量散熱引起的收縮而使坯體產生裂紋，這類裂紋主要發生在模具中部熱量集中的部位；四是配合比中，石灰、水泥等鈣質材料配比偏多，鈣硅比較高，當鈣硅比不斷增大時，粉煤灰的摻量逐漸減少，生石灰的摻量逐漸增大，而生石灰的密度遠大于粉煤灰，并在加氣混凝土中起到物理填充效應和化學活性效應，因此，加氣混凝土的絕對干密度逐漸增大。當配合比中的鈣硅比大于最佳鈣硅比時，繼續增加膠結料用量時制品的強度不再上升甚至會下降。當鈣質材料加大時，引起坯體總的熱量過大，坯體過早失去彈性，從而造成裂紋，這類裂紋基本類似于水料比過小和澆注溫度過高造成的裂紋；五是固定鋼網的塑料卡子，卡在鋼筋網片上部第一根縱筋上，在發氣過程中發生料漿包裹卡子效果不好，切割后卡子上面出現大的孔洞，針對這一現象，采取的措施是：把固定鋼網的卡子向下移動16cm，卡在鋼筋網片從上向下數的第二根縱筋上。

3.3.5 配比方面

針對工藝方面的不足，我們通過多次實驗室和生產工藝上試制等調整工藝配比及其他參數見表13。

表13 4#配比（每模按4m3計）試配時間：2021年6月25日

在實際生產過程中，工藝員可根據當日原材料情況進行微調整。原材料性能應于每天生產開始前提供，并于生產過程中進行定期檢測，其中，石灰每10模重復檢測一次。

按照4#配比方案生產的產品照片見圖5。

圖5 4#配比生產的產品

4#配比生產的成品外觀和力學檢測結果見表14。

表14 4#配比生產的成品外觀和力學性能

從外觀和檢測結果上看，4#配比生產的板材質量指標都接近設計要求，公司技術人員又在菱苦土摻量、擴散度等做了調整，配比見表15。以上4m3的量折算成干基總量2258kg（粉煤灰料漿水分37.6%，干基62.4%=1595kg，鋁粉、穩泡劑忽略不計）百分比：粉煤灰∶水泥∶石灰∶石膏∶菱苦土=70.64∶14.17∶8.99∶4.43∶1.77鈣硅比計算見表16。

表15 5#配比：（每模按4m3計）試配時間：2021年7月3日

表16 蒸壓加氣混凝土板鈣硅比計算

鈣硅比：0.453

水料比：0.554（按體積密度調節）

按照5#配比生產的產品照片見圖6。

圖6 5#配比生產的產品

5#配比生產的成品外觀和力學檢測結果見表17。

從外觀和檢測結果上看，完全達到A5.0B06設計要求。

5 結語

通過一個多月的努力，我們整改了機械設備、原材料、工藝配比等方面的問題，改善了靜停室養護條件，修訂了蒸養制度，配備了板材坯體強度檢測儀器，通過分析研究，探索創新，調整實踐，克服了生產板材出現裂紋這一弊病，批量生產板材合格率達99.5%以上，實現了預期目標，積累了一些成功經驗，具有積極的推廣意義，可為廣大加氣混凝土企業提供ALC板材生產實踐中發現問題、解決問題和研究問題的思路與方法，使企業的經驗和成果便于交流與推廣，以促進加氣混凝土行業的健康發展。