粉煤灰加氣混凝土的研究概述

劉榴燕，李佳雨，秦坤鵬，潘 馳，楊冬升

(貴州師范大學 材料與建筑工程學院，貴州 貴陽 550025)

0 前 言

加氣混凝土是一種新型建筑材料，其輕質，強度利用率大，保溫隔熱性能好，抗滲透性能強，抗震能力強等優點[1]，使其獲得大眾的青睞。粉煤灰是煤粉燃燒后產生的固體顆粒，它的大量堆積帶來了一系列問題。比如，土地資源浪費、土地退化、環境污染甚至危害人類的身體健康等。將粉煤灰應用于加氣混凝土中，可以大大提高粉煤灰的利用率，使其變廢為寶。粉煤灰在加氣混凝土中的應用可以降低成本、節約資源，也可以提高混凝土的密實度、強度、耐久度和抗裂性能[2]。本文參考相關文獻資料，對粉煤灰加氣混凝土的優點、生產工藝、配合比進行綜述，并解析了其制品存在的問題以及解決方法。

1 粉煤灰加氣混凝土的優點

粉煤灰加氣混凝土是以粉煤灰為主要原料制成的加氣混凝土，其中粉煤灰占比為加氣混凝土總重的65%～75%[3]。粉煤灰加氣混凝土是一種節約資源、綠色環保的節能型建筑材料。除了綠色環保的優點，粉煤灰加氣混凝土還有以下優點。

1)節約成本。粉煤灰屬于工業廢料，用其替代一部分的水泥制作加氣混凝土，可以大幅降低成本。

2)普通混凝土的抗裂性能差，抗折強度低。但是，如果將一定量的粉煤灰加入混凝土中，可以在一定程度上降低堿-骨料的反應，進而提高混凝土的抗裂能力。粉煤灰多呈現球狀，這樣的形態存在于混凝土中可以減小空隙，從而提高混凝土的密實度和強度。蒲代君[4]通過粉煤灰加氣混凝土抗壓強度實驗得出，讓粉煤灰代替部分水泥，混凝土的后期抗壓強度可以達到甚至超過純水泥混凝土的抗壓強度。

3)粉煤灰加氣混凝土由于其內部有大量的氣孔，故而有良好的隔熱保溫性能。實踐證明，粉煤灰加氣混凝土的導熱系數是黏土磚塊的1/4～1/5，0.2 m厚的加氣混凝土墻可以達到0.49 m厚的普通實心黏土磚墻的保溫效果[5]?，F今，粉煤灰加氣混凝土砌塊(如圖1所示)已經廣泛應用于冬冷夏熱地區，這樣的應用方式不僅可以有效提高建筑的保溫性能，而且可以節約成本，提高施工效率。

圖1 粉煤灰加氣混凝土砌塊

4)工藝簡便，節省電量。相較于水泥-礦渣-砂混凝土[6]而言，粉煤灰加氣混凝土中除了少量的石灰和石膏需要磨細以外，其余的配料可直接使用。

5)硬化時所需時間短。粉煤灰加氣混凝土澆筑后靜停3 h[6]，即可硬化進行切割、這樣可以大幅度提高生產效率，節約時間。

6)粉煤灰加氣混凝土是一種不燃材料，具有超高的耐火性能。當火災發生時，這種不燃材料可以阻斷火勢的蔓延，避免帶來更大的人員傷亡和財產損失。而且加氣混凝土砌塊在高溫的環境中不會產生有毒、有害氣體，這就可以大大降低火災發生時被困人員因為吸入有害氣體而傷亡的數量。

2 生產工藝

粉煤灰加氣混凝土制品[7]是以粉煤灰、石灰、水泥、發氣劑、氣泡穩定劑、調節劑等原材料通過攪拌，澆筑，靜停，切割，蒸壓養護等工序制得。粉煤灰加氣混凝土在生產的時候，由于工廠不同，一些工藝也會存在有區別的情況。但是，其基本的工藝流程(如圖2所示)是一樣的。本文對生產工藝的每個環節進行了介紹。

圖2 粉煤灰加氣混凝土工藝流程

1)原料加工。高質量的產品離不開前期對鈣質材料、硅質材料、發氣材料和調節材料等的加工處理。原料加工是生產的第一步，它可以為之后的制品提供質量保障。

粉煤灰：一種硅質材料，在生產加氣混凝土制品時，粉煤灰的粗細程度對產品質量的影響非常大。為了發揮粉煤灰的最大作用，在生產前需要對粉煤灰進行研磨處理。這樣可以增加粉煤灰的顆粒表面積，更好地激發其活性，進而提高制品的力學性能。陳燕菲等[8]通過實驗得到，把經過粉磨處理的陳積粉煤灰代替30%的水泥摻入試件中，其抗拉、抗壓強度都較未經研磨處理的試件更優。不僅粉煤灰的細度會影響加氣混凝土的質量，而且它的摻入量是影響混凝土強度的因素。陳征征[9]研究得出，當粉煤灰摻入量在0.7～0.9時，混凝土的抗壓強度隨著粉煤灰摻入量的增加而減小。由此可以看出，生產時要注意控制粉煤灰的加入量。需要注意的是，對于需要濃縮的粉煤灰要先濃縮再磨細[3]。

石灰：生產加氣混凝土時使用的一種鈣質材料，主要成分是CaO，用于提供熱源。生產過程中，有效氧化鈣的含量會影響混凝土的質量，要將含量控制在60%以上。為了改善制品的生產工藝，提高其質量，常使用生石灰。生產時，要先把石灰破碎再粉磨。為了增加石灰的溶解度和減少石灰消化過程中體積膨脹，石灰的細度要適中。

石膏：生產加氣混凝土所使用的一種調節材料，生產時加入調節材料，可以優化制品，增加其力學性能，提高質量。對于不同的加氣混凝土，所使用的調節材料也有差異。粉煤灰加氣混凝土中的調節材料是石膏。在生產時，石膏的摻入量小，故常常將破碎后的石膏與石灰或者粉煤灰共磨。這樣可以在更短的時間內得到更多的制品。

發氣劑：常使用鋁粉和鋁膏，在使用鋁粉作發氣劑時要對其進行脫脂處理去掉鋁粉表面的硬脂酸保護層。目前，大多工廠使用的都是化學脫脂法[10]，為了提高鋁粉的發氣速度，還要對其進行研磨處理。在生產過程中，要注意控制鋁粉的含量。英志剛等[1]利用正交分析的方法研究了鋁粉摻量對粉煤灰加氣混凝土性能的影響，隨著鋁粉摻量不斷增加，加氣混凝土的密度和抗壓強度會有所降低，鋁粉摻量在0.12%時最佳。由此可以看出，鋁粉的摻量并非越多越好，要控制好摻量。

水泥：作為粉煤灰加氣混凝土的主要膠凝材料，可以調節料漿黏稠度和減少坯體硬化的時間。在生產之前，不用對水泥做額外的處理。

2)配料。首先，計算好各原料的用量。其次，對物料進行計量。計量時，可以用重量計量和流量計量來對液體物料計量，體積計量和重量計量對漿狀物料計量[10]，粉狀物料可以采用重量計量，然后按順序投料。投料時，避免粉料結塊，要邊攪拌邊投料。

3)澆筑。粉煤灰加氣混凝土澆筑時的穩定性對制品的質量有很大的影響，因此，要調節好水料比、料漿溫度、鋁粉的細度、石膏的用量和澆筑溫度等一系列因素。加氣混凝土澆筑一定要及時，如果時間過長，料漿會在攪拌設備中氣稠化，也會影響澆筑的質量。

4)靜停及切割。在澆筑結束后，經過反應的料漿成為坯體。把澆筑結束后的模具放在溫度為20℃～50℃的環境中靜停3 h[3]，等到坯體的強度達到0.05 MPa左右再完成切割。靜停養護時，溫度、時間對坯體的強度有直接的影響，進而影響切割。切割分為手工切割和機械切割，各有其優勢。切割時要把握好時機，不宜過早，也不宜過遲。

5)蒸壓養護。蒸壓養護是提高加氣混凝土強度的必要條件。這一環節需要在蒸壓釜中進行，它的過程分為4步：抽真空、升溫、恒溫、降溫。抽真空的過程要均勻[11]，避免坯體開裂。升溫時為了避免出現生芯的現象，要注意通風保證坯體內外層無明顯溫差，而且升溫時要注意控制好速度，不能過快。恒溫過程中的溫度是關鍵，生產時可將溫度控制在200℃以上[12]。恒溫過程只要時間足夠即可，并不是時間越長越好。降溫過程中可采用自然降溫，在保證壞體不被溫度差應力破壞的前提下可加速降溫[13]。

6)檢驗。粉煤灰加氣混凝土制品完成以后，要對其進行檢驗。我國針對加氣混凝土制品有一套標準和規則，所有的產品在抽查合格以后才會流入市場，投入使用?！墩魤杭託饣炷疗鰤K》(GB 11968—2006)中明確提到了加氣混凝土砌塊各項檢驗項目的合格標準以及檢驗方法。先隨機抽取部分砌塊進行尺寸和外觀的檢查，然后再從合格的砌塊中抽取部分成品檢驗其干密度、強度、干燥收縮、抗凍性和導熱系數。產品的所有性能都達到標準要求以后，還需要存放5 d以上才可以出廠。

3 配合比

配合比的確定是一項非常繁雜的工作，但它又是生產粉煤灰加氣混凝土的關鍵一環。它不僅影響著成本的高低，也影響著所生產的制品質量。粉煤灰加氣混凝土配合比的設計有超量取代法、等量取代法和外摻法[14]。其基本配合比[3,15](百分比)為水泥∶石灰∶粉煤灰∶石膏∶鋁粉=7～10∶15～19∶65～70∶3～5∶0.07，水灰比=0.6。但是，施工時的配合比不僅要參考基礎配合比，而且要根據混凝土的強度等不斷試配和調整才能得到。

4 存在的問題及解決措施

1)空鼓和裂縫。粉煤灰加氣混凝土墻體常出現空鼓和裂縫的現象。造成這一現象的原因可從以下方面考慮[16]：加氣混凝土的干縮率大；使用了養護期不足28 d的砌塊；把不同干密度和強度等級的砌塊混砌[17]；砌塊的斷裂面不齊或者缺棱掉角，從而導致灰縫不均勻；基層清理不徹底；抹灰后的養護不到位等。為了減少這些問題的出現，可以從原材料的質量、砌塊的質量和抹灰質量三方面來尋求應對方法，具體操作時可以實施以下的措施：使用自然養護達到28 d以上的砌塊；砌塊上墻前1～2 d要澆水潤濕，不宜過濕，濕水深度不要超過10 mm[18]；加氣混凝土和抹灰砂漿層做一層粘結層[19]；嚴格按照配合比施工等。嚴格把控原材料的質量并且按照要求進行操作是減少空鼓和裂縫產生的首要條件。

2)黑芯。黑芯指的是蒸不透、蒸不熟、生芯等現象。加氣混凝土的黑芯部分強度極低，搬運時易斷裂。弄清黑芯產生的原因并且針對其提出相應的解決方案是提高制品質量的必要條件。黑芯現象產生的本質原因在于水熱反應不充分，CSH(I)水化產物較少甚至沒有[20]。生產過程中可以從硅質材料、鈣質材料、生產工藝、配料等方面來預防黑芯的產生。生產時，為了避免因為硅質材料顆粒過大而造成的黑芯現象，可以對其進行研磨處理。鈣質材料消解速度快或者其中的有效氧化鈣含量低也會產生黑芯現象[20]，解決這樣的問題可以延長石灰在窯內停留的時長或者調整配合比。胚體切割尺寸過大；切割完畢時未及時進釜；蒸壓時升溫速度過快；蒸壓釜內排水不及時；蒸壓釜內的氣壓過高或過低等因素都可能是黑芯產生的源頭。所以，要嚴格制定并遵守蒸養制度。

要提高粉煤灰加氣混凝制品的質量，不僅要預防，而且要對各個問題采用相應的解決措施。無論是生產還是施工，都要把每個環節緊密相扣，嚴格落實和執行相關的規章制度。

5 結束語

粉煤灰加氣混凝土是一種環保型混凝土，本文介紹了粉煤灰加氣混凝土質輕、高強、隔熱保溫、抗震、吸音等特點，配合比[3,15]為水泥∶石灰∶粉煤灰∶石膏∶鋁粉=7～10∶15～19∶65～70∶3～5∶0.07，水灰比=0.6，著重綜述了其工藝流程—

原料加工、配料、澆筑、靜停切割、蒸壓養護，以及其制品中黑芯、墻體空鼓、裂縫問題和解決措施。

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