蒸壓粉煤灰加氣砼生產(chǎn)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(yōu)劣，與其構(gòu)成物各原料組分的配合比例和過(guò)程質(zhì)量控制有關(guān)。本文通過(guò)正交試驗(yàn)法研究主要原料對(duì)加氣砼抗壓強(qiáng)度、容重的影響，并試驗(yàn)了一種無(wú)水泥生產(chǎn)蒸壓粉煤灰加氣砼的配合比工藝，實(shí)踐證明其在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中具有良好效果。

關(guān)鍵詞：加氣砼;粉煤灰;配合比;正交試驗(yàn);抗壓強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：TU522?????? 文獻(xiàn)標(biāo)示碼A???? 文章編號(hào)2096-6903（2020）06-0000-00

蒸壓粉煤灰加氣砼是對(duì)粉煤灰間接利用的極好產(chǎn)品。建國(guó)后，隨著基礎(chǔ)建設(shè)建設(shè)需求的迅速增長(zhǎng)，蒸壓加氣砼作為優(yōu)良的建筑墻材引入我國(guó)，目前其總體工業(yè)化生產(chǎn)歷史只有五十多年時(shí)間，因此是一種極富生命力的新型建筑材料。

蒸壓加氣砼產(chǎn)品是在二氧化硅（包括粉煤灰、砂等）和鈣質(zhì)部分（包括生石灰及水泥）的基礎(chǔ)上，引入可以引發(fā)氣泡的成分（鋁粉），經(jīng)過(guò)原料混合、反復(fù)翻轉(zhuǎn)、加水?dāng)噭?、入模成型、窯內(nèi)濕熱養(yǎng)護(hù)、坯體成型切削、高溫高壓蒸汽加速水化、出釜碼垛等生產(chǎn)操作而完成的重量輕、內(nèi)部有微氣孔結(jié)構(gòu)的人造墻材制品。由于生產(chǎn)過(guò)程中鋁粉在堿性環(huán)境下產(chǎn)生氫氣氣泡，在坯體稠化過(guò)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(nèi)部的孔隙分布更均勻細(xì)致，增加了蒸壓加氣砼內(nèi)孔隙比例，有效提高了產(chǎn)品的保溫與隔絕熱的能力，此外，產(chǎn)品還有一定的防火性及抗壓抗凍性能。

現(xiàn)階段中國(guó)內(nèi)陸的加氣砼廠一般使用水泥與石灰混合鈣質(zhì)材料。但使用水泥量大時(shí)，不僅坯體硬化慢，強(qiáng)度低，也增加了成本。

本文以構(gòu)成蒸壓加氣砼的各種原材料成分為研究重點(diǎn)，通過(guò)不斷調(diào)整各成分比例，對(duì)成品各項(xiàng)性能（主要為抗壓強(qiáng)度和容重）進(jìn)行對(duì)比記錄，分析蒸壓加氣砼各原料組分對(duì)產(chǎn)品性能的影響，最終得到一種無(wú)水泥低成本生產(chǎn)加氣砼配合比生產(chǎn)工藝。

1 試驗(yàn)方案

1.1 原材料

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

（2）鈣質(zhì)原料。生石灰：本試驗(yàn)采用太原市周邊盂縣生產(chǎn)的中速生石灰，磨細(xì)至0.08mm篩篩余15%。對(duì)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(yàn)采用太原雙良牌P·O 42.5級(jí)水泥。

（4）膠凝調(diào)節(jié)組分：采用太鋼自備發(fā)電廠經(jīng)濕法脫硫產(chǎn)生的二水脫硫石膏。對(duì)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(fā)氣組分：采用河北雙城鋁業(yè)生產(chǎn)的鋁粉膏。對(duì)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(fā)氣率是發(fā)氣時(shí)間在4min、16min、30min時(shí)對(duì)應(yīng)的氫氣發(fā)生量要達(dá)到40%、65%、85%。

（6）攪拌摻水：工業(yè)循環(huán)水。

1.2 工藝原料組成設(shè)計(jì)

原料組成設(shè)計(jì)需要滿足幾項(xiàng)基本要求，本試驗(yàn)要達(dá)到目標(biāo)如下：

（1）最后蒸壓加氣砼產(chǎn)品的抗壓性能即（抗壓強(qiáng)度），應(yīng)符合建筑使用要求。

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

（3）在達(dá)到以上要求后，需最大限度降低水泥用量，在可行范圍內(nèi)提高工業(yè)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(huán)境。

本文根據(jù)正交試驗(yàn)原理和規(guī)律，設(shè)計(jì)研究多因素正交水平表L9（3）。

1.3試驗(yàn)辦法

生產(chǎn)出性能符合市場(chǎng)需要的蒸壓加氣砼產(chǎn)品是本研究的目標(biāo)，目前太原墻材市場(chǎng)認(rèn)可加氣砼產(chǎn)品為B06級(jí)，采用邊長(zhǎng)100mm的標(biāo)準(zhǔn)正方體試塊來(lái)作為試驗(yàn)載體，采用正方體試塊的容重和抗壓強(qiáng)度兩項(xiàng)關(guān)鍵成品參數(shù)作為評(píng)判依據(jù)。當(dāng)原料工藝摻配比設(shè)計(jì)確定后，嚴(yán)格依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采用邊長(zhǎng)100mm的標(biāo)準(zhǔn)正方體試塊對(duì)蒸壓加氣砼的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)記錄與對(duì)比分析。

試驗(yàn)開始時(shí)把原料混合與反復(fù)翻攪，目的是把按設(shè)計(jì)比例稱量好的各種原料組分（粉煤灰、生石灰、水泥等）充分?jǐn)嚢?，混合均?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(kuò)散度在14cm左右的料漿;要控制發(fā)氣組分鋁粉的加入時(shí)間，一般在15s左右將鋁粉全部加入料漿內(nèi)，之后要不斷對(duì)料漿進(jìn)行攪拌，一般時(shí)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(fā)氣情況，一般發(fā)氣過(guò)程時(shí)間在16～18min，在恒定溫度在50攝氏度的恒溫箱中預(yù)養(yǎng)1h25min，用鋼釬輕插入坯體表面測(cè)試其軟硬，坯體具有一定成型強(qiáng)度后脫模;將脫模后的坯體放入高溫高壓蒸汽環(huán)境下進(jìn)行蒸養(yǎng);本試驗(yàn)將成型試塊與生產(chǎn)線切割后的坯體一同放入蒸養(yǎng)釜內(nèi)，采用中壓蒸汽加壓，保持蒸養(yǎng)釜內(nèi)的壓力在1.14 Mpa，升起壓力的過(guò)程為2h，不宜過(guò)快;溫度壓力保持恒穩(wěn)持續(xù)蒸養(yǎng)8h，使得坯體內(nèi)所有反應(yīng)充分進(jìn)行，產(chǎn)品獲得強(qiáng)度后，最后得到用于實(shí)驗(yàn)的9組不同摻比的標(biāo)準(zhǔn)正方體蒸壓加氣試塊。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1試驗(yàn)結(jié)果

安排試驗(yàn)，測(cè)試試件相關(guān)性能，測(cè)試結(jié)果見表1。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

蒸壓加氣砼的內(nèi)部孔隙率大是產(chǎn)品質(zhì)輕的關(guān)鍵，一般氣孔率可達(dá)到百分之七十，國(guó)標(biāo)B06級(jí)蒸壓加氣砼砌塊抗壓強(qiáng)度為3.5MPa，見表2。

由表3可知：（1）抗壓強(qiáng)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(duì)試塊抗壓強(qiáng)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(duì)試塊容重的影響作用粉煤灰影響作用最強(qiáng)，石灰次之、水泥最弱。

蒸壓加氣粉煤灰加氣砼試塊的抗壓強(qiáng)度，與粉煤灰原料摻量增加呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì);而伴隨著原料組分生石灰比例的提升，試塊強(qiáng)度出現(xiàn)增大的趨勢(shì);但原料組分水泥配比的變化未對(duì)強(qiáng)度的的變化產(chǎn)生明顯影響。當(dāng)粉煤灰摻量62%、石灰摻量36%、水泥摻量0%時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)試塊的抗壓強(qiáng)度數(shù)值達(dá)到最大，最主要的原因可能是承擔(dān)加氣主要骨架的硅質(zhì)原材粉煤灰參與的各種水化反應(yīng)在適宜條件下充分發(fā)展，使得內(nèi)部小氣孔緊密均勻，最終降低了加氣試塊的內(nèi)部氣孔率。此外，使用的中速生石灰消解過(guò)程中提供的熱量適量，消化速度適中促進(jìn)了水化產(chǎn)物的生成，這也是強(qiáng)度增長(zhǎng)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(guān)，配合比中粉煤灰的使用量提升會(huì)使得產(chǎn)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(huì)產(chǎn)生容重減少的結(jié)果;水泥的用量對(duì)容重先降低后升高的波動(dòng)有影響，在各組成組分調(diào)整為粉煤灰占62%，生石灰占36%、水泥摻加量為0，調(diào)節(jié)的石膏占2%時(shí)，生石灰在坯體內(nèi)部遇水持續(xù)消解的過(guò)程中釋放大量的反應(yīng)熱，提高了坯體溫度，加速硬化的同時(shí)，促進(jìn)了鋁粉在堿性環(huán)境下釋放氫氣的過(guò)程; ph值呈現(xiàn)高濃度堿性時(shí)，水化硅酸鈣凝膠會(huì)出現(xiàn)一種作用，將粉煤灰中大量SiO硅質(zhì)材料粘接在一起，形成具有強(qiáng)度的二相混合體。流態(tài)下的原材料固液混合物在適量脫硫石膏的延緩調(diào)節(jié)下，與發(fā)氣過(guò)程共同配合，使得物質(zhì)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)相互之間聯(lián)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(guò)多使用的生石灰不但會(huì)提高產(chǎn)品的原料成本，更對(duì)混合體的構(gòu)成造成不利影響，過(guò)量的反應(yīng)熱會(huì)造成原材料固液混合物過(guò)快稠化，使得生產(chǎn)節(jié)奏過(guò)快。如果工人和設(shè)備不能匹配料漿硬化反應(yīng)速度，會(huì)造成大量成品破損。

根據(jù)上述分析得出結(jié)論，三種原料組分粉煤灰、石灰及水泥對(duì)加氣砼產(chǎn)品容重及強(qiáng)度影響效果程度各有不同;對(duì)產(chǎn)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(yàn)極差分析的基礎(chǔ)上，依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1 1968--2006強(qiáng)度和容重要達(dá)到B06等級(jí)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(jié)論

（1）在原料粉煤灰使用量從60%增長(zhǎng)到64%過(guò)程里，加氣砼試塊的強(qiáng)度表現(xiàn)為先緩慢增長(zhǎng)，達(dá)到某一高點(diǎn)后開始降低;產(chǎn)品干密度一開始先表現(xiàn)出減少，隨后趨勢(shì)放緩;當(dāng)提供氧化鈣的生石灰用量從34%提高到38%時(shí)，生石灰用量增大，加氣砼試塊的強(qiáng)度提高，但容重出現(xiàn)了下降;當(dāng)水泥用量由8%至最后無(wú)水泥時(shí)，隨著水泥摻量的減少，加氣砼試塊的強(qiáng)度沒有明顯變化，在試驗(yàn)結(jié)果中表現(xiàn)出有略微的減少然后再增加的趨勢(shì)。

（2）在蒸壓粉煤灰加氣砼各原料組分中，對(duì)試塊抗壓強(qiáng)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(duì)試塊容重的影響作用粉煤灰影響作用最強(qiáng)，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(yōu)化得到一種無(wú)水泥生產(chǎn)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(shí)，其可生產(chǎn)出滿足B06級(jí)要求的加氣砼合格品。

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收稿日期：2020-04-23

作者簡(jiǎn)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(yīng)用生產(chǎn)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