對國家標準《墻體材料應用統一技術規范》強制性條文 “墻體不應采用非蒸壓加氣混凝土制品”的解讀 李慶繁 （遼寧省墻材工業協會 遼寧 撫順 113008） 摘 要：本文首先就何謂非蒸壓加氣混凝土制品作了說明，進而對泡沫混凝土作了簡要介紹，對泡沫混凝土及其制品 的發展的歷程及存在的問題進行了討 論。介紹了國家現行泡沫混凝土制品的產品標準對其存在問題作了對比說明，并就其所命名的產品實為泡沫硅酸鹽制品進行了論述，以及不同的養護制度對產品性能 的重要影響進行了論證，以解讀國家標準GB 50574強制性條文“墻體不應采用非蒸壓加氣混凝土制品”，建議，應開展蒸壓泡沫混凝土制品生產技術的研 究，加快調整泡沫混凝土墻材制品的產品結構。 關鍵詞：國家標準 強制性條文 解讀 認真貫徹 調整 產品結構 4 墻體不應采用非蒸壓加氣混凝土制品——免蒸壓泡沫混凝土制品 目前，生產泡沫混凝土制品，為了適應國家節能減排、節約資源能源政策的大力推行，以及發展低碳經濟的總體戰略要求，大量利用粉煤灰、礦渣粉等工業廢渣，并摻加鈣質材料——石灰取代部分水泥，以降低成本。如行業標準JC/T 1062《泡沫混凝土砌塊》和國家標準《蒸壓泡沫混凝土磚》送審稿中，關于原材料的規定中，盡管將石灰定義為摻合料，但并不能改變石灰同水泥一樣作為鈣質材料，并同水泥一樣具有相同作用的本質。因此，均屬硅酸鹽混凝土制品。 4.1 泡沫混凝土的結構及物理力學性能形成原理 生產泡沫混凝土制品的泡沫混凝土是一種多孔硅酸鹽混凝土，它的各種物理力學性能取決與養護后的混凝土結構，包括孔結構及孔壁的組成。 與一般硅酸鹽混凝土一樣，泡沫混凝土的孔壁組成，是由硅質材料與鈣質材料在自然或人工水熱合成條件下反應生成的一系列水化產物和數量決定的，也是使泡沫混凝土具有一定的物理力學性能的成因。 泡沫混凝土的孔結構，不僅有如同一般硅酸鹽混凝土那樣的微孔結構，還有有泡沫在料漿中形成的氣孔，這對泡沫混凝土的物理力學性能有著極大的影響。 4.1.1 泡沫混凝土的結構 1 泡沫混凝土的孔間壁結構 孔間壁是泡沫混凝土的基本材料在水的作用下，經養護后形成的人造石，它的組成為水化產物、未水化的材料顆粒和混合水形成的孔隙。 1）水化產物 泡沫混凝土的水化產物和一般硅酸鹽混凝土相似，隨著養護制度的不同，膠凝材料的水化產物和結晶度有明顯的不同，致使其性能有顯著差異，亦即泡沫混凝土的性能與水化產物和結晶度密切相關。硅酸鹽混凝土的水化產物，總的來說：是以低堿度的水化硅酸鈣系列產物為主，還有水化鋁酸鈣（C3AH6）、水石榴石（C3ASnH6-2n）、鈣礬石即三硫型水化硫鋁酸鈣（3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）和單硫型水化硫鋁酸鈣（3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O）等水化產物。 2）未反應的材料顆粒 以一定數量的未反應顆粒構成骨架，水化產物做為膠結料，包裹在未反應顆粒表面并填充其空隙構成混凝土整體。 3）孔間壁內的孔隙 孔間壁內的孔隙結構主要與配料的水料比和水化反應程度有關。一般來說，按孔隙的大小可以概略地分為水化產物內的膠凝孔、毛細孔以及介于兩者之間的過渡孔?？组g壁內的孔隙對強度的影響不如氣孔結構對強度的影響大。 2 泡沫混凝土孔結構 泡沫混凝土的強度受氣孔的結構及形狀的影響較大。 泡沫混凝土的強度同樣服從于孔隙率理論，氣孔率越大，體積密度越小，強度也就越低。如保持氣孔率不變，改變氣孔的大小，也可以改變泡沫混凝土的強度?；旌狭现械募毧追植嫉呐c均勻、尺寸愈小，則泡沫混凝土強度愈高。 4.1.2 硅酸鹽混凝土在不同養護制度下的水化產物及物理力學性能 泡沫混凝土的結構是由氣孔和孔間壁組成。而孔間壁是由水化產物、未水化的材料顆粒和孔隙組成。因此，為了對“墻體不應采用非蒸壓加氣混凝土制品”有所理解，就必須了解在不同養護制度下的硅酸鹽混凝土的水化產物組成及物理力學性，因為它們直接影響到泡沫混凝土及其制品的物理力學性能。 1 硅酸鹽混凝土——泡沫混凝土的養護制度與水化產物 硅酸鹽混凝土的養護制度有自然養護、常壓蒸汽養護和高壓蒸汽養護之分。隨養護制度的不同，膠凝材料的水化產物和結晶度有明顯的不同，現以粉煤灰做為硅質材料的水泥——粉煤灰——石灰硅酸鹽混凝土為例，討論泡沫混凝土在不同養護制度下的水化產物。 1）自然養護條件下的水化產物 在水泥——粉煤灰——石灰泡沫混凝土中，摻加石灰是為了降低產品成本，減少水泥的摻量，用石灰補充水泥摻量的不足，參與二次水化反應，并保持一定的堿度，以利于水化物的生成。由于在原料體系中摻有較大比例的水泥，因此，可同以水泥為鈣質材料的粉煤灰免燒磚一樣，實現自然養護。當加水后，首先水泥進行水化反應生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等凝膠，并能形成Ca（OH）2晶體。凝膠能夠膠結分散的粉煤灰顆粒和集料等，形成不可逆膠化和硬化，從而使泡沫硅酸鹽混凝土具有早期強度，這是泡沫硅酸鹽混凝土及其制品實現自然養護——免蒸的基礎。由于大量粉煤灰的摻入，使最終的水化產物中，水泥結石穩定、混凝土耐久的物質基礎和標志性礦物——Ca(OH)2不復存在，高堿水化硅酸鈣轉化為低堿水化硅酸鈣，并需要由石灰水化生成的Ca(OH)2，參與二次水化反應，增加水化產物數量。提高混凝土的強度和其它性能。最終泡沫混凝土的主要水化生成物是結晶差的CSH(Ⅰ)等水化硅酸鈣膠體，還有水化鋁酸鹽、鈣礬石、單硫型水化硫鋁酸鈣等。 2）在常壓飽和蒸汽養護條件下的水化產物 由于水化硅酸鈣系列產物中的多勃莫來石晶體需要在較高的溫度下生成，如石灰和硅膠或石灰和磨細石英砂需在130～175℃濕熱條件順利合成，在蒸養條件下，無論是提高混凝土的堿度，還是延長蒸養時間，都難以生成結晶良好的托勃莫來石，制品的主要生成物是結晶差的CSH(Ⅰ)和C-S-H凝膠等水化硅酸鈣膠體。因此，蒸養粉煤灰制品，隨著水熱養護過程的延長，平衡產物有水化硅酸鈣CSH(Ⅰ)、鈣礬石、單硫型水化硫鋁酸鈣和結晶度極差的水化石榴子石等。 3）在高壓飽和蒸汽養護條件下的水化產物 粉煤灰硅酸鹽混凝土——粉煤灰泡沫混凝土在高壓飽和蒸汽養護條件下，不僅粉煤灰中的活性氧化硅和活性氧化鋁可與石灰充分地進行水化反應。而且以石英硅和莫來石狀態存在的氧化硅，都不同程度地被高溫高壓條件所激發，發揮了活性，可以很快地與鈣質材料結合進行水化反應，可提高水化產物的數量。晶態硅——莫來石可以直接水化成CaO—SiO2—Al2O3—H2O系列水化產物，如結晶良好的水化石榴子石。在石灰摻量合理的范圍內，蒸壓處理之后不存在游離CaO,水化反應非常充分，可以提高水化硅酸鈣的結晶度，而具有較高的結晶度，促進抗碳化性能良好的水化石榴子石形成。 當具有合理的配料、合理的蒸壓養護制度，蒸壓粉煤灰制品的水化產物將處于多相平衡狀態，托勃莫來石、CSH(Ⅰ)及單硫型水化硫鋁酸鈣、水化石榴子石等同時并具有合適的比例平衡存在。 2 不同養護制度對硅酸鹽混凝土及其塊體材料性能的影響 如上所述，硅酸鹽混凝土的膠凝材料在不同的養護制度下，有著不同的水化產物，不同的水化產物具有不同的物理力學性能，因此，不同的養護制度對泡沫硅酸鹽混凝土及其制品的性能有著重要影響。 1）養護制度對力學性能的影響 硅酸鹽混凝土及其制品水化生成的低堿水化硅酸鈣凝膠，主要有結晶度較差的呈纖維狀的Ⅰ型水硅酸鈣CSH（Ⅰ），其具有較高的抗壓強度，是硅酸鹽混凝土中最主要的水化產物之一，是對強度貢獻最大的水化產物。在合理的蒸壓制度條件下，結晶度較差的CSH（Ⅰ）可以逐漸轉變為結晶良好的托勃莫來石C5S6H5，亦是硅酸鹽混凝土最主要的水化產物，其強度比CSH（Ⅰ）低，但是，當托勃莫來石晶體具有合理的比例，在結晶差的CSH(Ⅰ)中穿插一些托勃莫來石，其強度比單一CSH（Ⅰ）試件高出約一倍。另外，硬硅鈣石收縮小抗折強度高。因此，從上述不同養護制度的水化產物可以看出，蒸壓制品與蒸養和自養制品相比，具有高的抗壓和抗折強度，表3對硅酸鹽磚的的實驗數據可對此作出證明。 2）養護制度對碳化性能的影響 暴露于大氣中的硅酸鹽材料，經常受到空氣中的碳酸氣、濕氣的作用，即碳化作用，而導致硅酸鹽材料的結構和物理力學性質的變化。 實驗研究表明，托勃莫來石碳化6個月后強度提高40%，CSH(Ⅰ)碳化6個月強度下降20%，顯然，托勃莫來石的抗碳化性能明顯好于Ⅰ型水化硅酸鈣。 水石榴石的組成是可變的，其通用式是C3ASnH6-2n，它是C3AH6中的H2O部分的被SiO2取代而形成的，其中一個SiO2可取代兩個H2O。水石榴石的組成與水熱處理溫度有關，溫度愈高，其組成中含有SiO2的程度愈高，抗碳化性能隨之增高。在蒸壓條件下n>2，可形成抗碳化性能良好、碳化速度極慢、組成為C3ASH4—C3AS2H2系列的水石榴石晶體。在蒸養條件下n<2，生成的水化石榴石，抗碳化性能遠不如蒸壓條件下的。在自養條件水石榴石的結晶度極差。 三硫型水化硫鋁酸鈣的抗碳化性能較差，碳化速度較快，碳化后密實度減小，強度急劇降低。單硫型水化硫鋁酸鈣則相反，碳化后密實度增加，強度大幅度提高。 另外，科學研究和實踐表明，高堿性水化硅酸鈣的碳化穩定性要比低堿性的高；單硫型水化硫鋁酸鈣（含12個結晶水）的碳化穩定性要比三硫型水化硫鋁酸鈣（含32個結晶水）的高；相同堿度的水化物，蒸壓的碳化穩定性比蒸養的高，蒸養的則比自然養護的要高。 因此，上述硅酸鹽制品在不同養護制度下膠凝材料的水化產物組成可知，自然養護的泡沫硅酸鹽制品的抗碳化性能，不如蒸養硅酸鹽制品，更不如蒸壓硅酸鹽制品。 3）養護制度對抗凍性能的影響 硅酸鹽制品的抗凍性能，不僅與成型設備的選擇、原料的選用及配合比有關外，還與水化產物組成密切相關，亦可以說與養護制度有關。 科學研究表明，混凝土中膠凝材料結石中各種水化產物的抗凍性能不盡相同，就礦物成分而言，其抗凍性的大小按以下順序排列： 水化硅酸二鈣〔CSH（B）〕> 水化硅酸二鈣〔CSH（C）〕> 硬硅鈣石>托勃莫來石（C5S6H5）>Ⅰ型水化硅酸鈣〔CSH(Ⅰ)〕> 水化硅酸鈣凝膠（C-S-H）> 水化鋁酸鈣(C3AH6) 因此，由表1可以看出，自養硅酸鹽制品的抗凍性能不如蒸養制品，更不如蒸壓制品。 工程實踐表明：墻體材料的抗凍性能低劣是導致砌體劣化的主要原因，甚至直接威脅建筑的安全。為了強化墻體材料的抗凍性能要求，以適應我國寒冷及嚴寒地區的工程應用，《墻規》對不同地區墻體材料的抗凍性能指標作出明確規定：夏熱冬暖地區為F15、夏熱冬冷地區為F25、寒冷地區為F35、嚴寒地區為F50。材料的抗凍性指標的高低，不僅能評價材料的應用，尤其是在在寒冷及嚴寒地區的應用效果，還可表征材料的最終水化生成物的反應水平及其內在質量的優劣。即使采用高壓蒸汽養護，如養護制度不到位，生產過程中的水化反應不徹底，將導致塊體材料的抗凍性能降低，這將成為墻體劣化的重要原因之一，甚至直接威脅建筑的安全，此類工程事故已為數不少。 4）養護制度對干燥收縮的影響 硅酸鹽混凝土及其制品的干燥收縮不僅與混凝土的的密實度有關，亦與硅酸鹽混凝土的膠凝材料結石——硅酸鹽石的礦物組成即水化產物組成密切相關。硅酸鹽混凝土及其塊體材料的水化產物有晶體、半晶體和膠體之分，其中晶體不受干燥條件的影響，水化產物的結晶度越高，抗干縮能力就越好。 有關研究表明，在充分水化的蒸壓粉煤灰制品的硅酸鹽石中，水化硅酸鈣系列產物中，結晶良好的托勃莫來石、硬硅鈣石和水石榴石晶體約占40%左右，而使蒸壓粉煤灰磚具有較高的結晶度。而水化充分的自然養護和常壓蒸汽養護的膠凝材料，水化生成的水化硅酸鈣系列產物由于反應溫度低，沒有結晶良好的托勃莫來石、硬硅鈣石，而是以水化硅酸鈣凝膠膠體為主。在水化硅酸鈣凝膠膠體所占據的空間中，有約為凝膠體積28%的凝膠孔，這些孔中吸附有大量的水，這種水分干燥時極易失去，當這些凝膠脫水時，而引起體積縮小，制品收縮，是導致墻體干縮變形和產生裂紋的主要原因之一。 因此，根據蒸壓、蒸養和自養粉煤灰硅酸鹽制品的水化產物組成可知，自然養護制品抵抗干燥收縮變形的能力不如蒸養制品，更不如蒸壓制品。 表9給出了高壓蒸汽養護和常壓蒸汽養護以及高壓蒸汽養護的養護時間相同壓力不同時，對硅酸鹽磚的力學性能及干燥收縮的實驗結果。 表9 不同蒸壓制度對磚物理力學性能和干燥收縮性能的影響
從表3試驗結果可看出：采用高壓蒸汽養護的硅酸鹽磚的物理力學性能和干燥收縮性能要明顯好于常壓蒸汽養護的制品；采用高壓蒸汽養護，在相同的養護時間條件下，隨著養護壓力的提高，磚的抗壓、抗折強度隨之提高，干燥收縮值隨之降低。以此，表明硅酸鹽磚的養護制度對其物理力學性能和干燥收縮性能有重要影響。 4.2 小結 綜上所述，隨著泡沫硅酸鹽混凝土及其制品養護制度的不同，水化產物的礦物組成有明顯的不同，使蒸壓粉煤灰制品與非蒸壓制品相比，有許多獨特的優點，特別在綜合耐久方面，是非蒸壓制品不可比擬的。粉煤灰在蒸壓工藝條件下，進行水熱合成反應時的溫度不低于174.5℃，不僅活性SiO2，而且石英和莫來石晶體也參與與氧化鈣的反應，使水化產物的數量增多，更重要的是生成了強度較高、結晶較穩定的水化硅酸鈣系列礦物，主要以托貝莫來石晶相存在，晶膠比得到了合理匹配，制品中有托勃莫來石晶相存在很重要，它不僅對強度有好處，而且對抵抗收縮和提高抗碳化、抗凍性能都是非常有用的，同時生成了抗碳化性能良好的水化石榴子石，從而提高了制品強度和抗凍、抗碳化等性能，降低了制品的干燥收縮和碳化收縮，而使其具有獨特的優越性，這也就是蒸壓加氣混凝土制品與蒸養或者說非蒸壓加氣混凝土制品的重要差別。也正是由于目前的泡沫混凝土砌塊大都采用非蒸壓養護，致使產品質量低劣。 因此，墻體不應采用非蒸壓加氣混凝土制品——免蒸壓泡沫混凝土制品。 5 大力開展蒸壓泡沫硅酸鹽混凝土制品的生產技術研究加快調整產品結構 利用泡沫混凝土生產墻材制品，尚屬剛剛起步，其中泡沫混凝土砌塊的生產不盡人意，有關專家曾撰文指出：“我國泡沫混凝土大部分為自然養護，產品質量差，實際應用不多。特別是泡沫混凝土砌塊，雖然已出了行業標準，但至今沒有規?；a應用的產品。昆明、南昌等地先后建設的一批大型泡沫混凝土砌塊生產線，由于制品后期干縮大，墻體裂縫，都已倒閉。目前，國內小企業手工作坊式生產泡沫混凝土砌塊正在各地推廣，質量很難保證，后期干縮不能解決，告戒大家且不可盲從。”令人深思。 為什么泡沫混凝土砌塊的質量會如此低劣？原因應該是多方面的，其中采用非蒸壓養護制度是重要原因之一，而采用非蒸壓養護制度，與行業標準JC/T 1062將其視為水泥混凝土制品，而明確可自然養護不無關系。另外，如前所述，行業標準JC/T 1062所規定的技術指標，明顯低于國家標準《墻體材料應用統一技術規范》（GB 50574）和《蒸壓加氣混凝土砌塊》（GB 11968）的規定，而使技術門檻過低，難以生產質量符合建筑工程要求的產品。 這里還需要說明的是，國家標準《蒸壓泡沫混凝土磚》（送審稿），為了滿足生產的需要，所制定的技術指標過低，如強度等級為MU3.5的磚，其允許的密度等級為B11～B13，顯著高于國家標準GB 11968要求MU3.5的加氣混凝土砌塊，允許的密度等級優等品為B05，合格品也只有B06的規定。另外，輕集料混凝土強度等級為LC5.0的，要求的干表觀密度應為750 kg/m3～850kg/m3。其它各項技術指標亦明顯低于國家標準GB 50574的規定。 總之，目前對泡沫混凝土制品生產技術的研究，還遠不如蒸壓加氣混凝土制品那樣深入，最為突出的是密度等級和強度等級沒有確切的對應關系，產品標準中沒有對此作出規定，使得產品的輕質、高強、高保溫性能難以保證。為了認真貫徹國家標準GB 50574，建議，應大力開展蒸壓泡沫混凝土制品生產技術的研究，加快調整泡沫混凝土墻材制品的產品結構，提高泡沫混凝土制品的產品質量，以發揮泡沫混凝土及其制品在墻材革新與建筑節能中的重要作用。   更多行業信息 新型砂漿網：http://www.www.azcospm.cn/ 保溫工程網：http://www.bwgcw.com/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
