高性能蒸壓粉煤灰磚生產工藝技術綜述 李慶繁1 高連玉2 趙成文 3 （1遼寧省墻體材料協會 撫順 113008； 2中國建筑東北設計研究院有限公司 沈陽110003； 3沈陽建筑大學 沈陽110168） 摘 要：本文首先就中國工程建設協會標準CECS 256∶2009《蒸壓粉煤灰磚建筑技術規范》，對蒸壓粉煤灰磚提出的技術要求，進行了簡要介紹。其次就如何生產滿足《蒸壓粉煤灰磚建筑技術規范》要求的高性能蒸壓粉煤灰磚的生產工藝技術進行了討論，并以利用工業廢渣生產蒸壓粉煤灰磚的實例，說明了配合比與產品性能的關系。 關鍵詞：高性能 蒸壓粉煤灰磚 配合比 多次排氣壓制 高壓蒸汽養護 0 前言 為促進我國墻體材料革新，滿足節能、節地、環保、利廢的需要，使蒸壓粉煤灰磚建筑做到技術先進、安全適用、經濟合理和確保工程質量，提高經濟效益、社會效益和環境效益，經中國工程建設標準化協會批準并頒布了由中國建筑東北設計研究院有限公司和長沙理工大學主編的中國工程建設協會標準CECS 256∶2009《蒸壓粉煤灰磚建筑技術規范》（以下簡稱《規范》），自2009年8月1日起執行。 《規范》中針對蒸養粉煤灰磚和蒸壓粉煤灰磚的產品性能，均要符合現行行業標準《粉煤灰磚》（JC239—2001）的技術要求，致使JC239—2001為了滿足蒸養粉煤灰磚生產的需要，其中某些性能的技術指標要求偏低，特別是耐久性指標，因此，為了滿足工程質量和安全的需要，本規范對蒸壓粉煤灰磚提出了更高的技術要求。本文擬就《規范》對蒸壓粉煤灰磚提出的技術要求進行簡要介紹，并就生產滿足《規范》要求的高性能蒸壓粉煤灰磚的生產工藝技術進行討論。 1 《規范》對蒸壓粉煤灰磚提出的技術要求 在《規范》的2.1.1條中，賦予了蒸壓粉煤灰磚新的定義“以石灰、消石灰（電石渣）或水泥等鈣質材料與粉煤灰等硅質材料及集料（砂）為主要原料，摻加適量石膏，經攪拌混合、多次排氣壓制成型、高壓蒸汽養護而制成的磚。” 在《規范》的第三章，對蒸壓粉煤灰磚的性能提出了技術要求，現說明如下： 1、用于承重結構的蒸壓粉煤灰磚，除應滿足現行行業標準《粉煤灰磚》JC239外，尚應滿足本規范的規定。 2、蒸壓粉煤灰磚的強度等級應為：MU25、MU20、MU15。 3、承重磚的折壓比不應低于0.25。 4、蒸壓粉煤灰磚的質量吸水率不應大于20%。 5、蒸壓粉煤灰磚出廠時的干燥收縮值不應大于0.5mm/m。 6、蒸壓粉煤灰磚的抗凍性能應符合表1的要求 表1 蒸壓粉煤灰磚抗凍性能要求
7、蒸壓粉煤灰磚的碳化系數和軟化系數均應不小于0.85。 另外，在互聯網上發布的國家標準《墻體材料應用統一技術規范》（送審稿）中，就蒸壓粉煤灰實心磚而言，規定了最低強度等級為MU15、折壓比（塊體材料抗折強度與其抗壓強度等級之比）見表2、碳化系數和軟化系數均不應小于0.85以及抗凍性能：非采暖地區為F25、采暖地區為F50。 表2 蒸壓粉煤灰磚的折壓比
2 蒸壓粉煤灰磚的生產工藝技術 蒸壓粉煤灰磚屬硅酸鹽制品，目前其產品質量由行業標準《粉煤灰磚》（JC239—2001）評定，但該標準并沒有像水泥混凝土制品的墻材標準那樣，以引用標準的形式，對其混凝土制備工藝作出明確規定，如國家標準《輕集料混凝土小型空心砌塊》（GB/T 15229），引用了行業標準《輕骨料混凝土技術規程》（JC51），使其條文成為GB/T 15229的條文，那么生產輕集料混凝土小型空心砌塊的混凝土的制備包括原材料的品質、配合比、攪拌、養護等工藝過程，就應符合行業標準JC51的規定，從而可使小砌塊的產品質量得到保證。然而，行業標準《粉煤灰磚》中，僅就原材料的質量提出要求，對粉煤灰硅酸鹽混凝土的制備，包括配合比和拌制工藝等并沒有作出規定，加之行業標準《粉煤灰磚》為適應蒸養粉煤灰磚的需要，所規定的技術指標偏低，尤其以耐久性能最為突出。因此，有些生產企業只追求產品質量滿足標準的技術要求，原料配合比、混凝土拌制工藝和養護制度等的隨意性較大，成型設備落后，使所生產的產品性能低劣，質量參差不齊，更有甚者一些企業為片面追求利潤，違背科學地任意加大粉煤灰摻量（有的高達90%），唯利廢而利廢，導致其產品質量不能滿足建筑應用要求，在工程應用中出現不同程度的質量問題，引起一定的反響，其中最突出的問題是：1墻體裂縫問題；2局部墻體耐久性問題。究其工程質量問題的原因，應該說是多方面的，但其蒸壓磚自身產品質量問題是其主要影響因素，該問題若不解決，勢必將制約蒸壓粉煤灰磚在工程中的推廣和應用，也將制約蒸壓粉煤灰磚的可持續發展。通過一些大專院校、科研院所和企業的不懈努力，在引進先進的生產設備——雙面多次排氣加壓液壓壓磚機，進行消化吸收使之國產化，并對工藝技術進行改造，通過改進技術和配方，正確選擇原材料，調整原料顆粒級配，加強各個生產工藝環節的質量控制，嚴格執行高壓蒸汽養護制度，使產品質量有了較大幅度的提高。為使蒸壓粉煤灰磚的產品質量滿足《規范》的要求，下面就蒸壓粉煤灰磚的原材料、配合比的合理選擇及對生產工藝的基本要求進行討論。 2.1 原料及其性能 蒸壓粉煤灰磚所用原材料，主要有硅質材料——粉煤灰、鈣質材料、石膏和細集料等，為保證產品質量，各種原材料均應滿足相應的技術要求。 2.1.1 粉煤灰——硅質材料 粉煤灰是生產蒸壓磚的主要硅質材料之一，粉煤灰的化學組成，對粉煤灰的水化反應有著重要影響，從而影響蒸壓粉煤灰磚的強度和耐久性。粉煤灰的細度和含碳量，不僅影響粉煤灰的水化反應，而且對蒸壓粉煤灰磚的密實度有著重要影響，細度適宜、含碳量愈低，磚愈密實，磚的強度愈高、耐久性愈好。 行業標準JC409—2001《硅酸鹽建筑制品用粉煤灰》，規定硅酸鹽建筑制品用粉煤灰按細度、燒失量、二氧化硅和三氧化硫含量分為Ⅰ、Ⅱ二個級別（見表3）。 科學實驗和生產實踐表明，用于生產高質量蒸壓粉煤灰磚的粉煤灰的化學組成，以符合表4的要求為宜。 表3 硅酸鹽建筑制品用粉煤灰的技術要求
表4 用于粉煤灰磚的粉煤灰適宜的化學組成 單位：%
通常情況下，各種粉煤灰中的SiO2均能達到要求，SiO2+Al2O3含量多在70%以上，完全可以滿足生產蒸壓粉煤灰磚的需要。而燒失量和細度成為粉煤灰能否用于制備蒸壓粉煤灰磚的關鍵。為了保證坯體的密實度，粉煤灰的細度以0.08mm方孔篩篩余量為20%～40%為宜、含碳量即燒失量不應大于8%，另外堆積密度不應小于600kg/m3。這里需要說明的是，一、關于粉煤灰的細度，武漢理工大學的實驗研究表明，粉煤灰過細和層數越多，摩擦力就越大，傳遞中壓力損失就越大，坯體也就越不密實；二、關于含碳量，有的認為粉煤灰中的碳能揮發，而引起磚的收縮，有的則認為易風化，實際并非如此，粉煤灰中的碳是以焦炭形式存在，具有較好的體積安定性，科學研究表明“碳在常溫時很穩定，在高溫時能與許多元素作用”,因此，粉煤灰中的碳在磚使用過程中，既不會“揮發”也不會“風化”，其對磚的危害作用，在于其為多孔體，含碳量高時，一方面，可使磚具有較大的飽水能力，濕熱交換中破壞力大，壓制成型過程中，也不易使坯體密實 ；其次，可使磚具有較高的吸水率，而使磚的抗凍性能劣化；另外，減少了粉煤灰中的活性組分，而且會吸收過多的水化產物，對水化反應不利，將使磚的強度受到不良影響；三、關于密度，粉煤灰的干堆積密度越低，內部空氣含量越高。成型施壓時，大量空氣難以排出形成反彈，坯體不易密實。 當使用濕排粉煤灰時，除上述技術要求外，還應控制其含水率在一定范圍，要求含水率為30%～33%。這是因為：含水率偏大，消化時易發生結倉，碾壓和成型困難，壓制的磚坯有粘模、表面出漿、彎曲等弊病，甚至無法成型；含水率過低，會造成混合料消化不完全和碾壓時碾輪壓不著料，碾壓效果不佳。另外從生產控制角度考慮，應防止粉煤灰含水率波動過大，因為這不僅影響到混合料中的水分，而且由于粉煤灰含水率的波動造成整個配合比不準確，尤其采用體積計量時，應仔細控制。 2.1.2 鈣質材料 鈣質材料有石灰、電石渣和水泥等，其與粉煤灰在高溫水化反應中與粉煤灰中的SiO2和Al2O3反應生成水化硅酸鹽和水化鋁酸鹽，從而使制品具有強度。 生產蒸壓粉煤灰磚宜采用生石灰。應盡可能采用活性氧化鈣——ACaO（在通常條件下石灰消解，能與水化合生成氫氧化鈣的游離氧化鈣——fCaO，稱為活性氧化鈣，以ACaO表示）含量高、消化速度快、消化溫度高的正燒新鮮生石灰。 粉煤灰磚中的生石灰用量是以ACaO含量計算的。采用活性高的生石灰，可減少石灰在制品中的用量，從而降低成本，而且含ACaO高的生石灰還可以提高磚的強度和其他性能。 石灰消化速度快，可縮短混合料消化工序的周期，提高生產效率；消化溫度高則有助于磚坯在養護前初始強度的增長。不同的消化方式，對生石灰的要求略有不同。對地面消化者，石灰質量可適當降低。 生石灰質量技術要求見表5。 當采用熟石灰或工業廢渣（如電石渣）時，應通過專門的工業性試驗確定。采用電石渣，其質量應符合表6的規定。 2.1.3 石膏 石膏可采用天然石膏或工業副產石膏即化學石膏（脫硫石膏、磷石膏、氟石膏），它們可以是二水石膏、半水石膏或無水石膏，通常用二水石膏。 表5 生石灰質量技術要求
表6 電石渣質量技術要求
石膏是一種附加材料，它可以提高制品的強度及穩定性。石膏主要用作緩凝劑、激發劑。作為緩凝劑，它可以延緩生石灰的消化速度和水化凝結過程，使石灰的終凝控制在20～60min之內，限制石灰消化時體積的膨脹。作為激發劑，它可加速水化物的生成速度，增加水化物的結晶度，從而提高早期強度，特別是抗折強度，還可減少磚坯的收縮開裂。當石膏摻量適宜并具有合理的養護制度，可提高磚的碳化和抗凍性能。對石膏的質量要求，主要是CaSO4含量應不小于65%。 在使用工業副產石膏時，除要求CaSO4含量符合要求外，對其中其它雜質應加以限制。如，采用磷石膏時，要求含P2O5數量不超過3%，采用氟石膏時,應先用石灰中和至呈微堿性，以保證其中HF含量極少。 使用石膏干粉末時，細度要求為0.080mm孔篩篩余量≤15%。 2.1.4 集料 蒸壓粉煤灰磚應采用細集料,其粒徑>5mm～10mm的顆粒應不大于15%?？梢圆捎锰烊患毤?mdash;—砂、人工細集料——碎石屑，也可以采用尾礦、煤渣、液態渣、水渣等工業廢渣。 集料在蒸壓粉煤灰磚中，是作為調整顆粒級配的粗顆粒，要求顆粒級配合理、粉料少，顆粒強度應高于設計制品強度；應使用干堆積密度大于750kg/m3多種粒級組成的集料，按照顆粒緊密堆積原則進行粒級選擇，避免使用層理大、顆粒比表面積小、物理化學性質不穩定的集料。 集料的作用是增加透氣性，使得磚坯在壓制時，減少或避免產生分層裂縫,同時可改善磚坯成型時的其他性能,提高磚的強度,特別是它的抗折強度。集料應具有合理的顆粒級配，以利于減少膠結料用量、需水量，提高硬化體的強度與均勻性等。集料的種類和摻量直接影響磚的強度特別是抗折強度及收縮值。 選用砂和碎石屑等細集料時，其質量要求與普通混凝土相同。對于工業廢渣則還有一定的化學成分的要求,其技術要求見表7。 表7 工業廢渣細集料的技術要求
2.2 配合比 蒸壓粉煤灰磚的各項性能，均取決于原材料中各種成分相互反應，產生的水化產物及組成的結構，因而，在一定的工藝條件下，配合比在保證產品質量方面，起著關鍵的作用。 在確定配合比時，應考慮如下幾個問題：首先，要保證產品質量符合《規范》的規定，特別是特別是強度和耐久性；其次，與已確定的各項工序條件相適應；第三，在滿足上述條件下，應盡量選擇石灰、石膏用量的下限，以降低產品成本；第四，原材料的選擇應符合因地制宜、就地取材的原則，優先利用各種工業廢渣。 應特別強調的是，配合比中集料的摻量應該足夠，其在磚內增加粗顆粒后，可增加透氣性減少磚坯的分層裂縫，提高磚的抗折強度。 當所用原料確定之后，首先要取樣化驗分析。各種原料的性能達到制磚的技術要求后即可配料生產。因在生產中，原料產地一般不會變動，故其化學成分基本不變，但生石灰煅燒因素變化較大，要經常分析。以分析結果帶入公式求得合理配比。 2.2.1 粉煤灰摻量 原料中粉煤灰提供硅、鋁組分。 在原材料質量和其他工藝參數基本穩定，生石灰摻量相對不變的情況下，制品的性能與粉煤灰（或砂子）的摻量有明顯關系。制品強度隨粉煤灰摻量增加而降低，隨著砂子摻量增加而提高，且制品密實度提高，干縮率隨之降低。中國建筑東北設計院和沈陽建筑大學的科研人員，在收集國內幾十家生產企業試驗資料并進行的試驗研究表明：“當粉煤灰摻量大于約42%時，磚的抗折強度隨粉煤摻量的增加有下降的趨勢，而粉煤灰摻量小于約42%時，磚的抗折強度隨粉煤摻量的減少亦有下降的趨勢，這說明了粉煤灰與骨料間存在并有待進一步深入研究的合理匹配問題。曾對某企業摻灰量高達90%的磚（其抗壓強度試驗結果達到MU10級，而折壓比僅為0.16）進行了兩磚的對撞試驗，結果兩塊磚同時呈粒狀脆壞。在對不同折壓比的蒸壓粉煤灰磚墻片所進行的偽靜力（恢復力特性）試驗可明顯看出折壓比低（即抗折強度低）的磚墻開裂過早，且脆裂突然。”因此，為使蒸壓粉煤灰磚具有較高的抗折強度，以滿足建筑工程的質量和安全的需要，粉煤灰摻量不宜超過55%。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
