[能源化工]加气混凝土生产技术实用讲义

[能源化工]加气混凝土生产技术实用讲义内容摘要：

湿循环及碳化强度均较高，强度也在单碱水化物和双碱水化物之间。 4 CaO_AI2O3_CaSO4_H2O 系统 （ 1） 三硫型水化硫铝酸钙，晶体呈六角形柱状或针状结晶，当其形成时，固相体积增加 27 倍。 （ 2） 单硫型水化硫铝酸钙，晶体呈六角形片状，当其形成时，固相体积不增大。 三硫型水化硫铝酸钙在 125~175。 C范围内是稳定的。 20 表 1—— 2 人工合成的水化硅酸钙单矿 物的性能 水化物名称 合成条件 末碳化的试件 45 昼夜碳化的试件 立方试样 棱柱试样 立方试样 棱柱试样 温度（。 C） 时间 体积密度 kg/m3 抗压强度 （ MPa) 体积密度 kg/m3 抗压强度 （ MPa) 体积密度 kg/m3 抗压强度 （ MPa) 体积密度 kg/m3 抗压强度 （ MPa) 托勃莫来石 175 24 CSH（ B） 200 120 硬硅钙石 250 168 200 96 C2SH（ C） 250 240 表 1— 3 几种水化产物的强度及其他性能 水化产物 抗折强度（ MPa) 抗冻性 （次） 碳化收缩 （ %） 合成后 碳化后 干湿循环后 托勃莫来石 18 CSH（ B） 12 硬硅钙石 23 C2SH（ A） 105 C2SH（ C） 75 C3SH6 C3ASH4 二 水化产物的综合强度 硅酸盐混凝土中，其胶凝物质不可能是某一种纯粹的水化产物，而总是由多种水化产物的混合相或连续相组成。 因此，有必要对几种水化产物的综合强度 进 21 行讨论。 杨波尔研究了数种水化产物以不同比例组成的凝胶物质胶结的试件强度，其中以托勃莫来石 +CSH（ I）胶结的试件强度最高（设其相对强度为了 00%）； CSH（ I）或 CSH（ I） +CSH（ II）次之（相对强度 56~62%）；水化钙铝黄长石（含 70~80%）+CSH（ I）再次之（相对强度 20~30%）；水石榴子石（含 70~80%） +CSH（ I）（含20~30%）更次之（相对强度 13~20%）； C2AH6+水石榴子石最低（相对强度 3~4%）。 以上只是从强度的角度研究了几种水化产物组合在一起的性能，而硅 酸盐混凝土的其它的物理力学性能并不与强度性能一致，因此，需要综合考虑获得某种理想组成的胶凝物质。 第三节 硅酸盐混凝土的强度形成 生产硅酸盐混凝土的原材料要求能提供 CaO和 SiO2。 提供 CaO的材料有石灰、水泥和粒状高炉矿渣，水泥和矿渣同时也提供了部分 SiO2；提供 SiO2 的材料有石英砂、粉煤灰及其它工业废渣。 不论用什么原材料生产硅酸盐混凝土，其实质都是 CaO 与 SiO2在水热条件下合成水化硅酸钙，以此作为硅酸盐混凝土有胶凝物质，与尚末反应的材料颗粒结合在一起，构成混凝土的整体强度，当掺有石膏时，还有 CaSO4及粉煤 灰、水泥中含有的 AI2O3等参与反应。 因此，水化产物还包括水化铝酸钙、水化硫铝酸钙等。 一原材料的溶解度 水化反应一般要经过原材料在液相中的溶解、过饱和析晶、晶体长大形成结晶结构等过程。 原材料的溶解，即石灰水化后的 Ca(OH)2 和砂、粉煤灰中 SiO2 溶解到液相中，然而结合为各种组成的水化硅酸钙。 因此，原材料在各种条件下的溶解度，直接影响到水化产物的生成及组成。 各种物质的溶解度均与温度相关。 Ca(OH)2 的溶解度随温度的升高而下了降，如 22 下 25。 C 时，溶解度 ~, 时为 ~,~。 相反，砂及无定型硅胶的溶解度随温度的升高而增加。 当温度为25。 C 时，砂的无定型 SiO2溶解度在 ~，在 99。 C 时为 ~,溶解度极小，但当温度超过 150。 C以后，溶解度迅速增加，在。 C时，达到 ~。 无定型硅胶的溶解度稍大，在 25。 C时就达 ~，100。 C 时达 ~，。 C时为 ~。 图略 ，由此可见，在室温条件下及至 100。 C 的蒸养条件下， 由于砂的溶解度很小，石灰与砂很难反应。 因此，室温养护及蒸养的灰砂制品强度很底，只有将温度提高到 150。 C 以上（如 ，。 C； ， C和 ,），石灰与砂的反应激烈进行。 因此，蒸压灰砂制品具有较高的强度。 粉煤灰中硅铝玻璃体内的 SiO2一般称之为活性硅，可以把这种 SiO2看成无定型硅胶，由于它在 100。 C 时就具有较大的溶解度，因此，蒸养粉煤灰硅酸盐制品可获得一定强度（但在这种温度在生成的水化产物主要是 CSH（ I），制品的收缩性能等较差。 在。 C，开始大 量生成托勃莫来石时，制品性能才能得以提高。 二 蒸压过程中，石灰与砂反应的历程 水泥 —— 石灰 —— 砂加气混凝土的强度主要来源于石灰与砂的水热合成反应生成物。 如前所述，石灰与砂的反应应在蒸压条件下进行。 在蒸压的初期， SiO2溶解速度甚慢，溶解物还未来得及迁移到砂粒之间的空间就被结合成 C2SH（ A），并形成砂料的镶边。 随着液相中 SiO2增多和 Ca(OH)2溶解度的降低，溶解的 Sio2迁移距离增加，在离砂粒表面较近的地方形成单碱水化物 CSH（ I），而在稍远的地方生成 C2SH（ A），在更远的地方仍然存在尚未结合的游 离 CaO。 当蒸压继续进行，靠近砂料处生成 CSH（ B）和 C— S— H 凝胶。 而原来的 CSH（ I） 23 部分再结晶为托勃莫来石，托勃莫来石并不首先出现在砂粒表面上参见图（ 13）略。 随着蒸压处理时间的延长，砂粒表面的包镶逐渐增厚，越来越密实，水份向砂粒表面渗透受到阻碍，而砂粒溶解后的产物向外迁移也越来越困难，最后甚至被迫停止，这样，水化产物的析出必然越来越少，因而强度增长率也就逐渐衰减了。 三 灰砂硅酸盐混凝土的强度 以石灰和砂子为主要原料的硅酸盐混凝土制品是靠 CaO与 SiO2生成的水化产物将末参加反应的砂粒胶结在一 起而获得强度的，在砂子质量较好，配合比合适时，获得高强度的关键在于控制适当的水化产物的数量，水化生成物的碱度和结晶度。 当水化物数量较少，水化层厚度较薄时，水化产物不能充分地把砂粒粘结在一起形成坚硬的整体。 水化层如果太厚，则可能因缺少坚强的骨架，强度反而下降，同时使制品产生较大的干缩。 水化物的碱度决定了水化物的晶型。 碱度太高，制品强度必然降低，而碱度不足则对生成水化物不利。 水化物的结晶度决定了水化物的胶凝性能和强度。 结晶度较低者，晶粒细小而量多，具有较好的胶凝性，结晶度良好的，晶粒粗大而量少，比较理想的 情况是在大量细小结晶水化物中穿插着适当数量的粗大晶体、连生体，结晶度较低的 CSH（ I）中掺入一些结晶好的托勃莫来石，能够显著提高制品的强度。 而过多的托勃莫来石甚至单一结晶良好的托勃莫来石连生体，使强度反而较低，若水化物为结晶硬硅钙石则强度将更低。 四 粉煤灰制品的水化产物 24 水泥 — 石灰 — 粉煤灰加气混凝土和水泥 — 石灰 — 砂加气混凝土一样，其强度的基本来源也是水化生成物。 粉煤灰的主要组成是硅、铝玻璃体，其数量一般达 70%左右，主要万分 SiO2和AI2O3是粉煤灰活性的主要来源，（粉煤灰的活性是指粉煤灰在与石灰等碱 性物质进行反应的能力，这是与砂子最大的不同之处）。 此外，尚有莫来石、石英等结晶矿物以及未燃尽的碳粒。 粉煤灰制品能够在蒸养条件下合成胶凝物质，有懒于粉煤灰中的玻璃体参与反应，莫来石及石英都是晶体矿物，在蒸养条件下，一般不参与水热合成反应，而只起到微集料作用。 粉煤灰中玻璃体具有活性，是因为粉煤灰在熔融状态下，经过淬冷，使自由的分子没有来得及进行排列而固化，使其积聚了相当的内能，一旦在碱性条件下，自由的分子就很容易析出与石灰水化以后的 Ca(OH)2进行反应。 在蒸压养护条件下，粉煤灰中的石英和莫来石参加到生成水化产 物的反应中来，成为提供 SiO2 的来源之一，而水热合成反应的最终产物也与蒸养的有所不同。 蒸养粉煤灰制品的水热合成产物主要是： 水化硅酸钙，以 CSH（ I）为主，基本上没有托勃莫来石； 水化硫铝酸钙，包括单硫型和三硫型； 水石榴子石。 在蒸压养护条件下，粉煤灰制品进行水热合成反应时的温度通常要求在。 C 或更高， CSH（ I）在较高温度下转变为托勃莫来石，同时，粉煤灰中的莫来石和石英晶体，开始溶解参与反应，因而粉煤灰制品中的水化生成物，不仅有 CSH（ I）和水石榴子石，而且还有较多的托勃莫来石，水化产物 的数量也增多了，晶胶比得到合理匹配，从而提高了制品强度，降低了制品的干燥收缩和碳化收缩，这也是蒸压制品与蒸养制品的重要差别。 第二章 加气混凝土生产工艺过程 25 加气混凝土是一种多孔的硅酸盐混凝土，与普通混凝土及硅酸盐混凝土不同，其强度及其它物理力学性能不仅受到水化产物的影响，也受到气孔结构的影响，因此，有其特殊的生产工艺，并且，其生产工艺受到采用的原材料的不同也各具特点。 第一节 加气混凝土的种类 加气混凝土是以钙质材料和硅质材料为主要原料，以化学发气方法形成多孔结构，通过蒸压养护完成水热合成反应从而获得强度等物理力学 性能的硅酸盐混凝土。 从其材料组成及其水热合成反应与生成物看，是一种硅酸盐混凝土；从气孔结构看，也是一种多孔混凝土。 就加气混凝土的原料、用途，还可以作以下分类： 一 基本原料的组成形成不同种类的加气混凝土 我们可将以不同原料生产的加气混凝土分为单一钙质材料加气混凝土和混合钙质材料加气混凝土两类，其中，单一钙质材料的有水泥，一砂加气混凝土业砂加气混凝土；石灰一粉煤灰加气混凝土和石灰一凝灰岩加气混凝土，混合钙质材料的有；水泥一石灰一砂加气混凝土；水泥一石灰一粉煤灰加气混凝土，水泥一矿渣一砂加气混凝土；水泥一石灰一 尾矿砂加气混凝土和水泥一石灰一沸腾炉渣加气混凝土。 目前，我国主要生产水泥一石灰一砂加气混凝土、水泥一石灰一粉煤灰加气混凝土和水泥一矿渣一砂加气混凝土三种，其中以水泥一石灰一粉煤灰加气混凝土为最多，约占总产量的 70%。 二不同用途的加气混凝土 按不同用途，加气混凝土产品品种可分为非承重砌块、承重砌块、保温块、墙板与屋面板五种；为满足不同的用途，有些企业还生产异型块、异型板和装饰 26 块、装饰板，其中，非承重砌块生产和使用最为广泛，它的体积密度一般为500kg/m3和 600kg/m3， 主要使用在框架结构中的填充墙与 隔墙而不承担荷载；承重砌块的体积密度为 600kg/m3的 700kg/m3的和 800kg/m3的，在建筑中，经特殊结构处理后承担荷载；保温块的体积密度一般为 300kg/m3的和 400kg/m3的，主要用于建筑物保温隔热，屋面板和墙板都是加筋加气混凝土板，根据用途不同，其配筋也不同，主要与高层混凝土框架建筑及钢结构建筑配合。 第二节 生产工艺过程 加气混凝土可以根据原材料类别、品质、主要设备的工艺特性等，采取不同的工艺进行生产。 但一般情况下，主要工艺流程分原材料制备、钢筋加工、钢筋网组装、配料、浇注、静停、切割、蒸压养 护及出釜等工序。 一主要工序的工艺方法及意义 27 铝粉外加剂 水泥 石膏 石灰 粉煤灰或砂 水 工艺流程图 1 原材料制备 生产加气混凝土首先将硅质材料如砂子、粉煤灰等进行磨细，其中，根据原材料要求及工艺特点，有的采取干磨成粉，有的加水湿磨制浆，还有与一部分石灰等混磨。 混 磨又有二种方式：一种是干混磨制备胶结料，另一种是加水湿磨，主要为改善粉煤灰或砂的特性，称为水热球磨。 购入的石灰大多为块状，因此，石灰也必须经过破碎和粉磨。 石膏一般不单独磨细，或掺入粉煤灰一同磨细，或掺入石灰一同磨细，也可与石灰轮用一台球磨机，其它辅助材料和化学品也常经制备使用。 原材料制备工序，是配料的准备工序，是使原材料符合工艺要求的再加工及完成配料前的贮备均化陈化过程，是直接影响整个生产过程能否料存量库 筒库量库 破碎量库 破碎量库 磨细量库 计量量库 计量量库 配料仓 磨细质细 筒 库 制 浆 配料仓 磨 细 料浆罐 铝粉搅拌 计量量库 配料仓 搅拌浇注 计 量 模具量库 组装量库 烘干量库 浸渍 网片制作量库 钢筋量库 计量量库 加热 静停量库 模具清理量库 切割量库 蒸压养护 成 品 回车量库 底板清理 28 顺利进行、产品质量能否达到要求的最基本的工艺环节。 钢筋加工 钢筋加工是生产加气混凝土板的特有工序，包括钢筋的除 锈、调直、切断、焊接、涂料制备、涂料浸渍和烘干。 钢筋是生产加气混凝土板的结构材料，工序控制不仅影响产品质量，更直接影响建筑物的结构性级与安全性。 钢筋网组装 钢筋网组装工序是把经过防腐处理的钢。