蒸壓加氣混凝土恒壓時間定律

王劉方

（江蘇豐正建材有限公司，江蘇泗洪223900）

作者：王劉方（1975-），男，大專，工程師，從事加氣磚生產管理工作。

0 引言

加氣混凝土調試生產的鈣硅比，是指加氣混凝土配料中含有的鈣質材料總量和二氧化硅總量的摩爾比，寫成 C/S（C表示 CaO，S表示 SiO2）。 對某一品種的加氣混凝土和一定的材料、生產工藝來說，C/S有一個最佳范圍。鈣硅比的最佳值，不僅取決于原材料的化學成份和性能，同時還反映在原材料的細度、蒸壓養(yǎng)護制度等工藝參數的合理制定。加氣混凝土能否最終滿足技術性能（特別是強度）主要取決于鈣硅比。有些資料認為，最優(yōu)粉煤灰加氣混凝土鈣硅比0.8左右，砂加氣混凝土為0.7～0.8左右,高于這個鈣硅比表明參與反應的硅質材料過多，缺少堅強的骨架，強度會下降，低于這個數值，容易造成黑心，也就是蒸不透。鈣硅比不是一個恒定值，是隨著當地的原材料的變化而變化的?；诠P者多年的工作實踐，將水料比與鈣硅比、恒壓時間的關系規(guī)律總結如下：

以石灰為主要鈣質材料的加氣混凝土，在其他條件一定的前提下，每個特定的水料比都特定對應一個最優(yōu)鈣硅比，可以用最短的恒壓時間達到最高強度，都需要延長恒壓時間?！罢魤杭託饣炷梁銐簳r間定律”理解為：①料漿的水料比越小，所需求的最優(yōu)鈣硅比越??；②最優(yōu)鈣硅比越小，磚頭達到最高強度越快。也就是說同樣處于最優(yōu)鈣硅比的情況下，水料比小的制品比水料比大的制品可以以更快的速度達到最高強度。

1 延長恒壓時間達到最高強度

1.1 高于最優(yōu)鈣硅比

同一水料比下，鈣硅比高于最優(yōu)鈣硅比，由于含有過多的石灰和水泥，消耗比較多的水份，削弱了對硅質材料的溶解能力，這時候雖然由于水份減少，單位體積的水份比表面積增加，溶解度增加，但溶解出來的硅質材料總數量會減少，相比鈣質材料數量遠不夠。與此同時，過多的石灰需要更多的硅質材料進行水熱合成反應。在這種情況下，由于缺少硅質材料，游離態(tài)的氫氧化鈣多，會生成過多的高堿水化物，高堿水化物離子鍵多，共價鍵少，因此強度反而會下降。所以，需要更多的蒸壓時間，將鈣質材料充分反應，生成低堿水化物，才能達到最高強度。

1.2 低于最優(yōu)鈣硅比

硅質材料和氫氧化鈣水熱合成反應，生成水化硅酸鈣，達到一定過飽和度析晶，形成膠體粒子大小的晶粒，最初析出的微小晶粒，尺度極小(100～300×10-10 m)，比表面積很大，容易吸附水分子，并以微弱的分子引力通過水分子膜彼此連結起來，這就是最初的凝聚狀態(tài)。水泥水化的時候，也會生成膠體。膠體粒子在熱運動的作用下碰撞不斷加劇，當碰撞發(fā)生在活性最大區(qū)段（如:端、棱、角處）時，分子引力可能超過楔入力，于是粒子就在分子力的作用下互相粘結起來，并逐漸形成一個空間網。在這個空間網內，分布著吸附水和游離水。

同一水料比下，當鈣硅比低于最優(yōu)鈣硅比，石灰消耗的水份偏少，此時游離水份偏多，雖然相對于最優(yōu)鈣硅比，有比較充足的SiO2，但水份多了，需要更長的時間達到一定的過飽和度，形成析晶。同時晶粒之間間距比較大，減少了碰撞的機會，所以形成網絡結構會偏慢，水化物數量比較少。這樣，在同等的恒壓時間內容易黑心（蒸不透）。

2 兩條原理定律解釋

2.1 料漿的水料比越小，所需求的最優(yōu)鈣硅比越小

料漿中，石灰水泥水化后，形成膠凝物質，將硅質材料如粉煤灰粘接起來，形成強度。當水料比大時候，水份很多，水份占據的空間比較大，需要更多的膠凝材料，填補失去水份后的空間，才能達到一定的強度，所以需要更多的石灰水泥；否則，坯體孔壁會很疏松，強度會很差（圖1）。

圖1 加氣混凝土料漿

而水料比減少后，如果石灰水泥等鈣質材料不相應減少，水份被鈣質材料過分消耗，水溶解出硅質材料中SiO2的能力受抑制，就不能提供足夠的SiO2和Ca(OH)2反應。如前面所說，高堿水化物會多，強度會差，需要更多的恒壓時間才能將高堿水化物轉換成強度高的低堿水化物。如果水料比減少，而鈣質材料不減少的話，會帶來澆注不穩(wěn)定。所以水料比小，所需要的最優(yōu)鈣硅比越小。

2.2 最優(yōu)鈣硅比越小，達到最高強度越快

假設硅質材料為同樣，硅質材料的比表面積?是個定值，當水料比大的時候，單位體積的水所包含的砂子/粉煤灰的比表面積小、溶解度低。水料比大，最優(yōu)鈣硅比也大，此時石灰水泥等堿性物質比較多，液相中硅質材料相對而言比較少，同時由于水份占據的空間大，活性SiO2遷移的距離遠，遷移時間也就長，因此起始階段，相對缺少硅將會優(yōu)先生成高堿水化物。此時的生成物順序近似看作：高堿水化物→低堿水化物→托勃莫來石。而根據彭軍芝博士的論文，高堿水化物易于附著硅質材料上，對較高溫度下生成低堿水化物托勃莫來石起到阻礙作用，更進一步延緩水熱合成反應時間。

而水料比小的時候，單位水份包裹的砂子等硅質材料比表面積大，溶解度也高，SiO2從硅質材料表面向水份占據的空間遷移，水份占據的空間小，意味著遷移的距離比較短，液相中存在充足的二氧化硅，同時由于石灰水泥少，需求的SiO2總量也少，此時生成的高堿水化物少，低堿水化物多，生成物順序近似為：低堿水化物→托勃莫來石。這樣一來，減少很多高堿水化物向低堿水化物轉換的過程，因此達到最高強度時間也快。

最優(yōu)鈣硅比小，石灰水泥等膠凝材料少，當均勻地分散在整個坯體中，單位膠凝材料和硅質材料的反應面積也大，更有利于和硅質材料充分接觸，因此會熟得快?？梢缘贸觯盒∷媳取♀}硅比→熟得快；大水料比→大鈣硅比→熟得慢。最佳鈣硅比并不是一個固定的值，它與加氣混凝土品種、原材料質量、細度、水料比（水/總干料）及生產工藝技術參數有關，需要通過一系列的試驗和測定才能得出。

3 定律的意義和應用

從這個定律可以知道，水料比越小所耗用的石灰水泥越少，磚頭熟得越快，成本也就越低。這也意味著只要將料漿做濃，石灰水泥就可以少放,恒壓時間就可以縮短，并可以節(jié)約燃煤。同時，加快了釜的周轉，提高了效率,為加氣磚廠的節(jié)能降耗指出了一條道路。

前述資料上的最優(yōu)鈣硅比參考值，是考慮實現水化層厚度合適（約3～5 μm），但如果目標是降低成本，石灰水泥少用一點，水化層薄一些，在生產過程中，在滿足澆注穩(wěn)定性的前提下，料漿需盡可能做濃。做粉煤灰加氣磚的時候，制漿的擴散度23 cm，澆注擴散度15 cm，3.024?？?，石灰 280～300 kg，水泥 50 kg，鋁粉 1.6 kg，恒壓時間 5 h，計算絕干容重小于600 kg/m2，檢驗成品強度4.0 MPa以上，可大幅度降低制造成本。但若將澆注擴散度做得更濃，育養(yǎng)時間更短，坯體內部溫度和外部溫度均衡不久，就要出釜，托勃莫來石生成量太少，磚頭強度和耐久性損失過大，就會成為劣質產品。

雖然減少了石灰水泥的使用量，水化層的厚度減薄，造成強度下降，但由于水料比小，料漿變得比較濃，爆裂的可能性小，所以可以有更快的升壓速度。由于水料比小，料漿起始粘度大，根據拉普拉斯公式，氣泡合并的可能性小，大氣孔少，孔的結構比較好，同時孔壁上毛細孔的數量減少，也會帶來強度的改善，某種程度彌補了鈣質材料少帶來的不足。高濃度料漿帶來了生產的穩(wěn)定，塌模的可能性很小。

[1] 彭小芹，吳禮賢，楊峻峰，等.工藝參數對灰砂混凝土性能的影響[J].中國搪瓷，1998，（4）：25-30.

[2] 張繼能，顧同曾.加氣混凝土生產工藝[M].武漢：武漢工業(yè)大學出版社，1992.

[3] 彭軍芝.蒸壓加氣混凝土中孔的形成、特征及對性能的影響研究[D].重慶：重慶大學材料科學與工程學院，2011.