高性能蒸压粉煤灰砖生产工艺技术综述 李庆繁1 高连玉2 赵成文 3 （1辽宁省墙体材料协会 抚顺 113008； 2中国建筑东北设计研究院有限公司 沈阳110003； 3沈阳建筑大学 沈阳110168） 摘 要：本文首先就中国工程建设协会标准CECS 256∶2009《蒸压粉煤灰砖建筑技术规范》，对蒸压粉煤灰砖提出的技术要求，进行了简要介绍。其次就如何生产满足《蒸压粉煤灰砖建筑技术规范》要求的高性能蒸压粉煤灰砖的生产工艺技术进行了讨论，并以利用工业废渣生产蒸压粉煤灰砖的实例，说明了配合比与产品性能的关系。 关键词：高性能 蒸压粉煤灰砖 配合比 多次排气压制 高压蒸汽养护 0 前言 为促进我国墙体材料革新，满足节能、节地、环保、利废的需要，使蒸压粉煤灰砖建筑做到技术先进、安全适用、经济合理和确保工程质量，提高经济效益、社会效益和环境效益，经中国工程建设标准化协会批准并颁布了由中国建筑东北设计研究院有限公司和长沙理工大学主编的中国工程建设协会标准CECS 256∶2009《蒸压粉煤灰砖建筑技术规范》（以下简称《规范》），自2009年8月1日起执行。 《规范》中针对蒸养粉煤灰砖和蒸压粉煤灰砖的产品性能，均要符合现行行业标准《粉煤灰砖》（JC239—2001）的技术要求，致使JC239—2001为了满足蒸养粉煤灰砖生产的需要，其中某些性能的技术指标要求偏低，特别是耐久性指标，因此，为了满足工程质量和安全的需要，本规范对蒸压粉煤灰砖提出了更高的技术要求。本文拟就《规范》对蒸压粉煤灰砖提出的技术要求进行简要介绍，并就生产满足《规范》要求的高性能蒸压粉煤灰砖的生产工艺技术进行讨论。 1 《规范》对蒸压粉煤灰砖提出的技术要求 在《规范》的2.1.1条中，赋予了蒸压粉煤灰砖新的定义“以石灰、消石灰（电石渣）或水泥等钙质材料与粉煤灰等硅质材料及集料（砂）为主要原料，掺加适量石膏，经搅拌混合、多次排气压制成型、高压蒸汽养护而制成的砖。” 在《规范》的第三章，对蒸压粉煤灰砖的性能提出了技术要求，现说明如下： 1、用于承重结构的蒸压粉煤灰砖，除应满足现行行业标准《粉煤灰砖》JC239外，尚应满足本规范的规定。 2、蒸压粉煤灰砖的强度等级应为：MU25、MU20、MU15。 3、承重砖的折压比不应低于0.25。 4、蒸压粉煤灰砖的质量吸水率不应大于20%。 5、蒸压粉煤灰砖出厂时的干燥收缩值不应大于0.5mm/m。 6、蒸压粉煤灰砖的抗冻性能应符合表1的要求 表1 蒸压粉煤灰砖抗冻性能要求
7、蒸压粉煤灰砖的碳化系数和软化系数均应不小于0.85。 另外，在互联网上发布的国家标准《墙体材料应用统一技术规范》（送审稿）中，就蒸压粉煤灰实心砖而言，规定了最低强度等级为MU15、折压比（块体材料抗折强度与其抗压强度等级之比）见表2、碳化系数和软化系数均不应小于0.85以及抗冻性能：非采暖地区为F25、采暖地区为F50。 表2 蒸压粉煤灰砖的折压比
2 蒸压粉煤灰砖的生产工艺技术 蒸压粉煤灰砖属硅酸盐制品，目前其产品质量由行业标准《粉煤灰砖》（JC239—2001）评定，但该标准并没有像水泥混凝土制品的墙材标准那样，以引用标准的形式，对其混凝土制备工艺作出明确规定，如国家标准《轻集料混凝土小型空心砌块》（GB/T 15229），引用了行业标准《轻骨料混凝土技术规程》（JC51），使其条文成为GB/T 15229的条文，那么生产轻集料混凝土小型空心砌块的混凝土的制备包括原材料的品质、配合比、搅拌、养护等工艺过程，就应符合行业标准JC51的规定，从而可使小砌块的产品质量得到保证。然而，行业标准《粉煤灰砖》中，仅就原材料的质量提出要求，对粉煤灰硅酸盐混凝土的制备，包括配合比和拌制工艺等并没有作出规定，加之行业标准《粉煤灰砖》为适应蒸养粉煤灰砖的需要，所规定的技术指标偏低，尤其以耐久性能最为突出。因此，有些生产企业只追求产品质量满足标准的技术要求，原料配合比、混凝土拌制工艺和养护制度等的随意性较大，成型设备落后，使所生产的产品性能低劣，质量参差不齐，更有甚者一些企业为片面追求利润，违背科学地任意加大粉煤灰掺量（有的高达90%），唯利废而利废，导致其产品质量不能满足建筑应用要求，在工程应用中出现不同程度的质量问题，引起一定的反响，其中最突出的问题是：1墙体裂缝问题；2局部墙体耐久性问题。究其工程质量问题的原因，应该说是多方面的，但其蒸压砖自身产品质量问题是其主要影响因素，该问题若不解决，势必将制约蒸压粉煤灰砖在工程中的推广和应用，也将制约蒸压粉煤灰砖的可持续发展。通过一些大专院校、科研院所和企业的不懈努力，在引进先进的生产设备——双面多次排气加压液压压砖机，进行消化吸收使之国产化，并对工艺技术进行改造，通过改进技术和配方，正确选择原材料，调整原料颗粒级配，加强各个生产工艺环节的质量控制，严格执行高压蒸汽养护制度，使产品质量有了较大幅度的提高。为使蒸压粉煤灰砖的产品质量满足《规范》的要求，下面就蒸压粉煤灰砖的原材料、配合比的合理选择及对生产工艺的基本要求进行讨论。 2.1 原料及其性能 蒸压粉煤灰砖所用原材料，主要有硅质材料——粉煤灰、钙质材料、石膏和细集料等，为保证产品质量，各种原材料均应满足相应的技术要求。 2.1.1 粉煤灰——硅质材料 粉煤灰是生产蒸压砖的主要硅质材料之一，粉煤灰的化学组成，对粉煤灰的水化反应有着重要影响，从而影响蒸压粉煤灰砖的强度和耐久性。粉煤灰的细度和含碳量，不仅影响粉煤灰的水化反应，而且对蒸压粉煤灰砖的密实度有着重要影响，细度适宜、含碳量愈低，砖愈密实，砖的强度愈高、耐久性愈好。 行业标准JC409—2001《硅酸盐建筑制品用粉煤灰》，规定硅酸盐建筑制品用粉煤灰按细度、烧失量、二氧化硅和三氧化硫含量分为Ⅰ、Ⅱ二个级别（见表3）。 科学实验和生产实践表明，用于生产高质量蒸压粉煤灰砖的粉煤灰的化学组成，以符合表4的要求为宜。 表3 硅酸盐建筑制品用粉煤灰的技术要求
表4 用于粉煤灰砖的粉煤灰适宜的化学组成 单位：%
通常情况下，各种粉煤灰中的SiO2均能达到要求，SiO2+Al2O3含量多在70%以上，完全可以满足生产蒸压粉煤灰砖的需要。而烧失量和细度成为粉煤灰能否用于制备蒸压粉煤灰砖的关键。为了保证坯体的密实度，粉煤灰的细度以0.08mm方孔筛筛余量为20%～40%为宜、含碳量即烧失量不应大于8%，另外堆积密度不应小于600kg/m3。这里需要说明的是，一、关于粉煤灰的细度，武汉理工大学的实验研究表明，粉煤灰过细和层数越多，摩擦力就越大，传递中压力损失就越大，坯体也就越不密实；二、关于含碳量，有的认为粉煤灰中的碳能挥发，而引起砖的收缩，有的则认为易风化，实际并非如此，粉煤灰中的碳是以焦炭形式存在，具有较好的体积安定性，科学研究表明“碳在常温时很稳定，在高温时能与许多元素作用”,因此，粉煤灰中的碳在砖使用过程中，既不会“挥发”也不会“风化”，其对砖的危害作用，在于其为多孔体，含碳量高时，一方面，可使砖具有较大的饱水能力，湿热交换中破坏力大，压制成型过程中，也不易使坯体密实 ；其次，可使砖具有较高的吸水率，而使砖的抗冻性能劣化；另外，减少了粉煤灰中的活性组分，而且会吸收过多的水化产物，对水化反应不利，将使砖的强度受到不良影响；三、关于密度，粉煤灰的干堆积密度越低，内部空气含量越高。成型施压时，大量空气难以排出形成反弹，坯体不易密实。 当使用湿排粉煤灰时，除上述技术要求外，还应控制其含水率在一定范围，要求含水率为30%～33%。这是因为：含水率偏大，消化时易发生结仓，碾压和成型困难，压制的砖坯有粘模、表面出浆、弯曲等弊病，甚至无法成型；含水率过低，会造成混合料消化不完全和碾压时碾轮压不着料，碾压效果不佳。另外从生产控制角度考虑，应防止粉煤灰含水率波动过大，因为这不仅影响到混合料中的水分，而且由于粉煤灰含水率的波动造成整个配合比不准确，尤其采用体积计量时，应仔细控制。 2.1.2 钙质材料 钙质材料有石灰、电石渣和水泥等，其与粉煤灰在高温水化反应中与粉煤灰中的SiO2和Al2O3反应生成水化硅酸盐和水化铝酸盐，从而使制品具有强度。 生产蒸压粉煤灰砖宜采用生石灰。应尽可能采用活性氧化钙——ACaO（在通常条件下石灰消解，能与水化合生成氢氧化钙的游离氧化钙——fCaO，称为活性氧化钙，以ACaO表示）含量高、消化速度快、消化温度高的正烧新鲜生石灰。 粉煤灰砖中的生石灰用量是以ACaO含量计算的。采用活性高的生石灰，可减少石灰在制品中的用量，从而降低成本，而且含ACaO高的生石灰还可以提高砖的强度和其他性能。 石灰消化速度快，可缩短混合料消化工序的周期，提高生产效率；消化温度高则有助于砖坯在养护前初始强度的增长。不同的消化方式，对生石灰的要求略有不同。对地面消化者，石灰质量可适当降低。 生石灰质量技术要求见表5。 当采用熟石灰或工业废渣（如电石渣）时，应通过专门的工业性试验确定。采用电石渣，其质量应符合表6的规定。 2.1.3 石膏 石膏可采用天然石膏或工业副产石膏即化学石膏（脱硫石膏、磷石膏、氟石膏），它们可以是二水石膏、半水石膏或无水石膏，通常用二水石膏。 表5 生石灰质量技术要求
表6 电石渣质量技术要求
石膏是一种附加材料，它可以提高制品的强度及稳定性。石膏主要用作缓凝剂、激发剂。作为缓凝剂，它可以延缓生石灰的消化速度和水化凝结过程，使石灰的终凝控制在20～60min之内，限制石灰消化时体积的膨胀。作为激发剂，它可加速水化物的生成速度，增加水化物的结晶度，从而提高早期强度，特别是抗折强度，还可减少砖坯的收缩开裂。当石膏掺量适宜并具有合理的养护制度，可提高砖的碳化和抗冻性能。对石膏的质量要求，主要是CaSO4含量应不小于65%。 在使用工业副产石膏时，除要求CaSO4含量符合要求外，对其中其它杂质应加以限制。如，采用磷石膏时，要求含P2O5数量不超过3%，采用氟石膏时,应先用石灰中和至呈微碱性，以保证其中HF含量极少。 使用石膏干粉末时，细度要求为0.080mm孔筛筛余量≤15%。 2.1.4 集料 蒸压粉煤灰砖应采用细集料,其粒径>5mm～10mm的颗粒应不大于15%。可以采用天然细集料——砂、人工细集料——碎石屑，也可以采用尾矿、煤渣、液态渣、水渣等工业废渣。 集料在蒸压粉煤灰砖中，是作为调整颗粒级配的粗颗粒，要求颗粒级配合理、粉料少，颗粒强度应高于设计制品强度；应使用干堆积密度大于750kg/m3多种粒级组成的集料，按照颗粒紧密堆积原则进行粒级选择，避免使用层理大、颗粒比表面积小、物理化学性质不稳定的集料。 集料的作用是增加透气性，使得砖坯在压制时，减少或避免产生分层裂缝,同时可改善砖坯成型时的其他性能,提高砖的强度,特别是它的抗折强度。集料应具有合理的颗粒级配，以利于减少胶结料用量、需水量，提高硬化体的强度与均匀性等。集料的种类和掺量直接影响砖的强度特别是抗折强度及收缩值。 选用砂和碎石屑等细集料时，其质量要求与普通混凝土相同。对于工业废渣则还有一定的化学成分的要求,其技术要求见表7。 表7 工业废渣细集料的技术要求
2.2 配合比 蒸压粉煤灰砖的各项性能，均取决于原材料中各种成分相互反应，产生的水化产物及组成的结构，因而，在一定的工艺条件下，配合比在保证产品质量方面，起着关键的作用。 在确定配合比时，应考虑如下几个问题：首先，要保证产品质量符合《规范》的规定，特别是特别是强度和耐久性；其次，与已确定的各项工序条件相适应；第三，在满足上述条件下，应尽量选择石灰、石膏用量的下限，以降低产品成本；第四，原材料的选择应符合因地制宜、就地取材的原则，优先利用各种工业废渣。 应特别强调的是，配合比中集料的掺量应该足够，其在砖内增加粗颗粒后，可增加透气性减少砖坯的分层裂缝，提高砖的抗折强度。 当所用原料确定之后，首先要取样化验分析。各种原料的性能达到制砖的技术要求后即可配料生产。因在生产中，原料产地一般不会变动，故其化学成分基本不变，但生石灰煅烧因素变化较大，要经常分析。以分析结果带入公式求得合理配比。 2.2.1 粉煤灰掺量 原料中粉煤灰提供硅、铝组分。 在原材料质量和其他工艺参数基本稳定，生石灰掺量相对不变的情况下，制品的性能与粉煤灰（或砂子）的掺量有明显关系。制品强度随粉煤灰掺量增加而降低，随着砂子掺量增加而提高，且制品密实度提高，干缩率随之降低。中国建筑东北设计院和沈阳建筑大学的科研人员，在收集国内几十家生产企业试验资料并进行的试验研究表明：“当粉煤灰掺量大于约42%时，砖的抗折强度随粉煤掺量的增加有下降的趋势，而粉煤灰掺量小于约42%时，砖的抗折强度随粉煤掺量的减少亦有下降的趋势，这说明了粉煤灰与骨料间存在并有待进一步深入研究的合理匹配问题。曾对某企业掺灰量高达90%的砖（其抗压强度试验结果达到MU10级，而折压比仅为0.16）进行了两砖的对撞试验，结果两块砖同时呈粒状脆坏。在对不同折压比的蒸压粉煤灰砖墙片所进行的伪静力（恢复力特性）试验可明显看出折压比低（即抗折强度低）的砖墙开裂过早，且脆裂突然。”因此，为使蒸压粉煤灰砖具有较高的抗折强度，以满足建筑工程的质量和安全的需要，粉煤灰掺量不宜超过55%。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
