（材料加工工程专业论文）蒸压砂加气混凝土砌块及其单一墙体结构特性研究.pdf

湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 i 摘 要 蒸压砂加气混凝土砌块 （autoclaved aerated concrete block 简称 aac 砌块） ， 是目前国内大力推广应用的一种新型墙体材料，是以水泥、石灰、石膏和河砂为 主要原料，以铝粉为发气剂，经磨细、配料、搅拌、成型、发泡、切割、蒸压养 护等工艺制成的微孔块状墙体材料，它具有质轻、保温、隔热、隔音、抗震、防 火、可锯、可刨、可钉、施工简便等优点，而被广泛地应用于民用和公用建筑中。 蒸压砂加气混凝土砌块是一种可作为单一材料保温墙体用于建筑外墙保温， 可满足我国各个气候带建筑节能50%的外墙热工性能要求。 蒸压砂加气混凝土砌块 的生产技术在我国已取得了长足进步，低密度产品已能批量规模化生产，在应用 技术方面配套构件以及有关产品标准、规程、规范、国家标准图集均已陆续出台。 因此大力推广应用蒸压砂加气混凝土砌块单一墙体节能体系已经是一种社会趋 势。 本课题拟借助已有蒸压砂加气混凝土的理论和技术，以水泥、石灰、石膏、 铝粉和河砂为主要原料，采用复合激发活化料浆技术进行配合比优化设计，制备 蒸压砂加气混凝土砌块。研究蒸压砂加气混凝土砌块的组成、结构与性能之间的 关系。阐明加气混凝土砌块作为单一墙体在建筑外墙自保温体系中所起到的重要 作用和意义。另外本文对与蒸压砂加气混凝土砌块作为外墙自保温墙体相配套的 砌筑砂浆和抹面砂浆也做了一定的研究，对解决蒸压砂加气混凝土砌块墙体在施 工中遇到的一些问题提供了技术帮助。 本论文是一种应用型研究，以仙桃市恒利达实业有限公司为实体，在该公司 生产设备与技术的基础上对蒸压砂加气混凝土砌块配合比进行优化，并对蒸压砂 加气混凝土砌块作为单一墙体结构性能进行研究，研究成果有望达到如下几点： 一、配合比的优化提高该公司生产的蒸压砂加气混凝土砌块产品的质量和成品率； 二、推广应用蒸压砂加气混凝土砌块这种新型建筑节能自保温墙体材料，有利于 遏制取土烧砖，减少资源消耗能耗。三、减少建筑物综合能耗，降低成本，符合 国家对墙改及建筑节能的要求。四、通过对蒸压砂加气混凝土砌块这种新型墙体 节能材料的应用研究，贯彻国家的能源可持续化发展政策，为在工程实际中大力 推广应用蒸压砂加气混凝土砌块这种新型墙体节能材料做贡献。 关键词：关键词： 加气混凝土加气混凝土 自保温墙体自保温墙体 砌筑砂浆砌筑砂浆 抹面砂浆抹面砂浆 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 ii abstract autoclaved aerated concrete block (aac block) is a new type of walling material widely promoted in china now. it is microporous, blocky walling materials, using cement, lime, gypsum and sand as raw materials, aluminium powder as gas-forming admixture, manufactured after the processes of milling, proportioning, stiring, forming, foaming, cutting and autoclave. aac block is a lightweight material and has many other advantages like heat insulation, fire and shack resistance, easy processing and application, etc. so, it is widely used in private and public construction nowadays. the aac block is a kind of material used for the external wall insulation, and it can meet the performance requirement of saving 50% energy in external wall in every climatic zones of china. with the development of production technology of aac block, low density blocks have gone into mass production, and relevant specifications, national standards, ingredient equipments are successively issued. thus, promoting the application of aac block as saving-energy wall materials is a society trend. in this research project, we used cement, lime, gypsum, aluminium powder and sand as principal raw materials based on the present theory and technology of aac, optimally designed the mix proportion by using the hybrid activation technology to produce aac blocks. the relationship between the composition, structure and performance was studied, and the significant role of the aerated concrete block as a wall in the system of self-insulation external wall is also discussed. moreover, the study covers masonry and plastering mortar which use aac blocks, and provides technical solutions for the problems in the construction process of walls built with aac. the present study is an application-oriented research established with the xiantao henglida industrial co., ltd. it is objected to optimize the mix of autoclaved aerated concrete building blocks based on the production equipment and technology, and to study the performance of aac block wall structure solely based on aac blocks. the research scope is to as following: (1) promote the quality and yield of companys production of aac block based on mix optimization; (2) promote the application of aac block as a new type of building energy-saving wall materials which helps curbing earth bricks, reducing energy and resources consumption; (3) reduce energy consumption in buildings and costs, complying with the national wall reform and building energy-saving requirements. (4) through the applied research of aac block wall of this new energy-saving material, implement national sustainable energy development policy, contribute to broader application of the use of practical engineering aac block-this new type of energy-saving material. keywords: aerated concrete, self-insulation wall, masonry mortar, plastering mortar 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取 得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权湖北工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 第 1 章 引言 1.1 课题研究背景 1.1.1 蒸压砂加气混凝土砌块的应用现状 蒸压砂加气混凝土砌块 （autoclaved aerated concrete block 简称 aac 砌块） ， 是一种新型墙体材料，是以水泥、石灰、石膏和河砂为主要原料，以铝粉为发气 剂，经磨细、配料、搅拌、成型、发泡、切割、蒸压养护等工艺制成的微孔块状 墙体材料，它具有质轻、保温、隔热、隔音、抗震、防火、可锯、可刨、可钉、 施工简便等优点，而被广泛地应用于民用和公用建筑中1。 从1929年瑞典开始用工业化生产加气混凝土制品以来。加气混凝土制品已有 几十年的历史。第二次世界大战后，西欧、东欧、前苏联等国相继引进加气混凝 土生产技术，加气混凝土工业获得了很大的发展，至今已有5o多个国家和地区在 生产和应用加气混凝土制品，年产量约4500万m35000万m3，分布范围包括寒带、 温带、热带地区，其制品主要应用于墙体、屋面2。 二战之后，加气混凝土制品在世界各国大规模发展起来。用这种制品最早修 建的建筑是于20世纪30年代初建于瑞典斯德哥尔摩远郊的1栋2层住宅 迄今已有 70多年的历史。自20世纪70年代开始，北京大量推行这种节能墙体应用建筑有 北京加气厂办公楼、白家庄建材局的家属宿舍楼(这2栋建筑内外墙、屋面板、楼 板都是加气混凝土制品) 以及一大批高层住宅和公共建筑，如安定门小区、东大 桥1o#楼等3。近20年来，加气混凝土行业在我国得到了很大发展。近10年来,加气 混凝土体系发展迅速。 我国是生产和应用蒸压砂加气混凝土较早的国家自从我国 l965 年建设了第 一家蒸压加气混凝土厂，蒸压加气混凝土工业在我国已经有了 40 年的发展历史， 我国蒸压砂加气混凝土行业发展较快，目前，我国共有大大小小的蒸压加气混凝 土砌块生产企业约 596 家，年设计生产能力达到了 4650 万 m3之多，是我国应用 较大的一种节能墙体材料4， 是唯一的一种单一材料即可达到建筑节能设计标准的 墙体材料，符合我国能源可持续发展的战略政策。我国蒸压加气混凝土工业已经 成为工艺装备、应用技术配套齐全的新兴行业。回顾行业发展的历程，蒸压加气 混凝土行业是随着国家改革开放，经济发展而逐步发展壮大的。 目前，蒸压砂加气混凝土材料多以预制成品应用于建筑工程中。蒸压砂加气 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 混凝土砌块可以作为三层或三层以下房屋的承重墙，也可作为工业厂房、多层、 高层框架结构的非承重填充墙材料使用。配有钢筋的加气混凝土条板可作为承重 和保温合一的屋面板。蒸压砂加气混凝土还可以与普通混凝土预制成复合板，用 于外墙兼有承重和保温作用。与传统的粘土烧结砖材料相比较，蒸压砂加气混凝 土虽然强度低些，可产品成本较低，能大幅度降低建筑物自重，保温效果好5。 近年来，我国蒸压砂加气混凝土生产及应用得到较快发展，主要原因，一是 国家及地方各级政府加大对建筑节能的管理，二是国家保护土地资源和生态环境、 资源综合利用的需要，三是建筑技术的发展，对蒸压砂加气混凝土的应用提供了 一定的施工技术条件。 1.1.2 蒸压砂加气混凝土砌块在墙体自保温体系中的应用 蒸压砂加气混凝土制品作为单一墙体材料节能体系，运用不同密度和厚度的 产品可以满足当前我国各个气候区规范对外墙的热工性能要求。 蒸压砂加气混凝土生产技术已取得长足进步，低密度产品已能批量规模化生 产，在应用技术方面配套构件以及有关产品标准、规程、规范、国家标准图集均 已陆续出台，有的正在修订完善。因此大力推广应用蒸压砂加气混凝土砌块单一 墙体节能体系的条件已经成熟2。 蒸压砂加气混凝土砌块具有密度小，保温性能好，阻燃性和可加工性等优点， 是一种良好的保温节能新型墙体材料。蒸压加气混凝土砌块的主要性能满足四方 面的要求：1、砌成墙体后具有一定的砌体强度和承载能力的强度要求，采用合格 的专用砌筑剂砌筑的墙体，荷载利用系数达 90%以上，粘土砖仅为 30%。2、满足 建筑物空间围护作用的隔热保温和减轻自重负荷的密度要求，砌筑墙体 20cm 无须 做外墙外保温或外墙内保温工序，单一材料就能达到节能 50%，砌筑墙体 30cm 就 能满足节能 65%的目标要求。3、满足建筑物耐久性能的冻融的收缩要求。4、满足 建筑设计、施工及美观的尺寸偏差和外观质量要求，同时节约粉刷层砂浆用料和 工时；减少基础和梁、柱钢筋和混凝土的工程用量6。 蒸压砂加气混凝土砌块具有良好的保温隔热性能，是唯一能够满足保温隔热 要求的单一墙体材料。蒸压砂加气混凝土砌块b05 级产品（500kg/m3）的干导热系 数仅为0.14w/（mk），而钢筋混凝土的干导热系数为1.74w/（mk），kp1 型 烧结多孔砖砌体为0.58w/（mk）。因此， 通常约200mm 厚的蒸压砂加气混凝土 砌块墙体就可以满足夏热冬冷地区的保温节能要求，但考虑到隔音等综合性要求， 外墙厚度须设计为240mm 以上7。 蒸压砂加气混凝土砌块特别适合用于钢筋混凝土框架和钢框架的维护构件及 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 多层和高层建筑结构内外墙填充墙。因此，建设、设计、施工等单位都迫切希望 能够选用单一的保温墙体材料达到建筑节能要求，实现既节省工程造价，方便施 工，减少工程质量通病，又能确保结构寿命周期同步，达到规定的节能设计标准 要求。 综合比较后，外围护结构自保温技术要优于建筑外保温内保温等技术，应成 为当今建筑节能措施的首选。而建筑外围护自保温技术的关键则是要寻找到理想 的符合要求的隔热保温墙体材料及其相配套的有关技术，以形成完整的墙体自保 温技术体系，蒸压砂加气混凝土砌块无疑是当今最优良的多功能隔热保温材料。 目前，根据生产采用主要原材料的不同，蒸压加气混凝土砌块分为粉煤灰加 气和砂加气两种。由于粉煤灰加气本身材料性能的不足，加之应用技术未完全配 套，所以砌筑的墙体存在易开裂、起鼓等质量通病，一般只用作内墙材料，极少 用作建筑外围护墙，导致加气混凝土隔热保温等优点得不到充分发挥，影响了加 气混凝土的声誉，限制了在市场中的推广应用。为了使蒸压加气混凝土砌块能成 为节能建筑理想的自保温墙体材料，采用黄砂、石英砂为主要原材料生产的“蒸压 砂加气混凝土砌块”应运而生。由于该产品与混凝土结构为同性材料，所以产生的 收缩值基本相同，砌筑时采用专用砌筑砂浆替代普通砂浆的砌筑方式，使其砌体 粘结度大大提高，同时也减少了灰缝面的导热系数，从而达到保温标准所需的要 求。 然而，梁、柱及剪力墙部位仍达不到自保温要求，为了提高和完善剪力墙部 位的保温效果，在该部位铺粘 2cm 厚的蒸压砂加气混凝土砌块，或采用保温砂浆 粉刷，这样就可节省外墙外保温所带来的困扰和工程成本。参照外墙内保温施工 法，在施工过程中，遵照蒸压砂加气混凝土砌块应用技术规程db/t10222005 的规定要求，提出施工要点向现场施工人员交底，墙与梁、柱交界等节点的建筑 构造都有专门的处理方法。实践表明，加气混凝土砌块自保温技术节省了较高的 外保温材料、工时等费用，同时也减少基础和梁、柱造价，一般可节约 1012% 结构综合造价。 总之，蒸压砂加气混凝土砌块自保温技术不仅施工便捷，操作简便，利于推 广，而且还具有节土、节能、利废等优点，有利于改善社会效益，经济效益，环 境效益，具有很好的推广应用前景。 综上所述， 蒸压砂加气自保温系统具有保温节能效果好、安全可靠、施工方 便、经济性好等特点，是满足外墙节能要求的较理想的系统方案。长江中下游地 区夏季炎热、冬季潮湿寒冷，因此夏季隔热和冬季保温都非常重要，蒸压砂加气 自保温系统同时具有良好的保温性能和隔热性能，适合在夏热冬冷地区大力推广。 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 4 1.2 课题的提出 1.2.1 社会对新型建筑节能材料需要的紧迫性 以实现可持续发展、保护环境为目的节能和提高能源效率是发达国家和我国 政府近年来非常关注的重要领域。发达国家对节能问题的关注始于上个世纪 70 年代石油危机发生之后，近年来，不断攀升的高油价，促使很多国家和地区更加 重视节能问题，由于这些国家政府采取了鼓励政策措施，陆续出台了一系列鼓励 节能的政策和法规。因而，节能新技术和新产品不断涌现，能源使用效率大幅提 高，这给他们带来巨大的经济效益和社会效益。 我国是发展中国家，正处于城镇化发展阶段，因而我国现在的建筑规模相当 巨大，发展迅速。我国目前既有建筑面积达到 420 亿平方米。人口 13 亿，平均每 人 32.5 平方米；而美国人口 2.9 亿，人均建筑面积 87.5 平方米，比我们高得多， 美国处于城市人口不增加、人均住宅面积增加这一状况，而我国则面临着城市人 口和人均住宅面积迅速增加的双重压力，必然导致建筑量的迅速扩大。我国正处 于房屋建筑的战略机遇期，到 2020 年，我国还要建造约 300 亿平方米的建筑，而 我们目前正以人类史上前所未有的规模和速度建造高能耗建筑。我国的建筑能耗 水平要比世界平均水平高出 3 倍，这不仅会过多的消耗资源，同时严重污染了环 境，使国家能源消耗和生态的临界点提前到来。在这一空前绝后的高速城市化时 期，建造什么样水平能耗的建筑，将决定我国的前途命运，同时也影响着世界的 未来。因此社会对发展新型建筑节能材料的要求越来越紧迫。建筑墙体改革与墙 体节能技术的发展是建筑节能技术的一个最重要的环节，发展外墙保温技术及节 能材料则是建筑节能的主要实现方式。 进入 21 世纪，就进入了经济、社会、技术快速发展的新时代，这个时代也是 保护生态环境的时代。1992 年，联合国环境和发展大会提出“可持续发展”战略， 这是人类在面临能源短缺、生态破坏、环境恶化等危机清况下，重新审视人与自 然的关系，提出的环境价值观和生存发展观8。 能源危机是现今人类面临的重大问题之一，节能已被作为第五能源受到人类 的高度重视。中国是一个发展中国家，能源生产的增长速度滞后于国内生产总值 的增长速度，因此节能已成为我国的既定国策，其中建筑节能在节能工作中占有 十分重要的地位，建筑节能是贯彻可持续发展战略的重要组成部分，是执行国家 节约能源、保护环境基本国策的重要组成部分，是世界建筑发展的大趋势，是改 善人民群众居住环境的需要。建筑节能包含两部分内容:一部分是建筑材料的革 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 5 新，加强围护结构的恶保温隔热能力;另一部分是采暖节能。其中建筑材料革新承 担 70%的任务量，采暖节能承担 30%的任务量，由此可见，节能工作对墙体材料的 发展提出了新的要求。 墙体材料是量大、面广的主要建材产品，与土地、资源能源、生态环境及居 住状况有密切的关系。目前我国墙体材料构成中传统的粘土砖仍然占有一定份量， 但粘土砖的生产会消耗大量的土地资源和煤炭资源，造成严重的环境破坏和污染， 据资料介绍，每生产 1 亿块标准粘土砖要毁田 100 一 150 亩，耗标准煤约 1 万吨， 按 2000 年粘土砖产量 8000 亿块计算，一年要毁田 100 万亩，耗煤 8000 万吨。针 对生产与使用粘土砖存在毁田取土、高能耗与严重污染等问题我国在此方面逐步 加大了改革力度9。建设部建住房1999295 号文以及国家墙体材料革新办公室 墙办发200006 号文中均已明确提出相关城市限时禁止使用实心粘土砖的目标。 可见，在我国大力推进墙体材料革新，从根本上改变传统墙体材料大量占用耕地、 消耗能源、污染环境的状况，大力开发和推广应用新型墙体材料以逐步取粘土砖， 形成可持续发展相适应的新兴产业是保护土地资源、节约能源、资源综合利用、 改善环境的重要措施，也是可持续发展战略的重要内容。 1.2.2 我国建筑节能材料的研究现状 随着我国建设资源节约型、环境友好型社会和节能减排工作的不断深入，建 筑节能的重要性和紧迫性日益凸显。建筑节能已上升为国家节能减排工作的重点 领域，其任务的完成与否直接关系着国家节能减排总体任务目标的实现与否。因 此，从“十五”以来特别是进入“十一五”以后建筑节能工作得到了党中央、国务院的 高度重视和支持。建设部目前正在采取一系列措施加紧落实建筑节能工作的任务 和要求。 目前，我国能源利用率为2830左右，产品能源单耗比发达国家一般要高40 左右，接1亿美元国民经济生产总值的能耗计算我国的能耗 日本高4倍，比美国 高2倍，比印度还高1倍。从缩短这个差距中，我们可挖掘3亿吨标准煤的节能潜力， 可见节能意义十分重大10。 建筑业承担着节约建材生产能源、房屋日常使用能耗的义务和责任。一些轻 质墙体材料、屋面材料、门窗材料、保温隔热材料、密封材料等各种析型节能型 建材，能够大量节约建材生产能耗。房屋使用能耗。因此，限制耗能较大的粘土 实心砖的生产，大力发展各种节能型的新型建材，逐步改变建材产品结构，可以 节约大量能源对促进建筑节能具有十分重要和深远的意义。 小块粘土实心砖的弊病一是耗能高，二是毁田。三是加大运输量。而能源、 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 6 土地和运输恰恰是当前制约我国经济发展的三个因素。此外，其保温性能也差根 据建设部颁布民用建筑节能设计标准，我国多数地区的粘土实心砖墙厚度均不能 满足保温要求要达到节能标准，就要加厚，这样减少了建筑使用面积，多耗用 材料和能源。因此，墙体节能材料改革势在必行。 工业发达国家在 60 年代前后实现了粘土砖的空心化，并发展了蒸压加气混凝 土砌块、非粘土砖、石膏板、各种轻质板材等新型墙体材料高效保温材料及节 能型门窗、密封材料。我国一些地区在这方面做了不少工作积累了一定的经验。 1.2.3 aac 砌块作为新型建筑节能材料的可行性和必然性 我国建筑节能的任务非常繁重，量大而面广。自上个世纪 80 年代以来，全国 实施建筑节能工程以来，虽取得了很大的成绩，但尚处在初始阶段，存在着以下 问题： (1)实施量不大，在建筑总量中所占比例很小； (2)实施水平不高，第一步在 80 年的基础上节省 30%，后提高到 50%，在全国 推广，仅有个别大城市提出实施节能 65%，即使如此和发达国家相比仍有较大差 距。 (3)还不普及，目前主要集中在大中城市的新建建筑中，既有建筑的节能改造 尽在个别城市，如北京，仅开始试点。 (4)技术方案比较单一，目前在全国推广外墙外保温，不能满足全国各地的建 筑节能需要。 不同地区条件及需求不同，应有适合当地的技术方案和相应的材料，即要因 地制宜，就地取材。 蒸压砂加气混凝土砌块可作为单一材料保温墙体用于建筑外墙保温，可满足 我国各个气候带建筑节能 50%的外墙热工性能要求。 蒸压砂加气混凝土砌块原材料来源广泛。可利用当地出产的大量的河砂做为 原材料，节约资源，保护环境。制造、运输以及使用能耗低。符合循环经济，建 设节约型社会的要求。 而且蒸压砂加气混凝土砌块生产工艺技术成熟，大规模生产产品质量稳定， 造价低，施工简单，与建筑同寿命。建筑到达寿命期拆除后，还可再利用。 蒸压砂加气混凝土砌块相关标准、规程、规范、国家标准图集已陆续出台， 有的正在修订。为推广加气混凝土单一材料外墙保温体系提供了相应的技术支撑。 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 7 1.3 课题研究目的及意义 1.3.1 研究的目的 本课题拟借助已有蒸压砂加气混凝土的理论和技术，以水泥、石灰、石膏、 铝粉和河砂为主要原料，采用复合激发活化料浆技术进行配合比优化设计，制备 蒸压砂加气混凝土砌块。研究蒸压砂加气混凝土砌块的组成、结构与性能之间的 关系。阐明加气混凝土砌块作为单一墙体在建筑外墙自保温体系中所起到的重要 作用和意义。另外本文对与蒸压砂加气混凝土砌块作为外墙自保温墙体相配套的 砌筑砂浆和抹面砂浆也做了一定的研究，对解决蒸压砂加气混凝土砌块墙体在施 工中遇到的一些问题提供了技术帮助。 1.3.2 研究的意义 本论文是一种应用型研究，以仙桃市恒利达实业有限公司为实体，在该公司 生产设备与技术的基础上对蒸压砂加气混凝土砌块配合比进行优化，并对蒸压砂 加气混凝土砌块作为单一墙体结构性能进行研究，研究成果有望达到如下几点： 一、配合比的优化提高该公司生产的蒸压砂加气混凝土砌块产品的质量和成品率； 二、推广应用蒸压砂加气混凝土砌块这种新型建筑节能自保温墙体材料，有利于 遏制取土烧砖，减少资源消耗能耗。三、减少建筑物综合能耗，降低成本，符合 国家对墙改及建筑节能的要求。四、通过对蒸压砂加气混凝土砌块这种新型墙体 节能材料的应用研究，贯彻国家的能源可持续化发展政策，为在工程实际中大力 推广应用蒸压砂加气混凝土砌块这种新型墙体节能材料做贡献。 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 8 第 2 章 蒸压砂加气混凝土砌块配合比试验研究 2.1 原材料性能及作用 2.1.1 砂 主要是利用汉江河砂中的硅质材料和钙质材料（水泥、石灰）按一定比例配 合，在一定温度，湿度下水热合成硅酸钙，它是制品产生强度的主要来源。汉江 河砂具体指标如下表 2-1： 表 2-1 汉江河砂技术指标 成分 sio2 al2o3 cao fe2o3 mgo so3 loss 含量（%） 72.27 10.90 2.98 3.25 1.20 0.10 2.46 2.1.2 石灰 石灰的化学成分主要是氧化钙(cao)，也含有少量的氧化镁(mgo)、氧化铁 (fe2o3)和氧化硅(si02)等。由于在锻烧过程中碳酸钙的分解往往不是很完全，所以 在石灰中常含有未分解的碳酸钙和其他化合物。所以，石灰的成分主要可以分为 两部分:一部分是非活性部分;另一部分是从碳酸钙中分解出来呈游离状态的氧化 钙，是活性部分。活性氧化钙是能与氧化硅反应的有效成分，称为有效氧化钙 (acao)。石灰在蒸压砂加气混凝土中的作用主要有以下几个方面： (l)石灰是生产蒸压砂加气混凝土的主要钙质材料，其主要作用是向蒸压砂加 气混凝土提供有效氧化钙，使之在水热条件下与粉煤灰中的 si02、al2o3作用，生 成水化硅酸钙和水化铝酸钙，从而使制品获得强度。 (2)石灰促使铝粉发气，石灰提高了蒸压砂加气混凝土料浆的碱度，提供了铝 粉发气条件，促使铝粉进行发气反应。 (3)石灰提供了有效热量。石灰水化时放出大量的热，lmol 氧化钙水化时放出 64.9kj 的热量，1kg 氧化钙水化时就可以放出 116okj 热量，其热量大大高于其他 胶凝材料。石灰的这种大量迅速放热的能力，不仅为提高蒸压砂加气混凝土料浆 温度提供了有效的热源，而且可以在坯体硬化阶段使配料升温达 80-90，促使 坯体胶凝材料的进一步凝结硬化11。 主要技术指标如表 2-2： 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 9 表 2-2 石灰主要技术指标 有效氧化钙含量 消解时间 消解温度 氧化镁含量 细度 70%75% 815 分钟 大于 70 度 小于 5% 小于等于15% 2.1.3 水泥 水泥是生产砂加气混凝土的另一主要钙质材料，主要起调节料浆性能作用， 改善稠化速度，提高制品的强度。如何正确选择水泥的品种及强度等级，直接关 系到蒸压砂加气混凝土砌块的质量。所用水泥为华新 p.o42.5 普通硅酸盐水泥，符 合 gb1752007 通用硅酸盐水泥 标准中 p.o42.5 级普通硅酸盐水泥的质量要求。 表 2-3 水泥主要技术指标 凝结时间 抗压强度(mpa) 抗折强度(mpa) 细度% 比表面 积 cm2/g初凝 终凝 3d 28d 3d 28d 1.4 3064 2:24 3:50 25.5 43.7 5.4 8.6 2.1.4 铝粉 铝粉的作用是在料浆中进行化学反应，与 ca(oh)2反应放出氢气，形成细小而 均匀的气孔，使蒸压砂加气混凝土具有良好的气孔结构。 铝粉是目前生产中使用最广泛、最成熟的发气剂，铝粉在碱性介质中的发气反 应： 2al+6h2o=2al(oh)3+3h2 2al+3ca(oh)2+6h2o =3caoal2o33h2 因为铝粉的活性很强，在空气中会生成致密的氧化物，阻挠反应继续进行。蒸 压砂加气混凝土料浆中的水泥和石灰，呈较强的碱性，在水的作用下首先会发生 下列反应： al2o3+2naoh=2naalo2+ h2o al(oh)3+naoh=naalo2+2h2o 可以看出，发气剂的主要作用是在料浆中进行化学反应，放出气体形成细小而 均匀的气泡，使蒸压砂加气混凝土具有多孔结构达到轻质目的，提高料浆碱度可 以有效促使铝粉发气。 2.1.5 外加剂 本试验所用外加剂为自制的，主要是为了改善蒸压砂加气混凝土砌块的性能， 以及调整料浆的稠化时间及发气效果。 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 10 2.2 试验设备及制作工艺 2.2.1 试验设备 (1)蒸压釜 本设备主要使加气混凝土坯体在高温高压蒸汽中发生水化反应生成具有一定 强度的制品。试验中所用蒸压釜为仙桃市恒利达实业有限公司生产蒸压砂加气混 凝土砌块所用的蒸压釜。 图 2-1 生产中所用蒸压釜 (2)干燥箱 本设备主要用于蒸压砂加气混凝土制品在蒸压成型后的加热烘干，方便测量 绝干容重。 (3)模具 本设备主要用于蒸压砂加气混凝土的浇注成型。 (4)自制恒温养护桶 本设备主要用于蒸压砂加气混凝土在浇注静停阶段的恒温养护。 (5)电子天平 本设备主要用于原材料重量的精确称量。 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 (6)压力试验机 本设备主要用于砌块强度的测试，采用 web-30 型液压式万能材料试验机测 定制品的立方体抗压强度，按 gb/t50081-2002普通混凝土力学性能试验方法 进行测定。 (7)其他辅助工具 搅拌用品、天平、容量桶等。 2.2.2 制作工艺 试验以蒸压砂加气混凝土配合比的优选为目的，以抗压强度和绝干容重为主 要性能指标，在生产配合比的基础上结合理论与试验结果分析找到合适的方案， 为生产蒸压砂加气混凝土提供最优配合比。 在试验室研究蒸压砂加气混凝土制品，主要模仿工厂的生产工序，但要比工 厂的生产工艺简单。试验的主要工艺流程如下： (1)利用工厂生产的磨细砂浆，测量其比重，计算砂子和水的比重，精确计量 试验所需的砂浆重量； (2)精确计量石灰、水泥、石膏、外加剂等原材料重量，与之前精确计量的砂 浆混合后加入计算好的外加水后搅拌 3min； (3)在搅拌均匀的浆体中加入称量好的铝粉，搅拌 1min； (4)然后迅速的浇注入试模中，放入恒温养护桶内发气静停 2.5h 左右； (5)将试模四周脱掉，仅留试模地板与砌块试件一起送入蒸压釜中蒸压养护， 养护时间 8-10 小时； (6)进行性能测试。 本试验所用工艺制作流程如图 2-2： 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 12 图 2-2 试验工艺流程图 2.2.3 试验方法 (1)料浆的容重 称量容积为 1l 的不带套筒的容重桶，精确至 5g。在容重桶上装上套筒。将制 备好的料浆倒入套筒，当装有套筒的容重桶填满时，在避免振动的情况下移去套 筒，用直尺刮平表面，使桶中的试样表面与容重桶上缘齐平，称量容重桶和试样 的重量，精确至 5g。料浆容重按式（1）计算： v =（g1g0）/v （1） 式中：v料浆容重，g/l； g0容重桶重量，g； g1容重桶和试样的重量，g； v容重桶容积，l。 如果两次测定结果之差小于小值的 5%，则以平均值作为料浆的容重。否则应 砂浆外加水 铝粉 放入蒸压釜蒸压养护 搅拌 1min 发泡 放入 60恒温养护桶静停养护 搅拌 3min 浇注 制品强度及性能测试 磨细石灰粉水泥石膏 拆模（保留底板与试模相连） 外加剂 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 13 再次测定，至两次测定值之差小于 5%，再取二者的平均值。 (2) 料浆的稠度 测定料浆稠度的仪器由内径为500.1mm,外径为60mm,高为 1000.1mm 的不锈钢的筒体和面积为 4040cm 的玻璃板组成。 将制备好的料浆均匀的注入圆筒，以钢直尺沿圆筒上端面刮去多余的料浆， 并垂直提起圆筒， 整个动作必须在 30s 内完成。 然后用直尺测定整个料浆的扩散度 尺寸，单位 cm。以两个扩散度尺寸的算术平均值作为料浆的稠度值，单位 cm。 (3) 料浆的温度 采用量程大于 100的温度计插入料浆中测定料浆不同时段的温度变化。 (4) 砌块的密度 取三块尺寸为 100mm100mm100mm 的正方体蒸压养护好的试块检查外观 尺寸，并逐块量取长、宽、高三个方向的轴线尺寸，精确至 1mm，计算出试件的 体积平均值 v，并称取试件的质量平均值 m，精确至 1g。 将上述三块试件放入电热鼓风干燥箱内，在（605）下保温 24h，然后在 （805）下保温 24h，再在（1055）下烘至恒质算出平均值（m0） 。 砌块的干密度为：r0=m0106/v 单位为：kg/m3 (5) 砌块的吸水率 待测定砌块干密度的三组试块冷却至室温后，放入水温为（205）的恒 温水槽内，然后加水至试件高度的 1/3 处，保持 24h，再加水至试件高度的 2/3 处， 再保持 24 小时后加水高出试件 30mm 以上，保持 24 小时。然后将试件从水中取 出，用湿布抹去表面水分，立即称取每块质量（mg） ，精确至 1g. 砌块的吸水率为：wr=（mg- m0）100/ m0 (6) 砌块的强度 砌块的强度试验方法参照 gb/t11969-2008蒸压加气混凝土性能试验方法 。 (7) 砌块的干缩值 砌块的干燥收缩值试验方法参照 gb/t11969-2008 蒸压加气混凝土性能试验方 法 。 2.2.4 蒸压砂加气混凝土砌块的国家标准 根据“中华人民共和国国家标准-蒸压加气混凝土砌块”(gb11968-2006)的规 定砌块的规格尺寸、抗压强度、强度级别、干密度、干燥收缩、抗冻性和导热系 数分别应该符合表 2-4、2-5、2-6、2-7、2-8 的规定。 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 14 表 2-4 砌块的规格尺寸（mm） 长度 l 宽度 b 高度 h 100 120 125 150 180 200 600 240 250 300 200 240 250 300 注：如需要其他规格，可由供需双方协商解决 表 2-5 砌块的立方体抗压强度 立方体抗压强度 强度级别 平均值不小于 单组最小值不小于 a1.0 1.0 0.8 a2.0 2.0 1.6 a2.5 2.5 2.0 a3.5 3.5 2.8 a5.0 5.0 4.0 a7.5 7.5 6.0 a10.0 10.0 8.0 表 2-6 砌块的强度级别 干密度级别 b03 b04 b05 b06 b07 b08 优等品（a） a3.5 a5.0 a7.5 a10.0 强度级别 合格品（b） a1.0 a2.0 a2.5 a3.5 a5.0 a7.5 表 2-7 砌块的干密度 干密度级别 b03 b04 b05 b06 b07 b08 优等品（a） 300 400 500 600 700 800 干密度 合格品（b） 325 425 525 625 725 825 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 15 表 2-8 砌块的干燥收缩、抗冻性和导热系数 干密度级别 b03 b04 b05 b06 b07 b08 标准法/(mm/m) 0.50 干燥收 缩值 快速法/(mm/m) 0.80 质量损失/% 5.0 优等品（a）2.8 4.0 6.0 8.0 抗冻性 冻后强度 /mpa 合格品（b） 0.8 1.6 2.0 2.8 4.0 6.0 导热系数（干态）/w/(m.k) 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 规定采用标准法、快速法测定砌块干燥收缩值，若测定结果发生矛盾不能判定时, 则以标准法测定的结果为准。 2.3 蒸压砂加气混凝土砌块配合比试验 2.3.1 配合比试验研究 在蒸压砂加气混凝土生产中，各组份的材料用量是关系制品技术经济指标的 关键，在一定的生产工艺条件下，蒸压砂加气混凝土质量的优劣，以及经济效益 能否发挥，主要取决于原材料配方是否合理。因此，正确选择原材料及配合比具 有很大的技术经济意义。 (一)试验思路 在公司基准配合比的基础上，通过调整水泥、石灰等用量以及调整铝粉发气 量等试验方法，研制生产出各项性能指标满足相关规程要求的蒸压砂加气混凝土 砌块。仙桃市恒利达实业有限公司在生产中的基准配合比如表 2-9： 表 2-9 仙桃市恒利达实业有限公司在生产中的基准配合比 名称 水泥 石灰 铝粉 砂浆(比重 1.66) 外加水 配合比 100kg 350kg 1.60kg 砂1563kg水 856kg 40 kg 比例 1 3.5 0.016 15.6 8.6 0.4 根据原材料各项性能和以前的生产经验，我们将河砂的用量定为 75%，通过 调整水泥和石灰的用量以及控制料浆温度和铝粉发气量生产各个配合比的蒸压砂 加气混凝土砌块，重点考虑砌块的强度等级和密度等级以及料浆的温度、适应生 产的切割时间等因素选取适合生产的最佳配合比，主要采取以下措施： (1)固定河砂的用量为 75%，调整水泥和石灰的用量，生产出各个配合比的砌 块，测定砌块的强度和密度等性能指标，确定水泥和石灰的用量比； 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 16 (2)在以上确定砂、水泥和石灰的用量比的情况下试验铝粉掺量对产品性能的 影响； (3)掺用外加剂，采用复合激发活化料浆技术进行配合比试验。 (二)水泥和石灰用量的确定 根据生产实践经验， 河砂的用量确定为 75% ， 第一组石灰用量为 25%,不掺水 泥，然后逐步增加水泥用量和减少石灰用量，测定砌块的强度和密度，首先对不 加铝粉发气的配合比进行试验，测定其砌块强度和密度，进行比较和分析。然后 再对加铝粉发气的配合比进行试验，测定砌块强度、密度、料将温度以及切割时 间等，对试验结果进行比较和分析，根据生产的制品需满足规范要求的 b06 级蒸 压砂加气混凝土砌块的各项指标，强度要不小于 3.5mpa，密度要不大于 600kg/m3 ， 最终确定石灰和水泥的最佳掺量分别为 17.5%和 7.5%。试验结果见表 2-10、2-11： 表 2-10 不用铝粉加气的情况下石灰和水泥用量对砌块性能的影响 配合比（%） 试验结果 编号 砂 水泥 石灰 砌块强度（mpa）砌块密度(kg/m3 ) 料浆温度() 1# 75.0 0 25.0 12.4 1307.8 60 2# 75.0 2.5 22.5 11.7 1327.3 55 3# 75.0 5.0 20 11.7 1233.6 54 4# 75.0 7.5 17.5 11.6 1293.7 51 5# 75.0 10 15 10.8 1355.2 46 6# 75.0 12.5 12.5 10.4 1395.3 43 7# 75.0 15 10 9.8 1362.9 35 8# 75.0 17.5 7.5 9.6 1362.0 35 表 2-11 铝粉加气的情况下石灰和水泥掺量对砌块性能的影响 配合比（%） 试验结果 编号 砂 水泥 石灰 砌块强度 （mpa） 砌块密度 (kg/m3 ) 料浆温度() 切割时间 (h) 9# 75.0 0 25.0 3.9 573.6 59 4.8 10# 75.0 2.5 22.5 3.8 578.9 55 4.2 11# 75.0 5.0 20 3.8 582.4 53 3.4 12# 75.0 7.5 17.5 3.7 591.8 50 2.7 13# 75.0 10 15 3.5 600.5 47 2.