（农业机械化工程专业论文）蒸压粉煤灰砖砌体基本力学性能试验研究.pdf

摘要 本文为中国工程建设标准化协会标准蒸压粉煤灰砖砌体应用技术规范科研课题 中的子课题。 通过1 5 个不同砂浆强度等级的蒸压粉煤灰实心砖轴心受压试件和1 2 个不同砂浆强 度等级的蒸压粉煤灰多孔砖轴心受压试件试验，得出了蒸压粉煤灰实心砖和多孔砖砌体 的破坏特征、抗压强度、弹性模量、泊松比、应力一应变全曲线等力学指标。研究还采 用了相同试验条件下，相同砂浆等级的6 个普通黏土砖砌体进行了对比试验，比较了其 各项性能指标。 通过1 8 个不同砂浆强度等级及不同偏心距的蒸压粉煤灰实心砖偏心受压试件和1 8 个蒸压粉煤灰多孔砖偏心受压试件试验，得出了偏心受压破坏特征、抗压强度及截面应 变分布，并分析了偏心系数影响。 通过3 0 个蒸压粉煤灰多孔砖抗剪试件和4 8 个蒸压粉煤灰实心砖抗剪试件试验，得 出了蒸压粉煤灰实心砖和多孔砖的抗剪强度，研究了不同砂浆等级以及砖砌筑时的含水 率对砌体抗剪强度的影响。 通过1 5 个不同灰缝厚度的专用砂浆轴心受压试件和5 4 个不同灰缝厚度的专用砂浆 抗剪试件，研究了灰缝厚度对抗压强度、抗剪强度的影响。 通过8 个单砖棱柱体试件和9 个砂浆棱柱体试件受压试验，得出了砖与砂浆的应力 应变曲线，并通过3 5 个( 五皮高) 单砖棱柱体砌体轴心受压试件得出了( 五皮高) 单 砖棱柱体砌体的破坏特征和抗压强度，利用试验结果建立了基于弹性的砌体强度理论公 式，进一步说明了灰缝厚度对砌体抗压强度的影响。 本文通过基本力学性能试验和理论分析获得了一些有益的成果，为编制蒸压粉煤 灰砖砌体应用技术规范提供了数据。 关键词：蒸压粉煤灰砖，砌体，抗压强度， 抗剪强度，弹性模量 a b s t r a c t t h i st h e s i si sp a r to ft h er e s e a r c hi t e mo fac h i n aa s s o c i a t i o nf o re n g i n e e r i n g c o n s t r u c t i o nr e s e a r e l as u b j e c tf o re d i t i n g c o d ef o rt e e l m i q u ea p p l i c a t i o no fa u t o c l a v e d t l y a s h - l i m eb r i c km a s o n r y s t t l a e t u r c s n l r o u g l at h ee x p e r i m e n to i l1 5a u t o c l a v e df l y a s l a - l i m es o l i db r i c km a s o n r ya n d1 2 a u t o c l a v e dt l y a s h - l i m ep e r f o r a t e db r i c km a s o n r ys p e c i m e n sl o a d e di na x i a lc o m p r e s s i o nw i t h d i f f e r e n tc a t e g o r yo fm o r t a rc o m p r e s s i v es t r e n g t h , w eg e ts o m ep l a y s i e a lm e e l m i e a l p a r a m e t e r so fa u t o c l a v e df l y a s h - l i m eb r i c km a s o n r ys u c h 鹞c o m p r e s s i v e 蚰嘲1 9 i l l ，t h e y o u n g sm o d u l u s ，p o i s s o n sr a t i oa n dt h es t r e s s - s t r a i ne u r v e ( c u r v eo - ) i nt h es a m e c o n d i t i o n , 6f i r e dc o m m o n b r i c km a s o n r ys p e c i m e n sw e l et e s t e di nc o m p a r i s o nw i t ht h e m b a s e dt h ee x p e r i m e n t0 1 3 1 8a u t o c l a v e df l y a s h - l i m es o l i db r i c km a s o n r ya n d1 8 a u t o c l a v e df l y a s h - l i m ep e r f o r a t e db f i c km a s o n r ys p e c i m e n sl o a d e di ne c c e n t r i cc o m p r e s s i o n w i t hd i f f e r e n tc a t e g o r yo fn a o l - t a l c o m p r e s s i v es t r e n g t h 仿) a n dp ，w eg e tc o m p r e s s i v e s t r e n g t h , t y p i c a lf a i l u r ea n d s t r a i nd i s l r i b u t i o n m o d u l u sah a sa l s ob e e na n a l y s e d t h r o u g ht h ee x p e r i m e n t0 n3 0a u t o c l a v e df l y a s h - l i m ep e r f o r a 砌b f i c km a s o n r ya n d4 8 a u t o c l a v e df l y a s h - l i m es o l i db r i c km a s o n r ys h e a rs p e e i m e m , 啪g e tt h es h e a rs l r e n g t ho f t h e m , t h ee f f e c to fm o r t a rc o m p r e s s i v es t r e n g t ha n d 芎wo nt h es h e a r 鲥e e n g t ho fb r i c k w o r k w a ss t u d i e di nt l a i sp a r l b a s e dt h ee x p e r i m e n to n1 5a u t o c l a v e df l y a s h - l i m es o l i db f i c km a s o n r ys p e c i m e n s l o a d e di na x i a lc o m p r e s s i o na n d5 4s h e a rs p e c i m e n sb o t hw i t hd i f f e r e n tj o i n t ( a p p r o p r i a t i v e m o r t a r ) t h i c k n e s s , w er e s e a r c h e dt h ee t f e e to f j o i n tt h i c k n e s so nt h ec o m p r e s s i v es t m a g t l aa n d s h e a rs t r e n g t h a tl a s t , t h r o u g ht h ee x p e r i m e n to i l8p r i s m so fb r i c k ，9p r i s m so fm o r t a r ，w eg e tt h e s t r e s s - s w a i nc u r v e ( c u r v e 手8 ) o f t h e m ，b a s e dt h er e s u l to f e x p e r i m e n t0 1 3 3 5f i v e - b r i c kp r i s m s l o a d e di na x i a lc o m p r e s s i o n , w ee s t a b l i s h e dat l a e o r e t i e a ld e d u c t i o no nt h ef o r m u l a t i o no ft h e p r e s s u r er e s i s t a n c ep r o p e r t yo fm a s o n r yt h r o u g he x p e r i m e n t i n gf o u n do n e l a s t i c i t y , t h e n , t h e e f f e c to f j o i n tt h i c k n e s so nt h ec o m p r e s s i v es t r e n g t hh a sb e e ne x p l a i n e di na n o t h e rw a y i nt h i st h e s i sw eg e ts o m eb e n e f i c i a lr e s e a r c hr e s u l tf r o mt h eb a s i cm e c h a n i c sp e r f o r m a n c e e x p e r i m e n ta n dt h e o r e t i c a la n a l y s i s ，p r o v i d e ss o m er e c o m m e n d a t i o n sa n dd a t e sf o re d i t i n g c o d ef o rt e c h n i q u ea p p l i c a t i o no f a u t o c l a v e df l y a s h - l i m eb r i c km a s o n r ys t r u c t u 陀s ” k e y w o r d s ：a u t o c l a v e df l y a s h l i m eb r i c k , b r i c k w o r k ( m a s o n r y ) ，c o m p r e s s i v es t r e n g t h ，s h e a r s t r e n g t h ，y o u n g sm o d u l u s ( e l a s t i cm o d u l u s ) m 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得湖南农业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：时间： 0 7 年p 多月，2 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解湖南农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意湖南农业大学可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 导师签名： 时间：力哆年口5 月呸日 时间： 印7 年衫月口日 欲 筛 舻 切吣似 第一章绪论 1 1 新型墙体材料 1 1 1 概述 多年来，粘土实心砖在中国墙体材料中占主要地位。据统计，近年来我国粘土实心 砖的年产销量己超过世界其它各国的总和。国家资源环境遥感调查表明，我们的生存环 境正在日益恶化，本来不多的耕地被快速吞噬，有限的能源被大量预支，生态环境变得 更加脆弱 1 1 。制砖毁田是造成耕地面积大量减少的最重要原因之一，而且砖瓦工业毁坏 的基本上都是非贫瘠的高产田【2 】。因此，开发新型的节能、节地、利废、环保型墙体材 料是当前墙体材料改革的主题【3 4 1 。通过多年努力，我国的墙体材料改革，取得了很大 的成就，2 0 0 0 年新型墙体材料产量2 1 0 0 亿块标准砖，占墙体材料总产量的2 8 ( 1 9 8 8 年约5 ) ，2 0 0 5 年新型墙体材料产量约3 0 0 0 亿块标准砖，占墙体材料总产量的4 0 。 按照建材工业“十一五”规划，各种新型墙材产品年增长速度要保持在1 0 以上，这个比 例将达到6 0 左右网。但近几年来，我国新型墙材发展也面临着不少新的问题：( 1 ) 部 分新型墙材技术不成熟，自身的质量问题阻碍了其推广和发展；( 2 ) 产品结构不合理； ( 3 ) 企业创新意识差，高档次产品少，多数企业的发展还停留在发达国家5 0 6 0 年代 技术水平；( 4 ) 我国对新型墙材的宣传力度不够，制约了产品的推广与应用【6 7 1 ；( 5 ) 落后的行业标准和快速发展的墙体材料不相适应。 一百多年前发达国家就己着手对新型墙体材料的研究。其过程可分为：第一阶段， 1 8 世纪英国工业革命使新型墙体材料于1 9 世纪末、2 0 世纪初问世；第二阶段，二战后 各国的重建使新型墙体材料蓬勃发展；第三阶段，新科技、新成果为新型墙体材料发展 的腾飞插上翅膀；第四阶段，经济膨胀带来的环境恶化迫使各国政府采取措施推动发展 新型墙体材料【。9 1 。 总之，新型墙体材料在生产和应用中都存在着自身的缺点，如普遍强度偏低，收缩 裂缝严重，粉刷抹灰出现空鼓、剥落等问题【埘。因而，新型墙体材料的基本力学性能、 抗震性能、推广应用等问题都是现代工程研究重点方向。 1 1 2 新型墙体材料现状 新型建筑材料是与传统建筑材料相比较而言的，受到了时代和技术发展水平的制 约。与传统建材相比，新型建材要求轻质、高强、多功能( 兼具保温、隔热、吸声、防 火、防水、防潮) 。同时，新型建材还要求在生产原料上尽量使用新材料，如化工、冶 金、陶瓷、纺织等工业新材料以及工业废渣如粉煤灰、冶金矿渣等二次资源；在生产方 式上要求到达工业化，产品规范化、系列化，成本低，效率高。新型建筑材料就是以节 约土地、节省能源、有利于保护环境并能满足现代建筑使用功能为要求的建筑材料。 大力发展和推广应用节能、利废、环保型的绿色墙体材料是中国新型材料工业的当 务之急也是中国新型建材工业的主要奋斗目标。要求适应建筑功能的改善和建筑节能的 要求，新型墙体材料产品的开发要满足不同建筑结构和不同档次建筑的需要。以框架结 构为主的高层建筑，应积极发展满足建筑功能要求，保温隔热性能优良，轻质高强，便 于机械化施工的各类建筑板材；多层砌筑结构和高层框架结构的承重墙体材料，应该重 点发展轻质混凝土小型空心砌块和以各种工业废弃物为轻集料的承重空心砖；非承重墙 体材料应以各类轻质非承重砌块及轻质板材为主。要因地制宜，在煤产区及采用火力发 电的地区，积极发展高强度、高孔洞率、高绝热性能、高废渣利用率的煤矸石空心砖和 粉煤灰烧结空心砖、粉煤灰加气混凝土、蒸压粉煤灰砖以及其他利废制品；在页岩和灰 砂资源丰富的地区，应积极发展烧结页岩和蒸压灰砂制品，使其成为当地新型墙体材料 的主导产品。 目前，国内外采用的墙体材料种类繁多，材料的物理力学性能也各不相同，归纳起 来主要有： ( 一) 砖 按生产工艺不同，主要有烧结砖和核非烧结砖两大类。 1 烧结砖 ( 1 ) 烧结空心( 多孔) 砖 烧结空心( 多孔) 砖按原料不同主要有黏土，煤矸石、页岩和粉煤灰空心( 多孔) 砖。烧结空心砖主要用于非承重部位，孔洞率大于4 0 ，孔的尺寸大而数量少；烧结多 孔砖主要用于承重结构，孔洞率等于或大于2 5 ，孔的尺寸小而数量多。与烧结普通黏 土砖相比，能节约黏土原材料用量1 5 6 0 ；节省煤炭等烧砖燃料3 0 5 0 ；砖坯 干燥周期缩短2 0 n 3 0 ；由于烧成速度和窑炉的生产能力提高，劳动生产率可提高 2 5 3 0 ；砖运输费用减少约2 0 n ，砌筑效率提高1 5 3 0 ；节约建筑砂浆约2 0 。满足强度要求外，其热导率可低于0 2 9 w i n k ，具有良好的保温性能。2 4 0 m m 的空 心砖墙，隔声指数4 7 5 l d b ，满足分户墙的隔声要求。空心砖透气性好，平衡水分低， 2 有利于调节室内温度，使居住环境更为舒适。由于保温隔热性能良好，可使墙体厚度减 少，使有效使用面积增加；多孔结构可使建筑物自重减轻1 0 2 0 ，从而可节省建筑 的结构材料消耗，降低基础造价，使建筑物抗震性能提高。由于壁薄、多孔、水分蒸发 快，空心黏土砖在干燥过程中易产生裂纹，故其干燥技术要求较实心砖高。 ( 2 ) 烧结实心( 非黏土) 砖 烧结实心砖根据原料不同主要有煤矸石、粉煤灰、页岩和尾矿砖。 煤矸石是煤炭矿山开采过程中产生的工业废弃物，其矿物组成主要为以二氧化硅和 三氧化二铝为主要化学成分的黏土矿物或粉砂。由于其中都含有一定数量的有机碳，作 为自燃成分，在燃烧过程中可以节省煤炭在中国主要煤产区，煤矸石占用大量土地， 并且严重污染环境。以煤矸石为原料生产新型墙体材料，既保护生态环境，又可节约土 地、节省能源( 每万块标准烧结煤矸石砖比烧结黏土砖节省标准煤1 1 2 t ，且烧结煤矸石 砖一般采用一次码烧) 。 烧结粉煤灰砖是以粉煤灰为主要原料，掺入煤矸石粉或黏土等胶结砖料，经配料、 成型、干燥和焙烧而成的普通砖。其特点是可以节省黏土，节约燃料，保护环境，而其 材性与烧结黏土砖完全相同。火力发电过程中，经水洗脱硫的煤粉进入燃烧室后迅速燃 烧，高温使煤炭中所含的硅、铝杂质组分迅速融解，形成一些细微的珠滴，遇冷之后迅 速冷却，形成一些空心或实心的玻璃珠。这些玻璃珠表观密度很小，从而使砖具有轻质 和良好的保温吸声性能。同时粉煤灰中还含有少量未充分燃烧的有机炭，在焙烧过程中 作为自燃组分可生产部分热量，降低生产成本。在制砖原料珠加入粉煤灰，可以减少黏 土消耗，也可起到瘦化剂的作用，减少砖坯干燥收缩，降低黏土干燥敏感系数，减少砖 坯裂纹，提高了合规率。烧结粉煤灰砖烧成周期短、产量高，砌筑施工速度快，节约砂 浆并可减少运输费用。但其自身烧结能力较差，不能单一使用。而且其表观密度轻，搅 拌时容易粘在黏土颗粒表面，使两者无法均匀混合。塑性差，成型困难且强度低，在外 力作用下很容易松散破坏。虽然干燥周期短，但干燥过程中易出现风裂，使焙烧后强度 降低。热工性能不高，建筑节能效果稍差。 采用页岩原料制砖，页岩的化学性能和物理性能均优于黏土。就物理性能而言，页 岩原料的干燥收缩和干燥敏感系数均较普通黏土低，因而砖坯干燥工艺更易掌握，在适 当提赢风温和风速条件下，可实现快速干燥而不引起坯体收缩，出现干燥裂纹。在化学 性能方面，页岩原料的矿物组成较黏土物料更适宜烧结，烧成速度可较黏土提高1 5 2 0 。其成型水份低，成型压力较大，坯体密实性好、变形小，尺寸偏差小此外，强 度、抗冻性和耐久性也明显优于黏土砖，吸水率较黏土砖低。由于其含有较多的有机质 或可燃性炭，以及黏土矿物中含有较多蒸汽使物料膨胀，在砖内形成大量空隙，从而使 砖具有良好的质轻以及保温绝热和吸声性能。目前来说，其花色品种单一，且页岩是一 种不可再生的自然资源。 2 非烧结砖 非烧结砖按原料不同主要有： ( 1 ) 蒸压灰砂砖 蒸压灰砂砖包括蒸压灰砂多孔砖和蒸压灰砂空心砖。其以砂和石灰为要原料，原材 料来源广泛，储量丰富，生产技术成熟，产品表面平整、尺寸准确，性能优良，属于节 能建材。灰砂砖生产不使用黏土，不占用耕地，有利于保护环境，减少可耕地的损失。 灰砂砖的制砖总能耗较黏土烧砖低3 0 ，可节省大量的煤炭资源消耗。目前中国灰砂砖 生产突出问题是成型压力低、坯体密实度不够，故产品吸水率高、收缩值大，因而影响 了砖坯的强度和产品质量。由于表面比较光滑，砌筑后与砂浆的粘结强度不如烧结砖。 故往往导致砌体抗剪强度偏低，因此影响到在地震设防地区的使用。在原材料的颗粒配 比、成分质量控制以及生产工艺控制方面仍需改进。 ( 2 ) 粉煤灰砖 粉煤灰砖包括蒸压粉煤灰砖、蒸养粉煤灰砖和自养粉煤灰砖。其以粉煤灰、石灰或 水泥为主要原料粉煤灰砖是一种有潜在活性的水硬性材料，在潮湿环境中，水化反应 能继续进行而使其内部结构更为密实，有利于砖的强度的提高。除轻质外，蒸压粉煤灰 砖物理力学性能优良。能经受1 5 次冻融循环的抗冻要求。粉煤灰砖节土，保护生态环 境，具有重要的经济和社会效益。但蒸压粉煤灰砖初期收缩率较大。 ( 3 ) 煤渣砖 煤渣砖包括蒸压煤渣砖、蒸养煤渣砖和自养煤渣砖。煤渣是一类具有化学活性的硅 铝质材料。煤渣砖属以煤渣为主要原料的保温节能型轻质墙体材料。但中国现有的煤渣 砖生产企业大多设备简陋、工艺落后，产品质量得不到保证。 ( 4 ) 硅酸盐页岩砖 ( 5 ) 蒸压蒸养尾矿砖 ( 6 ) 蒸养煤矸石砖 4 ( 二) 砌块。 1 普通混凝土和轻集料混凝土小型空心砌块 原料来源广、生产工艺简单、生产效率高、无需烧结或蒸汽养护，生产能耗低，造 价低廉，生产能耗低，对环境污染程度小，产品质量容易控制。普通混凝土小型空心砌 块以水泥为胶结材料，天然砂石作集料，多用于承重结构。其生产技术简便，产品规整， 强度高，对砌块建筑的推广，发展所起的作用不容置疑。但与实心黏土砖一样，其同样 存在自重大，抗震性能较差，绝热、吸声等使用功能相对较差的弊端。 轻集料混凝土小型空心砌块通常以水泥为胶凝材料，火山渣、浮石、膨胀珍珠岩、 煤渣、水淬矿渣、自然煤矸石以及各种陶粒等为骨科，多用与非承重结构。根据集料的 不同主要有煤渣混凝土小型空心砌块、浮石混凝土小型空心砌块、轻质陶粒混凝土小型 空心砌块和膨胀珍珠岩空心砌块。这类砌块有许多独特的优点，如白重较轻，热工性能 好，而且抗震性能好不仅可以用于非承重墙，较高强度等级的轻质砌块也可以用于多层 建筑的承重墙。同时轻质砌块能以各种天然轻集料为原料，可充分利用中国较为丰富的 火山渣、浮石、珍珠岩等自然资源：还可以用一些工业废渣为原料，对降低砌块生产成 本和减少环境污染有良好的社会和经济双重效益。此外，轻质混凝土小型空心砌块轻质、 高强、保温隔热、抗震性能较好。 2 加气混凝土砌块 加气混凝土砌块主要有蒸压水泥一石灰一砂加气混凝土砌块、蒸压水泥一石灰一粉 煤灰加气混凝土砌块、蒸压水泥一石灰一尾矿加气混凝土砌块、蒸压水泥一石灰一煤矸 石加气混凝土砌块、蒸压水泥一石灰一沸腾炉渣加气混凝土砌块、蒸压水泥一矿渣一砂 加气混凝土砌块、和蒸压石灰一粉煤灰一加气混凝土砌块等其是指以硅质材料和钙质材 料为主要原辩，掺加气剂，经加水搅拌，由化学反应形成空隙，其孔隙率可高达7 0 8 0 。这种高孔隙率使得表观密度大大降低，从而使建筑物的自重大大减轻。由于大量 微小气孔的存在，使其导熟率大大降低，故其保温性能良好。在建筑中，厚度为2 0 0 m m 加气混凝土墙的保温效果与4 9 0 m m 的黏土砖墙相当。因此，使用加气混凝土材料不仅 可以提高建筑物的热工性能，保温性能，提高建筑物的使用功能，而且节省建材，使建 筑的有效使用面积提高。加气混凝土具有较高的强度和比强度。较小的表观密度。使其 具有轻质材料良好的抗震性加气混凝土材料可加工性能优良，材料所具有的大孔隙率 使其可锯、可钉、可钻、可粘，便于施工。加气混凝土材料具有较低的热导率，使其热 5 迁移速度变慢，放具有良好的耐火性能。并且其本身属于不燃物质，即使在高温下也不 会产生有害气体。较高的孔隙率使加气混凝土材料具有较好的吸声性能。 3 粉煤灰小、中型空心砌块 粉煤灰小型空心砌块是指以粉煤灰、水泥、各种轻集料、水为主要组分拌和制成的 小型空心砌块。与其他小型空心砌块相比，粉煤灰小型空心砌块的特点是以粉煤灰作为 主要原材料，用量最高可以达到8 0 ，在综合利用方面是粉煤灰消耗量最大的新型墙体 材料，属大掺量粉煤灰建筑材料及其制品。小型混凝土空心砌块的大量生产和成功应用， 为粉煤灰小型空心砌块的开发创造了有利条件。无论生产工艺、机械设备以及应用技术， 均可借鉴小型混凝士空心砌块的成熟技术和经验。而技术性能许多方面优于小型混凝土 空心砌块。当粉煤灰掺量不超过3 0 时，粉煤灰小型空心砌块制品的抗压强度与普通混 凝土砌块相近，而体积密度降低9 1 9 ，热导率降低3 0 5 0 n ，其他性能与普通 混凝土砌块无太大差别。粉煤灰取代部分水泥和砂予后，强度等级明显提高，砌块的抗 渗性能由普通混凝土的q 级提高为s 级；掺和粉煤灰后的砌块致密，含水率低，干燥收 缩变形也随之减小，由普通砌块的0 3 6 减小到0 2 6 5 0 3 2 。此外，粉煤灰的化学 活性，使粉煤灰小型空心砌块有较好的后期强度储备。由于火山灰效应在相当长时间 、内还在继续，故砌块的后期强度仍会不断增长。其具有粉煤灰混凝土特有的韧性，其弹 性模量为普通混凝土的1 1 0 ，泊桑比较普通混凝土大5 0 n ，因此不易脆裂。这不仅有利 于建筑物的抗震，在运输装卸过程中不易损坏，而且装修施工过程中易于切割开槽、钻 孔，不引起砌块破损，有利于管线埋设。同时粉煤灰小型空心砌块的保温隔热和抗渗性 能良好。粉煤灰小型空心砌块的原料中，粉煤灰、炉渣等工业废料占8 0 ，水泥用量比 同强度混凝土小型空心砌块少3 0 ，因而成本低，且比黏土砖便宜1 0 2 0 。因此 具有良好的社会和经济效益。总体来说，粉煤灰小型空心砌块产业仍处于起步阶段，原 材料和产品性能中许多问题有待深入研究，符合其特点的砌块生产、施工设备还有待进 一步完善，产品的应用技术和相关技术法规也需要进一步完善。与粉煤灰小型空心砌块 相比，其原材料相对单一，中型砌块不很符合中国的砌筑习惯和施工水平，强度等级覆 盖不广泛，在生产工艺方面为带模养护，振动台成型设备，劳动生产率不高，强度较大。 4 石膏砌块 石膏砌块包括石膏实心砌块和石膏空心砌块。它是以石膏为主要原料，其制品质轻， 具有一定的保温隔热、吸声性能，尺寸稳定，装饰美观，可加工性好。建筑石膏和石膏 6 制品具有良好的防火性能。与混凝土相比，石膏的耐火性能要高出5 倍。使用石膏还可 以起到调节室内环境的作用。在干燥环境下，石膏建材中的水份可以释放，而在潮湿的 气候条件下，又可以吸收水份。这种“呼吸”功能可以调节室内湿度，改善局部环境，使 居住更加舒适。从节能角度讲，生产石膏所需要的能耗仅为水泥生产3 0 ，石灰生产的 4 0 左右。从生产和使用过程对环境的影响看，相对与其他建筑材料，建筑石膏制品在 生产过程中的粉尘、煤渣和排放的烟气都较少：在砌块生产过程中只会产生少量废品， 但可以作为生产石膏粉的原料循环使用，无其他副产物产生，不会对环境造成污染。使 用过程中，石膏砌块不释放任何有害气体，无放射性和重金属危害，对人体无害，属绿 色建材产品。石膏硬化体为多孔结构，隔热保温性能好，热导率是黏土砖的l 3 、普通 水泥混凝土的l 5 、石材的1 8 。但在生产装备方面，大部分厂家使用的机组仍是各种单 模结构、手工或半机械化设备。大部分采用手工操作，平模生产，工艺设备落后，生产 规模小，产品质量不稳定。地域发展不平衡。在产量、品种、质量以及应用范围等方面， 还有待改进。 5 泡沫混凝土砌块 主要有多孔混凝土砌块和多孔硅酸盐混凝土砌块等。 1 2 粉煤灰砖物理力学性能 我国砖瓦企业从2 0 世纪6 0 年代就开始研制生产蒸压粉煤灰砖，7 0 年代颁布了产品质 量标准。标准规定的各项主要技术指标和烧结普通砖大体相同，可代替粘土实心砖用于 建筑工程。当时，因粉煤灰砖是用灰量最多，投资较少，技术上比较成熟，建设比较快 的项目，因而电力和排渣部门都很感兴趣。为此，在7 0 年代末和8 0 年代初，电力部门和 排渣单位投资十几亿元，建设了上百条年产3 0 0 0 万块粉煤灰蒸压砖生产线，加上6 0 年代 末和7 0 年代初建设的生产厂，全国有1 0 0 多个蒸压粉煤灰砖生产厂，年生产蒸压粉煤灰 砖能力达4 0 多亿块，年用灰量8 0 0 多万吨，形成了利用粉煤灰制砖的高潮。但是，随后 我国粘土实心砖有了较快的发展，每年b 3 0 0 亿块的速度增长，和粉煤灰砖等砖产品在 市场上进行着激烈的竞争。到y s o 年代后期，蒸压粉煤灰砖在市场竞争中垮了下来，产 量急剧下降，生产厂家寥寥无几l i “。影响其发展的原因除了其本身质量问题以及耐久性 和抗老化性能较差外，还有一个非常重要的原因就是国家没有制订、颁发蒸压粉煤灰砖 产品建筑设计应用规范和施工规程，影响了建筑设计和应用。近年来，为保护耕地和环 境，我国制定了墙材发展的战略：淘汰粘土砖，大力推广工业固体废弃物资源研制、生产 7 高强轻质、保温隔热节能、防火无毒环保的新型墙材。因此，利用大量的粉煤灰制品便 成为替代粘土砖生产与应用的一个重要途径，并且国家已将粉煤灰的综合利用技术列为 重点推广应用的十项新技术之一 1 2 1 粉煤灰砖的类型及成型机理 1 2 1 1 粉煤灰块材的分类 1 按块材尺寸分： ( 1 ) 粉煤灰砖：指长度、宽度或高度有一项或一项以上分别不大于3 6 5 m m 、2 4 0 m m 或1 1 5 m m 的块材。粉煤灰砖又根据其孔洞率和孔洞数量分为： a 粉煤灰普通砖：尺寸为2 4 0 m m x l l 5 m m x 5 3 m m 的实心砖。 b 粉煤灰多孔砖：孔洞率等于或大于2 5 ，孔的尺寸小而数量多的砖。常用于承重 部位。 c 粉煤灰空心砖：孔洞率等于或大于4 0 ，孔的尺寸大而数量少的砖。常用于非承 重部位。 ( 2 ) 粉煤灰砌块：指长度、宽度或高度有一项或一项以上分别大于3 6 5 m m 、2 4 0 m m 或1 1 5 m m 的块材。根据砌块主规格高度不同分： a 粉煤灰小型砌块：高度大于1 1 5 m m 而小于3 8 0 r a m 的砌块，我国常用块材为主规格 尺寸3 9 0 x 1 9 0 x 1 9 0 m m 的小型空心砌块，按孔的排数分为单排孔( 1 ) 、双排孔( 2 ) 、三排孔 ( 3 ) 和四排孔( 4 ) 共四类，强度等级分为m u 2 5 、m u 3 5 、m u 5 0 、m u 7 5 、m u i o 0 、 m u l 5 0 等六个等级。 b 中型粉煤灰砌块：高度为3 8 0 - - 9 8 0 m m 的砌块。我国该类砌块的尺寸一般为 8 8 0 x 3 8 0 x 2 4 0 m m 和8 8 0 x 4 3 0 x 2 4 0 m m 两种，这类砌块在我国占的数量不多。 2 按骨科分： ( 1 ) 粉煤灰重集料块材：以砂、石以及重矿渣集料为骨料的块材。 ( 2 ) 粉煤灰轻集料块材：以粉煤灰陶粒和陶砂、页岩陶粒和陶砂、黏土陶粒和陶 砂、超轻陶粒和陶砂、炉渣陶粒、膨胀珍珠岩，自然煤矸石、浮石、火山渣、煤渣、膨 胀矿渣珠等为骨料的块材。 3 按照养护方式分： ( 1 ) 免烧免蒸块材：它以粉煤灰或各种煤渣等为主要原料，添加适量水泥、石膏 和一些添加剂，经搅拌压制成型，自然养护而成。1 9 9 0 年后国家提出墙材革新，限制 8 粘土砖生产和节土、节能的形势下发展起来的，我国主要用这种材料生产砖和砌块。 ( 2 ) 蒸养粉煤灰砖：蒸养粉煤灰砖是以粉煤灰、石灰等为原料，经压制成型，在 常压饱和蒸汽条件下养护( 温度等于或低于1 0 0 ) 而成的普通砖、多孔砖、空心砖或 砌块。 ( 3 ) 蒸压粉煤灰砖：蒸压粉煤灰砖也是以粉煤灰、石灰等为原料，经压制成型， 高压蒸汽养护( 蒸汽温度1 7 6 以上、蒸汽压力0 8m p a 以上) 而成的普通砖、多孔砖、 空心砖或空心砌块。 ( 4 ) 烧结粉煤灰块材：烧结粉煤灰块材是以粉煤灰和粘土( 页岩、淤泥等) 为主 要原料，再辅以其化工业废渣，经配料、混合、成型、干燥及焙烧等工序而成的一种新 型墙体材料。目前我国生产的烧结粉煤灰块材主要有烧结粉煤灰普通砖、烧结粉煤灰多 孔砖、烧结粉煤灰空心砖和烧结粉煤灰砌块。粉煤灰烧结普通砖：对掺灰量不超过5 0 、 以粘土为主的粉煤灰烧结普通砖c 又称为内燃砖) ，生产技术较成熟，本文1 1 2 做了简 单介绍。对掺灰量在5 0 以上的高掺量粉煤灰烧结砖，虽然其具有掺灰量大，重量轻， 保温节能效果显著等优势，但由于受粉煤灰特性的影响，高掺量粉煤灰烧结砖较难达到 标准规定的质量要求。粉煤灰烧结多孔砖( 空心砖) ：根据调查资料，粉煤灰烧结多孔 砖( 空心砖) 生产普遍存在产量低、掺灰量低、产品合格率低和企业效益低的现象。其 原因主要是材料组成性能、生产工艺与设备以及质量管理存在不同程度的问题造成的。 1 2 1 , 2 粉煤灰砖成型机理 1 自然养护 原料经搅拌压制成型后自然养护，免烧免蒸粉煤灰块材的强度是依靠水化产物的结 晶来获得的。 2 蒸汽养护 蒸养粉煤灰硅酸盐制品的水化反应机理与粉煤灰水泥制品是完全不同的。它主要是 依靠粉煤灰内含有的活性氧化硅及活性氧化铝与经过消解的生石灰及石膏在水热气氛 中进行水化反应，生成c a o s i 0 2o h 2 0 系统产物、c a o - s i 0 2 a 1 2 0 3 h 2 0 系统产物、 c a o a 1 2 仍- c a s 0 4 一h 2 0 系统产物并形成硅酸盐石。 由于水化硅酸钙系列产物中的托勃莫来石晶体需要在较高的温度下生成，如石灰和 硅胶或石灰和磨细石英砂需在1 3 0 1 7 5 湿热条件顺利合成，在蒸养条件下，无论是增 加石灰掺量，还是延长蒸养时间，都难以生成结晶良好的托勃莫来石，制品的主要生成 9 物是结晶差的c s h ( d 和c s h 凝胶等水化硅酸钙胶体。因此，蒸养粉煤灰制品， 随着水热养护过程的延长，平衡产物有水化硅酸钙c s h ( i ) 、c s h 凝胶、水石榴石 c 弧s 。h 6 2 a 、钙矾石以及少量的无水石膏。 。 为提高蒸养粉煤灰砖的性能。常常采用一些外加剂，激发粉煤灰的活性，加快水化 反应速度，提高早期强度，然而并不能根本改变水化产物的组成，因为水化产物组成与 水化反应温度密切相关，因此，蒸养粉煤灰砖在用予建筑工程时屡屡出现质量问题。科 学研究和实践证明，蒸养制品( 包括蒸养粉煤灰砖) 容易碳化，综合耐久性较差的问题一 直是比较难以解决的技术难题，因其在建筑上出现较多的质量问题，在寒冷和严寒地区 尤为严重，而在使用上受到限制。 3 蒸压养护 蒸压粉煤灰硅酸盐制品与蒸养、免烧制品相比，有许多独特的优点，特别在综合耐 久性方面，蒸养制品及免烧制品是不可比拟的。粉煤灰在蒸压工艺条件下与氧化钙和极 少量生石膏反应生成了强度较高、结晶较稳定的水化硅酸钙系列矿物，而具有独特的优 越性。 蒸压粉煤灰砖在高压饱和蒸汽养护条件下，不仅粉煤灰中的活性氧化硅和活性氧化 铝可与石灰充分地进行水化反应。而且结晶状态的氧化硅，都可以很快地与石灰结合进 行水化反应，而莫来石可以直接水化成c a o - - s i ( h - - a 1 2 0 3 - - h 2 0 系列水化产物，如水 石榴石。在有效c a o 小于2 0 的情况下，蒸压处理之后不存在游离c a o ，水化反应非常 充分，水化硅酸钙的结晶度的提高，可促进抗碳化性能良好的水石榴石形成。当具有合 理的配料、技术水平先进的成型工艺装备和合理的蒸压养护制度，蒸压粉煤灰制品的水 化产物将处于多相平衡状态，使制品具有较高的强度和优异的综合耐久性能。制品中有 托勃莫来石晶相存在很重要，它不仅对强度有好处。而且对抵抗收缩秘提高抗碳化、抗 冻性能都是非常有用的；水石榴石的组成与水热处理温度有关，温度愈高，其组成中含 有s i 0 2 的程度也愈高，抗碳化性能随之增强。硫铝酸钙则以单硫型硫铝酸钙存在，抗 碳化性能良好，碳化后的强度增加，但碳化前的强度大大低于低碱水化硅酸钙和三硫型 硫铝酸钙，因此要有适当比例。钙矾石是由石灰、石膏和粉煤灰经水化反应而成，在粉 煤灰硅酸盐制品中掺入石膏后，抗冻性能比不掺石膏的要低。因此，在生产有抗冻要求 的粉煤灰砖时，要严格控制石膏的掺量，在所确定的工艺条件下，如果蒸压粉煤灰砖可 以达到预期的强度要求，则可以不掺石膏。这一点对于蒸压粉煤灰砖来说完全可以做得 i o 到，而对于蒸养尤其是免烧制品则不然。 蒸压条件下，粉煤灰的活性可以得到充分发挥，由于在高温、高压蒸汽中粉煤灰与 氧化钙、石膏等物质发生水热反应，生成强度较高且稳定性能较好的托勃莫来石以及抗 碳化性能较好的水石榴石，从而使制品具有独特的良好性能。显然，对比蒸养粉煤灰砖 和蒸压粉煤灰砖的水化反应和水化生成物可知，蒸压砖的综合耐久性是蒸养砖所不可比 拟的。 4 烧结 烧结粉煤灰砖的强度来源于原料中硅、铝在高温时进行固相反应生成的莫来石。这 类材料质量好，特别是压制成型的烧结粉煤灰砖产品尺寸准确，棱角整齐，外观漂亮， 耐久性好，其力学性能与粘土砖相当，甚至更好，保温隔热性能优于粘土砖，表观密度 比粘上砖小 1 2 2 蒸压( 养) 粉煤灰砖的物理力学性能 1 2 2 1 常用规格尺寸 1 标准砖( 如图1 1 所示) 图l l 标准砖 f t g 1 1 s t a n d a r db r i c k 2 p 型多孔砖( 如图1 2 所示) 3 m 型多孔砖( 如图1 3 所示) 图1 2 p 型多孔砖 f i g z 2p e r f o r a t e db r i c k 薯，n ，h h t i t l ；- , t o l a l l - ，k d m 一2 卜砷d 嗨一i 内砖 图1 3 m 型多孔砖 s i g x 3p e r f o r a t e db r i c k ( o i l 1 2 2 2 块材抗压强度 就施工工艺( 砖坯压制速度、蒸养压力大小适当) 来说，原材料配比和原材料质量 合格，粉煤灰砖的抗压强度基本可达到m u l 0 以上，最高可达到m u 3 0 。 粉煤灰蒸压( 蒸养) 砖的产品质量除受材料组成性能( 石膏掺量、石灰掺量、水胶 比、胶骨比等) 影响外，压制成型时的压力、压制速度以及养护时的蒸汽温度、压力对 产品质量也有较大影响。成型压力越大，砖坯越密实，产品性能越好；压制速度较慢， 有利于砖坯内气体摊出，不仅可提高砖坯密实度，而且砖坯不会产生分层和裂纹。砖坯 在蒸压釜( 蒸汽温度1 7 6 以上、蒸汽压力0 8m p a 以上的) 内养护，砖内活性组份的水 化反应充分，砖的强度较高，且耐久性良好。常压蒸养而成的粉煤灰砖，强度等性能一 般较蒸压砖差，且墙体易出现开裂等现象。 1 2 2 3 干缩系数 文献 1 2 】影响试验表明，影响蒸养砖干缩的因数主要有：胶结材料的各组分、混凝 土中水胶比、胶骨比。石膏掺量越大，干缩越大( 掺量由o 5 ，千缩l 2 3 r a m m ) ： 石灰掺量越大，干缩越大( 掺量由1 0 2 0 ，干缩1 2 2 1 m m m ) ；粉煤灰掺量增加， 用水量增加，干缩增大( 静浆内粉煤灰掺量由8 1 3 9 2 6 n ，干缩3 o 4 1 m m m ) ；水 胶比越大，干缩越大( 水胶比由0 3 5 o 4 5 ，干缩0 4 卜一o 4 8 r a m m ) ；胶骨比越大，干 缩越大( 水胶比由1 2 0 1 1 0 ，干缩0 4 9 1 0 5 r a m m ) ；混凝土弹性模量越小。千缩越 大( 弹性模量由3 0 5 2 2 5 1 0 4 m p a ，干缩0 3 6 o 4 1 r a m m ) ；砖的强度等级越高，收 缩越小。 文献 1 3 1 表明粉煤灰蒸养( 压) 砖的干燥收缩，具有可逆性，在干湿交替作用下湿胀 干缩，每次循环，其干缩值逐渐变小。而使用经过长期堆放的粉煤灰蒸养( 压) 砖建造的 建筑物则没有出现裂缝，这是因为粉煤灰砖的收缩值已逐渐趋稳定或很少增长。 武汉蒸压粉煤灰砖的干燥收缩值为0 3 0 m m m 1 4 1 。 河南恒通源建设的蒸压粉煤灰砖生产线生产的高强蒸压粉煤灰2 d f 多孔砖，其掺灰 量达6 5 以上，孔洞率在3 6 的情况下，强度达2 1 7 mp a ，干缩值为0 2 6 m m m t l 5 1 。 不管是蒸养的还是蒸压的粉煤灰砖，经两年后，基本上都能碳化完毕，碳化后发生 碳化收缩，蒸养砖碳化干燥收缩值较小，蒸压砖碳化后干燥收缩值较大。 文献【1 6 】对吸水膨胀与失水收缩进行了有益的试验。试验方法是：测试自然状态下 砖的长度，然后全部浸入水中，在测试不同时间的吸水率时测试砖的吸水膨胀值。即长 度的变化，直至吸水和膨胀稳定。然后将砖放置在室内自然环境，在测试不同时间的失 水率时，测试失水收缩值，直至收缩稳定。试验结果示于图1 4 所示。 粉煤灰砖吸水后要发生膨胀，早期的膨胀量大，l 4 h 的膨胀值已达到膨胀稳定值 的5 0 ，到4 d 时膨胀已趋稳定。等级为m u l 5 的砖比等级为m u l 0 的砖，其膨胀值 要小，两种砖吸水膨胀值在0 3 2 0 3 8 r a m m 。粉煤灰砖在失水过程中要发生收缩，但 因失水率比吸水率慢，失水收缩速率比吸水的膨胀速率也慢，在1 0 d 左右时收缩值达稳 定值基本一致。 同( d 图1 4 吸水膨胀与失水收缩随时间的变化( 粉煤灰砖) _ i g a 4 c o 璐t r i e t i o ns a de x p a n d i n gc h a n g e df o l l o wt h e 恤e ( f l y a s h - l i m eb r k k 、 1 2 2 4 碳化系数 文献 1 7 1 对于蒸压( 养) 粉煤灰砖的抗炭化性能，从物理化学角度可以提出以下几 点： ( 1 ) 不同养护条件下制成的煤灰砖在干燥条件下，都