2015：蒸压加气硅酸盐混凝土(未完成).docx

蒸压加气硅酸盐混凝土砌块（未完成）导师：翟红侠组员：汪骏 彭雄 邢治治 夏清晨 刘强磊 金韶 高扬 刘静武 秦礼鹏 项勋喜摘要：按照国家标准GB15762-2008，首先介绍了混凝土的基本概念，引出（蒸压加气）轻质高强硅酸盐混凝土，然后对蒸压加气混凝土作了系统的介绍，介绍了蒸压加气混凝土砌块的制作工艺及生产配方，通过实验，设计出轻质高强的混凝土的砌块关键词：蒸压 加气 轻质 高强 硅酸盐 混凝土 1 混凝土基本概念1.1 定义：由胶凝材料，骨料和水按一定比例（必要时加入外加剂），经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材，是当今最主要的土木工程材料之一1.2 主要成分：胶凝材料、细骨料、粗骨料、水、掺和料、外加剂等1.3 分类：按胶凝材料分类：无机混凝土、有机混凝土按表观密度分类：重混凝土：表观密度大于2600Kg/m，用特别密实和特别重的集料制成的。普通混凝土：表观密度为19502600Kg/m，集料为砂、石。轻质混凝土: 表观密度小于1950Kg/m的混凝土,分为多孔混凝土、大孔混凝土、轻骨料混凝土1.4应用：1.5轻质高强硅酸盐混凝土（HSLC）1.5.1 定义：利用高强轻粗集料(在我国通常称它为高强陶粒），普通砂，水泥和水配制而成的干表观密度不大于1950Kg/m3,强度等级为LC30以上的结构用轻质混凝土.1.5.2 优点：高强轻质混凝上HSLC具有重量轻、强度高和耐久性好等特点，具有良好的隔热保温性能，与普通混凝上相比，密度低于普通混凝上，弹性模量也低于同强度的普通混凝上，轻质混凝上对抵抗热应力更为有利。2蒸压加气硅酸盐混凝土（轻质高强）2.1 加气混凝土的历史发展加气混凝土最先出现于捷克，1889年一个叫霍夫曼（Hofman）的人取得了用盐酸和碳酸钠制造加气混凝土的专利;1919年，柏林人格罗沙海（Grosahe）用金属粉末作发气剂制出了加气混凝土;1923年，瑞典人埃克森（JA.Eriksson）掌握了以铝粉为发气剂的生产技术并取得了专利权。我国早在上世纪30年代，就有了生产和使用加气混凝土的记录。当初，在上海平凉路桥边，建成一座小型加气混凝土厂，其产品用于几幢单层厂房和国际饭店、锦江饭店等高层建筑的内隔墙，并一直使用至今。 解放后，我国十分重视加气混凝土的研究和生产。1958年，原建工部建筑科学研究院开始研究蒸养粉煤灰加气混凝土。1965年引进瑞典西波列克斯公司专利技术和全套装备，在北京建成我国第一家加气混凝土厂北京加气混凝土厂，标志着我国加气混凝土进入工业化生产时代。目前，全国已建成生产企业约800家，总设计生产能力7000万立方米，2011年产量5700万立方米，已成为主要的节能墙体材料，作为一种轻型、保温隔热的新型墙体材料，并且，是唯一的以单一材料即可达到节能设计标准的墙体材料，加气混凝土在我国的发展，既是国民经济快速发展拉动的结果，也是全行业努力的结果。目前我国主要生产砂加气和粉煤灰加气。2.2 蒸压加气混凝土的基本概念图2-1：蒸压加气混凝土2.2.1 定义：加气混凝土的是以硅质材料（砂、粉煤灰及含硅尾矿等）和钙质材料（石灰、水泥）为主要原料，掺加发气剂（铝粉），通过配料、搅拌、浇注、预养、切割、蒸压、养护等工艺过程制成的轻质多孔硅酸盐制品。 因其经发气后含有大量均匀而细小的气孔，故名加气混凝土。2.2.2组成：用于生产加气混凝土的材料，分成四大类，即基本材料、发气材料、调节材料和结构材料。（1）粉煤灰：硅质材，粉煤灰在加气混凝土中的作用主要是提供SiO2。同时，其中的Al2O3也具有较大作用（特别是在浇注以后的静停过程中）。图1：粉煤灰（2）石灰：钙质材，是由石灰石（主要成分CaCO3）高温煅烧，分解释放出CO2，但尚未达到烧结状态的白色块状物。石灰是生产加气混凝土的主要钙质材料，其主要作用是提供有效氧化钙，加气混凝土设备，使之在水热条件下与硅质材料中的SiO2、A12O3作用，生成水化硅酸钙，从而使制品获得强度。石灰也提供了铝粉的发气条件，使铝粉进行发气反应。图2：石灰（3）水泥：水泥是一种广泛使用的水硬性胶凝材料，品种很多，适用于加气混凝上的是硅酸盐水泥。图3：水泥（4）砂：加气混凝土工业广泛采用的硅质材料，在加气混凝土中的作用主要是提供Si02。砂的主要化学成分是SiO2，也有少量的Al2O3、Fe2O3和CaO等。砂的矿物组分很复杂，有时可达几百种，含量最多的是石英，其次是长石，有时还夹杂着云母、碳酸盐、粘土等。砂中的SiO2一部分以石英态存在，一部分以长石或其他矿物组分存在。砂中含有有机酸（腐植物），对加气混凝土的生产不利，它会中和加气混凝土料浆中的碱。当有机酸含量过多时，将降低料浆碱度，影响料浆发气和坯体硬化。图4：石英砂（5）石膏：缓凝作用；参与水化反应生成对浆料硬化稠度及强度有重要作用；对石灰的消化起抑制作用，控制浆料的碱度，从而控制发气速度。图5：石膏（6）铝粉、双氧水:发气剂（7）煤矸石等其他原料2.2.3 分类：按用途可分为非承重砌块、承重砌块、保温块、墙板、屋面板五种。2.2.4优点： （1）容重轻,一般为500Kg/m3至700 Kg/m3，只相当于普通混凝土的1/5；由于减轻重量，将会给建筑工程带来一系列的好处。提高建筑物的抗震性能、减少建筑物梁、柱截面尺寸及配筋，降低工程造价、建筑物自重减轻，可减少基础投资等等。（2）强度利用率大，由于加气混凝土砌块重量轻，每块可以做到相当于10多块红砖体积，所以整体强度大，强度利用率提高，其强度利用系数为0.70.8，而粘土砖强度利用系数为0.20.3，远远比加气混凝土砌块小。（3）隔热、保温性能好，由于加气混凝土砌块本身构造特点，比起粘土砖大大降低了导热系数。加气混凝土砌块的导热系数为0.110.15W/MK，其隔热保温性能是粘土砖的5倍。材料密度kg/m导热系数W/m.k加气混凝土砌块400-7000.12-0.18烧结实心粘土砖16000.81烧结多孔粘土砖12000.43烧结多孔粘土砖8000.28蒸压灰砂砖14000.44-0.64混凝土砖16000.8表1：加气混凝土砌块导热性能与其他材料比较（4）吸音、隔音性能好，加气混凝土是多孔结构，具有一定的吸音能力，完全满足分户墙的隔音要求。（5）抗渗透性能好，由于加气混凝土砌块内部气孔是封闭、独立球状结构，渗水有先快后慢的特点，。（6）耐久性较好，强度长期稳定。（7）抗震性能较好，建筑物由于采用了轻质材料砌筑，大大降低了地震时建筑物产生的水平推力。（8）可加工性好；加气混凝土可用锯加工，效果比粘土砖用砖刀加工好；可钉，可直接用榔头把钉钉入墙内，（9）耐热和耐火性能好，加气混凝土属不燃材料，耐火性能比普通混凝土高得多，其在受热7000c以前不会损坏强度。2.2.5反应机理（1）蒸压养护前, 在加气混凝土中, 化学反应的产生是通过原料搅拌而开始的。铝粉同消石灰饱和溶液发生反应, 产生氢气, 引起发气。生石灰的水化作用:CaO + H2O = Ca(OH)2+ Q ( 热量)铝粉的反应:2Al + 3Ca(OH)2 + 6H2O =3CaOAl2036H2O + 3H22Al + 6H2O =2Al(OH)2 + H2（2）蒸压养护时发生的化学反应：蒸压加气混扭土水热反应生石灰与硅石的水热反应消石灰Ca(OH)2和硅石SiO2,在大约10个大气压, 180的条件下按下式开始反应。7C + 4S + aq C7S4Hn式中一C : CaO , S : SiO2 ,aq: 大最的水, H: H20 。消石灰首先同硅石的表面发生反应,先生成石灰成分多的水化硅酸钙, 继之,这种石灰成分多的水化物又同其内部的未反应的硅石发生反应, 而相继地生成石灰成分少的水化硅酸钙。反应变化过程如下式所示。5C7S4Hn+8S7C5S4HnC5S4Hn+S5CSHn4CSHn+SC4S5Hn2.3蒸压加气混凝土具体方案2.3.1方案分组：生石灰、水泥、石英砂、石膏、加气剂、稳定剂粉煤灰、煤矸石等（1）生石灰 石英砂 石膏 水泥 稳定剂 煤矸石（2）粉煤灰 生石灰 水泥 石膏 铝粉 稳定剂 煤矸石（3）石英砂 生石灰 水泥 石膏 铝粉 稳定剂 煤矸石2.3.2砌块要求表2：加气混凝土主要性能指标2.3.5工艺流程及设备球磨机、电子天平、水泥净浆搅拌机、恒温干燥箱、切割机、球磨机生产过程：原料制备、配料、浇注、静养、切割、蒸压养护（1）原材料加工与处理，包括原材料的破碎及粉磨。（2）硅质材料、石灰、水泥、石膏等原料计量后混合均匀，然后加水计量后混合搅拌1 min;（3）打浆混合均匀后，加入铝粉，搅拌60s;（4）浇注入试模，放入恒温养护桶发气静停2h-2.5h;（5）切割成型（6）然后送入蒸压釜中蒸压养护;（7）成品出釜最后进行性能测试。2.3.6钙硅比基本概念（1）钙硅比：如前所述，加气混凝土之所以能够具有一定的强度，其根本原因是由于加气混凝土的基本组成材料中的钙质材料和硅质材料在蒸压养护条件下相互作用，氧化钙与二氧化硅之间进行水热合成反应产生新的水化产物的结果。因此，为了获得必要的水化产物(包括质量和数量)，必须使原材料中的氧化钙（CaO）与二氧化硅（SiO2）成分之间维持一定的比例，使其能够进行充分有效的反应，从而达到使加气混凝土获得强度的目的。我们把加气混凝土原材料中的氧化钙与二氧化硅之间的这种比例关系，称为加气混凝土的钙硅比。它是加气混凝土组成材料中CaO与SiO2的总和的摩尔数比，称为钙硅比，写成C/S。加气混凝土不同于水泥等其它硅酸盐材料，其强度还包括气孔的形状和结构，而良好的气孔与结构又有懒于料浆的发气膨胀过程。因此，对某一品种的加气混凝土和一定的材料，生产工艺来说，C/S有一个最佳值和最佳范围。从我国主要的三种加气混凝土品种来看，水泥矿渣砂加气混凝土的C/S在0.54左右；水泥石灰粉煤灰加气混凝土的C/S在0.8左右；而水泥石灰砂加气混凝土的C/S约在0.70.8之间。加气混凝土的钙硅比不同于溶液中的摩尔比，更不等于水化硅酸钙的碱度。因此，不能机械地把钙硅比与水化产物的组成和性能等同起来。（2）水料比：水在加气混凝土生产中是很重要的，它既是发气反应和水热合成反应的参与组分，又是使各物料均匀混合和进行各种化学反应的必要介质，水量的多少直接关系到加气混凝土生产过程的好坏。衡量配方中用水量的多少，常用水料比这个概念。水料比指料浆中的总含水量与加气混凝土干物料总和之比。水料比 总用水量基本组成材料干重量水料比不仅为了满足化学反应的需要，更重要的是为了满足浇注成型的需要。适当的水料比可以使料浆具有适宜的流动性。为发气膨胀提供必要的条件；适当的水料比可以使料浆保持适宜的极限剪切应力，使发气顺畅，料浆稠度适宜，从而使加气混凝土获得良好的气孔结构，进而对加气混凝土的性能产生有利的影响。不同的加气混凝土品种，原材料性能及产品的体积密度，在一定的工艺条件下，都有它的最佳水料比。一般来说，体积密度500kg/m3的水泥矿渣砂加气混凝土的最佳水料比为0.550.65；500kg/m3的水泥石灰砂加气混凝土的最佳水料比为0.650.75；500kg/m3的水泥石灰粉煤灰加气混凝土的最佳水料比为0.600.75。从加气混凝土的气孔结构和制品强度出发，通常希望水料比能够稳定在较小的范围内，并保持较低的数值，而当因材料波动需较大范围变动水料比时，将影响浇注的稳定性、气孔的结构和坯体的稠化硬化速度，从而大大地影响到制品的质量。（3）设计体积密度：加气混凝土的体积密度（原称容重）是加气混凝土制品的一个重要物理性能指标。体积密度与制品的含水量有关。通常，可分为出釜体积密度和绝干体积密度，在自然状态下放置一定时间后，制品的含水因空气湿度的相对稳定而达到相对平衡，此时称为自然状态体积密度（因气候条件而变）。加气混凝土的设计体积密度是进行配合比计算的基本根据之一，代表所设计的加气混凝土制品在完成蒸压养护后，单位体积的理论干燥重量。即包括各基本组成材料的干物料总量和制品中非蒸发水总量（其中包括化学结合水和凝胶水）。2.3.7加气混凝土配合比具体计算加气混凝土和其它混凝土一样是由几种材料组成的。因此，就存在用哪几种材料，每种材料用多少的问题配料中所采用的各种材料用量的百分比就叫作配合比。对加气混凝土而言，确定一个良好的配合比，必须满足下列要求：（1）制品具有良好的使用性能，符合建筑的要求。在诸多性能中，首先是体积密度、和易性与抗压强度，同时，也要考虑到制品的耐久性等性能。（2）制品或坯体具有良好的工艺性能，与工厂生产条件相适应。如浇注稳定性。料浆的流动性（稠度）、硬化时间以及简捷的工艺流程等。（3）所采用的原材料品种少，来源广泛，价格低廉，无污染或低污染，并尽可能多利用工业废料。加气混凝土的配合比的确定和使用，一般要经过理论配合比的研究试验，生产用基本配合比的确定，并考虑配合比的经济性，最后计算确定配方。钙硅比：加气混凝土的钙硅比就是组成材料的氧化钙和二氧化硅含量的比值，是保证加气混凝土蒸压养护后具有较高强度的先决条件，一般取C/S为0.8左右，其计算公式为：CS=1.0714QiPcQiPs石灰水泥用量由于原料中石灰和水泥的CaO含量相同，可以看做是水泥取代石灰石来进行计算即：Q钙P钙Q粉煤灰p粉煤灰1.0714=0.8得K=Q粉煤灰Q钙质材=2则：钙质材用量m钙=Pls/（1+K)所以：m钙= 0.85 600 (1 + 2) = 170KgK硅质材与钙质材的质量比m粉煤灰=Km钙质材=2180=360Kg上面计算的钙质材中有一部分是水泥取代石灰的，这一部分不宜过高，约占总钙质材的1317%，且石灰中有效氧化钙量要占总混合材料质量的14%-17%水料比：本工艺适合在水料比在0.6的环境进行，则用水量为：W=roW=6000.65=390Kg铝粉：理论计算2Al+3Ca(OH)2+6H2OCaOAl2O36H2O+3H2 V022.43/(227)1.24l/g根据上式，可以用气态方程(V1/T1)(V2/T2)求出任何温度下铝粉的产气量：本工艺采用的发气条件为40，则：V=273+402731.24=1.44Lgm铝V孔/(V2K)=（V-V固）/(V2K)则：m铝粉=346.1g通常，采用铝粉膏时，加气混凝土以干物料8/万的比例加铝粉膏。即：m铝粉=6000.850.0008=408g石膏：经过查找文献以及实地考察得，石膏用量为干物料的3%即：m石膏=6000.853%=15.3Kg废料浆：废料浆的加入方式有两种，一种是将切除的面包头、边料等直接加入料浆罐；另一种则制成一定比重的废料浆于配料时投入。前者可以测定含水量后经验加入（一般面包头含水率波动不是很大），而一种则可根据各种材料的比重及配比计算废浆的干物料量。用于配料的废料浆通常控制的比重是：水泥石灰砂加气混凝土： 1.21.25(kg/l)水泥石灰粉煤灰加气混凝土： 1.251.35(kg/l)水泥矿渣砂加气混凝土： 1.21.3(kg/l)结果：制品按B06级粉煤灰加气混凝土砌块(容重600kg/m)，最终配合比： 石灰：水泥：粉煤灰：石膏=144.5 : 25.5 : 340 : 15.3=29:5:68:3水料比：0.65铝粉用量：408g/m3钙硅比：0.79模具：15*15*15m3表2 各类加气混凝土配比范围名 称单 位水泥石灰砂水泥石灰粉煤灰水泥矿渣砂水泥 *10206151820石灰20301825矿渣3032砂55654852粉煤灰6570石膏335纯碱，硼砂kg/m34，0.4铝粉膏 *l/万888水料比0.650.750.600.650.550.65浇注温度353836404045铝粉搅拌时间s30403