蒸壓加氣混凝土養(yǎng)護制度的探討

  摘要：重點探討以粉煤灰和砂為原料生產(chǎn)蒸壓多孔加氣混凝土的養(yǎng)護制度。指出合適的養(yǎng)護制度必須具備以下幾個主要條件：（1）提供良好的熱交換載體（一般需要1.0～1.3 MPa 飽和蒸氣）和安全可靠的蒸壓釜；（2）創(chuàng)造良好的熱交換環(huán)境；（3）適當?shù)募訜嵘郎厮俣龋唬?）有足夠的恒溫恒壓時間；（5）合理的降溫；（6）制品坯體應當具備必要的的強度和盡可能內(nèi)外一致的較高溫度。

  關(guān)鍵詞：加氣混凝土；蒸壓養(yǎng)護制度；產(chǎn)品性能

  0 前言

  蒸壓養(yǎng)護是硅酸鹽制品獲得強度的必要條件和重要工序，在硅酸鹽制品成型后為了加速膠凝材料的水熱合成反應，用蒸壓釜來實現(xiàn)定向高溫高壓，使其在短時間凝結(jié)硬化達到預期的力學強度，形成有價值的產(chǎn)品。如可以制作密度為300～2400 kg/m³，強度為1.5～80.0 MPa 的建材。蒸壓材料在國外十分普遍，具有結(jié)構(gòu)和保溫雙重作用的多孔蒸壓混凝土的使用更是廣泛。而在國內(nèi)主要用于圍護墻、填充墻、分戶墻、分室墻、隔墻和低層房屋的承重墻體材料，使用范圍比較小。

  加氣混凝土有著良好的熱工性能，生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品標準、技術(shù)規(guī)范配套大部分都很成熟，使蒸壓加氣混凝土工業(yè)得到空前的發(fā)展，據(jù)不完全統(tǒng)計全國已建成400 余家，年生產(chǎn)能力約2600余萬m³。

  但是經(jīng)有關(guān)部門對加氣混凝土制品質(zhì)量進行的抽檢，其結(jié)果是嚴峻的：產(chǎn)品的等品率呈下降趨勢，優(yōu)等品更成了鳳毛麟角；委托送檢一次合格率低，送二次檢驗的也不少。主要表現(xiàn)在原材料沒有嚴格的檢測手段，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，密度和強度很不穩(wěn)定，制品尺寸偏差較大。我國加氣混凝土質(zhì)量上不了新的平臺，其原因除了企業(yè)的生產(chǎn)工藝、設備不完善及與所要求的產(chǎn)品性能不相適應；利用工業(yè)廢料作為原材料的化學、物理性能不穩(wěn)定；更主要的是蒸壓養(yǎng)護制度缺乏理論的支持，有的企業(yè)偷工減料以無水泥、少水泥和一天一釜三周轉(zhuǎn)來組織生產(chǎn)，追求高產(chǎn)量低成本，低投入低應用水平，在這種理念的指導下怎么能生產(chǎn)出高性能的加氣混凝土產(chǎn)品來？本文重點探討以粉煤灰和砂為原料生產(chǎn)蒸壓多孔加氣混凝土的養(yǎng)護制度。

  1 蒸壓養(yǎng)護制度對蒸壓加氣混凝土材料性能的影響

  加氣混凝土的主要原材料是粉煤灰、砂或其它工業(yè)廢棄物（占總量的65%～70%），它的主要化學成分是SiO₂ 和Al₂O₃，這些惰性材料在常溫常壓情況下不起化學反應，只有在高溫（≥155 ℃）、高壓（≥0.8 MPa）下才能被激活形成具有一定強度的建筑材料。

  加氣混凝土的強度主要取決于制品在蒸壓養(yǎng)護后生成水化硅酸鹽的種類、數(shù)量及結(jié)晶形式。對于蒸壓加氣混凝土而言，希望高溫、高壓下的水熱反應生成更多結(jié)晶良好的托貝莫來石。當蒸壓養(yǎng)護時間和壓力不足時，會含有大量的無定形體和次微晶體的C—S—H 凝膠類物質(zhì)，這種物質(zhì)不致密，易與CO₂ 氣體作用，會破壞結(jié)構(gòu)，使強度下降。

  合適的蒸壓養(yǎng)護制度又取決于原材料品種、質(zhì)量、磨細度、配方以及蒸壓養(yǎng)護的溫度、壓力和在此條件下的恒溫恒壓養(yǎng)護時間。加氣混凝土制品抗壓強度一般隨恒壓恒溫時間增長而提高，二者成指數(shù)函數(shù)關(guān)系，在短時間恒溫處理時強度增加很快，隨著恒溫時間的延長強度增長減慢。

  （1）實驗資料表明，當養(yǎng)護溫度為175 ℃時，在獲得最高強度所需要時間的50%，強度可達到最高強度值的70%～80%，隨后強度增長的速度逐漸減慢。在工藝完善的情況下一般需要恒溫8 h 才能達到最高強度。無限延長蒸壓養(yǎng)護中的恒壓時間對制品也不利。

  （2）根據(jù)布特的實驗資料表明：當恒溫壓力由0.8 MPa 提高到1.0 MPa 時，強度增加100%；從1.0 MPa 提高到1.2 MPa時，強度增加18%；從1.2 MPa 提高到1.4 MPa 時，強度僅增加5.5%。必須指出的是最優(yōu)的恒溫時間應通過試驗來確定。

  （3）蘇聯(lián)學者為研究在飽和蒸汽壓力時合理的蒸壓養(yǎng)護制度進行了升溫速度分別為70、80、90、140、160 和180 ℃/h，降溫速度分別為36、90 ℃/h 的試驗。蒸養(yǎng)周期分別為7、9、11、13 和15 h，壓力為1.0、1.7 和2.5 MPa，不同蒸壓養(yǎng)護制度的試驗得出如下結(jié)論：在飽和蒸氣正常的條件下恒壓時間和壓力的乘積為70～75 kg/（cm₂·h）就能獲得良好的制品。也就是當蒸汽壓力為0.8 MPa 時，恒壓時間為9 h；當蒸汽壓力為1.3 MPa 時，恒壓時間為6 h 左右就可以完成。德國、波蘭、羅馬尼亞、荷蘭等國蒸壓加氣混凝土的蒸養(yǎng)方法和蒸養(yǎng)制度也大體相同。

  （4）上海伊通公司生產(chǎn)所用蒸壓養(yǎng)護制度見表1。

表1 上海伊通生產(chǎn)加氣混凝土常用的蒸壓養(yǎng)護制度

  （5）需要說明的是，粉煤灰加氣混凝土的材性不同于砂加氣混凝土，用同樣的恒壓時間就不夠。20 世紀80 年代中國建筑材料科學設計研究院房建材料所曾在蘇州、煙臺、衡陽等地作了大量的試驗得出的結(jié)論是，恒壓時間與蒸汽壓力的乘積需要75～80 kg/（cm₂·h），在當時全國普遍實行2 d3 周轉(zhuǎn)（即蒸壓周期為16 h/次）情況下，提出在條件具備的情況下1 d1 釜2 周轉(zhuǎn)（即蒸壓周期為12 h/次）是可以實現(xiàn)的，并作為科技成果轉(zhuǎn)讓給生產(chǎn)企業(yè)。這一成果已經(jīng)成為我國大部分企業(yè)實行的蒸壓周期和蒸養(yǎng)制度?，F(xiàn)在有些企業(yè)提出和正在實行1d1釜3周轉(zhuǎn)是沒有科學依據(jù)不應提倡。

  2 重視蒸壓養(yǎng)護過程中的3 個重要工序

  根據(jù)筆者幾十年的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，認為必須重視蒸壓養(yǎng)護過程中的3個重要工序。

  2.1 提高坯體的環(huán)境溫度

  利用在蒸壓釜前進行常壓高溫熱靜定來提高坯體的環(huán)境溫度（坯體溫度≥70 ℃）減少坯體內(nèi)外的溫度差，增加坯體的初期強度和對飽和蒸汽的承受能力，使坯體盡快地處于高溫高壓的環(huán)境中進行水化反應，從而有利于縮短蒸壓養(yǎng)護時間。

  2.2 抽真空

  在熱交換過程中飽和蒸汽的熱含量和導熱系數(shù)都遠比干空氣大得多。因此蒸壓釜抽真空后由飽和蒸汽替代一般空氣可大大提高熱交換率，從而加快坯體溫升的速度。抽真空后整個坯體形成一個負壓腔，蒸汽可以滲透到坯體的芯部完成完整的水熱反應，有利于提高制品的強度和綜合性能。生產(chǎn)實驗證明，如不抽真空，釜內(nèi)坯體經(jīng)3 h 的升溫才能達到120 ℃左右，6.5 h 才能達到均勻恒溫，而經(jīng)過30～40 min 抽真空，釜內(nèi)真空度達- 0.06 MPa 時，升溫1.5 h 便可達到175 ℃以上。所以抽真空是一個必不可少的工序。

  2.3 升溫速度

  在蒸壓加氣混凝土水熱反應中加快升溫速度有利于得到更多的托貝莫來石，而且這一階段水化產(chǎn)物的生成速度特別快，有利于提高制品的強度。如果升溫時間長了會產(chǎn)生新的生成物膠體結(jié)構(gòu)，阻礙已溶解的組分擴散。

  3 正確制定蒸壓養(yǎng)護制度

  綜上所述，蒸壓養(yǎng)護工序是制品實現(xiàn)水熱合成的具體方法和手段，它不僅關(guān)系到制品的性能而且也關(guān)系到工廠的生產(chǎn)效率和熱能消耗。要達到對制品進行充分和合理的蒸壓養(yǎng)護，使制品在較短的時間內(nèi)獲得需要的強度，必須具備以下幾個主要條件：

  （1）提供良好的熱交換載體（一般需要1.0～1.3 MPa 飽和蒸氣）和安全可靠的蒸壓釜；

  （2）創(chuàng)造良好的熱交換環(huán)境；

  （3）適當?shù)募訜嵘郎厮俣龋?

  （4）有足夠的恒溫恒壓時間；

  （5）合理的降溫；

  （6）制品坯體應當具備必要的強度和盡可能內(nèi)外一致的較高溫度。

  我國通常選用壓力為1.0～1.5 MPa 的蒸壓釜作為載體，根據(jù)不同制品尺寸、溫度、含水率、配合比、密度、熱交換等因素來決定最適宜的蒸壓養(yǎng)護制度和蒸壓周期。事實上各種水化產(chǎn)物的形成均有一定的條件，在配合比一定的情況下影響制品質(zhì)量的主要因素是蒸養(yǎng)制度，因為它不僅能優(yōu)化生產(chǎn)改善產(chǎn)品質(zhì)量，最大限度地縮短制品在蒸壓釜中時間。事實上最適宜的蒸養(yǎng)制度是通過在不同的蒸養(yǎng)制度下經(jīng)過多次蒸壓，才能得出適合生產(chǎn)用的蒸壓養(yǎng)護制度。制定具體的抽真空度、升壓、恒壓、降壓（4 道工序）速度、壓力和時間等詳細的技術(shù)參數(shù)和規(guī)范。

  根據(jù)蒸壓加氣混凝土制品的特點在生產(chǎn)中規(guī)定出相應的工藝措施，建議蒸壓養(yǎng)護制度如表2 所示。

  表2 建議加氣混凝土蒸壓養(yǎng)護制度

  4 積極發(fā)展高性能的蒸壓加氣混凝土

  上海伊通、南京旭建、南通支云和北京加氣廠等生產(chǎn)廠已經(jīng)對高性能加氣混凝土進行多年的開發(fā)與研究，并已經(jīng)有了經(jīng)過鑒定的成果和技術(shù)基礎。

  當前部分地區(qū)加氣混凝土已經(jīng)出現(xiàn)供過于求，市場競爭十分激烈，而高性能的加氣混凝土很缺乏，企業(yè)應定位于高端市場，生產(chǎn)高端產(chǎn)品，以提高我國加氣混凝土行業(yè)的整體水平，滿足建筑市場的需求利國利民。