泡沫混凝土制品的概念辨析

泡沫混凝土制品的概念辨析

1非蒸壓化學(xué)混凝土制品的應(yīng)用根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)第53條，2010年《墻材料應(yīng)用統(tǒng)一規(guī)范》的強(qiáng)制性規(guī)定，不僅“不應(yīng)使用非蒸壓硅酸鹽磚（塊）”，還明確規(guī)定，“不應(yīng)使用非蒸壓混凝土產(chǎn)品”。為什么不允許在墻體中采用非蒸壓加氣混凝土制品?要解讀這一規(guī)定,有必要了解什么是非蒸壓加氣混凝土,它的性能和用途,非蒸壓加氣混凝土制品主要有哪些及其存在的問題等。本文擬從相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)入手展開討論。2多孔混凝土的定義通常所說的加氣混凝土屬于多孔混凝土中的一種。同屬于多孔混凝土的還有泡沫混凝土。兩者之間的結(jié)構(gòu)和性能基本相同,差別只在于氣孔形狀和加氣方法不同。加氣混凝土氣孔一般成橢圓球形,而泡沫混凝土受毛細(xì)孔的影響,產(chǎn)生變形,形成多面體。加氣混凝土是通過化學(xué)反應(yīng),由內(nèi)部產(chǎn)生氣體而形成氣孔的多孔硅酸鹽混凝土;泡沫混凝土則是通過物理方法,先將發(fā)泡劑制成泡沫,然后再將泡沫及所含氣體加入到水泥、硅-鈣質(zhì)(菱鎂、石膏)料漿中,拌合后形成泡沫漿體,經(jīng)養(yǎng)護(hù)硬化得到的多孔混凝土,應(yīng)分別稱作泡沫水泥混凝土、泡沫硅酸鹽混凝土(泡沫菱鎂混凝土、泡沫石膏混凝土)等。由上看出,無論是加氣混凝土還是泡沫混凝土,都是向混凝土中加入了氣體,在混凝土中形成氣泡或孔隙。因此,“墻體不應(yīng)采用非蒸壓加氣混凝土制品”中所說的“加氣混凝土”,泛指加入氣體的混凝土,是采用化學(xué)方法和物理方法加入氣體的混凝土的總稱,即通常所說的加氣混凝土和泡沫混凝土的總稱?！胺钦魤杭託饣炷林破贰奔捶褐阜歉邏赫羝B(yǎng)護(hù)的“化學(xué)法加氣混凝土制品”和“物理法加氣混凝土制品———泡沫混凝土制品”的總稱。采用化學(xué)方法加氣的混凝土制品,即化學(xué)法加氣混凝土制品,在國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T11968《蒸壓加氣混凝土砌塊》和GB15762《蒸壓加氣混凝土板》中均已明確是采用高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝制得的。依據(jù)GB/T18968《墻體材料術(shù)語》關(guān)于硅酸鹽砌塊和板的術(shù)語和定義可知,蒸壓加氣混凝土砌塊和蒸壓加氣混凝土板,是蒸壓養(yǎng)護(hù)制成的多孔硅酸鹽混凝土制品。也就是說,目前采用化學(xué)方法加氣的混凝土制品,均是采用高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝制得的。而采用物理方法加入氣體的加氣混凝土制品,即泡沫混凝土制品,大都采用非高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝制得。因此,GB50574《墻體材料應(yīng)用統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范》中的“非蒸壓加氣混凝土制品”,是專指非高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)即免蒸壓的采用物理法加氣的加氣混凝土制品,即泡沫混凝土制品。另外,一些資料和互聯(lián)網(wǎng)上常將免蒸壓泡沫混凝土砌塊稱作免蒸壓加氣混凝土砌塊,對(duì)于自然養(yǎng)護(hù)的則稱免蒸加氣混凝土砌塊或稱免蒸加氣塊。3關(guān)于泡沫混凝土的物理方法3.1發(fā)泡劑和泡沫混凝土泡沫混凝土在我國(guó)應(yīng)用已有幾十年的歷史,但用其生產(chǎn)墻材制品卻是近些年的事情,所以大家不免會(huì)對(duì)其感到生疏。工程上常用的泡沫混凝土是用機(jī)械攪拌的方法,將大量細(xì)密的氣-液相泡沫與硅質(zhì)材料(粉煤灰、礦渣粉和砂等)、鈣質(zhì)材料(水泥、石灰等)、水及附加劑混合在一起,注模成型、養(yǎng)護(hù)而成的多孔混凝土。由于具有多孔(氣孔體積約占總體積的85%)、質(zhì)輕、保溫隔熱效果好、注塑成型容易等特點(diǎn),適用于冷庫壁體、熱工管道以及建筑物的屋面和地面的保溫隔熱。泡沫劑是生產(chǎn)泡沫混凝土的關(guān)鍵。對(duì)泡沫劑的要求是:泡沫穩(wěn)定,不致在同漿料混合時(shí)被破壞;對(duì)硅質(zhì)、鈣質(zhì)膠凝材料的水化硬化無有害影響。生產(chǎn)泡沫混凝土對(duì)其他原材料的要求是:水泥,一般采用硅酸鹽系列水泥,也可采用硫鋁酸鹽水泥、高鋁水泥,但采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)不能用高鋁水泥;石灰,當(dāng)采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí),可用一定量的石灰代替水泥作為鈣質(zhì)材料;摻合料,可采用粉煤灰、礦渣粉、浮石粉、石英粉等;氣泡劑要求同加氣混凝土。工程常用的泡沫混凝土有:水泥泡沫混凝土,以水泥、砂、水與泡沫劑配制而成;粉煤灰泡沫混凝土,以粉煤灰、水泥、生石灰、石膏粉、水與泡沫劑配制而成;爐渣泡沫混凝土,以爐渣、水泥、生石灰、石膏粉、水與松香鈉發(fā)泡劑配制而成。泡沫混凝土的生產(chǎn)工藝:分別制得泡沫稀釋液和水泥漿,混合攪拌,成型,自然養(yǎng)護(hù)或蒸養(yǎng)或水養(yǎng)。3.2泡沫混凝土現(xiàn)澆概述目前,我國(guó)泡沫混凝土相關(guān)企業(yè)近1000家,其中,現(xiàn)澆企業(yè)約占60%,制品企業(yè)約占20%,設(shè)備加工企業(yè)約占10%,發(fā)泡劑生產(chǎn)企業(yè)約占10%。截至2009年,我國(guó)泡沫混凝土年產(chǎn)量已突破600萬m3。其中,用于地暖保溫約300萬m3、屋面保溫約150萬m3、地面墊層約50萬m3、各類回填約20萬m3、特種功能應(yīng)用30萬m3、制品類約50萬m3?，F(xiàn)澆約占總產(chǎn)量的80%以上,其它約占20%。從應(yīng)用領(lǐng)域來看,我國(guó)泡沫混凝土主要用于建筑保溫,約占總產(chǎn)量的85%,用于巖土工程約占8%,用于油田應(yīng)用約占2%,其它應(yīng)用約占5%。泡沫混凝土現(xiàn)澆在我國(guó)發(fā)展迅速,施工量已居世界首位。特別值得一提的是泡沫混凝土墻體現(xiàn)澆,是我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù),包括承重泡沫混凝土現(xiàn)澆墻體、鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆墻體、框架結(jié)構(gòu)泡沫混凝土墻體、磚混結(jié)構(gòu)夾芯泡沫混凝土墻體等。目前,河南省頒布實(shí)施了《現(xiàn)澆泡沫混凝土墻體技術(shù)規(guī)程》地方標(biāo)準(zhǔn),并進(jìn)行了大量的工程應(yīng)用。建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院編制的《鋼結(jié)構(gòu)住宅(二)》也采用了泡沫混凝土灌芯現(xiàn)澆墻體。杭蕭鋼構(gòu)利用這一圖集,采用泡沫混凝土現(xiàn)澆,在武漢承建了世紀(jì)家園小區(qū)幾十棟高層住宅。可以說,在泡沫混凝土現(xiàn)澆墻體的研發(fā)、推廣與應(yīng)用方面,我國(guó)處于世界領(lǐng)先地位。但是,在泡沫混凝土制品方面,與國(guó)外相比,我國(guó)生產(chǎn)企業(yè)整體規(guī)模偏小,技術(shù)水平不高,沒有大宗應(yīng)用的主導(dǎo)產(chǎn)品,大部分泡沫混凝土為自然養(yǎng)護(hù),產(chǎn)品質(zhì)量差,實(shí)際應(yīng)用不多。特別是泡沫混凝土砌塊,雖然已出臺(tái)了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),但至今沒有規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用的產(chǎn)品。昆明、南昌等地曾先后建設(shè)了一批大型泡沫混凝土砌塊生產(chǎn)線,但由于制品后期干縮大,墻體裂縫,現(xiàn)都已倒閉。目前,一些小企業(yè)手工作坊式生產(chǎn)泡沫混凝土砌塊,均采用非高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝,產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證,耐久性能和后期干縮難以解決,應(yīng)引起有關(guān)方面關(guān)注。圖1為堆存一年后的免蒸加氣混凝土砌塊。3.2標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：jc和t062-2007年泡沫混凝土砌塊該標(biāo)準(zhǔn)是目前正式發(fā)布實(shí)施的唯一一個(gè)泡沫混凝土制品產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。3.2.1多孔混凝土斑塊的技術(shù)指標(biāo)JC/T1062-2007《泡沫混凝土砌塊》給出的泡沫混凝土砌塊的定義是:“用物理方法將泡沫劑水溶液制備成泡沫,再將泡沫加入到水泥基膠凝材料、集料、摻合料、外加劑和水等制成的料漿中,經(jīng)混合攪拌、澆注成型、自然或蒸汽養(yǎng)護(hù)而成的輕質(zhì)多孔混凝土砌塊,也稱發(fā)泡混凝土砌塊?！睒?biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的主要技術(shù)指標(biāo)如表1～表4所示。此外,碳化系數(shù)應(yīng)不小于0.8。3.3.2材料的密度等級(jí)從JC/T1062-2007標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的泡沫混凝土砌塊的定義來看,由于明確所采用的膠凝材料為“水泥基”,泡沫混凝土砌塊指的就是水泥混凝土制品,既可采用自然養(yǎng)護(hù),又可采用常壓或高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)。其實(shí)不然,標(biāo)準(zhǔn)所定義的泡沫混凝土砌塊并非水泥混凝土制品,而是硅酸鹽混凝土制品,采用自然養(yǎng)護(hù)或常壓蒸汽養(yǎng)護(hù),與高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)相比,產(chǎn)品性能有顯著差異(將在后面做進(jìn)一步說明)。為了滿足自然養(yǎng)護(hù)的泡沫(硅酸鹽)混凝土砌塊生產(chǎn)的需要,JC/T1062-2007標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的性能指標(biāo)不僅低于GB11968《蒸壓加氣混凝土砌塊》,亦明顯低于GB50574-2010《墻體材料統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范》,尤以強(qiáng)度等級(jí)和密度等級(jí)指標(biāo)的規(guī)定最為突出。下面僅就這兩項(xiàng)規(guī)定進(jìn)行討論。(1)在密度等級(jí)相同時(shí),JC/T1062所定義的砌塊強(qiáng)度顯著低于GB11968。后者對(duì)于砌塊的強(qiáng)度級(jí)別(等級(jí))、密度級(jí)別(等級(jí))和兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系分別作了規(guī)定,見表5、表6和表7。不難看出,GB11968對(duì)砌塊強(qiáng)度級(jí)別和密度級(jí)別以及兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系作出了明確規(guī)定。如果砌塊的其它各項(xiàng)性能指標(biāo)為優(yōu)等品,那么,當(dāng)密度級(jí)別為B06(優(yōu)等品)時(shí),若強(qiáng)度級(jí)別為A5.0或大于A5.0,則為優(yōu)等品;若強(qiáng)度級(jí)別為A3.5,則為合格品;若強(qiáng)度級(jí)別小于A3.5,則判定為不合格。如果強(qiáng)度級(jí)別為A3.5,若密度級(jí)別不大于B05且為優(yōu)等品時(shí),則為優(yōu)等品;若密度級(jí)別為B06,則為合格品;若密度級(jí)別大于B06,則為不合格品。JC/T1062沒有規(guī)定強(qiáng)度等級(jí)與密度等級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,只要強(qiáng)度等級(jí)不低于A0.5,密度等級(jí)不大于B10,就判定為合格品,這就導(dǎo)致了產(chǎn)品粗制亂造,質(zhì)量得不到保證。JC/T1062對(duì)砌塊的強(qiáng)度等級(jí)規(guī)定了7個(gè)級(jí)別,對(duì)密度等級(jí)規(guī)定了8個(gè)級(jí)別,若將其從最高強(qiáng)度等級(jí)和密度等級(jí)一一對(duì)應(yīng),那么,當(dāng)密度等級(jí)為B08時(shí),其強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)達(dá)到A3.5。然而在GB11968中,密度等級(jí)為B08的砌塊,強(qiáng)度等級(jí)可達(dá)到A10。因此,根據(jù)JC/T1062與GB11968的定義,砌塊具有相同的密度等級(jí)(級(jí)別)時(shí),前者的強(qiáng)度等級(jí)明顯低于后者。(2)JC/T1062砌塊強(qiáng)度不能滿足建筑工程應(yīng)用的需要。從JC/T1062對(duì)砌塊干燥收縮值和導(dǎo)熱系數(shù)(表3)可以看出,密度等級(jí)為B06及其以下的砌塊主要用于保溫隔熱,其強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不超過A1.5。由于JC/T1062對(duì)密度等級(jí)和強(qiáng)度等級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系沒有作出規(guī)定,用于墻體砌筑的砌塊密度等級(jí)和強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)有如下對(duì)應(yīng)關(guān)系,見表8。由表8可知,當(dāng)強(qiáng)度等級(jí)為A2.5、密度等級(jí)為B10時(shí),干表觀密度達(dá)到1030kg/m3,亦可確定砌塊強(qiáng)度等級(jí)為A2.5時(shí)合格。GB50574《墻體材料應(yīng)用統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范》以強(qiáng)制性條文對(duì)塊體材料的最低強(qiáng)度等級(jí)作出了規(guī)定,要求用于自承重墻的蒸壓加氣混凝土砌塊最低強(qiáng)度等級(jí)為A2.5,用于承重墻的為A5.0。按GB11968規(guī)定,A2.5砌塊的密度等級(jí)為B05,即干表觀密度不大于525kg/m3。然而,JC/T1062規(guī)定砌塊強(qiáng)度等級(jí)為A2.5,密度等級(jí)可達(dá)到B10,顯著低于GB50574和GB11968的規(guī)定,不能滿足建筑工程的需要。為了適應(yīng)砌體發(fā)展自承重墻技術(shù)的需要,根據(jù)中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)建標(biāo)協(xié)字81號(hào)文件批復(fù),編制的中國(guó)建設(shè)工程協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《砌體自承重墻技術(shù)規(guī)程》報(bào)批稿,根據(jù)GB50574強(qiáng)制性條文的規(guī)定,對(duì)用于自承重內(nèi)隔墻和外墻的蒸壓加氣混凝土砌塊最低強(qiáng)度等級(jí)和最大干表觀密度作了進(jìn)一步規(guī)定:用于內(nèi)隔墻的最低強(qiáng)度等級(jí)為A2.5,最大干表觀密度為600kg/m3;用于外墻的分別為A5.0和800kg/m3。顯然,依據(jù)JC/T1062生產(chǎn)的砌塊難以滿足這一要求。因此,即使泡沫混凝土砌塊采用高壓蒸汽養(yǎng)護(hù),強(qiáng)度等級(jí)和干表觀密度也難以滿足建筑工程的要求。另外,根據(jù)JC/T1062,泡沫混凝土砌塊不僅強(qiáng)度等級(jí)和密度等級(jí)的技術(shù)指標(biāo)明顯偏低,其它性能指標(biāo)亦存在不容忽視的問題,如劈壓比等均不符合GB50574的如下規(guī)定:(1)蒸壓加氣混凝土砌塊不應(yīng)有未切割面,其切割面不應(yīng)有切割附著屑(強(qiáng)制性條文);(2)蒸壓加氣混凝土劈壓比不應(yīng)小于表9的要求(強(qiáng)制性條文);(3)碳化系數(shù)不應(yīng)小于0.85;(4)軟化系數(shù)不應(yīng)小于0.85。4非蒸壓聚合物磚斑塊泡沫硅酸鹽(混凝土)砌塊(磚)應(yīng)采用高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝,以提高砌塊(磚)的強(qiáng)度和耐久性能,降低干燥收縮值。采用非蒸壓養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)的砌塊(磚),不僅是“非蒸壓加氣混凝土制品”,亦屬于“非蒸壓硅酸鹽磚(砌塊)”,均為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50574《墻體材料應(yīng)用統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范》強(qiáng)制性條文“墻體不應(yīng)采用非蒸壓硅酸鹽磚(砌塊)及非蒸壓加氣混凝土制品?！彼?guī)定的墻體不應(yīng)采用的塊體材料。目前,生產(chǎn)泡沫混凝土制品大量利用粉煤灰、礦渣粉等工業(yè)廢渣,并為降低成本摻加石灰取代部分水泥。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T1062《泡沫混凝土砌塊》和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《蒸壓泡沫混凝土磚》送審稿關(guān)于原材料的規(guī)定中,盡管將石灰定義為摻合料,但并不能改變其同水泥一樣作為鈣質(zhì)材料并具有相同作用的本質(zhì),而生成以水化硅酸鈣為主的水化產(chǎn)物。因此,均屬硅酸鹽混凝土制品。4.1泡沫混凝土的結(jié)構(gòu)生產(chǎn)泡沫混凝土制品的泡沫混凝土是一種多孔硅酸鹽混凝土,其各種物理力學(xué)性能取決于養(yǎng)護(hù)后的混凝土結(jié)構(gòu),包括孔結(jié)構(gòu)和孔壁的組成。與一般硅酸鹽混凝土一樣,泡沫混凝土的孔壁組成是由硅質(zhì)材料與鈣質(zhì)材料在自然或人工水熱合成條件下反應(yīng)生成的一系列水化產(chǎn)物和數(shù)量決定的,這也是泡沫混凝土具有一定物理力學(xué)性能的成因。泡沫混凝土的孔結(jié)構(gòu),不僅有一般硅酸鹽混凝土的微孔結(jié)構(gòu),還有泡沫在料漿中形成的氣孔,這對(duì)泡沫混凝土的物理力學(xué)性能有著極大的影響。4.1.1泡沫混凝土結(jié)構(gòu)(1)硅系混凝土的主要性能孔間壁是泡沫混凝土的基本材料在水的作用下,經(jīng)養(yǎng)護(hù)后形成的人造石。其組成為:水化產(chǎn)物、未水化的材料顆粒和混合水形成的孔隙。(1)水化產(chǎn)物。泡沫混凝土的水化產(chǎn)物和一般硅酸鹽混凝土相似,隨著養(yǎng)護(hù)制度的不同,膠凝材料的水化產(chǎn)物和結(jié)晶度有明顯不同,致使其性能出現(xiàn)顯著差異,亦即泡沫混凝土的性能與水化產(chǎn)物和結(jié)晶度密切相關(guān)?？偟膩碚f,硅酸鹽混凝土的水化產(chǎn)物是以低堿度的水化硅酸鈣系列產(chǎn)物為主,還有水化鋁酸鈣(C3AH6)、水石榴石(C3ASnH6-2n)、鈣礬石即三硫型水化硫鋁酸鈣(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)和單硫型水化硫鋁酸鈣(3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O)等水化產(chǎn)物。(2)未反應(yīng)的材料顆粒。以一定數(shù)量的未反應(yīng)顆粒構(gòu)成骨架,水化產(chǎn)物作為膠結(jié)料,包裹在未反應(yīng)顆粒表面并填充其空隙構(gòu)成混凝土整體。(3)孔間壁內(nèi)的孔隙?？组g壁內(nèi)的孔隙結(jié)構(gòu)主要與配料的水料比和水化反應(yīng)程度有關(guān)。一般來說,按孔隙的大小可以概括地分為水化產(chǎn)物內(nèi)的膠凝孔、毛細(xì)孔以及介于兩者之間的過渡孔?？组g壁內(nèi)的孔隙對(duì)強(qiáng)度的影響不如氣孔結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)度的影響大。(2)保持氣孔率泡沫混凝土的強(qiáng)度受氣孔結(jié)構(gòu)及形狀的影響較大。按孔隙率理論,氣孔率越大,體積密度越小,強(qiáng)度也就越低。如果保持氣孔率不變,改變氣孔的大小,也可以改變泡沫混凝土的強(qiáng)度?；旌狭现械募?xì)孔分布越均勻、尺寸越小,泡沫混凝土的強(qiáng)度越高。4.1.2材料顆粒與孔隙泡沫混凝土的結(jié)構(gòu)由氣孔和孔間壁組成,而孔間壁是由水化產(chǎn)物、未水化的材料顆粒和孔隙組成的。因此,為了對(duì)“墻體不應(yīng)采用非蒸壓加氣混凝土制品”有所理解,就必須首先了解在不同養(yǎng)護(hù)制度下的硅酸鹽混凝土的水化產(chǎn)物組成及其物理力學(xué)性,這直接影響到泡沫混凝土及其制品的物理力學(xué)性能。(1)蒸汽養(yǎng)護(hù)制度硅酸鹽混凝土的養(yǎng)護(hù)制度包括自然養(yǎng)護(hù)、常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)和高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)制度不同,膠凝材料的水化產(chǎn)物和結(jié)晶度明顯不同。以粉煤灰作為硅質(zhì)材料的水泥-粉煤灰-石灰硅酸鹽混凝土為例,討論泡沫混凝土在不同養(yǎng)護(hù)制度下的水化產(chǎn)物。(1)復(fù)合水化產(chǎn)物在水泥-粉煤灰-石灰泡沫混凝土中,摻加石灰是為了降低產(chǎn)品成本,減少水泥的摻量,用石灰補(bǔ)充水泥摻量的不足,參與二次水化反應(yīng),并保持一定的堿度,以利于水化物的生成。由于在原料體系中摻有較大比例的水泥,可與以水泥為鈣質(zhì)材料的粉煤灰免燒磚一樣,實(shí)現(xiàn)自然養(yǎng)護(hù)。加水后,水泥首先進(jìn)行水化反應(yīng),生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等凝膠,并形成Ca(OH)2晶體。凝膠能夠膠結(jié)分散的粉煤灰顆粒和集料等,形成不可逆膠化和硬化,從而使泡沫硅酸鹽混凝土具有早期強(qiáng)度,這是泡沫硅酸鹽混凝土及其制品實(shí)現(xiàn)自然養(yǎng)護(hù)———免蒸的基礎(chǔ)。由于大量粉煤灰的摻入,使最終的水化產(chǎn)物中水泥結(jié)石穩(wěn)定、混凝土耐久的物質(zhì)基礎(chǔ)和標(biāo)志性礦物———Ca(OH)2不復(fù)存在,高堿水化硅酸鈣轉(zhuǎn)化為低堿水化硅酸鈣,而需要由石灰水化生成的Ca(OH)2,參與二次水化反應(yīng),增加水化產(chǎn)物———膠凝材料數(shù)量,提高泡沫混凝土的強(qiáng)度和其它性能。最終泡沫混凝土的主要水化生成物是結(jié)晶差的CSH(Ⅰ)等水化硅酸鈣膠體,還有水化鋁酸鹽、鈣礬石、單硫型水化硫鋁酸鈣等。(2)熱穩(wěn)定性條件下合成托勃莫來石由于水化硅酸鈣系列產(chǎn)物中的多勃莫來石晶體需要在較高的溫度下生成,如石灰和硅膠或石灰和磨細(xì)石英砂需在130℃～175℃濕熱條件才能順利合成,在蒸養(yǎng)條件下,無論是提高混凝土的堿度,還是延長(zhǎng)蒸養(yǎng)時(shí)間,都難以生成結(jié)晶良好的托勃莫來石,制品的主要生成物是結(jié)晶差的CSH(Ⅰ)和C-S-H凝膠等水化硅酸鈣膠體。因此,蒸養(yǎng)粉煤灰制品隨著水熱養(yǎng)護(hù)過程的延長(zhǎng),平衡產(chǎn)物有:水化硅酸鈣CSH(Ⅰ)、鈣礬石、單硫型水化硫鋁酸鈣和結(jié)晶度極差的水化石榴子石等。(3)利用水化反應(yīng)粉煤灰硅酸鹽混凝土———粉煤灰泡沫混凝土在高壓飽和蒸汽養(yǎng)護(hù)條件下,不僅粉煤灰中的活性氧化硅和活性氧化鋁可與石灰充分地進(jìn)行水化反應(yīng),而且以石英硅和莫來石狀態(tài)存在的氧化硅都不同程度地被高溫高壓條件所激發(fā),發(fā)揮了活性,可以很快地與鈣質(zhì)材料結(jié)合進(jìn)行水化反應(yīng),可提高水化產(chǎn)物的數(shù)量。晶態(tài)硅-莫來石可以直接水化成CaO-SiO2-Al2O3-H2O系列水化產(chǎn)物,如結(jié)晶良好的水化石榴子石。在石灰摻量合理的范圍內(nèi),蒸壓處理之后不存在游離CaO,水化反應(yīng)非常充分,可以提高水化硅酸鈣的結(jié)晶度,進(jìn)而促進(jìn)抗碳化性能良好的水化石榴子石形成。當(dāng)具有合理的配料和蒸壓養(yǎng)護(hù)制度時(shí),蒸壓粉煤灰制品的水化產(chǎn)物將處于多相平衡狀態(tài),托勃莫來石、CSH(Ⅰ)及單硫型水化硫鋁酸鈣、水化石榴子石等同時(shí)并具有合適的比例平衡存在。(2)護(hù)制度水化產(chǎn)物的物理力學(xué)性能如上所述,硅酸鹽混凝土的膠凝材料在不同的養(yǎng)護(hù)制度下有不同的水化產(chǎn)物,不同的水化產(chǎn)物具有不同的物理力學(xué)性能。因此,不同的養(yǎng)護(hù)制度對(duì)泡沫硅酸鹽混凝土及其制品的性能有著重要影響。(1)托勃莫來石的晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽混凝土及其制品水化生成的低堿水化硅酸鈣凝膠主要是結(jié)晶度較差的呈纖維狀的Ⅰ型水硅酸鈣CSH(Ⅰ),具有較高的抗壓強(qiáng)度,是硅酸鹽混凝土中最主要的水化產(chǎn)物之一,也是對(duì)強(qiáng)度貢獻(xiàn)最大的水化產(chǎn)物。在合理的蒸壓制度條件下,結(jié)晶度較差的CSH(Ⅰ)可以逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶良好的托勃莫來石C5S6H5,這也是硅酸鹽混凝土最主要的水化產(chǎn)物,其強(qiáng)度比CSH(Ⅰ)低。但當(dāng)托勃莫來石晶體具有合理的比例,在結(jié)晶差的CSH(Ⅰ)中穿插一些托勃莫來石,其強(qiáng)度比單一CSH(Ⅰ)試件高出約1倍。另外,硬硅鈣石收縮小、抗折強(qiáng)度高。因此,從上述不同養(yǎng)護(hù)制度下的水化產(chǎn)物可以看出,蒸壓制品與蒸養(yǎng)和自養(yǎng)制品相比,具有較高的抗壓和抗折強(qiáng)度。表3對(duì)硅酸鹽磚的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可對(duì)此作出證明。(2)水石榴石組成n暴露于大氣中的硅酸鹽材料受到空氣中碳酸氣、濕氣的作用(即碳化作用),其結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性質(zhì)將發(fā)生變化。試驗(yàn)研究表明,托勃莫來石碳化6個(gè)月強(qiáng)度提高40%,CSH(Ⅰ)碳化6個(gè)月強(qiáng)度下降20%。顯然,托勃莫來石的抗碳化性能明顯好于Ⅰ型水化硅酸鈣。水石榴石的組成是可變的,其通用式是C3ASnH6-2n,它是C3AH6中的H2O部分的被SiO2取代而形成的,其中一個(gè)SiO2可取代兩個(gè)H2O。水石榴石的組成與水熱處理溫度有關(guān),溫度越高,其組成中含有SiO2的程度越高,抗碳化性能也隨之增高。在蒸壓條件下,n>2,可形成抗碳化性能良好、碳化速度極慢、組成為C3ASH4-C3AS2H2系列的水石榴石晶體。在蒸養(yǎng)條件下,n<2,生成水化石榴石的抗碳化性能遠(yuǎn)不如蒸壓條件下的。在自養(yǎng)條件下,水石榴石的結(jié)晶度極差。三硫型水化硫鋁酸鈣的抗碳化性能較差,碳化速度較快,碳化后密實(shí)度減小,強(qiáng)度急劇降低。單硫型水化硫鋁酸鈣則相反,碳化后密實(shí)度增加,強(qiáng)度大幅度提高。另外,科學(xué)研究和實(shí)踐表明:高堿性水化硅酸鈣的碳化穩(wěn)定性比低堿性的高;單硫型水化硫鋁酸鈣(含12個(gè)結(jié)晶水)的碳化穩(wěn)定性比三硫型水化硫鋁酸鈣(含32個(gè)結(jié)晶水)的高;相同堿度的水化物,蒸壓的碳化穩(wěn)定性比蒸養(yǎng)的高,蒸養(yǎng)的比自然養(yǎng)護(hù)的高。由此可知,自然養(yǎng)護(hù)的泡沫硅酸鹽制品的抗碳化性能不如蒸養(yǎng)硅酸鹽制品,更不如蒸壓硅酸鹽制品。(3)抗凍性能要求硅酸鹽制品的抗凍性能不僅與成型設(shè)備的選擇、原料的選用及配合比有關(guān),還與水化產(chǎn)物的組成密切相關(guān),亦可以說與養(yǎng)護(hù)制度有關(guān)。科學(xué)研究表明,混凝土中膠凝材料結(jié)石中各種水化產(chǎn)物的抗凍性能不盡相同,就礦物成分而言,其抗凍性的大小按以下順序排列:水化硅酸二鈣[CSH(B)]>水化硅酸二鈣[CSH(C)]>硬硅鈣石>托勃莫來石(C5S6H5)>Ⅰ型水化硅酸鈣[CSH(Ⅰ)]>水化硅酸鈣凝膠(C-S-H)>水化鋁酸鈣(C3AH6)。因此,根據(jù)行標(biāo)JC/T1062-2007《泡沫混凝土砌塊》對(duì)強(qiáng)度等級(jí)的規(guī)定,自養(yǎng)硅酸鹽制品的抗凍性能不如蒸養(yǎng)制品,更不如蒸壓制品。工程實(shí)踐表明:墻體材料的抗凍性能低劣是導(dǎo)致砌體劣化的主要原因,甚至直接威脅建筑的安全。為了強(qiáng)化墻體材料的抗凍性能要求,以適應(yīng)我國(guó)寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)的工程應(yīng)用,GB50574-2010《墻體材料應(yīng)用統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范》對(duì)不同地區(qū)墻體材料的抗凍性能指標(biāo)作出明確規(guī)定:夏熱冬暖地區(qū)為F15、夏熱冬冷地區(qū)為F25、寒冷地區(qū)為F35、嚴(yán)寒地區(qū)為F50。材料抗凍性指標(biāo)的高低,不僅能評(píng)價(jià)材料的應(yīng)用,尤其是在寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)的應(yīng)用效果,還可表征材料的最終水化生成物的反應(yīng)水平及其內(nèi)在質(zhì)量的優(yōu)劣。即使采用高壓蒸汽養(yǎng)護(hù),如果養(yǎng)護(hù)制度不到位,生產(chǎn)過程中的水化反應(yīng)不徹底,也將導(dǎo)致塊體材料的抗凍性能降低。(4)煤灰磚的養(yǎng)護(hù)水化產(chǎn)物的組成硅酸鹽混凝土及其制品的干燥收縮不僅與混凝土的密實(shí)度有關(guān),亦與硅酸鹽混凝土的膠凝材料結(jié)石———硅酸鹽石的礦物組成即水化產(chǎn)物組成密切相關(guān)。硅酸鹽混凝土及其塊體材料的水化產(chǎn)物有晶體、半晶體和膠體之分。其中,晶體不受干燥條件的影響,水化產(chǎn)物的結(jié)晶度越高,抵抗干縮能力就越好。有關(guān)研究表明,在充分水化的蒸壓粉煤灰制品的硅酸鹽石和水化硅酸鈣系列產(chǎn)物中,結(jié)晶良好的托勃莫來石、硬硅鈣石和水石榴石晶體約占40%,使蒸壓粉煤灰磚具有較高的結(jié)晶度。而水化充分的自然養(yǎng)護(hù)和常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)的膠凝材料,水化生成的水化硅酸鈣系列產(chǎn)物由于反應(yīng)溫度低,沒有結(jié)晶良好的托勃莫來石、硬硅鈣石,而是以水化硅酸鈣凝膠膠體為主。在水化硅酸鈣凝膠膠體所占據(jù)的空間中,有約占凝膠體積28%的凝膠孔,孔中吸附有大量的水,這種水分干燥時(shí)極易失去,當(dāng)這些凝膠脫水時(shí),會(huì)引起體積縮小,制品收縮,是導(dǎo)致墻體干縮變形和產(chǎn)生裂紋的主要原因之一。因此,根據(jù)蒸壓、蒸養(yǎng)和自養(yǎng)粉煤灰硅酸鹽制品的水化產(chǎn)物組成可知,自然養(yǎng)護(hù)制品抵抗干燥收縮變形的能力不如蒸養(yǎng)制品,更不如蒸壓制品。表10給出了高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)和常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)以及高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)的養(yǎng)護(hù)時(shí)間相同、壓力不同時(shí),對(duì)硅酸鹽磚的力學(xué)性能及干燥收縮的試驗(yàn)結(jié)果。從表10可以看出,采用高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)的硅酸鹽磚的物理力學(xué)性能和干燥收縮性能要明顯好于常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)的制品;采用高壓蒸汽養(yǎng)護(hù),在相同的養(yǎng)護(hù)時(shí)間條件下,隨著養(yǎng)護(hù)壓力的提高,磚的抗壓、抗折強(qiáng)度隨之提高,干燥收縮值隨之降低。由此可證明,硅酸鹽制品(包括泡沫硅酸鹽混凝土砌塊)的養(yǎng)護(hù)制度對(duì)其物理力學(xué)性能和干燥收縮性能有重要影響。4.2水熱合成反應(yīng)綜上所述,隨著泡沫硅酸鹽混凝土及其制品養(yǎng)護(hù)制度的不同,水化產(chǎn)物的礦物組成有明顯的不同,使得硅酸鹽蒸壓制品與非蒸壓制品相比,有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),特別是在綜合