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蒸压加气混凝土砌块 轻质砖制品的生产技术研究




③孔间壁内的孔隙

孔间壁内的孔隙结构主要与配料的水料比和水化反应程度有关。一般来说,按孔隙的大小可以概略地分为水化产物内的胶凝孔、毛细孔以及介于两者之间的过渡孔。孔间壁内的孔隙对强度的影响不如气孔结构对强度的影响大。

(2)泡沫混凝土孔结构

泡沫混凝土的强度受气孔的结构及形状的影

响较大。

泡沫混凝土的强度同样服从于孔隙率理论,气孔率越大,体积密度越小,强度也就越低。如保持气孔率不变,改变气孔的大小,也可以改变泡沫混凝土的强度。混合料中的细孔分布愈均匀、尺寸愈小,则泡沫混凝土强度愈高。

4.1.2 泡沫(硅酸盐)混凝土在不同养护制度下的水化产物及物理力学性能

泡沫混凝土的结构是由气孔和孔间壁组成,而孔间壁是由水化产物、未水化的材料颗粒和孔隙组成。因此,为了对“墙体不应采用非蒸压加气混凝土制品”有所理解,就必须了解在不同养护制度下的硅酸盐混凝土的水化产物组成及物理力学性,因为它们直接影响到泡沫混凝土及其制品的物理力学性能。

(1)硅酸盐混凝土的养护制度与水化产物

硅酸盐混凝土的养护制度有自然养护、常压蒸

汽养护和高压蒸汽养护之分。随养护制度的不同,胶凝材料的水化产物和结晶度有明显的不同,现以粉煤灰作为硅质材料的水泥-粉煤灰-石灰硅酸盐混凝土为例,讨论泡沫混凝土在不同养护制度下的水化产物。

①自然养护条件下的水化产物

在水泥-粉煤灰-石灰泡沫混凝土中,掺加石灰是为了降低产品成本,减少水泥的掺量,用石灰补充水泥掺量的不足,参与二次水化反应,并保持一定的碱度,以利于水化物的生成。由于在原料体系中掺有较大比例的水泥,因此,可同以水泥为钙质材料的粉煤灰免烧砖一样,实现自然养护。当加水后,首先水泥进行水化反应生成水化硅酸钙和

水化铝酸钙等凝胶,并能形成Ca(OH)2晶体。凝胶

能够胶结分散的粉煤灰颗粒和集料等,形成不可逆胶化和硬化,从而使加气混凝土砌块 轻质砖具有早期强度,这是加气混凝土砌块 轻质砖及其制品实现自然养护——免蒸的基础。由于大量粉煤灰的掺入,使最终的水化产物中水泥结石稳定、混凝土耐久的物质基础和标志性矿物——Ca(OH)2不复存在,高碱水化硅酸钙转化为低碱水化硅酸钙,而需要由石灰水化生成的Ca(OH)2参与二次水化反应,增加水化产物——胶凝材料数量,提高泡沫混凝土的强度和其它性能。最终泡沫混凝土的主要水化生成物是结晶差的CSH(Ⅰ)等水化硅酸钙胶体,还有水化铝酸盐、钙矾石、单硫型水化硫铝酸钙等。

②在常压饱和蒸汽养护条件下的水化产物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130~175℃湿热条件顺利合成,在蒸养条件下,无论是提高混凝土的碱度,还是延长蒸养时间,都难以生成结晶良好的托勃莫来石,制品的主要生成物是结晶差的CSH(Ⅰ)和C-S-H凝胶等水化硅酸钙胶体。因此,随着水热养护过程的延长,蒸养粉煤灰制品平衡产物有水化硅酸钙CSH(Ⅰ)、钙矾石、单硫型水化硫铝酸钙和结晶度极差的水化石榴子石等。

③在高压饱和蒸汽养护条件下的水化产物粉煤灰硅酸盐混凝土——粉煤灰泡沫混凝土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,而且以石英硅和莫来石状态存在的氧化硅,都不同程度地被高温高压条件所激发,发挥了活性,可以很快地与钙质材料结合进行水化反应,可提高水化产物的数量。晶态硅——莫来石可以直接水化成CaO-SiO2-Al2O3-H2O系列水化产物,如结晶良好的水化石榴子石。在石灰掺量合理的范围内,蒸压处理之后不存在游离CaO,水化反应非常充分,可以提高水化硅酸钙的结晶度,而具有较高的结晶度,促进抗碳化性能良好的水化石榴子石形成。当具有合理的配料、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,托勃莫来石、CSH(Ⅰ)及单硫型水化硫铝酸钙、水化石榴子石等同时并具有合适的比例平衡存在。(2)不同养护制度对硅酸盐混凝土及其块体材料性能的影响

如上所述,硅酸盐混凝土的胶凝材料在不同的养护制度下有着不同的水化产物,不同的水化产物具有不同的物理力学性能,因此,不同的养护制度对加气混凝土砌块 轻质砖及其制品的性能有着重要影响。



①养护制度对力学性能的影响

硅酸盐混凝土及其制品水化生成的低碱水化硅酸钙凝胶主要有结晶度较差的呈纤维状的Ⅰ型水硅酸钙CSH(Ⅰ),其具有较高的抗压强度,是硅酸盐混凝土中最主要的水化产物之一,是对强度贡献最大的水化产物。在合理的蒸压制度条件下,结晶度较差的CSH(Ⅰ)可以逐渐转变为结晶良好的托勃莫来石C5S6H5,亦是硅酸盐混凝土最主要的水化产物,其强度比CSH(Ⅰ)低,但是,当托勃莫来石晶体具有合理的比例,在结晶差的CSH(Ⅰ)中穿插一些托勃莫来石,其强度比单一CSH(Ⅰ)试件高出约一倍。另外,硬硅钙石收缩小,抗折强度高。因此,从上述不同养护制度的水化产物可以看出,蒸压制品与蒸养和自养制品相比,具有高的抗压和抗折强度,表3硅酸盐砖的实验数据可对此作出证明。

②养护制度对碳化性能的影响

暴露于大气中的硅酸盐材料经常受到空气中的碳酸气、湿气的作用,即碳化作用,而导致硅酸盐材料的结构和物理力学性质的变化。

实验研究表明,托勃莫来石碳化6个月后强度提高40%,CSH(Ⅰ)碳化6个月强度下降20%,显然,托勃莫来石的抗碳化性能明显好于Ⅰ型水化硅酸钙。水石榴石的组成是可变的,其通用式是C3ASnH6-2n,它是C3AH6中的H2O部分被SiO2取代而形成的,其中1个SiO2可取代2个H2O。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SiO2的程度愈高,抗碳化性能随之增高。在蒸压条件下n>2,可形成抗碳化性能良好、碳化速度极慢、组成为C3ASH4-C3AS2H2系列的水石榴石晶体。在蒸养条件下n<2,生成的水化石榴石抗碳化性能远不如蒸压条件下的。在自养条件水石榴石的结晶度极差。
三硫型水化硫铝酸钙的抗碳化性能较差,碳化速度较快,碳化后密实度减小,强度急剧降低。单硫型水化硫铝酸钙则相反,碳化后密实度增加,强度大幅度提高。

另外,科学研究和实践表明,高碱性水化硅酸钙的碳化稳定性要比低碱性的高;单硫型水化硫铝酸钙(含12个结晶水)的碳化稳定性要比三硫型水化硫铝酸钙(含32个结晶水)的高;相同碱度的水化物,蒸压的碳化稳定性比蒸养的高,蒸养的则比自然养护的要高。
因此,从上述硅酸盐制品在不同养护制度下胶凝材料的水化产物组成可知,自然养护的泡沫硅酸盐制品的抗碳化性能不如蒸养硅酸盐制品,更不如蒸压硅酸盐制品。

③养护制度对抗冻性能的影响

硅酸盐制品的抗冻性能不仅与成型设备的选择、原料的选用及配合比有关,还与水化产物组成密切相关,亦可以说与养护制度有关。

科学研究表明,混凝土中胶凝材料结石中各种

水化产物的抗冻性能不尽相同,就矿物成分而言,其抗冻性的大小按以下顺序排列:水化硅酸二钙〔CSH(B)〕>水化硅酸二钙〔CSH(C)〕>硬硅钙石>托勃莫来石(C5S6H5)>Ⅰ型水化硅酸钙〔CSH(Ⅰ)〕>水化硅酸钙凝胶(C-S-H)>水化铝酸钙(C3AH6)
自养硅酸盐制品的抗冻性能不如蒸养制品,更不如蒸压制品。

工程实践表明:墙体材料的抗冻性能低劣是导致砌体劣化的主要原因,甚至直接威胁建筑的安全。为了强化墙体材料的抗冻性能要求,以适应我国寒冷及严寒地区的工程应用,《墙规》对不同地区墙体材料的抗冻性能指标作出明确规定:夏热冬暖地区为F15、夏热冬冷地区为F25、寒冷地区为F35、严寒地区为F50。材料的抗冻性指标的高低,不仅能评价材料的应用,尤其是在寒冷及严寒地区的应用效果,还可表征材料的最终水化生成物的反应水平及其内在质量的优劣。即使采用高压蒸汽养护,如养护制度不到位,生产过程中的水化反应不彻底,将导致块体材料的抗冻性能降低,这将成为墙体劣化的重要原因之一,甚至直接威胁建筑的安全,此类工程事故已为数不少。④养护制度对干燥收缩的影响

硅酸盐混凝土及其制品的干燥收缩不仅与混凝土的密实度有关,亦与硅酸盐混凝土的胶凝材料

结石——硅酸盐石的矿物组成即水化产物组成密切相关。硅酸盐混凝土及其块体材料的水化产物有晶体、半晶体和胶体之分,其中晶体不受干燥条件的影响,水化产物的结晶度越高,抵抗干缩能力就越好。

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