加气混凝土生产技术实用讲义全Word格式文档下载.docx
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以砂、粉煤灰等硅质材料和石灰、水泥等钙质材料按一定比例配合，经搅拌、成型后，在一定温度、湿度下水热合成的人造石，称之为硅酸盐混凝土。
普通硅酸盐混凝土的体积密度一般为1600~2400kg/m3。
这种水泥混凝土和硅酸盐混凝土都是密实混凝土。
采用轻集料或用气孔来代替普通混凝土中的集料的混凝土称之为轻混凝土，其体积密度一般小于1900kg/m3。
采用各种料、膨胀珍珠岩等作为轻集料制成的轻混凝土，称这为轻集料混凝土。
其制造工艺与密实混凝土基本相似，体积密度一般为800~1800kg/m3。
另一类轻混凝土是多孔混凝土，它没有粗集料，主要原材料都要经过磨细，并通过物理或化学方法使之形成直径小于1~2mm的气孔，其体积密度一般小于1000kg/m3。
多孔混凝土按其气孔形成的方式可分为加气混凝土和泡沫混凝土两大类。
加气混凝土的多孔结构，由发气剂在料浆中进行化学反应放出气体而形成；
泡沫混凝土的多孔结构，由泡沫剂在机械搅拌过程中产生大量泡沫，渗入料浆中均匀混合而形成；
近年来出现的充气混凝土，是将压缩空气弥散成大量微小气泡分散于料浆中。
多孔混凝土多为经蒸汽养护而成的硅酸盐混凝土。
养护方式可分为常压蒸汽养护（100。
C饱和蒸汽）和高压蒸汽养护（174.5~200.5。
C、0.8~1.5MPa饷和蒸汽）两大类，前者简称蒸养，后都简称蒸压。
加气混凝土多为高压蒸汽养护。
加气混凝土是以硅质材料和钙质材料为主要原料，掺加发气剂，经加水搅拌，由化学反应形成孔隙，通过浇注成型、预养切割、蒸压养护等工艺过程制成的多孔硅酸盐制品。
二、加气混凝土的发展
加气混凝土最先出现于捷克，1889年，霍夫曼（Hofman）取得了用盐酸钠制造加气混凝土的专利。
1919年，柏林人格罗沙海（Grosahe）用金属粉未作发气剂制出了加气混凝土，1923年，瑞典人埃克森（J.Eriksson）掌握了以铝粉为发气剂的生产技术并取得了专利权。
以铝粉发气产气量大，所产生的氢气在水中溶解量小，故发气效率高，发气过程亦比较容易控制，铝粉来源广，从而为加气混凝土地大规模工业化生产提供了重要的条件。
此后，随着对工艺技术和设备的不断改进，工业化生产日益成熟，终于在1929年首先在瑞典建成了第一座加气混凝土厂。
从开始工业化生产加气混凝土至今不到七十年的历史，加气混凝土工业得到了很大的发展，不仅在瑞典形成了“伊通（Ytong）“和”西波列克斯（Siporex）"
两大专利与相应的一批工厂，而且在其它许多国家也相继引进生产技术或开发研究自己的生产技术，特别是一些气候寒冷的国家如挪威、荷兰、波兰、丹麦等国，研究成功自己的生产技术，形成了新的专利。
如德国的海波尔（Hebel）、荷兰的求劳克斯（Durox）、波兰的乌尼泊尔（Unipol）和丹麦的司梯玛（Stema）。
二战前，加气混凝土仅在少数北欧国家推广应用，而现在，无论是严寒地区，还是赤道附近的炎热地带，生产和应用已遍与五60多个国家。
我国早在30年代就有了生产和使用加气混凝土的记录。
当初，在路桥边，建成一座小型加气混凝土厂，其产品用于现国毛六厂几幢单层厂房和大厦、国际饭店、锦江饭店，新城大厦等高层建筑的隔墙，并一直延用至今。
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，1962年起建筑科学研究院与有关单位研究并试制了加气混凝土制品。
并很快在矽酸盐厂（现轻质材料厂）和灰砂砖厂（现高新华宇轻质建材）半工业性试验获得成功。
1965年引进瑞典西列克期公司专利技术和全套装备，在建成我国第一家加气混凝土厂——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。
从1971年对引进的西波列克期技术装备进行测绘，消化吸收起，开始了我国加气混凝土工艺装备的开发使用。
先后形成了中国建筑东北的6m翻转式切割机级（目前，各设备制造企业已推进了3.9×
1.2、4.2×
1.2m等机型）；
浦的4m预铺钢丝卷切式切割机组；
建材设计研究院的3.9m预铺钢丝提拉式切割机组；
建材研究设计所和中国建筑东北翻版的海波尔切割机组，中国建筑东北消化吸收海波尔的JHQ切割机组；
建材研究设计所消化吸收的司梯玛成套设备和4m和6m系列分步式切割机（仿伊通）与配套设备等，为加气混凝土装备的国产化打下了基础。
自1965年度建设第一家加气混凝土厂起，经历了近40年时间，我国不仅建成了各类加气混凝土厂逾400家，总设计能力超过3000万m3。
成为国际上应用粉煤灰生产加气混凝土最广泛、技术最成熟的国家，并且进一步拓展了原材料的围，成功地将其它工业废弃物如石灰加工产生的碎末、水泥管桩生产过程中排放的废浆以与玻璃、采煤、采金业的尾矿等作为硅质材料大量用于加气混凝土生产。
随着生产的发展，在全国还涌现了一批从事加气混凝土生产、设备和应用技术研究的科研院所和大专院校，建立健全了科研、设计、教学、施工、装备和配套材料等系统；
制定了从原材料、产品、试验方法和施工应用的标准和规，使我国加气混凝土形成了完整的工业体系。
表0-1加气混凝土的生产规模和产量
年份
1981
1985
1990
1995
2000
2002
2004
产量（万m3）
60
140
175
350
500
650
980
生产规模（万m3）
100
270
415
670
1000
2600
企业数量（个）
43
64
85
133
230
359
三、发展加气混凝土的意义
加气混凝土是以硅质材料和钙质材料为主要原料，掺加发气剂，经加水搅拌，由化学反应形成孔隙，经浇注成型，预养切割，蒸汽养护等工艺过程制成的多孔硅酸盐混凝土，其主要特点表现在以下几个方面：
1、重量轻
加气混凝土的体积密度一般为400~700kg/m3。
相当于实心粘土砖的1/3，普通混凝土的1/5，也低于一般轻骨料混凝土与空心砌块、空心粘土砖等制品，因而，采用加气混凝土作墙体材料可以大大减轻建筑物自重，进而可减小建筑物的基础与梁、柱等结构件的尺寸，可以节约建筑材料和工程费用，还可提高建筑物的抗震能力。
表0-2几种常用建筑材料的体积密度（kg/m
材料
木材
实心粘土砖
灰砂砖
空心砌块
粒混凝土
普通混凝土
指标
400~700
1600~1800
1700~2000
900~1700
1400~1800
2000~2400
2、保温性能好
加气混凝土部具有大量的气孔和微孔，因而有良好的保温隔热性能，加气混凝土的导热系数通常为0.09~0.22W/（m.K），仅为实心粘土砖的1/4~1/5，普通混凝土的1/5~1/10，通常20cm厚的加气混凝墙的保温隔热效果，相当于49cm厚的普通实心粘土砖墙，不仅可节约采暖与制冷能源，而且可大大提高建筑物的平面利用系统，是唯一采用单一材料即可达到节能设计标准的新型墙体材料。
表0-3几种常用建筑材料的导热系数（W/m.K）
土坯墙
空心混凝土砌块
浮石混凝土砌块
玻璃
指标
0.09~0.22
0.70
0.43~0.81
1.0~1.046
0.28~0.40
1.50
0.75
表0-4主要建材热物理性质
种类
体积密度
（kg/m3）
导热系数
（W/m.K）
导温系数
（m2/h）
比热
（kj/kg.k）
蓄热系数
（w/m2.k）
湿度
（wt%）
525
0.128
0.00095
0.92
2.612
700
0.22
0.00085
1.34
3.86
15.3
钢筋混凝土
2500
1.63
0.00280
0.84
15.58
——
黏土砖
1668
0.43
0.00124
6.23
石膏板
872
0.30
0.00112
1.09
4.60
10.07
0.76
0.00130
10.70
粒
900
0.41
0.00194
4.71
3、良好的耐火性能且不散发有害气体
加气混凝土的主要原材料大多为无机材料，其本身又具有保温隔热性能，因而，还有良好的耐火性能，并且遇火不散发有害气体；
由于对建筑物中的钢筋具有较好的作用，当加气混凝土建筑遭遇火灾时，往往仅在表面造成损伤，对结构性能并不起根本的破坏。
表0-5加气混凝土的耐火性能
产品种类
干密度（kg/m3）
厚度（mm）
耐火评定
水泥.矿渣.砂
75
1500min
225min
150
345min
200
480min
水泥.石灰.粉煤灰
600
360min
水泥.石灰.砂
240min
>
4、具有可加工性
加气混凝土不用粗骨料，具有良好的可加工性，可锯、刨、钻、钉，并可用适当的粘结材料粘结，给建筑施工提供了有利的条件。
5、原料来源广、生产效率高、生产能耗低
加气混凝土可以用砂子、矿渣、粉煤灰、尾矿、煤矸石与生石灰、水泥等原料生产，可以根据当地的实际条件确定品种和生产工艺，并且可大大利用工业废渣。
加气混凝土是粉煤灰间接利用的极好产品，加气混凝土的资源利用率较高（1m3原材料可生产5m3的产品），遵循减量化节约原则和循环经济战略。
加气混凝土的生产效率比较高，一个中等的规模的加气混凝土古物，年人均实物劳动效率可达600m3左右。
少数自动化程度较高的企业则达900~1000m3，比粘土砖（180m3）与混凝土砌块（500~800m3）都高。
加气混凝土生产耗能较低。
其单位制品的生产能耗56.8kg（标煤），仅为同体积粘土砖能耗的50%。
表0-6几种外墙材料生产总能耗
墙体种类
墙厚（cm）
每m2墙面材料生产能耗（kg标煤）
制品
水泥.石灰
钢筋
合计
粉煤灰加气混凝土
20
13.16
4.6
3.5
21.28
混凝土砌块
37
14.58
22.68
23.33
4.03
0.57
27.93
28
43.00
1.16
3.48
47.64
31.92
36.52
加气混凝土在我国的工业化生产历史虽然不到四十年，但其产品门类已发展到非承重砌块、承重砌块、保温块、墙板与屋面板，被广泛用于工业与民用建筑，成为一种极富生命力的新型建筑材料。
1996年12月，在全国墙改工作会议上，邹家华副总理提出，大力发展节能、节土、利废的符合可持续发展战略的建筑材料，其生产能耗是实心粘土砖1/2~1/3；
体积密度300~800kg/m3。
为此建筑物基础造价可降低15%，运输能耗降低10%；
导热系统是实心粘土砖的1/4~1/5，20cm加气混凝土的保温隔热效果相当于49cm粘土而言，每生产1万m3产品可消纳粉煤灰1.45万吨，节省灰埸用地0.5亩，节省烧砖用地5亩，减少C2O排放850吨。
按照《全国墙材革新“九五”计划和2010年发展规划》“九五”墙材革新计划的主要奋斗目标是到2000年，新型墙体材料产量折合标准砖达1500亿块，占墙材总量20%，其中城市平均达到30%~40%，中等城市平均达到25%~30%；
2010年规划目标新型墙体材料占墙体材料总量的40%，经济发达城市要求占60%~80%。
若按6%的增长率，2010年墙体材料预计达17960亿块，新型墙体材料以40%计，应为7185亿块，以目前加气混凝土的所占比例计算，则加气混凝土的生产能力将达108亿块，折合1590万m3。
国家经贸委的《墙体材料革新“十五”规划》提出，2005年，实心粘土砖的总量由2000年的5400亿块，控制在4500亿块以；
新型墙体材料要求达到3000亿块；
2005年，新型墙体材料产量占墙体材料总量的比重达到40%，整个墙改步伐得到加快，加气混凝土在我国必将得到进一步的发展。
表0——7德国加气混凝土产量与市场份额
1960
1965
1970
1975
1980
产量（百万m3）
0.35
0.60
1.70
3.20
2.20
2.80
4.70
市场份额（%）
1.0
1.6
4.2
6.5
10.7
11.2
12.2
14.6
注：
市场份额为加气混凝土占墙体材料的比例。
表0——8我国加气混凝产量与市场份额
0.2
1.4
1.75
5.0
6.50
0.17
0.32
0.45
思考题：
1、什么是加气混凝土？
2、加气混凝土有那些特点？
3、加气混凝土可以利用那些工业废弃物？
第一章加气混凝土的结构与强度形成原理
加气混凝土是一种多孔硅酸盐混凝土，它的各种物理力学性能取决于蒸压养护后的混凝土结构，包括孔结构与孔壁的组成。
和一般硅酸盐混凝土一样，加气混凝土的孔壁的组成，是由钙质材料与硅质材料在水热处理过程中所生成的一系列水化产物的种类和数量决定的，也是使加气混凝土具有一定的物理力学性能的原因。
加气混凝土的孔结构，不仅有如同一般硅酸盐混凝土那样的微孔结构，还有铝粉所形成的气孔，这些对加气混凝土的物理力学性能有着极大的影响。
第一节加气混凝土的结构
加气混凝土的结构系气孔与孔间壁组成。
对于体积密度为500kg/m3的加气混凝土而言。
其气孔含量约为整个混凝土体积的50%，其余50%即为孔间壁。
气孔由铝粉在料浆中发气形成，并在硬化过程固定在混凝土中，气孔孔径在2mm以，一般大都为0.2~0.8mm。
孔间壁是加气混凝土的基本材料在水的作用下，经过蒸压养护后形成的人造石。
它的组成为水化产物、末水化的材料颗粒和混合水清苦怕孔隙。
显然，加气混凝土的强度与其它物理力学性能决定于：
孔间壁的构造和强度；
气孔形状、孔径、气孔含量以与分布的均匀性。
一、加气混凝土孔间壁结构
1、水化产物
加气混凝土的水化产物和一般硅酸盐混凝土相似。
以粉煤灰加气混凝土为例，其水化产物主要是CSH（I），托勃莫来石和水石榴子石。
2、末反应的材料颗粒
对于硅酸盐混凝土而言，不能说水热合成反应越完全，水沦产物越多，混凝土的强度就越高，以一定数量的末反应颗粒构成骨架，水沦产物作为胶结料，包裹在末反应颗粒表面并填充其空隙混凝土整体，其强度与其它物理力学性能最好。
3、孔间壁的孔隙
孔间壁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的胶凝孔、毛细孔以与介于两者之间的过渡孔。
水化产物的孔径尺寸较小，其孔径一般小于5mm。
毛细孔是原材料一水系中没有被水化产物填充的原来的充水空间，这类孔隙的尺寸比较大，其孔径一般大于0.2mm。
在上述两类孔隙之间的，我们称之为过渡孔。
孔径的大小与孔隙率对混凝土强度的影响较大，但加气混凝土本身是一种多孔结构，相对来说，孔间壁的孔隙对强度的影响不如气孔结构对强度的影响大。
二、加气混凝土孔结构
加气混凝土的强度受气孔的结构与形状的影响较大。
加气混凝土的气孔率主要取决于铝粉的加往入量，从而也就决定了加气混凝土的体积密度，加气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，强也就越低。
如果保持气孔率不变（体积密度也相应地不变），改变气孔的大小，也可以改变加气混凝土的强度。
在工艺条件许可时，尽量减小气孔的尺寸，将可以提高加气混凝土的强度，如果将气孔与孔间壁中的毛细孔、胶凝孔一起计算孔隙率，加气混凝土的总孔隙率可达70%（当体积密度为500kg/m3时）。
有的研究者认为，如果保持孔隙率不变，减少气孔含量，增大毛细孔含量，同样可以提高加气混凝土的强度。
气孔的开关因生产工艺条件不同而分为封闭的圆孔（更多的是椭圆孔）、没有完全封闭的孔和完全贯通的孔三类，其中，第一种孔对强度等物理力学性能的不利影响最小，而第三类影响最大。
第二节硅酸盐混凝土水化产物与物理力学性能
加气混凝土的结构是由气孔和孔间壁组成，而孔间壁又是由水化产物，末水化的材料颗粒与孔隙组成。
因此，讨论加气混凝土的强度与其它物理力学性能，就必须认识水化产物。
如作深入的探讨必须具备专业知识和专门的手段，这对于工厂生产来说尚无必要，因此，我们在此只作一般性的讨论。
一、水热处理过程中的水化产物与物理力学性能
硅酸盐混凝土在高压釜中所进行的一系列物理化学反应（即水热反应）使硅酸盐凝土中各组成材料之间在较高温度下互相反应，产生一系列水化产物，如水化硅酸钙，水化铝酸钙，水化铝硅酸钙和水化硫铝酸钙等。
这些产物将混凝土中各固体颗粒胶结在一起，形成牢固的整体结构，赋予混凝土全新的物理化学性质。
人们把这一在水热条件下合成新的水化产物的过程称为水热合成。
硅酸盐混凝土的水热合成反应，本质上是石灰的水化产物—Ga（OH）2或水泥中的硅酸三钙，硅酸二钙水化时析出的C—S—H凝胶和Ga（OH）2与硅质材料中的SiO2、Al2O3以与水之间的化合反应。
当原料中有石膏时（主要成份CaSO4），石膏中的CaSO4也参与反应。
因此，我们先来认识CaO、SiO2、Al2O3与水反应的情况与产物。
1、CaO—SiO2—H2O系统
用蒸压合成方法制得的水化硅酸钙矿物至少有17种，硅酸盐混凝土中常见的矿物有以下几种：
表1—1几中主要的水化硅酸钙
矿物组成
鲍格命名
泰勒命名
C2SH0.9~1.25
C2SH（A）
a--C2SH
C2SH2~4
C2SH2
C2SH（II）
C2SH1.4~1.5
C2SH（B）
β—C2SH
C2SH1.1
CSH（A）
燧石CSH
C2SH0.3~1.0
C2SH（C）
У—C2SH
C1.0~1.5C2SH1.0~2.5
CSH（B）
CSH（I）
C—CaO;
S—SiO2;
H——H2O，下文中A——Al2O3
可以看出：
以上水化产物主要可以分为双碱（2个C）型和单碱（1个C）型水化产物。
（1）CSH（I）
CSH（I）是硅酸盐混凝土中最主要的水化生成物之一，是一种结晶度较低的单碱水化硅酸钙，其晶体呈纤维状，结构为层状，与膨胀粘土矿物相似。
CSH（I）单矿物有较高的抗压强度；
当周围介质相对湿度降低时引起的干燥脱水使其产生较大的收缩；
在CO2作用下，分解生成高度分散的方解石，强度有较大降低。
（2）托勃莫来石（C5S6H5~9）
托勃莫来石也是硅酸盐混凝土中最主要的水化生成物，是一种结晶完好的单碱水化硅酸钙，在蒸压养护时间较长的情况下，半结晶的CSH（I）可以逐渐变成结晶良好的托勃莫来石。
托勃莫来石的结晶呈薄片状。
托勃莫来石的强度比CSH（I）低，但是，在细小晶体的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，在CO2作用下，也被分解成方解石。
但碳化后强度降低减小；
托勃莫来石的干燥收缩值比CSH（I）要小得多。
（3）C2SH2
C2SH2是碱度的水化硅酸钙，一般仅存在于蒸压条件的开始阶段，以后就分解成CSH（I）和Ca（OH）2。
它和CSH（I）一样是纤维状结构。
（4）硬硅钙石
硬硅钙石是纯纤维状结构的致密矿物，是一种含水量低的单碱水化硅酸钙，其强度低于CSH（I）与托勃莫来石，但干燥收缩值很小。
（5）双碱水化硅酸钙C2SH（A）、C2SH（B）、C2SH（C）
往往存在于蒸压开始阶段的双碱水化
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