泡沫混凝土砌塊屬性的界定

根據(jù)行業(yè)標準jct1062-2007年“泡沫混凝土砌塊”定義的“泡沫混凝土砌塊”和一些數(shù)據(jù)定義的“泡沫混凝土砌塊”屬性，人們認為，這些材料在目前的信息中被報道，或在各種媒體上宣傳。事實上，它們中的大多數(shù)是硅酸鹽（混凝土）產(chǎn)品，即“泡沫硅酸鹽塊”。由于許多生產(chǎn)采用自然保護，產(chǎn)品質(zhì)量較差，實際應(yīng)用不足。業(yè)內(nèi)專家撰文指出:“特別是泡沫混凝土砌塊,雖然已出臺了行業(yè)標準,但至今沒有規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用的產(chǎn)品。昆明、南昌等地先后建設(shè)的一批大型泡沫混凝土砌塊生產(chǎn)線,由于制品后期干縮大,墻體裂縫,都已倒閉”。本文擬就“泡沫混凝土砌塊”的屬性進行探討,以利于采用科學合理的工藝技術(shù),生產(chǎn)“泡沫混凝土砌塊”,促進“泡沫混凝土砌塊”科學健康發(fā)展。1泡沫混凝土斑塊的定義在《墻體材料手冊》(于2005年由建材工業(yè)出版社出版)一書中明確:“泡沫混凝土砌塊可分為水泥泡沫混凝土砌塊(也稱水泥基泡沫混凝土砌塊)和硅酸鹽泡沫混凝土砌塊(也稱石灰基泡沫混凝土砌塊),前者主要以水泥為膠凝材料,后者則以石灰為主要膠凝材料。”顯然,書中對泡沫混凝土砌塊的屬性,是屬于水泥泡沫混凝土砌塊(或稱泡沫水泥混凝土砌塊),還是硅酸鹽泡沫混凝土砌塊(或稱泡沫硅酸鹽混凝土砌塊)的劃分,是以膠凝材料是否采用水泥和水泥摻量的多少來劃分的。2007年發(fā)布的國家行業(yè)標準《泡沫混凝土砌塊》(JC/T1062),對泡沫混凝土砌塊的屬性,亦是按上述原則確定。JC/T1062規(guī)定的“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)護而成的輕質(zhì)多孔混凝土砌塊,也稱發(fā)泡混凝土砌塊?！币运嗷砻髌涫且运酁橹饕z凝材料的泡沫水泥混凝土砌塊。而將實為鈣質(zhì)材料的石灰,不是作為膠凝材料,而是作為摻合料出現(xiàn)在JC/T1062“5.3摻合料”一節(jié)中,以此進一步表明JC/T1062所定義的“泡沫混凝土砌塊”是水泥混凝土制品。在一些資料中亦采用上述方法界定“泡沫混凝土砌塊”的屬性,如將水泥-粉煤灰-石灰型、水泥-礦渣-石灰-石膏型、水泥-粉煤灰-砂-石灰型、水泥-砂-石灰型,均定義為泡沫水泥混凝土,即水泥混凝土制品,其理由應(yīng)該是以水泥為主要膠凝材料。因此,得出的結(jié)論是:“目前市場上生產(chǎn)的泡沫混凝土砌塊主要是水泥基泡沫混凝土砌塊”。顯然,目前對泡沫混凝土砌塊屬性的界定,是以是否摻水泥和水泥摻量的多少來確定的,缺乏科學依據(jù)。如生產(chǎn)水泥-礦渣-砂加氣混凝土砌塊,42.5級普硅水泥摻量為18%～20%,不摻石灰,可謂以水泥為主要膠凝材料,如按JC/T1062的規(guī)定,應(yīng)為水泥混凝土制品,然而國家標準《墻體材料術(shù)語》(GB/T18968)和《硅酸鹽建筑制品術(shù)語》(GB/T16753),并沒有依據(jù)是否摻加水泥和水泥摻量的多少,來界定水泥-礦渣-砂加氣混凝土砌塊的屬性,而是采用科學的方法,看其水化產(chǎn)物的組成,均明確其為硅酸鹽(混凝土)制品。又據(jù)由浙江科學技術(shù)出版社1993年出版的全國“星火計劃”叢書《免燒磚制造方法與建筑施工》一書中介紹,免燒磚是利用不適于種田的泥土、砂以及粉煤灰、尾礦等各種工業(yè)廢渣為主要原料,經(jīng)粉碎,摻入少量水泥(摻量一般為8%～12%)及微量外加劑,再加適量水混合攪拌、壓制成型,自然養(yǎng)護一定時間而成。書中明確指出,其就是一種以粘土或粉煤灰、尾礦等一些工業(yè)廢渣為硅質(zhì)材料,以水泥為鈣質(zhì)材料的,自養(yǎng)硅酸鹽混凝土磚。以泡沫混凝土砌塊是否摻水泥和水泥摻量的多少,來界定其屬性,極易造成誤導,會讓人們將實屬硅酸鹽制品的泡沫硅酸鹽混凝土砌塊,誤認為是水泥混凝土制品——泡沫水泥混凝土砌塊,按JC/T1062的規(guī)定,可采用自然養(yǎng)護工藝進行生產(chǎn),而使泡沫混凝土砌塊的質(zhì)量低劣。2凝土和聚合物混凝土的區(qū)別如上所述,泡沫水泥混凝土砌塊和泡沫硅酸鹽混凝土砌塊的孔間壁,分別由水泥混凝土和硅酸鹽混凝土構(gòu)成,若辨別泡沫混凝土的屬性,即辨別其是水泥混凝土制品還是硅酸鹽混凝土制品,為此,就應(yīng)明確什么是泡沫水泥混凝土砌塊和泡沫硅酸鹽混凝土砌塊,并應(yīng)了解水泥混凝土和硅酸鹽混凝土之間不同的特征,下面就此進行討論。2.1孔間壁混凝土的組成泡沫混凝土是一種多孔混凝土,同加氣混凝土一樣,其結(jié)構(gòu)包括孔壁的組成及孔結(jié)構(gòu)。它的各種物理力學性能不僅取決于泡孔間壁基體材料的性能,也取決于其復雜的孔結(jié)構(gòu)。泡沫混凝土作為一種高氣孔含量的材料,其氣孔結(jié)構(gòu)對性能更起著決定性的作用。泡沫混凝土的孔壁組成,與一般常用的水泥混凝土或硅酸鹽混凝土一樣,是由水泥或硅-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,也是使泡沫混凝土具有一定的物理力學性能的成因。因此,泡沫混凝土的各種物理力學性能取決于孔間壁基體材料的性能,其屬性亦取決于基體材質(zhì),而材質(zhì)的好壞與其屬性和生產(chǎn)工藝密切相關(guān)。當泡沫混凝土孔間壁基體混凝土,是以水泥為膠凝材料,或以適量摻合料,如粉煤灰取代部分水泥的混凝土,則孔間壁基體混凝土為水泥混凝土,由其構(gòu)成的泡沫混凝土應(yīng)稱作泡沫水泥混凝土。當孔間壁是以硅質(zhì)材料和鈣質(zhì)材料為膠凝材料,水化生成以水化硅酸鈣為主要水化產(chǎn)物的混凝土,則孔間壁基體混凝土為硅酸鹽混凝土,由其構(gòu)成的泡沫混凝土即為泡沫硅酸鹽混凝土。其中硅質(zhì)材料有:粉煤灰、礦渣粉、硅灰等;鈣質(zhì)材料有:水泥、石灰、電石渣和鋼渣等。2.2粉煤灰混凝土的概念如前述,泡沫水泥混凝土,其孔間壁的材質(zhì)是以水泥或以適量摻合料,如粉煤灰取代部分水泥為膠凝材料的水泥混凝土。當以粉煤灰取代部分水泥的水泥混凝土,依據(jù)國家標準《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GBJ146)的規(guī)定,可稱作粉煤灰混凝土。對于粉煤灰混凝土的性能以及對其有哪些要求,有很多人并不十分了解。因此,在討論養(yǎng)護制度對水泥混凝土性能的影響前,應(yīng)對其加以介紹。2.2.1粉煤灰混凝土的性能要求《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GBJ146)、《粉煤灰在混凝土和砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ28)規(guī)定了“粉煤灰混凝土”的定義:“摻入一定量粉煤灰的水泥混凝土”,并規(guī)定了粉煤灰的技術(shù)要求,適用范圍、取代水泥的最大限量、摻用方法以及粉煤灰混凝土的各項性能指標和配合比設(shè)計。2.2.1.粉煤灰質(zhì)量指標及等級國家標準《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596),將拌制混凝土和砂漿的粉煤灰分為三個等級,Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級。國家現(xiàn)行標準GB/T1596、GBJ146和JGJ28所規(guī)定的粉煤灰主要質(zhì)量指標以及不同等級粉煤灰的適用范圍見表1。要求拌制混凝土和砂漿用粉煤灰應(yīng)符合表1中的技術(shù)要求。用于生產(chǎn)墻體材料的水泥混凝土基本為素混凝土,因此,生產(chǎn)混凝土小型砌塊、多孔磚、空心磚和實心磚可采用Ⅲ級及以上的粉煤灰。由于泡沫混凝土具有較高的孔隙率,孔間壁是其物理力學性能的載體,泡沫混凝土完全依靠孔間壁的支撐作用產(chǎn)生強度,是其強度的主要來源。為保證泡沫混凝土具有較高的強度,則孔間壁基體應(yīng)為高強混凝土,即要大于C40,因此,生產(chǎn)泡沫混凝土宜采用Ⅱ級及以上的粉煤灰,且宜為干灰。2.2.1.不同的品種和用量對于生產(chǎn)水泥混凝土塊體材料所需要的高強混凝土和中、低強度混凝土,粉煤灰取代水泥的最大限量見表2。首先,從表2可見,高強混凝土粉煤灰取代水泥的最大限量,顯著低于中、低強度混凝土,這是出于滿足混凝土高強度、高性能的需要。其次,隨著硅酸鹽系列水泥品種的不同,粉煤灰取代水泥的最大限量,亦有明顯的不同,這是由于除硅酸鹽水泥以外的其他水泥中,摻有不同品種和數(shù)量不等的混合材(硅質(zhì)材料),使得水泥中鈣質(zhì)成分減少,從而影響到粉煤灰的允許摻量。對于中、低強度混凝土粉煤灰取代水泥的最大限量的規(guī)定,不僅是要發(fā)揮粉煤灰的基本效應(yīng)(形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)、微集料效應(yīng)),而且更為重要的,是要使水泥結(jié)石中存在足夠的水泥結(jié)石穩(wěn)定、混凝土耐久的物質(zhì)基礎(chǔ)和標志性礦物——Ca(OH)2,維持Ca(OH)2在液相中始終處于飽和狀態(tài),以使粉煤灰混凝土具有好的耐久性。同一品種水泥,由于生產(chǎn)廠家、批次的不同,其混合材品種、摻量亦有所不同,加之作為摻合料的不同的粉煤灰之間品質(zhì)千差萬別,因此,粉煤灰的適宜摻量或最佳摻量,應(yīng)通過試驗加以確定,且應(yīng)符合GBJ146關(guān)于粉煤灰取代水泥的最大限量的規(guī)定。2.2.1.粉煤灰摻加的用量國家標準(GBJ146)第4.1.3條中,規(guī)定了“混凝土中摻用粉煤灰,可采用等量取代法、超量法和外加法”等三種摻用方法。其中以超量法摻加粉煤灰的為最常用,下面僅就超量取代法作以簡要介紹。粉煤灰摻量超過取代的水泥量,超量的粉煤灰取代部分細集料。超量取代的目的是增加混凝土中膠結(jié)料的數(shù)量,以補償由于粉煤灰取代水泥而造成的混凝土強度降低。超量取代法可使粉煤灰混凝土的強度達到不摻粉煤灰的混凝土的強度。粉煤灰的超量取代系數(shù)(粉煤灰摻量與取代水泥量的比值),須滿足表3的規(guī)定。2.2.1.復合混凝土原料的制備正確、合理地在混凝土中應(yīng)用粉煤灰,用粉煤灰的基本效應(yīng)來調(diào)整、補充和提高水泥膠凝材料的功能,可改善和提高混凝土性能、提高工程質(zhì)量、節(jié)省水泥、降低混凝土成本和節(jié)約資源等。JGJ28規(guī)定粉煤灰混凝土標養(yǎng)28d的抗壓強度不應(yīng)低于基準混凝土的設(shè)計強度等級,其標準強度、設(shè)計強度、彈性模量和熱工指標的取值,按普通或輕骨料混凝土的有關(guān)規(guī)程的規(guī)定取值。其收縮、徐變、抗凍性等與基準混凝土相同。以此亦表明,粉煤灰混凝土屬于水泥混凝土。中國建筑材料科學研究總院王武祥,進行水泥-粉煤灰-泡沫-水原料體系泡沫混凝土試驗研究:“在早期,粉煤灰?guī)缀醪话l(fā)生火山灰反應(yīng),因此隨粉煤灰摻量增加,混凝土抗壓強度降低。表現(xiàn)為摻加粉煤灰的泡沫混凝土試塊脫模時間長,低絕干密度泡沫混凝土表現(xiàn)極為明顯。隨著泡沫混凝土養(yǎng)護齡期增加,粉煤灰火山灰作用和水泥水化反應(yīng)的促進作用,以及粉煤灰微集料效應(yīng),摻加適量粉煤灰的泡沫混凝土抗壓強度可以達到和超過純水泥泡沫混凝土(也稱泡沫水泥)。”在所進行的研究中,采用普通硅酸鹽水泥,分別對Ⅲ級干排粉煤灰摻量為0、10%、20%、30%、40%和50%的泡沫混凝土的性能進行了試驗研究,表明粉煤灰適宜摻量為20%?！霸囼炑芯拷Y(jié)果表明,在水泥-粉煤灰-泡沫-水原料體系泡沫混凝土中,粉煤灰占有適當比例,將有助于提高泡沫混凝土強度,而且可降低成本,降低收縮率,提高抗裂性”。又如四川省非金屬復合與功能材料重點實驗室,采用拉法基42.5R水泥和Ⅰ級粉煤灰,進行的粉煤灰摻量對泡沫混凝土抗壓強度影響的試驗研究表明:“隨著粉煤灰摻量的增加,泡沫混凝土的抗壓強度先增大后降低(見圖1),當粉煤灰摻量為30%時,泡沫混凝土28d抗壓強度最大(6.0MPa),隨后抗壓強度逐步降低,這與普通混凝土的特性差別不大?！北砻?“適量的粉煤灰可以有效提高泡沫混凝土的強度,當粉煤灰摻量大于30%以后,由于漿體中堿含量不足,粉煤灰水化不充分,導致制品強度降低,且摻量越大,強度降低越多。”2.2.2混凝土膠凝材料水泥混凝土及其制品在不同的養(yǎng)護制度下,膠凝材料的水化反應(yīng)速度存在較大差異,隨著養(yǎng)護溫度的升高,硅酸鹽的溶解度增大,水化反應(yīng)加速。對硅酸鹽水泥Ca(OH)2析出量及結(jié)合水量的測定表明,80℃蒸養(yǎng)與20℃時的水化過程相比,水化反應(yīng)速度加速了5倍。100℃時加速了9倍。但水化進行過程中的總規(guī)律未發(fā)生根本變化,所生成的水化產(chǎn)物基本相同。無論是普通混凝土,還是輕集料混凝土,或粉煤灰混凝土,其膠凝材料,均可生成四種以上既有低堿的又有高堿的不同類型和不同C/S的水化硅酸鈣凝膠C-S-H及Ca(OH)2結(jié)晶為主的水化產(chǎn)物,另外還有鈣礬石即三硫型水化硫鋁酸鈣和單硫型水化硫鋁酸鈣的固溶體以及其他產(chǎn)物。所不同的僅僅是由于水泥中混合材或混凝土中以粉煤灰取代水泥量的不同,所含Ca(OH)2結(jié)晶的量有所不同。所形成的堅硬石狀體稱為水泥結(jié)石,其中Ca(OH)2結(jié)晶是水泥結(jié)石穩(wěn)定和水泥混凝土耐久的物質(zhì)基礎(chǔ)和標志性礦物,而使水泥混凝土具有良好的耐久性能。因此,對于水泥混凝土及其制品,包括泡沫水泥混凝土,無論采用自然養(yǎng)護,還是采用蒸汽養(yǎng)護,對其性能的影響不大,均可滿足使用要求。故水泥混凝土塊體材料國家現(xiàn)行標準《普通混凝土小型空心砌塊》(GB8239)、《輕集料混凝土小型空心砌塊》(GB15229)、《混凝土實心磚》(GB/T21144)、《非承重混凝土空心磚》(GB/T24492)、《承重混凝土多孔磚》(GB25779)等,均未對其所定義的塊體材料應(yīng)采用哪一種養(yǎng)護制度提出明確要求。2.3采用不同的保護系統(tǒng)處理硅酸鹽混凝土及其水化產(chǎn)物和性能2.3.1膠結(jié)料及混凝土制品依據(jù)國家現(xiàn)行有關(guān)標準的規(guī)定,硅酸鹽混凝土可表述為:用硅質(zhì)材料和鈣質(zhì)材料,以一定的工藝方法,在自然或人工水熱合成條件下反應(yīng)生成以水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣為主要膠結(jié)料的人造石,用其生產(chǎn)的建筑制品則為硅酸鹽混凝土制品,簡稱硅酸鹽制品。國家標準《墻體材料術(shù)語》(GB/T18968)對硅質(zhì)和鈣質(zhì)材料均明確規(guī)定:硅質(zhì)材料:“以SiO2為主要成分的材料。在一定條件下,能與Ca(OH)2反應(yīng)生成以水化硅酸鈣為主的膠結(jié)料。”硅質(zhì)材料主要有:粉煤灰、粒化高爐礦渣、沸騰爐渣、煤矸石、尾礦等等。鈣質(zhì)材料:“以CaO為主要成分的材料。水化后能與SiO2反應(yīng)生成以水化硅酸鈣為主的膠結(jié)料?！扁}質(zhì)材料有:水泥、石灰、電石渣、鋼渣等。2.3.2膠凝材料的性能硅酸鹽混凝土的養(yǎng)護制度有自然養(yǎng)護、常壓蒸汽養(yǎng)護和高壓蒸汽養(yǎng)護之分。隨養(yǎng)護制度的不同,膠凝材料的水化產(chǎn)物和結(jié)晶度有明顯的不同,對混凝土的性能有顯著影響?，F(xiàn)以粉煤灰為硅質(zhì)材料,以普通硅酸鹽水泥和石灰為鈣質(zhì)材料的粉煤灰硅酸鹽混凝土為例,討論硅酸鹽混凝土,在不同養(yǎng)護制度下的水化產(chǎn)物。2.3.2.水泥摻量法caoh2的水化反應(yīng)在粉煤灰-水泥-石灰硅酸鹽混凝土中,水泥的摻加可使混凝土及其制品具有早期強度,從而可實現(xiàn)自然養(yǎng)護(這是生產(chǎn)粉煤灰免燒、免蒸磚的基礎(chǔ)條件),摻加石灰是為了減少水泥的摻量,降低產(chǎn)品成本,并用石灰水化生成的Ca(OH)2,補充因水泥摻量減少水化生成的Ca(OH)2不足,以與粉煤灰繼續(xù)發(fā)生二次水反應(yīng),生成更多的水化產(chǎn)物,滿足制品形成所需性能的需要。最終的水化產(chǎn)物中,由水泥水化生成的水泥結(jié)石穩(wěn)定、混凝土耐久的物質(zhì)基礎(chǔ)和標志性礦物——Ca(OH)2晶體不復存在。最終泡沫混凝土的孔間壁基體材料的主要水化生成物,是結(jié)晶差的CSH(Ⅰ)和水化硅酸鈣凝膠,還有水化鋁酸鹽、鈣礬石、單硫型水化硫鋁酸鈣等。2.3.2.托勃莫來石的合成由于水化硅酸鈣系列產(chǎn)物中的托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石英砂需在130℃～175℃濕熱條件順利合成,在蒸養(yǎng)條件下,無論是提高混凝土的堿度,還是延長蒸養(yǎng)時間,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,粉煤灰——水泥——石灰硅酸鹽混凝土,在蒸養(yǎng)條件下,水化產(chǎn)物有CSH(Ⅰ)、水化硅酸鈣凝膠、鈣礬石、單硫型水化硫鋁酸鈣和結(jié)晶度極差的水石榴石等。2.3.2.利用白砂糖進行水化反應(yīng)上述制品,在高壓蒸汽養(yǎng)護條件下,不僅粉煤灰中的活性SiO和活性Al2O3可與石灰充分地進行水化反應(yīng)。而且以石英硅和莫來石狀態(tài)存在的SiO,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)合進行水化反應(yīng)?？商岣咚a(chǎn)物的數(shù)量和結(jié)晶度,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,有結(jié)晶良好的硬硅鈣石和托勃莫來石生成,促進抗碳化性能良好的水化石榴子石形成,而具有較高的結(jié)晶度。當具有合理的配料、合理的蒸壓養(yǎng)護制度,粉煤灰-水泥-石灰硅酸鹽混凝土的水化產(chǎn)物將處于多相平衡狀態(tài),硬硅鈣石、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并具有合適的比例平衡存在。2.3.3泡沫聚合物的養(yǎng)護制度如上所述,硅酸鹽混凝土的膠凝材料在不同的養(yǎng)護制度下,有著不同的水化產(chǎn)物,不同的水化產(chǎn)物具有不同的物理力學性能,因此,不同的養(yǎng)護制度對泡沫硅酸鹽混凝土及其制品的物理力學性能有著重要影響。2.3.3.聚合物cs混凝土的晶體結(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,主要有結(jié)晶度較差的呈纖維狀的Ⅰ型水硅酸鈣CSH(Ⅰ),其具有較高的抗壓強度,是硅酸鹽混凝土中最主要的水化產(chǎn)物之一,是對強度貢獻最大的水化產(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,亦是硅酸鹽混凝土最主要的水化產(chǎn)物,其強度比CSH(Ⅰ)低,但是,當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,其強度比單一CSH(Ⅰ)試件高出約一倍。另外,硬硅鈣石收縮小抗折強度高。因此,從上述不同養(yǎng)護制度的水化產(chǎn)物可以看出,蒸壓制品與蒸養(yǎng)和自養(yǎng)制品相比,具有高的抗壓和抗折強度,表3對硅酸鹽磚的實驗數(shù)據(jù)可對此作出證明。2.3.3.水石榴石組成暴露于大氣中的硅酸鹽材料,經(jīng)常受到空氣中的碳酸氣、濕氣的作用,即碳化作用,而導致硅酸鹽材料的結(jié)構(gòu)和物理力學性質(zhì)的變化。實驗研究表明,托勃莫來石碳化6個月后強度提高40%,CSH(Ⅰ)碳化6個月強度下降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SiO2可取代兩個H2O。水石榴石的組成與水熱處理溫度有關(guān),溫度愈高,其組成中含有SiO2的程度愈高,抗碳化性能隨之增高。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,生成的水化石榴石,抗碳化性能遠不如蒸壓條件下的。在自養(yǎng)條件水石榴石的結(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,碳化后密實度減小,強度急劇降低。單硫型水化硫鋁酸鈣則相反,碳化后密實度增加,強度大幅度提高。另外,科學研究和實踐表明,高堿性水化硅酸鈣的碳化穩(wěn)定性要比低堿性的高;單硫型水化硫鋁酸鈣(含12個結(jié)晶水)的碳化穩(wěn)定性要比三硫型水化硫鋁酸鈣(含32個結(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)的則比自然養(yǎng)護的要高。因此,上述硅酸鹽制品在不同養(yǎng)護制度下膠凝材料的水化產(chǎn)物組成可知,自然養(yǎng)護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。2.3.3.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)外,還與水化產(chǎn)物組成密切相關(guān),亦可以說與養(yǎng)護制度有關(guān)。科學研究表明,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:硬硅鈣石(C6S6H)>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,由表1可以看出,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。工程實踐表明:墻體材料的抗凍性能低劣是導致砌體劣化的主要原因,甚至直接威脅建筑的安全。為了強化墻體材料的抗凍性能要求,以適應(yīng)我國寒冷及嚴寒地區(qū)的工程應(yīng)用,《墻規(guī)》對不同地區(qū)墻體材料的抗凍性能指標作出明確規(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、嚴寒地區(qū)為F50。材料的抗凍性指標的高低,不僅能評價材料的應(yīng)用,尤其是在在寒冷及嚴寒地區(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,如養(yǎng)護制度不到位,生產(chǎn)過程中的水化反應(yīng)不徹底,將導致塊體材料的抗凍性能降低,這將成為墻體劣化的重要原因之一,甚至直接威脅建筑的安全,此類工程事故已為數(shù)不少。2.3.3.托勃莫來石和水石榴石硅酸鹽混凝土及其制品的干燥收縮不僅與硅酸鹽混凝土的密實度有關(guān),亦與硅酸鹽混凝土膠凝材料的水化產(chǎn)物組成密切相關(guān)。武漢理工大學針對不同的水化產(chǎn)物,對硅酸鹽混凝土及制品干燥收縮的影響進行了試驗研究,托勃莫來石和水石榴石含量對干燥收縮的影響見圖2和圖3,CSH(I)含量對干燥收縮的影響見圖4。從圖2、3和4可以看出:水化產(chǎn)物中托勃莫來石和水石榴石含量與收縮值呈線性負相關(guān),CSH(I)含量與收縮值成正比。結(jié)晶度極差的水化硅酸鈣凝膠(C-S-H凝膠)膠體體積的28%為凝膠孔,孔中吸附有大量水分,水分干燥失水引起體積收縮,是導致墻體干縮變形和產(chǎn)生裂紋的主要原因之一。由于自然養(yǎng)護和常壓蒸汽養(yǎng)護的硅酸鹽制品,都不存在結(jié)晶良好的托勃莫來石和水石榴石,因此,非蒸壓養(yǎng)護的硅酸鹽制品,抵抗干縮變形的能力遠不如蒸壓制品。2.3.3.試驗結(jié)果及分析通過前面不同養(yǎng)護制度下硅酸鹽制品的水化產(chǎn)物及其對物理力學性能的影響可知,蒸壓硅酸鹽混凝土及其制品的各項物理力學性能要顯著好于自養(yǎng)和蒸養(yǎng)制品。其原因在于粉煤灰硅酸鹽制品在蒸壓條件下,其水熱合成反應(yīng)的溫度不低于174.5℃,不僅活性SiO2,而且石英和莫來石晶體也參與同CaO的反應(yīng),使水化產(chǎn)物的數(shù)量增多,且生成強度高、結(jié)晶穩(wěn)定的水化硅酸鈣系列礦物,主要以托貝莫來石晶相存在,晶膠比得到了合理匹配。制品中的托勃莫來石晶相很重要,不僅對強度有益,且對抵抗收縮和提高抗碳化、抗凍性能具有重要作用,又由于有抗碳化性能良好的水化石榴石,因此,提高了制品的強度和抗凍、抗碳化等性能,降低了制品的干燥收縮和碳化收縮,而使其具有獨特的優(yōu)越性,這也就是蒸壓硅酸鹽混凝土制品與蒸養(yǎng)或者說非蒸壓硅酸鹽混凝土制品的重要差別。下面給出的實驗研究結(jié)果可對此作出進一步的證明。表4和圖5給出了高壓蒸汽養(yǎng)護和常壓蒸汽養(yǎng)護以及高壓蒸汽養(yǎng)護的養(yǎng)護時間相同壓力不同時,硅酸鹽磚的力學性能及干燥收縮的實驗結(jié)果。從表4和圖5試驗結(jié)果可看出:采用高壓蒸汽養(yǎng)護的硅酸鹽制品的物理力學性能和干燥收縮性能要明顯好于常壓蒸汽養(yǎng)護的制品;采用高壓蒸汽養(yǎng)護,在相同的養(yǎng)護時間條件下,隨著養(yǎng)護壓力的提高,磚的抗壓、抗折強度隨之提高,干燥收縮值隨之降低。用常壓蒸汽養(yǎng)護的硅酸鹽磚經(jīng)8h恒溫養(yǎng)護抗壓強度只有91.6kgf/cm2,兩個月的干燥收縮值高達1.26mm/m,而用15kgf/cm2高壓蒸汽養(yǎng)護4h干燥收縮值降到了0.2mm/m,抗壓強度達219.4kgf/cm2?？茖W研究和實踐表明,只有采用高壓蒸汽養(yǎng)護的硅酸鹽混凝土墻材制品,包括泡沫硅酸鹽混凝土墻材制品的物理力學、耐久和干燥收縮性能才能滿足建筑工程質(zhì)量和安全的需要。2.4硅質(zhì)-碳酸鈣水質(zhì)材料的水化產(chǎn)物綜上所述,水泥混凝土和硅酸鹽混凝土的區(qū)別,在于它們的膠凝材料的水化產(chǎn)物具有顯著差異,且為保證硅酸鹽制品的質(zhì)量,包括泡沫硅酸鹽混凝土砌塊,應(yīng)采用高壓蒸汽養(yǎng)護。水泥混凝土膠凝材料的水化產(chǎn)物,是以既有低堿的又有高堿的不同類型和不同C/S的水化硅酸鈣凝膠C-S-H及結(jié)晶和半結(jié)晶的Ca(OH)2為主要的水化產(chǎn)物。其中Ca(OH)2是混凝土耐久的物質(zhì)基礎(chǔ)和標志性礦物。硅酸鹽混凝土硅質(zhì)-鈣質(zhì)膠凝材料的水化產(chǎn)物,無論鈣質(zhì)材料,是采用“石灰”,還是采用“水泥”,均以低堿度的水化硅酸鈣系列產(chǎn)物為主要水化產(chǎn)物。因此,我們可以通過混凝土膠凝材料的水化產(chǎn)物,特別是有、無混凝土耐久的物質(zhì)基礎(chǔ)和標志性礦物——Ca(OH)2,來區(qū)分和辨別是水泥混凝土還是硅酸鹽混凝土以及由它們制成的塊體材料。不應(yīng)以膠凝材料是采用水泥還是采用石灰來區(qū)分和辨別。簡單而直觀的方法,看其粉煤灰摻量是否符合國家現(xiàn)行有關(guān)標準的規(guī)定。正確的辨別泡沫混凝土砌塊的屬性,有利于正確的選擇生產(chǎn)工藝,尤其是養(yǎng)護工藝,對于泡沫硅酸鹽混凝土砌塊的生產(chǎn)尤為重要。3多孔混凝土斑塊的制備行業(yè)標準JC/T1062-2007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)護而成的輕質(zhì)多孔混凝土砌塊,也稱發(fā)泡混凝土砌塊。”適用于墻體及保溫隔熱使用。3.1泡沫混凝土的生產(chǎn)用于保溫隔熱的砌塊,其體積密度宜不大于300kg/m3、導熱系數(shù)(干態(tài))應(yīng)不大于0.08W/(m·K),其孔隙率可達85%,強度等級應(yīng)不小于A0.5(平均抗壓強度不小于0.5MPa)。從而孔間壁較薄且應(yīng)有高的強度。為此,孔間壁基體材質(zhì)就應(yīng)采用高強混凝土,膠凝材料應(yīng)采用硅酸鹽水泥或普硅水泥,同時可按國家標準JGJ146之規(guī)定,以粉煤灰為摻合料取代部分水泥,可改善或提高孔間壁基體材料——混凝土的性能,包括降低干體積密度、提高保溫性能等,孔間壁的基體材料即為水泥混凝土,以此,制成的泡沫混凝土砌塊即為泡沫水泥混凝土砌塊或稱水泥泡沫混凝土砌塊,可采用自然養(yǎng)護亦可采用蒸汽養(yǎng)護。據(jù)有關(guān)資料介紹,國外泡沫混凝土及其制品的生產(chǎn),采用水泥、砂和發(fā)泡劑為主要原材料,同時還可以加入一定量的粉煤灰、尾礦粉等工業(yè)廢棄物,經(jīng)過配比、計量、攪拌混合而成。制品生產(chǎn)工藝簡便,原材料取材廣泛且不必深加工,不必高溫高壓蒸養(yǎng),規(guī)格多樣,容重、強度等質(zhì)量指標任意可調(diào),質(zhì)輕、抗壓和抗折強度高、吸水率低、收縮率低、保溫隔熱降噪阻燃性能好、抗凍融性能好,可流動(現(xiàn)場)生產(chǎn),砌筑施工方便。3.2孔間壁混凝土摻合料從JC/T1062規(guī)定了體積密度等于大于B07級的泡沫混凝土砌塊的干燥收縮率,表明B07級及以上的泡沫混凝土砌塊可用于砌筑墻體,其孔隙率約為50%～65%,顯著低于保溫隔熱用砌塊,而具有較厚的孔間壁。其孔間壁基體混凝土,無論摻或不摻集料都需要增加水泥的摻量,為節(jié)約水泥降低成本,則會摻入大量的摻合料,如摻入按JC/T1062規(guī)定的的摻合料:粉煤灰和石灰。另外,所見到的許多生產(chǎn)和試驗研究泡沫混凝土砌塊的配方中,均摻有JC/T1062規(guī)定的“摻合料”石灰。那么,以硅酸鹽水泥-粉煤灰-石灰為原料的泡沫混凝土砌塊的屬性,是水泥混凝土還是硅酸鹽混凝土?為此,有必要了解其膠凝材料的水化反應(yīng)過程及產(chǎn)物。3.2.1產(chǎn)于硅酸鹽水泥水化反應(yīng)3.2.1.硅酸二鈣/c-cs-c2s3和3-o硅酸三鈣(C3S)和硅酸二鈣(β-C2S),在硅酸鹽水泥中約占75%,是硅酸鹽水泥中最主要的礦物成分。硅酸三鈣的水化反應(yīng)如下:硅酸二鈣(β-C2S)水化反應(yīng)的主要特點與C3S類似。C3S和β-C2S生成鈣硅比C/S為1.4～1.9,且具有膠凝作用的水化硅酸鈣凝膠C-S-H及Ca(OH)2。由于C-S-H具有很大的內(nèi)表面積,結(jié)構(gòu)細致而緊密,對水泥石的強度起主要作用。水化硅酸鈣凝膠能夠膠結(jié)分散的粉煤灰顆粒材料,形成不可逆膠化和硬化,從而使泡沫混凝土具有早期強度,可實現(xiàn)自然養(yǎng)護。3.2.1.次水化反應(yīng)水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2將與粉煤灰中的活性SiO2和Al2O3,在堿性環(huán)境中在石膏等激發(fā)劑的作用下發(fā)生二次水化反應(yīng),反應(yīng)式如下:由式(2)生成的鈣硅比C/S為0.8～1.4的低堿水化硅酸鈣凝膠C-S-H,其在自養(yǎng)條件下的水化產(chǎn)物,主要是結(jié)晶度極差的C-S-H和CSH(Ⅰ)微晶。3.2.1.低堿水化硅酸鈣凝膠的制備隨著水化反應(yīng)的進行,溶液堿度降低,由硅酸三鈣和硅酸二鈣水化生成的C/S為1.4～1.9的高堿水化硅酸鈣,就會發(fā)生水化分解為C/S為0.8～1.4的低堿水化硅酸鈣凝膠C-S-H,并析出Ca(OH)2。析出的Ca(OH)2則重復式(2)的二次水化反應(yīng)過程,生成低堿水化硅酸鈣凝膠。高堿水化硅酸鈣轉(zhuǎn)化的低堿水化硅酸鈣凝膠C-S-H和新生成的水化硅酸鈣凝膠C-S-H,有利于泡沫混凝土強度的提高。3.2.2次水化反應(yīng)摻加石灰就是要讓石灰參與水化反應(yīng),其首先進行如下的水化反應(yīng):石灰水化反應(yīng)生成的Ca(OH)2,其目的不是要進行如下的碳化反應(yīng):使Ca(OH)2結(jié)晶連生體與CaCO3結(jié)晶相互交織,最終使硬化的石灰漿具有強度。而是自然而然的參與與粉煤灰中活性SiO2和Al2O3的二次水化反應(yīng),如式(2)、(3)所示,生成具有膠凝作用的低堿水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣,可進一步提高泡沫混凝土的強度。顯然,石灰的加入是作為鈣質(zhì)材料,補充水泥摻量的不足,以期生成所需要的具有膠凝作用的水化產(chǎn)物。亦可以說,水泥水化生成的Ca(OH)2,在與粉煤灰進行二次水化反應(yīng)時消耗殆盡,需要用石灰水化生成的Ca(OH)2加以補充,繼續(xù)與粉煤灰進行二次水化反應(yīng),生成以水化硅酸鈣為主要水化產(chǎn)物的混凝土。上述水化反應(yīng)過程,充分表明,以水泥-粉煤灰(或其他硅質(zhì)材料)-石灰為原料的泡沫混凝土的孔間壁基體混凝土中,由水泥水化生成的水泥結(jié)石穩(wěn)定、混凝土耐久的物質(zhì)基礎(chǔ)和標志性礦物——Ca(OH)2,由于粉煤灰等硅質(zhì)材料的大量摻入已不復存在,因此,不再是水泥混凝土,而成為以水化硅酸