加氣混凝土定義及分類1 定義 加氣混凝土是以鈣質材料和硅質材料為基本組分，以化學發(fā)氣方法形成多孔結構，通過蒸壓養(yǎng)護獲得強度的輕質人工石材。從宏觀物理組成看，它的大量的細小均勻的氣孔結構說明它屬于多孔混凝土一類；從它的基本組成材料和這些材料之間的水化反應及生成物來看，它屬于硅酸鹽混凝土；從它獲取強度的方法來看，它是蒸壓養(yǎng)護制品；從它的多孔結構形成的方法來看，它屬于材料組分之間通過化學反應產生氣體，及所謂“加氣”，而不是外加泡沫。因此，加氣混凝土是一種以硅鈣為主要原料，采用特殊化學發(fā)氣方法形成多孔結構的蒸壓多孔硅酸鹽混凝土。2. 分類（1）按基本組成材料分為；石灰粉煤灰加氣混凝土，石灰沙子水泥加氣混凝土；石灰硅質尾礦水泥加氣混凝土。（2）按制品烘干以后單位體積的質量（干體積密度）分為六個等級：即 300，400,500,600,700和800.目前，我國主要生產500和600級的制品。600級制品 以承重為主，兼做保溫；500級制品可作某些承重材料，也可作保溫用。有的工廠正在開展400或300級的保溫制品的研制。（3）按使用功能分為；加氣混凝土砌塊-墻體砌筑材料；加氣混凝土屋面板屋面受彎構件；加氣混凝土墻板-作為內外墻使用的板材；加氣混凝土拼裝大板-為便于機械化施工，將墻板拼裝而成的大型板材。粉煤灰加氣混凝土的結構及其形成機理粉煤灰加氣混凝土是一種多孔硅酸鹽混凝土。它是由鈣質材料與粉煤灰中的硅質和鋁質成分在水熱處理過程生成的一系列水化產物、由鋁粉發(fā)氣所形成的氣孔結構以及未反應完的原料顆粒共同組成的一個統(tǒng)一體。這種結構是由料將澆注、靜停和蒸壓養(yǎng)護等生產工序所發(fā)生的化學反應和物理變化而形成的。一、 粉煤灰加氣混凝土的結構粉煤灰加氣混凝土在生產過程中形成的結構系由氣孔和孔間壁組成。氣孔在鋁粉發(fā)氣是生成，并經蒸壓養(yǎng)護后固定在混凝土中。孔間壁系由水化產物、未反應的材料顆粒和孔間壁內的孔隙組成。1. 粉煤灰加氣混凝土的孔間壁結構（1）水化產物加氣混凝土的水化產物主要是不同結晶度的托勃莫來石、C-S-H凝膠和水化石榴石。河南建筑工程材料研究生對粉煤灰的水化產物進行了定量分析并測定相應試件的物理力學性能。（2）未反應的材料顆粒在孔間壁材料中，出水化產物外，還有一定數量的未反應顆粒。水化產物為膠結料，未反應顆粒可為骨架，形成強度。（3）孔間壁內的孔隙孔間壁的孔隙分為兩類：一類是毛細孔，孔徑在幾十微米至100 之間,體積約占總體積(體積密度為500kg/m時)的30%左右；第二類為膠孔，孔徑在100 以下，這類孔的體積只占總體積（體積密度為500kg/m時）的1%。2 粉煤灰加氣混凝土的氣孔結構體積密度為500kg/m的粉煤灰加氣混凝土，其氣孔體積約占總體積的49%，孔形為球形，孔徑約在0.2-0.8mm之間。二、粉煤灰加氣混凝土的結構形成機理粉煤灰加氣混凝土的結構是通過以下生產工序所發(fā)生的化學反應和物理變化而形成的：（1）由于料將組份間相互反應而放氣的物一化過程；（2）料將的稠化和凝結過程；（3）物料的各個組份發(fā)生水熱反應的蒸壓養(yǎng)護過程。1.料漿發(fā)氣的化學反應在粉煤灰加氣混凝土料漿中，發(fā)氣反應的產生是通過原料攪拌、澆注開始的。在攪拌機中加入粉煤灰漿、水泥、生石灰、鋁粉、水以及其他外加劑后，水泥和生石灰即發(fā)生水化反應。水泥水化時要析出 ca(oh)2 ，生石灰與水作用時也要生成 ca ，因而，加氣混凝土料漿的液相呈現堿性且迅速變成飽和溶液（ph值達12左右）。鋁粉極易與堿溶液相互作用，鋁粉與堿性飽和溶液發(fā)生反應產生氫氣，這些氫氣很少溶于水（在t=20時，1L水僅溶解氫氣0.0189L）,而且隨著溫度的升高體積增大（由0升到40時，氫氣體積增大15%），因此，必然使混合料漿發(fā)生膨脹。2.料漿膨脹、稠化、凝結的物理過程和化學反應（1）料漿發(fā)生膨脹過程料漿發(fā)氣時最初生成的氫氣立即溶解于液相中，由于氫氣的溶解度不大，溶液很快達到飽和。當達到一定的飽和度時，在鋁粉顆粒表面上形成一個或數個泡核，由于氫氣的逐漸積累，氣泡內壓力逐漸增大，當內壓力克服上層料漿對它的重力和料漿的極限剪應力之后，氣泡長大推動料漿膨脹。鋁粉與水反應產生氫氣和料漿膨脹始終處于動態(tài)平衡。料漿膨脹的動力是氣泡內的內壓力，料漿膨脹的阻力是上層料漿的重力和料漿的極限剪應力。發(fā)氣初期，鋁漿不斷產生氫氣，內壓力不斷得到補充，因而迅速膨脹。隨著石灰，水泥不斷水化，極限剪應力不斷增大，這時，鋁粉的反應仍在繼續(xù)進行，只要氣泡內的壓力繼續(xù)打壓上層料漿的重力和極限剪應力，膨脹就會繼續(xù)進行下去。當料漿迅速稠化，極限剪應力急劇增大，膨脹才會逐漸緩慢下來。當鋁粉反應結束，氣泡內不再增加內壓力，或者這種內壓力不足以克服上層料漿的重力和料漿的極限剪應力時，膨脹過程就停止了。（2）料漿的稠化過程加氣混凝土料漿失去流動性的過程稱為稠化過程。稠化是由于料漿中的石灰、水泥不斷水化，其極限剪應力不斷增大的結果。因此，料漿的稠化過程就是料漿的極限剪應力不斷增大的過程。料漿的極限剪應力隨時間而變化的曲線可以看作是料漿的稠化曲線。如果實際的稠化曲線低于正常的稠化曲線，表示料漿稠化太慢，有可能產生塌模；如果料漿稠化太快，實際的稠化曲線高于正常的稠化曲線，則有可能產生不滿模、憋氣等不正常現象。因此，加氣混凝土的稠化過程是要通過修正稠化曲線來加以調整。（3）料漿的流變特性加氣混凝土料漿是一種粘、塑、彈性組合體，其發(fā)氣、膨脹、稠化過程也是在剪切條件下發(fā)生流動和變形的過程，用流變學方法能夠直接反應料漿發(fā)氣和稠化過程的規(guī)律。加氣混凝土料漿從攪拌澆注開始至胚體硬化為止，按其結構特性可以分為以下幾個變化過程：剛形成的料漿可以看作是一種溶液粗分散體系，其流變特性接近于理想牛頓粘性體；隨后固定粒子互相碰撞，在范德華力作用下互相粘接起來，形成最初的絮凝結構，這是骨架形成階段，其流變特性具有假塑性特性；隨著水化反應的繼續(xù)進行，固相粒子形成三維的空間網絡，這時整個結構具有顯著地彈、粘塑性特征，表現出極限剪應力，這是骨架發(fā)育階段；最后結構強度明顯上升，彈塑性質比例加大，這是結構密實化階段。可以用料漿的流變特性的變化來表征加氣混凝土料漿結構的發(fā)生、發(fā)展和不斷完善的過程。(4)料漿的凝結過程和化學反應當料漿澆注入模、開始膨脹的時候，隨著放氣反應的進行，水泥和石灰也發(fā)生水化作用。當放氣完畢、膨脹結束時，料漿中的石灰質礦物膠結料仍在水化，水化產物在液相中不斷地積累起來，同時，體系中的自由水分由于水化作用的進行逐漸減少，這就使得溶液中水化產物的濃度逐漸增加，并且很快達到過飽和成膠體或析出晶體。不斷的積累使膠體聚集并使晶體成長，且形成結晶連生體，使整個系統(tǒng)具有一定的能支承自重的結構強度，即達到初凝或稠化。隨著水化繼續(xù)進行，體系結構不斷緊密，固相越來越少，當到達能抵抗相當外力作用的結構的強度時，便達到終凝。料漿達到終凝之后，水化作用在常溫下就不能再很快進行，整個料漿體系結構也就基本上穩(wěn)定成胚體。為了使料漿成為具有一定結構強度、可以進行切割的胚體，需要有一段靜置停放過程。因此，靜停過程也就是料漿凝結過程。3 胚體在蒸壓養(yǎng)護時的水熱反應石灰水泥石膏粉煤灰加氣混凝土胚體在蒸壓養(yǎng)護過程中的水熱反應狀況如下：（1）升溫階段：隨著溫度升高，Ca（OH）2與粉煤灰中的活性SiO反應生成反應較高的水化硅酸鈣，隨著SiO的不斷溶解，水泥水化 C-S-H凝膠與石灰、粉煤灰合成C-S- H等水化硅酸鈣的堿度不斷降低，開始變成半結晶的CSH(I)。與此同時，三硫型的水化硫鋁酸鈣分解成單硫型的水化硫鋁酸鈣。（2）恒溫階段：在180-200的恒溫初期，大量生成CSH(I)。在此溫度下，單硫型水化硫鋁酸鈣也無法穩(wěn)定，繼續(xù)分解成 和 ，水化鋁酸鈣和SiO2作用生成水石榴子石。隨著恒溫時間的延長，水化硅酸鈣的結晶程度不斷提高，出現托勃莫來石，進一步延長時間還可能生成其他結晶相的水化硅酸鈣。因此，蒸壓石灰水泥石膏-粉煤灰加氣混凝土中的水化產物有CSH(I)、托勃莫來石、水石榴子石，隨著恒溫壓力和養(yǎng)護時間的不同，它們的數量和結晶程度均在變化。二、 粉煤灰加氣混凝土的材料性能粉煤灰加氣混凝土雖然也稱之為“混凝土”，但與普通水泥混凝土相比，其結構和形成機理是不同的，也就具有不同的特性。普通水泥混凝土是由水泥水化生成的水化產物（凝膠），并主要依靠物理吸附力將集料膠結成整體；而加氣混凝土則主要是由氧化鈣和硅質集料表面發(fā)生化學反應生成的水化硅酸鈣和托勃莫來石結晶等將“集料殘核”膠結起來，并與鋁粉反應生成的氣孔一起形成一個整體。由于加氣混凝土這種與普通水泥混凝土的質的區(qū)別，其材料性能也有顯著的差別。1.多孔性加氣混凝土的首要性是多孔性，表征其多孔性的物理參數：（1）孔隙率 定義：包含在加氣混凝土中的孔隙的容積與材料所占的容積的百分比，稱為加氣混凝土的孔隙率。（2）體積密度 定義：加氣混凝土單位體積的重量。粉煤灰加氣混凝土的干體積密度以500kg/m。（3）氣孔的大小與分布粉煤灰加氣混凝土的材料性能不僅與氣孔數量（以孔隙率和體積密度表征）有關，而且與氣孔的大小和分布情況有關。2.力學性能（1）抗壓強度 粉煤灰加氣混凝土的抗壓強度與體積密度成線性關系，體積密度越大，抗壓強度越高。此外，含濕狀態(tài)對加氣混凝土強度的影響比普通混凝土更加顯著。絕干時，加氣混凝土抗壓強度最高，隨著吸水，強度開始急劇下降，當含水率超過15%時，強度隨含水率增大而下降的趨勢減緩，當含水率超過25%以上，強度趨于穩(wěn)定。所以，對于加氣混凝土，其強度時相當于一定含水狀態(tài)而言的。強度的基準含水率各國不盡一致，瑞典等國已氣干狀態(tài)為10%.由于發(fā)氣膨脹過程和生產工藝的影響，一般氣孔沿發(fā)氣方向呈橢圓形，這對強度也有一定影響，平行于發(fā)氣方向的抗壓強度大約為垂直方向的80%左右。（2）抗拉、抗折、抗剪強度影響抗拉、抗折、抗剪強度的因素與抗壓強度相同。（3）加氣混凝土的強度特性加氣混凝土的抗壓強度雖然偏低，但是由于其塊體尺寸較大，制品勻質性較好，強度利用系數很高，可達70%-80%，而粘土磚的強度利用系數一般只能達到30%。例如，強度為3.5MPa的加氣混凝土，其砌體強度可達2.8MPa；而強度為10 MPa的粘土磚，其砌體強度值有3.0 MPa，二者大體相當，這就是為什么強度相對偏低的加氣混凝土可以和粘土磚一樣作為多層建筑墻體承重材料的原因。作為墻體承重材料，衡量其承重能力的指標是砌體強度，而不是制品強度。黏土磚砌體的強度不僅取決于粘土磚制品的強度，還取決于灰縫材料的強度及二者粘結強度。加氣混凝土的這種強度特性，對于其推廣應用具有十分重要的意義。2. 變形性能（1） 應力-應變全曲線 全曲線分成三段，分別表現加氣混凝土在不同應力階段的變形性能。 A上升段-應力由零升至最大值加氣混凝土從開始受力后，當應力比較小時，應力一應變關系接近直線變化。應力加大后，應變增長略快，應力一應變應變關系微凸，但斜率變化不大。當接近破壞荷載時，塑性變形顯著加大，有的試件出現豎向劈裂裂縫或斜向剪切裂縫，曲線出現較大轉折而漸趨平穩(wěn)。達到最大應力時，試件開始破壞，此時的應變稱峰值應變。 B降段-應變力自最大值下降至殘余強度。下降段曲線的型狀與試件的破壞過程及破壞形態(tài)密切相關，一般有三種類型；第一種類型； 單調緩降-一般相應于斜面剪壞。第二種類型； 急降回升-一次劈裂破壞。第三種類型； 臺階式下降-多次劈裂破壞或局部剪切破壞。 C平段-應力在殘余強度上下波動，殘余強度值為0.2-0.4由于加氣混凝土內部氣孔的可壓縮性和斜面摩擦變形較大，后平段的變形量很大，最大應變可過(50-100) （2）應力-應變上升段曲線加氣混凝土棱柱體的橫向應變和縱向應變的比值，從加載開始直到破壞前，基本上保持不變。（3）加氣混凝土的靜彈性模量加氣混凝土的靜彈性模量是指根據靜荷載求出的彈性模量。（4）加氣混凝土的動彈性模量動彈性模量是指用動力學方法在很小的應力狀態(tài)與周期性交變的動荷載下測定的彈性模量。粉煤灰的動態(tài)彈性模量大于其靜力彈性模量，原因主要是做靜力彈性模量試驗時，試件受荷時間長，產生塑性變形。（5）粉煤灰加氣混凝土短期荷載變形特性在形同荷載作用下，加氣混凝土的變形較大。這在建筑應用中必須引起注意，尤其是在加氣混凝土與其他材料咬砌銜接等部位以及配筋構件中要有一定的建筑結構措施。雖然加氣混凝土彈性模量比較小，但是在受力變形過程中，彈性系數（彈性變形在總變形中所占比例）卻很大，一般均在0.9以上。這是加氣混凝土受力變形的又一重要特性。在前述應力一應變曲線中已經提到，當應力較小時應力，應力應變接近直線變化，應力加大，應變增長略快。只有當應力接近破壞荷載，塑性變形才顯著增大，出現表面裂縫。應力達到最大值時，試件立即破壞。而普通水泥混凝土的彈性系數一般只有0.2-0.7，受力時應力0.3時，就出現裂縫，可是，當達到最大應力時，試件并不破壞，只是部分混凝土退出工作，變形繼續(xù)加大，直至整個混凝土破壞。粉煤灰加氣混凝土受力變形這一重要特性在建筑工程設計時必須予以重視。（6）粉煤灰加氣混凝土長期荷載變形特性粉煤灰加氣混凝土和普通水泥混凝土一樣，是一種彈塑性材料。其變形值有彈性應變和塑性應變組成。塑性應變不僅與荷載大小有關，而且與時間有關。這種在長期荷載作用下的塑性變形成為徐變。加氣混凝土的徐變比普通水泥混凝土小，即塑性變形較小，其原因主要是普通水泥混凝土的徐變是由荷載作用引起的結晶變形和由化學過程繼續(xù)進行引起收縮的綜合結果，而加氣混凝土通過蒸壓養(yǎng)護后，化學反應進行的比較完全，投入使用后繼續(xù)進行的化學過程相當微弱。（7）含濕量變化引起的變形粉煤灰加氣混凝土和其他材料一樣，隨著含濕量的變化也會引起變形，即干燥收縮，吸濕膨脹。蒸壓養(yǎng)護后，濕度逐漸減小，制品出現收縮變形，其過程大概分為三個階段；第一階段；28d，主要是干燥過程，其收縮量占全年總收縮量的60%，同時減重。第二階段；29d-180d，主要是碳化過程，收縮量占全年總收縮量的15%，同時由于碳化而增加重量。第三階段；181d360d，占全年總收縮量的25%，主要是毛細管力和在結晶作用，重量不變。國家標準規(guī)定，加氣混凝土的干燥收縮值，有標準法測定應0.50mm/m；如果收縮值過大，收縮變形形成的應力超過了制品的抗拉強度或砌體的粘接強度，則制品或砌體接縫處將會出現裂縫。由于粉煤灰加氣混凝土抗拉強度偏低，為了防止收縮裂縫，一方面要嚴格限制制品上墻時的含水率，按規(guī)程規(guī)定，粉煤灰加氣混凝土的上墻含水率要控制在20% 下；另一方面，要采取一定的建筑和結構措施，增加抵抗裂縫的能力。 4加氣混凝土吸水導濕性由于加氣混凝土的氣孔大部分是墨水瓶結構的氣孔，肚大口小，只有少部分是水分蒸發(fā)形成的毛細孔，因此，加氣混凝土毛細管作用較差，使之具有吸水導濕緩慢的特性。（1） 整體吸水實驗方法；將10*10*10的試件侵入水下3，然后測定其吸水狀況。侵水10h，吸水量達到25%；10h以后吸水減緩；侵水13個月，最大吸水量才能達到45%，此時仍有35%左右的孔隙不能充水，即使抽真空，也才能使90%的孔隙吸水。（2） 單端吸水實驗方法；將10*10*10的試件的一端侵入水下1，然后測定其吸水高度和吸水量。實驗結果是；加氣混凝土侵水后24h，劇烈吸水，以后減緩，10d以后達到平衡。加氣混凝土的單端吸水高度為9，吸水量300g/100cm左右。與其相對比的黏土磚，吸水10h以后的單端吸水高度就超過24cm，吸水量700g/100cm以上。可見，加氣混凝土比黏土磚的吸水速度慢得多，吸水量小的多。（3） 對加氣混凝土吸水特性的分析由上述整體吸水和單端吸水狀況實驗可知，加氣混凝土和黏土磚的吸水性能有很大差異。就整體吸水性而言，在同時侵入水中72h后，二者的體積吸收率相近，大約是335%左右，但是，此時的黏土磚的孔隙都已被水充滿，而加氣混凝土還有45%的孔隙未被充滿。就單端吸水性而言，加氣混凝土的吸水速度比黏土磚慢的多，吸水量小的多。這種特性對于加氣混凝土的砌筑和抹灰有著很大影響。在抹灰前如果采用同樣方式往墻上澆水，黏土磚容易吸足水量，而加氣混凝土表面看來澆水不少，實則吸水不多。其結果是；黏土磚墻上的抹灰層可以保持濕潤，而加氣混凝土墻上的抹灰層中的水分反被加氣混凝土吸取一致產生裂縫。因此，在施工中必須針對加氣混凝土這一特性采取相應措施，而不可照抄照搬黏土磚墻抹灰的習慣施工方法。（4） 平衡含水率平衡含水率是指加氣混凝土達到熱力學上水蒸汽等溫吸附和解吸過程平衡時的含水率，是吸附和解吸的極限，不要與建筑物的實際自然含水率混為一談 。據測定，在相對濕度為30%-80%的范圍內，加氣混凝土平衡含水率只有1%-3%，而建筑物中加氣混凝土的穩(wěn)定的自然含水率在平衡含水率的范圍之內。由于加氣混凝土的平衡含水率很低，在建筑物加氣混凝土制品自然干燥后可以達到一個較低的自然含水率，這對室內自然小氣候的調節(jié)十分有利。加氣混凝土熱工性能（1） 比熱干燥的加氣混凝土的比熱大體保持為一常數Cd=0.8kj/（kgk）（2） 導熱系數導熱系數是表示加氣混凝土導熱的難易程度的物理量，以單位厚度墻體、兩側溫度為1，1h內通過1m面積所傳過的熱量來度量，單位是W/(mK)。國家標準對加氣混凝土導熱系數（干態(tài)）的規(guī)定是：體積密度B03級的導熱系數0.10W/（mK），體積密度B04級的導熱系數0.12W/（mK），體積密度B05級的導熱系數0.14W/（mK），體積密度B06級的導熱系數0.16W/（mK），體積密度B07和08級的未作規(guī)定。加氣混凝土的導熱系數與其體積密度有密切關系。加氣混凝土的導熱系數與含水率也有很大關系。溫度對加氣混