蒸壓粉煤灰磚的質量問題及解決措施

1煤灰磚的開發和利用經過幾十年的國內外大規模試驗研究和應用，煤渣（煤灰）的綜合利用已采用成熟的技術和方法。其中用于建材方面，發展新型墻體材料將煤渣、煤灰作為原材料量大面廣，適用性能好，持續性最強，既符合國家政策又具有很好的經濟和社會效益。蒸壓粉煤灰磚作為新型墻體材料愈來愈被人們所認識。該產品“吃”灰量大；外形尺寸符合現行建筑模數，便于推廣應用，強度等級范圍大，能適應作為承重和非承重墻體材料，如果生產多孔制品或采用薄層粘結砂漿還可提高墻體抗剪強度，可有效地解決以往墻體裂縫問題。隨著該產品的國家行業標準《粉煤灰磚》的頒布和各地編制了地區現行的施工規程，將更廣泛地被推廣應用，尤其是隨著“禁粘”力度的加大，2010年將限止粘土燒結多孔磚的生產和使用，蒸壓粉煤灰磚必將成為其最佳替代產品。2蒸壓磚的質量雖然蒸壓粉煤灰磚在我國已生產、應用了幾十年，但由于過去的機械裝備落后、材料配合比不盡科學、應用技術不過關使得這種磚在應用時遇到了阻力，建筑物也曾出現過不同程度的質量問題，通過調研、分析、歸納有以下原因：(1）傳統的蒸壓磚生產設備均為機械式磚機，如以往比較先進、流行各地的16孔圓盤壓磚機。其壓磚過程受壓機的機械運動制約，不可能根據坯料的特點隨時變換壓制過程，使該磚尺寸誤差較大，質量不穩定。另外傳統壓機加壓時間總計只有1s，加壓曲線對稱，在最高壓力下停留時間極短，不能排除坯體內部氣體，降低了磚的抗折強度，墻體易開裂，且易分層剝壞對建筑危害極大。(2）由于蒸壓磚是半干壓法生產，且鋼模十分光亮，從而使磚的表面比較光滑，這種光滑表面影響了磚與磚的砌筑與粘接，即墻體抗剪強度較普通粘土磚低1/3（國家標準《砌體結構設計規范》就給出了較低的抗剪強度指標），從而影響了應用。(3）由于蒸壓粉煤灰磚的主要原材料是工業廢料（渣、灰），人們往往將其與普通粉煤灰砌塊、免蒸壓粉煤灰磚相比，而用免蒸壓粉煤灰磚的建筑幾乎都難逃干縮、碳化、凍融所造成質量問題的厄運，一些蒸壓磚生產企業違背科學的管理，隨意改變制品養護制度（正常的養護制度為10～12bar，在飽和蒸氣中養護8～10h）,5、6bar、100℃左右5～6h就出釜，從而使坯體不能完成充分水化反應，未生成托勃莫來石，因此磚強度不高，房屋不耐久。(4）國家《砌體結構設計規范》雖然包括了這種磚制品，但規范條文過于宏觀，未能針對蒸壓粉煤灰磚的特點在工程應用上做出更具體的規定，因而建筑質量問題層出不窮，影響了推廣與應用。3式中：蒸壓粉碳灰粉的強度形成3.1水化硅酸鈣的形成經蒸壓養護的粉煤灰磚有良好的物理力學性能，主要原因在于石灰—粉煤灰—水蒸壓養護時水熱合成了大量的水化硅酸鹽礦物，主要是水化硅酸鈣，包括C2SH(A）、CSH(B）和托勃莫來石，尤其CSH(B）和托勃莫來石對磚的物理力學性能十分重要。蒸壓養護中，蒸汽將磚加熱并滲入到磚的孔隙中，同時也使磚中的水分溫度升高。在高溫水熱介質中，粉煤灰中的硅與溶于液相中的Ca(OH)2產生水化反應，生成水化硅酸鈣礦物，當溶液中的這些水化硅酸鈣礦物過飽和后，即成為凝膠和微晶粒子析出。隨著水化不斷進行，形成新的生成物和析出的微晶膠粒也越來越多，逐步擴展到顆粒之間的空間內，且相互交織聯結形成結晶連生體，將粉煤灰顆粒膠結起來，使磚坯變成了堅固的整體。蒸壓養護時的水熱反應，可視為三個階段進行：升溫階段溶液堿度較高，溶解于液相中的SiO2較慢較少，因此水化生成物主要是堿度較高的水化硅酸鈣，即C2SH(A)；隨著溫度升高，液相中的SiO2濃度增加，C2SH(A)已不能穩定存在，在新的條件下形成較為穩定的CSH(B)，此時是在升溫和恒溫階段；隨著溶液中SiO2濃度不斷增加，大量生成的低堿水化硅酸鈣，其結晶程度不斷提高，出現了托勃莫來石，此時蒸壓處理制度處于恒溫階段。蒸壓粉煤灰磚和蒸壓灰砂磚中，水化硅酸鈣是最主要的生成物。根據原材料的化學成分，可能還有少量水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣、水化硅酸鎂以及少量水石榴石等膠凝物質，但數量少，其強度比水化硅酸鈣低得多，在蒸壓磚中居次要地位。3.2影響水化學和產品形成的因素C/S(鈣硅比)；B/T(水料比)；蒸壓處理溫度；石膏；加壓不排氣，易發生分層剝離現象；其他宏觀方面存在的缺陷。4崔氏壓粉、煤灰磚蒸發壓保護系統4.1人造石的形成與轉化微觀試驗研究表明，蒸壓養護溫度和時間對水化產物結構的形成和轉化有著直接的關系，生成的凝膠和結晶物質把磚坯膠結成堅固的整體，從強度很低的磚坯轉變成強度很高的人造石。因此，合理的蒸壓養護制度是保證這種轉變的必要條件。4.2水化反應期磚坯養護(1）升溫將蒸壓溫度逐步上升到恒溫所需要的最高溫度，其作用一是升溫過程避免了磚坯表面和內部因溫差太大所產生的溫度應力，過大的溫差應力會使磚坯開裂；二是原材料逐步進入水化反應期。(2）恒溫階段達到升溫的最高溫度后，磚坯在規定的最高溫度下恒溫養護，這是蒸壓養護最重要的階段。劇烈的水化反應期，隨著蒸壓時間的延長，磚的強度越來越高，但強度增長速度將逐漸趨于平緩。恒溫階段應使釜內蒸汽壓保持穩定。(3）降溫恒溫階段結束，停止供汽，轉入降溫階段，要控制降溫速度，避免制品與環境的溫差和壓差太大，使磚產生裂紋。4.3最佳蒸壓制度的確定北京現代建筑材料公司生產粉煤灰磚時，蒸壓制度為：升溫2h，恒溫8h，壓力為1.0MPa，降溫2h，磚的強度等級為MU10.0和MU15.0武漢硅酸鹽制品廠蒸壓試驗：蒸養壓力由0.8MPa上升到1.0MPa，小試件抗壓強度提高30%～40%。壓力由0.8MPa上升到1.2MPa，強度幾乎提高1倍。提出最佳的蒸壓制度為：壓力1.2MPa，養護時間10～12h。蒸壓的最低壓力不小于1.0MPa。提高飽和蒸汽的壓力、延長恒溫時間可以提高磚的強度，但恒溫時間過長，磚的強度增長并不會太多，反而降低了蒸壓釜的周轉率，增加蒸汽耗熱量，所以恒溫時間不宜過長。提高蒸壓養護溫度，即提高恒溫時的飽和蒸汽壓力可以提高磚的強度等級，或者說在保證磚的強度等級情況下，提高養護溫度可以縮短蒸壓養護時間。在蒸壓釜條件許可的情況下，應采用提高飽和蒸汽壓力以縮短養護時間（主要是縮短恒溫時間）的蒸壓制度。5蒸壓粉煤灰磚的性能研究生產、應用蒸壓粉煤灰磚是粉煤灰綜合利用、實現墻體材料革新的重要途徑之一。為了使蒸壓粉煤灰磚在建筑工程中得到合理的應用與推廣，以達到應有的社會、環境和經濟效益，全國砌體結構委員會等單位曾對一些企業生產的蒸壓粉煤灰磚的材料性能及其砌體性能以及為專門適用于蒸壓粉煤灰而研制開發出的SP型專用砂漿的性能進行了大量系統的試驗，現將有關試驗研究情況綜述如下。5.1蒸壓粉碳灰磚試驗5.1.1蒸壓粉煤灰磚的強度蒸壓粉煤灰磚的抗壓、抗折強度是該磚應用的重要力學指標。根據現行國家標準《粉煤灰磚》（JC239-2001）測定蒸壓粉煤灰磚的強度指標見下表。下表為遼寧規程編制組對省內某企業產品強度抽查結果：檢測結果表明，該企業蒸壓粉煤灰磚強度高于國標水平，尤其抗折強度比標準有大幅度要求提高，對墻體防裂非常有利。5.1.2粉煤灰磚軟化系數磚的軟化系數是考察磚耐水性能的重要參數，一些地區粉煤灰磚的軟化系數一般在0.81～0.96之間，而我們在遼寧一企業測定的軟化系數為0.92，達到當前粉煤磚軟化系數的平均水平。5.1.3磚體的滲透率蒸壓粉煤灰磚的吸水性直接影響其砌筑、抹灰質量及抗凍性能。磚72h的吸水率為7.22%，這比紅磚小（紅磚吸水率為16%），所以蒸壓粉煤灰磚對砂漿的吸附性差，砌筑時應采用粘性好、吸附力強的砂漿。采用毛細管滲水測定磚的滲水性能。將磚直立于平底管容器內，事先在容器內注入凈水，使水平面保持在磚的1/3高度處（浸水高度為8mm），定時觀察。水沿著毛細管上升，以水上升高度占水平以上高度的百分率表示其滲水性。經對粘土磚、蒸壓粉煤灰磚的滲水對比試驗可知，水分透過蒸壓粉煤灰磚的速度要比普通粘土磚慢得多。同樣經10h的試驗，粘土磚可達93.75%，而蒸壓粉煤灰磚僅為21.3%～34.9%。換句話講，其抗滲性能比普通粘土磚好，究其原因，是與二種材料的孔隙結構不同有關，深入的討論有待進一步試驗研究。5.1.5優等品值與國家標準jc239-97為考察蒸壓粉煤灰磚的干燥收縮率大小，我們進行了蒸壓粉煤灰磚的干縮試驗。試驗結果表明，制品的收縮值分別為0.24mm/m和0.42mm/m，均小于國家標準（JC239-91）規定優等品為0.60mm/m的要求。根據國內其他單位測試可知，蒸壓粉煤灰磚的干縮在出釜5d內為最快，而在半個月之后趨于平緩，希望磚出釜后在廠內停放不足12d不得出廠，施工單位應嚴格控制出釜不足15d不得上墻。5.1.6質量比據檢測，某廠磚的容重分別為1700kg/m3和2039kg/m3。據廠家介紹，這是由于生產工藝變動所致，希望企業今后要做進一步的努力，調整配方，在保證質量的前提下降低容重。5.1.7磚、灰、灰的作用據檢測，該企業磚的泛霜實測為中等，磚的碳化系數為0.97。根據調查許多地區的蒸壓粉煤灰磚的碳化系數為0.7～0.85左右。眾所周知，試驗室的人工碳化試驗與磚的實際應用狀態存在很大差異。在實際應用中，磚一方面受到空氣中二氧化碳同水化物中Ca(OH)2作用形成碳酸鹽，促使其水化物分解，破壞了磚的原狀結構，使其強度降低，但從磚的碳化深度看，這個過程是相當緩慢的；另一方面粉煤灰是一種具有潛在活性的水硬性材料，磚中粉煤灰等活性組分與石灰在大氣環境中或在水介質中能繼續產生水化物，產生水化硅酸鹽礦物（SHCB）和托勃莫來石，使磚的內部結構更為密實，強度也會有所提高。這兩種過程的作用始終在進行，兩者除了相抵之外，使強度提高的過程略占優勢。調查中發現這一優勢在一些陰溝部位更為明顯，因此磚的強度一般均較穩定（有的還有所增長），所以對碳化作用造成不耐久的擔心是大可不必的。5.1.8等品指標對比據檢測，某廠蒸壓粉煤灰磚的凍融特性試驗結果相當理想，均達到優等品指標（MU15的凍后強度平均值為15.5MPa，高于標準要求的12MPa；凍后質量損失為0，而標準要求不大于2.0%），這為寒冷地區大量應用推廣蒸壓粉煤灰磚提供了質量保證。5.1.9做好同配比試驗溶液制備，將化學純H2SO4和NaOH藥物配成5%濃度的H2SO4溶液和5%的NaOH溶液。將蒸壓粉煤灰磚分別放入裝有上述液體的桶內，使溶液浸過磚面，與此同時備好同一批對比試磚，經置放30d后取出做強度試驗。結果如下：耐堿試驗：自然存放試樣強度平均值24.4MPa浸堿溶液試樣強度平均值24.96MPa耐酸試驗：自然存放試樣強度平均值23.07MPa浸堿溶液試樣強度平均值22.86MPa從試驗結果看，蒸壓粉煤灰磚在室溫條件下，在5%H2SO4和5%NaOH中浸泡30d，其力學性能不降低，但經酸液浸泡的磚，約有1.0mm左右的白色層（并未脫落），考試到安全耐久并依據國標粉煤灰磚的應用條件，也必須有一定的條件限制。5.1.1比活度和外照射指數根據遼寧省建材中心檢測部對某企業粉煤灰及蒸壓粉煤灰磚放射性檢測，結果如下：粉煤灰：鐳-226放射性物質的比活度（CRa）為96.38±Bq/kg，外照射指數為0.80，均符合國標GB6763-86的要求。蒸壓粉煤灰磚：鐳-226、釷-232、鉀-40的比活度（CRa、Crh、Ck）的CRa/350+Crh/260+Ck/4000值為0.62,CRa為47.79±5.08Bq/kg，均符合國標GB9196-88的要求。5.2蒸壓粉碳灰磚灰漿試驗5.2.1抗壓強度試驗為了對比采用普通砂漿砌筑的蒸壓粉煤灰磚砌體和用SP型專用砂漿砌筑的蒸壓粉煤灰磚砌體的受壓情況，我們進行了這兩種磚砌體抗壓強度試驗。砌體規格是240mm×370mm×720mm(12皮磚高），采用砌筑砂漿強度等級為M10、M7.5、M5。砌筑試件的同時制作了砂漿試塊，在室內自然養護28d，然后進行砌體抗壓強度試驗。試驗結果見下表：由上表可見，采用SP型專用砂漿磚砌體的抗壓強度與采用普通砂漿砌筑磚砌體的抗壓強度相接近，這就是說，選用SP型專用砂漿在于提高砌體抗剪強度。按《砌體結構設計規范》GB50003-2001給出砌體軸由抗壓強度平均值公式fm=k1f1d(H0.07f2)k2(式中k1=0.78、α=0.5、k2=1)計算所得砌體理論抗壓強度平均值見下表：由上表可見，蒸壓粉煤磚砌體的抗壓強度滿足規范對砌體抗壓強度要求，從抗壓強度角度看，按普通磚砌體強度采用是安全的。5.2.2抗剪強度與比選為了對比采用SP型專用砂漿砌筑砌體和采用普通砂漿砌筑體的沿通縫抗剪強度，我們進行了單剪試驗。采用砂漿等級分別為M10、M7.5、M5.0，在室內自然養護28d，然后進行抗剪試驗。按《砌體結構設計規范》GB50005-2001給出的粘土磚的抗剪強度平均值公式fum=0.125(f2)1/計算所得的粘土磚抗剪強度平均值fum同試驗值對比見下表：由上表可見，采用SP型專用砂漿砌筑砌體沿通縫抗剪強度高于同強度等級普通砂漿砌筑粘土磚砌體沿通縫抗剪強度的40%以上，而用普通砂漿砌筑蒸壓粉煤灰磚砌體抗剪強度低于粘土磚抗剪強度，所以采用SP型專用砂漿砌筑砌體，在設計中取普通粘土的抗剪強度是安全的。關于SP型砂漿，蒸壓粉煤灰磚砌體沿通縫剪強度的詳細試驗情況及這種砌體在低閥水平荷載作用下的恢復力特性，試驗也表明這種砌體是安全的，有足夠的強度、剛度和延性。粉煤灰磚砌體的砌筑砂漿（也可同時配套抹面砂漿）。6蒸壓粉煤灰磚的施工要點見圖3蒸壓粉煤灰磚在建筑上的推廣與應用一定要針對磚自身特點開發出與之相配套的系統應用技術，對此有以下幾點建議：(1）針對蒸壓粉煤灰磚砌體粘性差找出對策，抓緊引進專用砂漿技術，并使它成為與蒸壓磚銷售的配套材料。如前所述的將SP砂漿增效粉與水泥、砂子拌合制成能大幅提高砌體粘結性能的專用砂漿；也可走混凝土多孔磚的技術路線，將磚壓制成半盲孔磚，試驗表明這種半盲孔磚的砌體強度和整體性能得到很大的改善。這里須指出的是，設備的改進是前提，即通過合理、科學的設計，將塊型、孔型都能做到最佳，如塊高為94mm，灰縫厚度6mm，對于蒸壓磚是很容易達到的，而塊高的增加會提高磚的抗折能力，節約砂漿節能40%，對降低專用砂漿成本是很有利的（另砂漿灰縫越厚，砌體力學性能越差）。合理地設計孔型，還可以生產非承重多孔磚，這對當前建筑設計的高層及大開間趨勢更顯重要。(2）提高磚的折壓比，以減少墻體過早出現裂縫上面提到試驗磚（MU15）的折壓比為3.2/15=0.21，比燒結粘土磚的0.167(2.5/1.5)大，與煤渣磚的性能相當。有的企業生產的蒸壓粉煤灰磚較低，約為0.15。須指出，磚的抗折強度是一項極為重要的物理力學指標，抗折強度低則墻體易過早開裂。眾所周知，在荷載作用下所有的墻在破壞時幾乎均以墻體沿半磚處豎向開裂并垮塌而告終，豎向裂縫的形成則全在于磚的抗折強度不足，所以要從配方，工藝上想辦法，盡力提高磚的抗折強度，否則抗壓強度再高，對建筑質量也是無濟于事，要克服只注重抗壓不注重抗折的誤區。(3）為保證砌體質量，施工時要嚴格按《砌體工程施工經驗規范》）（GB50203-1998）操作，主要有以下幾點:(1)由于該磚具有吸水滯后的特性，使吸水狀況不能滿足隨澆隨砌的施工要求。為保證質量，須提前澆水，并保證磚的含水率在10%左右，同時也要準備雨天防水措施。(2)蒸壓粉煤灰磚早期干縮較大，為了避免收縮對建筑物的不良影響，一定要強調出釜的存放期，建議不少于12d。(3)對于蒸壓粉煤灰磚墻體的開裂，除提高制品強度、提高折壓比采用專用砂漿外，還應在適當的部位（門、窗、洞口等）適當設置鋼筋（或網片），也可設置薄型鋼筋混凝土現澆帶，以克服應力集中區的開裂。(4)合理設置圈梁，減少伸縮縫間距，以減少裂縫產生。(4）及早編制專門的應用技術標準，并加大推廣力度。7在煤灰磚中的應用進入21世紀以來，我國在蒸壓粉煤灰磚的生產與應用方面上了一個新的臺階，在充分借鑒國外先進經驗的基礎上，我國在制磚裝備方面打了一個翻身仗。國內最新開發生產的HF1100t液壓壓磚機是國內建材制造設備的重大突破。該成套設備完全克服并解決了機械磚機的種種弊端：(1)可根據坯料隨時變換壓制過程以達到成型過程的最優化，加壓時間延長到4s。(2)壓力曲線呈非對稱性，磚機能根據物料特性自動調節成型曲線。(3)電子計算機終端可把每塊磚的成型參數和坯體厚度都打印出來；另外實現了加壓過程的多次排氣，提高了磚的抗壓強度及耐久性。(4)解決了我國30年來一直未能解決的液壓壓機及配套機械碼拿磚坯問題。(5)新成套設備采用強制性下料，使布料更加均勻；實現了加壓排氣，消除了制品的層裂；由左右二個油缸推動上下運動，實現了脫模和雙向加壓；利用PLC觸摸式自動控制系統，可自動檢測磚厚，且具有各種故障的報警功能；自動夾坯裝置性能可靠，每次夾碼64塊標磚，按程序碼放。隨著機械裝備的技術創新，我國蒸壓粉煤灰磚應用技術也有了長足進步。目前新的工藝技術已解決蒸壓磚表面光滑、抗剪強度偏低等問題。只要我們嚴格按科學規律抓好生產過程的每一個環節，科學控制配合比，注意養護制度，強化企業成本等各項管理，就一定能為社會提供真正意義的變廢為寶的好產品。8分析市場和產品競爭力8.1蒸壓粉煤灰磚的利用前景(1）新型蒸壓粉煤灰磚，以其自身特有的性能（強度高、尺寸精確、性能穩定、價格低廉等），及與最新技術的配套，能使蒸壓粉煤灰磚建筑的質量得到有利保障，綜合效果明顯優于其他墻體結構建筑。而目前大量應用的粉煤灰砌塊、免蒸粉煤灰磚也將喪失原有的市場。通過宣傳、推廣，蒸壓粉煤灰磚一定會得到社會的認可。(2）近年來，粉煤灰磚的銷售價格也非常看好，今年粉煤灰磚銷售價格又呈現上漲趨勢，標準磚的出廠價達到0.20元（不含運費），多孔磚（240×175×115）的出廠價達到0.50元（不含運費）。8.2原料與原料規劃蒸壓粉煤灰磚生產成本低，價格便宜，材料來源廣，使用性能良好，滿足建筑要求。成本與售價均低于粘土實心磚。蒸壓粉煤灰磚具有明顯價格優勢，市場競爭力較強。8.3．復合體制在使用上能夠通過材性選擇、墻體構造設計，適應各種強度等級承重及非承重墻體設計需要，已有配套材料保證該建筑體系的有效實施。鑒于以上特點，該產品具有較強的市場潛力和競爭能力。隨著新技術、新材料不斷發展，今后除要依靠產品優勢參與競爭外，還要在工藝技術、市場營銷和降低成本上下功夫。8.4粘土實心磚我國火力發電每年排放粉煤灰高達1.6億t以上，占用大量土地，而粘土實心磚每年生產4000億塊標磚，消耗大量土地和燃煤。如果采用粉煤灰和灰渣作為骨料生產節能新型墻體材料，將大大降低能源消耗，減少對大氣的污染，有利于國家經濟可持續發展和企業經濟效益的提高。9灰渣、石膏、灰渣蒸壓粉煤灰磚的主要原材料包括：(1）粉煤灰：符合JC409-91《硅酸鹽建筑制品用粉煤灰》標準。(2）灰渣：燒失量10%～25%，破碎后粒徑<5mm。(3）石灰：符合JC/T621-1996《硅酸鹽制品用生石灰》標準。(4）石膏：符合JC/T622—1996《石膏》標準。(5）砂：符合JC409-91標準。10技術和流程10.1“液壓磚機”采用當今國內先進液壓制磚設備，生產線自動化程度高，工藝技術先進，產品質量好、性能優，生產效率大幅度提高，成本也會隨之降低，這樣我們的產品將會在質量、成本等方面占有很大優勢