对国家标准《墙体材料应用统一技术规范》强制性条文 “墙体不应采用非蒸压加气混凝土制品”的解读 李庆繁 （辽宁省墙材工业协会 辽宁 抚顺 113008） 摘 要：本文首先就何谓非蒸压加气混凝土制品作了说明，进而对泡沫混凝土作了简要介绍，对泡沫混凝土及其制品 的发展的历程及存在的问题进行了讨 论。介绍了国家现行泡沫混凝土制品的产品标准对其存在问题作了对比说明，并就其所命名的产品实为泡沫硅酸盐制品进行了论述，以及不同的养护制度对产品性能 的重要影响进行了论证，以解读国家标准GB 50574强制性条文“墙体不应采用非蒸压加气混凝土制品”，建议，应开展蒸压泡沫混凝土制品生产技术的研 究，加快调整泡沫混凝土墙材制品的产品结构。 关键词：国家标准 强制性条文 解读 认真贯彻 调整 产品结构 4 墙体不应采用非蒸压加气混凝土制品——免蒸压泡沫混凝土制品 目前，生产泡沫混凝土制品，为了适应国家节能减排、节约资源能源政策的大力推行，以及发展低碳经济的总体战略要求，大量利用粉煤灰、矿渣粉等工业废渣，并掺加钙质材料——石灰取代部分水泥，以降低成本。如行业标准JC/T 1062《泡沫混凝土砌块》和国家标准《蒸压泡沫混凝土砖》送审稿中，关于原材料的规定中，尽管将石灰定义为掺合料，但并不能改变石灰同水泥一样作为钙质材料，并同水泥一样具有相同作用的本质。因此，均属硅酸盐混凝土制品。 4.1 泡沫混凝土的结构及物理力学性能形成原理 生产泡沫混凝土制品的泡沫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与养护后的混凝土结构，包括孔结构及孔壁的组成。 与一般硅酸盐混凝土一样，泡沫混凝土的孔壁组成，是由硅质材料与钙质材料在自然或人工水热合成条件下反应生成的一系列水化产物和数量决定的，也是使泡沫混凝土具有一定的物理力学性能的成因。 泡沫混凝土的孔结构，不仅有如同一般硅酸盐混凝土那样的微孔结构，还有有泡沫在料浆中形成的气孔，这对泡沫混凝土的物理力学性能有着极大的影响。 4.1.1 泡沫混凝土的结构 1 泡沫混凝土的孔间壁结构 孔间壁是泡沫混凝土的基本材料在水的作用下，经养护后形成的人造石，它的组成为水化产物、未水化的材料颗粒和混合水形成的孔隙。 1）水化产物 泡沫混凝土的水化产物和一般硅酸盐混凝土相似，随着养护制度的不同，胶凝材料的水化产物和结晶度有明显的不同，致使其性能有显著差异，亦即泡沫混凝土的性能与水化产物和结晶度密切相关。硅酸盐混凝土的水化产物，总的来说：是以低碱度的水化硅酸钙系列产物为主，还有水化铝酸钙（C3AH6）、水石榴石（C3ASnH6-2n）、钙矾石即三硫型水化硫铝酸钙（3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）和单硫型水化硫铝酸钙（3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O）等水化产物。 2）未反应的材料颗粒 以一定数量的未反应颗粒构成骨架，水化产物做为胶结料，包裹在未反应颗粒表面并填充其空隙构成混凝土整体。 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的与均匀、尺寸愈小，则泡沫混凝土强度愈高。 4.1.2 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——泡沫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，现以粉煤灰做为硅质材料的水泥——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，从而使泡沫硅酸盐混凝土具有早期强度，这是泡沫硅酸盐混凝土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，并需要由石灰水化生成的Ca(OH)2，参与二次水化反应，增加水化产物数量。提高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多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，蒸养粉煤灰制品，随着水热养护过程的延长，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，不同的养护制度对泡沫硅酸盐混凝土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对硅酸盐砖的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部分的被SiO2取代而形成的，其中一个SiO2可取代两个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，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外，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) 因此，由表1可以看出，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，抗干缩能力就越好。 有关研究表明，在充分水化的蒸压粉煤灰制品的硅酸盐石中，水化硅酸钙系列产物中，结晶良好的托勃莫来石、硬硅钙石和水石榴石晶体约占40%左右，而使蒸压粉煤灰砖具有较高的结晶度。而水化充分的自然养护和常压蒸汽养护的胶凝材料，水化生成的水化硅酸钙系列产物由于反应温度低，没有结晶良好的托勃莫来石、硬硅钙石，而是以水化硅酸钙凝胶胶体为主。在水化硅酸钙凝胶胶体所占据的空间中，有约为凝胶体积28%的凝胶孔，这些孔中吸附有大量的水，这种水分干燥时极易失去，当这些凝胶脱水时，而引起体积缩小，制品收缩，是导致墙体干缩变形和产生裂纹的主要原因之一。 因此，根据蒸压、蒸养和自养粉煤灰硅酸盐制品的水化产物组成可知，自然养护制品抵抗干燥收缩变形的能力不如蒸养制品，更不如蒸压制品。 表9给出了高压蒸汽养护和常压蒸汽养护以及高压蒸汽养护的养护时间相同压力不同时，对硅酸盐砖的力学性能及干燥收缩的实验结果。 表9 不同蒸压制度对砖物理力学性能和干燥收缩性能的影响
从表3试验结果可看出：采用高压蒸汽养护的硅酸盐砖的物理力学性能和干燥收缩性能要明显好于常压蒸汽养护的制品；采用高压蒸汽养护，在相同的养护时间条件下，随着养护压力的提高，砖的抗压、抗折强度随之提高，干燥收缩值随之降低。以此，表明硅酸盐砖的养护制度对其物理力学性能和干燥收缩性能有重要影响。 4.2 小结 综上所述，随着泡沫硅酸盐混凝土及其制品养护制度的不同，水化产物的矿物组成有明显的不同，使蒸压粉煤灰制品与非蒸压制品相比，有许多独特的优点，特别在综合耐久方面，是非蒸压制品不可比拟的。粉煤灰在蒸压工艺条件下，进行水热合成反应时的温度不低于174.5℃，不仅活性SiO2，而且石英和莫来石晶体也参与与氧化钙的反应，使水化产物的数量增多，更重要的是生成了强度较高、结晶较稳定的水化硅酸钙系列矿物，主要以托贝莫来石晶相存在，晶胶比得到了合理匹配，制品中有托勃莫来石晶相存在很重要，它不仅对强度有好处，而且对抵抗收缩和提高抗碳化、抗冻性能都是非常有用的，同时生成了抗碳化性能良好的水化石榴子石，从而提高了制品强度和抗冻、抗碳化等性能，降低了制品的干燥收缩和碳化收缩，而使其具有独特的优越性，这也就是蒸压加气混凝土制品与蒸养或者说非蒸压加气混凝土制品的重要差别。也正是由于目前的泡沫混凝土砌块大都采用非蒸压养护，致使产品质量低劣。 因此，墙体不应采用非蒸压加气混凝土制品——免蒸压泡沫混凝土制品。 5 大力开展蒸压泡沫硅酸盐混凝土制品的生产技术研究加快调整产品结构 利用泡沫混凝土生产墙材制品，尚属刚刚起步，其中泡沫混凝土砌块的生产不尽人意，有关专家曾撰文指出：“我国泡沫混凝土大部分为自然养护，产品质量差，实际应用不多。特别是泡沫混凝土砌块，虽然已出了行业标准，但至今没有规模化生产应用的产品。昆明、南昌等地先后建设的一批大型泡沫混凝土砌块生产线，由于制品后期干缩大，墙体裂缝，都已倒闭。目前，国内小企业手工作坊式生产泡沫混凝土砌块正在各地推广，质量很难保证，后期干缩不能解决，告戒大家且不可盲从。”令人深思。 为什么泡沫混凝土砌块的质量会如此低劣？原因应该是多方面的，其中采用非蒸压养护制度是重要原因之一，而采用非蒸压养护制度，与行业标准JC/T 1062将其视为水泥混凝土制品，而明确可自然养护不无关系。另外，如前所述，行业标准JC/T 1062所规定的技术指标，明显低于国家标准《墙体材料应用统一技术规范》（GB 50574）和《蒸压加气混凝土砌块》（GB 11968）的规定，而使技术门槛过低，难以生产质量符合建筑工程要求的产品。 这里还需要说明的是，国家标准《蒸压泡沫混凝土砖》（送审稿），为了满足生产的需要，所制定的技术指标过低，如强度等级为MU3.5的砖，其允许的密度等级为B11～B13，显著高于国家标准GB 11968要求MU3.5的加气混凝土砌块，允许的密度等级优等品为B05，合格品也只有B06的规定。另外，轻集料混凝土强度等级为LC5.0的，要求的干表观密度应为750 kg/m3～850kg/m3。其它各项技术指标亦明显低于国家标准GB 50574的规定。 总之，目前对泡沫混凝土制品生产技术的研究，还远不如蒸压加气混凝土制品那样深入，最为突出的是密度等级和强度等级没有确切的对应关系，产品标准中没有对此作出规定，使得产品的轻质、高强、高保温性能难以保证。为了认真贯彻国家标准GB 50574，建议，应大力开展蒸压泡沫混凝土制品生产技术的研究，加快调整泡沫混凝土墙材制品的产品结构，提高泡沫混凝土制品的产品质量，以发挥泡沫混凝土及其制品在墙材革新与建筑节能中的重要作用。   更多行业信息 新型砂浆网：http://www.maor.cn/ 保温工程网：http://www.bwgcw.com/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
