蒸压粉煤灰砖属硅酸盐制品,目前其产品质量由行业标准《粉煤灰砖》(JC239—2001)评定,但该标准并没有像水泥混凝土制品的墙材标准那样,以引用标准的形式,对其混凝土制备工艺作出明确规定。如国家标准《轻集料混凝土小型空心砌块》(GB/T 15229),引用了行业标准《轻骨料混凝土技术规程》(JC51),使其条文成为 GB/T 15229 的条文,那么生产轻集料混凝土小型空心砌块的混凝土的制备,包括原材料品质、配合比、搅拌、养护等工艺过程,就应符合行业标准JC51 的规定,从而可使小砌块的产品质量得到保证。
然而,行业标准《粉煤灰砖》中,仅就原材料的质量提出要求,对粉煤灰硅酸盐混凝土的制备,包括配合比和拌制工艺等并没有作出规定,加之行业标准《粉煤灰砖》为适应蒸养粉煤灰砖的需要,所规定的技术指标偏低,尤其以耐久性能最为突出。因此,有些生产企业只追求产品质量满足标准的技术要求,原料配合比、混凝土拌制工艺和养护制度等的随意性较大,成型设备落后,使所生产的产品性能低劣,质量参差不齐,更有甚者一些企业为片面追求利润,违背科学规律任意加大粉煤灰掺量(有的高达 90%),唯利废而利废,导致其产品质量不能满足建筑应用要求,在工程应用中出现不同程度的质量问题,引起一定的反响,其中最突出的问题是:
(1)墙体裂缝问题;
(2)局 部 墙体耐久性问题。究其工程质量问题的原因,应该说是多方面的,但蒸压砖自身产品质量问题是其主要影响因素,该问题若不解决,势必将制约蒸压粉煤灰砖在工程中的推广和应用,也将制约蒸压粉煤灰砖的可持续发展。通过一些大专院校、科研院所和企业的不懈努力,在引进先进的生产设备——双面多次排气加压液压压砖机,进行消化吸收使之国产化,并对工艺技术进行改造,通过改进技术和配方,正确选择原材料,调整原料颗粒级配,加强各个生产工艺环节的质量控制,严格执行高压蒸汽养护制度,使产品质量有了较大幅度的提高
粉煤灰砖以粉煤灰、石灰或水泥为主要原料,掺加适量石膏和集料经坯体制备、压制成型、高压或常压蒸汽养护或自然养护而成的实心砖。通过对概念的对比,我们可以发现粉煤灰砖在原料和工艺上有其独特的特征,相比于蒸压灰砂砖,粉煤灰砖的硅质材料为更具活性的粉煤灰,所以其养护方式不仅仅限于蒸压养护,更加灵活,并且其耐久性也更好。
相比于混凝土砖,两者虽然都含有水泥,但是粉煤灰砖水泥含量较少,其作用除了胶结作用,主要是激发粉煤灰的活性,而混凝土砖中,水泥的作用主要是其胶结作用,所以要求含量较高;在骨料方面,粉煤灰砖主要采用砂子,而混凝土砖中需要添加粗骨料,相比之下,粉煤灰砖生产的地域适应性更强,同时还可以利用大量的粉煤灰,因此,其发展前景也更加广阔。由于自然养护的粉煤灰砖生产周期长,耐久性差,所以在生产中,主要选择常压蒸汽和高压蒸汽两种养护方式,其中采用常压蒸汽养护的粉煤灰砖称之为蒸养粉煤灰砖,采用高压蒸汽养护的砖称之为蒸压粉煤灰砖。蒸养粉煤灰砖和蒸压粉煤灰砖虽然同为粉煤灰砖,但两者还存在以下几点不同:
(1) 养护设备不同:蒸汽养护设备比较简单,但以牺牲生产效率为代价。蒸养粉煤灰砖的养护多在养护室或养护池中进行,养护室和养护池一般有钢筋混凝土砌筑,蒸养管多位于养护室底部。养护车在轨道上行驶,可由人工推入或由卷扬机引入,由于养护池在连续高温条件下服役期较短,所以蒸汽养护多为间歇作业。蒸压砖的养护设施则为密闭的金属高压容器——高压蒸养釜和蒸养车,并在高压蒸养釜端口处设置好运输轨道、由卷扬机引入蒸养车来完成。
(2) 养护的饱和压力和温度不同:蒸养养护通常采用的是常压蒸汽养护,饱和蒸汽绝对压力为0.1MPa,温度最高可达95~100°C。高压蒸养釜的蒸汽绝对压力为9~14个大气压(0.9MPa-1.4MPa),正常工作温度可相应达到174.5~194.1°C。
(3) 养护后生成的水化产物不同:在蒸汽养护下,水化产物为水化硅酸钙,其结晶度随养护时间的增加而提高,少量石膏的掺入可以促进水热反应增加水化产物数量,在一定程度上提高结晶度,并有水化硫铝酸钙形成。蒸压养护和蒸汽养护的最大差别,在于高温高压下,处于结晶状态下的SiO2和Al2O3在高温条件下溶解,与水化硅酸钙生成托勃莫来石。对于托勃莫来石类的水化生成物,其结晶度对制品的性能有着重要的影响,水化物的数量增多,晶体得到了合理的匹配,从而提高了制品强度,降低了制品的干燥收缩和碳化收缩。
(4)应用范围不同:由于蒸养砖的耐久性较低,所以使用范围相对较窄,主要用于一般建筑。在国家的重点工程和基础设施建设以及该建筑物长期处于干湿交替状态等恶劣环境下,应优先选用高压蒸养砖。由此可见,尽管蒸压粉煤灰砖生产工艺相对复杂,但是其大大激发了原材料的潜能,因此有着优越的综合性能。我国对蒸压粉煤灰砖的研究和生产开始与20世纪60年代初,主要目的是利用工业生产中的粉煤灰,主要技术途径是移植蒸压灰砂砖。1965年由原建筑工程部立项投资,原东北建筑设计院设计在武汉青山建厂,用青山发电厂湿排粉煤灰浆做原材料建设蒸压粉煤灰砖生产线,于1968年投产,砖的出釜容重1400~1600kg/m3,抗压强度10~15MPa,抗折强度2.3~4.0MPa。
在原电力部大力支持、配合下,蒸压粉煤灰砖进入了第一个发展期,至20世纪80年代初先后建成159条蒸压粉煤灰砖生产线,分布于全国各发电厂周围[8 ]。但是进入90年代,不少生产线陆续停产、转产,企业数量迅速减少。粉煤灰砖发展受阻的主要原因有以下几点:
(1)生产难度大成品率低,其主要原因是粉煤灰中的气体不易排出,在压力成型时,胚体容易产生裂纹。
(2)粉煤灰砖产品收缩较大,为避免墙体开裂,生产后不能马上使用,影响了周转速度和生产效率。
(3)粉煤灰砖产品吸水率较高抗冻性较差。可以说耐久性不好是制约粉煤灰砖发展及应用的重要瓶颈。
(4)粉煤灰砖生产成本略高于粘土实心砖,加上传统烧结黏土砖性能稳定,人们在使用中更倾向于后者。(5)研究缺乏系统性。关于粉煤灰砖的研究长期以来处于头痛医头、脚痛医脚的状态。缺乏系统的理论研究,甚至没有相关的国家生产标准和规范。这也是导致粉煤灰砖发展缺乏后劲的重大原因
成型压力对粉煤灰砖性能的影响由于粉煤灰砖水泥含量少,而常温下粉煤灰不具有胶结性能,必须采用压制成型。较大的成型压力可以使颗粒较好的粘结在一起,获得较高的密实度,从而获得较高的强度,所以成型压力是粉煤灰砖的一个重要参数。
养护制度对粉煤灰砖性能的影响蒸汽养护,是决定粉煤灰砖性能的一个重要的生产环节。蒸汽养护过程包括四个阶段,即静停阶段、升温阶段、保温阶段、降温阶段。
(1)静停阶段蒸汽养护中温度分布不均会导致试件内部产生温度应力,水蒸汽在试件内部迁移也会引起应力,另外,原材料中某些成分会在高温养护过程中发生体积膨胀现象。这些都会对粉煤灰砖基体造成损失,产生裂纹,影响粉煤灰砖的综合性能。所以,为了降低蒸养工艺中的这些不利影响,粉煤灰砖养护前需要要在常温下停放一段时间以获得一定的强度。静停时间的长短主要受到外部环境、粉煤灰砖原料配比以及升温速度等因素共同影响。如果静停时间过短,那么粉煤灰砖在蒸汽养护之前得不到足够的强度,但是如果静停时间过长,不但对综合性能提高不大,而且增加对停放场所的需求,降低生产效率
(2)升温阶段升温过程对粉煤灰砖的结构强度及综合性能至关重要。要选择与粉煤灰砖养护前初始强度相适应的升温速度,如果升温速度过快,初始强度不足以抵抗蒸汽养护过程中的过大应力,将导致试件开裂,影响综合性能。
(3)保温阶段保温是粉煤灰砖硬化和强度增长的主要阶段。保温阶段的主要控制参数是保温温度和保温时间。在某一范围内,制品的强度及其内部水化程度随着温度的升高和保温时间的延长而增加。但是两者都存在最佳值,超过这个最佳值,强度会出现降低。温度过高或保温时间过长,会使水化产物中具有高强度的水化硅酸钙向托勃莫来石转变,从而偏离了水化产物具有最佳强度时的相组成。另外由于粉煤灰砖的内应力,当保温时间超过最佳值时,强度会出现“锯齿”状波动。
(4)降温阶段粉煤灰砖的强度主要通过保温阶段粉煤灰的水化反应活动。到保温结束时,粉煤灰砖已经获得了较高的抗压强度。但是如果降温速度过快,粉煤灰砖会由于温度分布不均而产生不均匀的形变,并在内部产生较大的拉应力。从而使粉煤灰砖内部产生微裂缝,影响综合性能
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