蒸压粉煤灰砖的质量问题及解决措施

蒸压粉煤灰砖的质量问题及解决措施

1煤灰砖的开发和利用经过几十年的国内外大规模试验研究和应用，煤渣（煤灰）的综合利用已采用成熟的技术和方法。其中用于建材方面，发展新型墙体材料将煤渣、煤灰作为原材料量大面广，适用性能好，持续性最强，既符合国家政策又具有很好的经济和社会效益。蒸压粉煤灰砖作为新型墙体材料愈来愈被人们所认识。该产品“吃”灰量大；外形尺寸符合现行建筑模数，便于推广应用，强度等级范围大，能适应作为承重和非承重墙体材料，如果生产多孔制品或采用薄层粘结砂浆还可提高墙体抗剪强度，可有效地解决以往墙体裂缝问题。随着该产品的国家行业标准《粉煤灰砖》的颁布和各地编制了地区现行的施工规程，将更广泛地被推广应用，尤其是随着“禁粘”力度的加大，2010年将限止粘土烧结多孔砖的生产和使用，蒸压粉煤灰砖必将成为其最佳替代产品。2蒸压砖的质量虽然蒸压粉煤灰砖在我国已生产、应用了几十年，但由于过去的机械装备落后、材料配合比不尽科学、应用技术不过关使得这种砖在应用时遇到了阻力，建筑物也曾出现过不同程度的质量问题，通过调研、分析、归纳有以下原因：(1）传统的蒸压砖生产设备均为机械式砖机，如以往比较先进、流行各地的16孔圆盘压砖机。其压砖过程受压机的机械运动制约，不可能根据坯料的特点随时变换压制过程，使该砖尺寸误差较大，质量不稳定。另外传统压机加压时间总计只有1s，加压曲线对称，在最高压力下停留时间极短，不能排除坯体内部气体，降低了砖的抗折强度，墙体易开裂，且易分层剥坏对建筑危害极大。(2）由于蒸压砖是半干压法生产，且钢模十分光亮，从而使砖的表面比较光滑，这种光滑表面影响了砖与砖的砌筑与粘接，即墙体抗剪强度较普通粘土砖低1/3（国家标准《砌体结构设计规范》就给出了较低的抗剪强度指标），从而影响了应用。(3）由于蒸压粉煤灰砖的主要原材料是工业废料（渣、灰），人们往往将其与普通粉煤灰砌块、免蒸压粉煤灰砖相比，而用免蒸压粉煤灰砖的建筑几乎都难逃干缩、碳化、冻融所造成质量问题的厄运，一些蒸压砖生产企业违背科学的管理，随意改变制品养护制度（正常的养护制度为10～12bar，在饱和蒸气中养护8～10h）,5、6bar、100℃左右5～6h就出釜，从而使坯体不能完成充分水化反应，未生成托勃莫来石，因此砖强度不高，房屋不耐久。(4）国家《砌体结构设计规范》虽然包括了这种砖制品，但规范条文过于宏观，未能针对蒸压粉煤灰砖的特点在工程应用上做出更具体的规定，因而建筑质量问题层出不穷，影响了推广与应用。3式中：蒸压粉碳灰粉的强度形成3.1水化硅酸钙的形成经蒸压养护的粉煤灰砖有良好的物理力学性能，主要原因在于石灰—粉煤灰—水蒸压养护时水热合成了大量的水化硅酸盐矿物，主要是水化硅酸钙，包括C2SH(A）、CSH(B）和托勃莫来石，尤其CSH(B）和托勃莫来石对砖的物理力学性能十分重要。蒸压养护中，蒸汽将砖加热并渗入到砖的孔隙中，同时也使砖中的水分温度升高。在高温水热介质中，粉煤灰中的硅与溶于液相中的Ca(OH)2产生水化反应，生成水化硅酸钙矿物，当溶液中的这些水化硅酸钙矿物过饱和后，即成为凝胶和微晶粒子析出。随着水化不断进行，形成新的生成物和析出的微晶胶粒也越来越多，逐步扩展到颗粒之间的空间内，且相互交织联结形成结晶连生体，将粉煤灰颗粒胶结起来，使砖坯变成了坚固的整体。蒸压养护时的水热反应，可视为三个阶段进行：升温阶段溶液碱度较高，溶解于液相中的SiO2较慢较少，因此水化生成物主要是碱度较高的水化硅酸钙，即C2SH(A)；随着温度升高，液相中的SiO2浓度增加，C2SH(A)已不能稳定存在，在新的条件下形成较为稳定的CSH(B)，此时是在升温和恒温阶段；随着溶液中SiO2浓度不断增加，大量生成的低碱水化硅酸钙，其结晶程度不断提高，出现了托勃莫来石，此时蒸压处理制度处于恒温阶段。蒸压粉煤灰砖和蒸压灰砂砖中，水化硅酸钙是最主要的生成物。根据原材料的化学成分，可能还有少量水化铝酸钙、水化硫铝酸钙、水化硅酸镁以及少量水石榴石等胶凝物质，但数量少，其强度比水化硅酸钙低得多，在蒸压砖中居次要地位。3.2影响水化学和产品形成的因素C/S(钙硅比)；B/T(水料比)；蒸压处理温度；石膏；加压不排气，易发生分层剥离现象；其他宏观方面存在的缺陷。4崔氏压粉、煤灰砖蒸发压保护系统4.1人造石的形成与转化微观试验研究表明，蒸压养护温度和时间对水化产物结构的形成和转化有着直接的关系，生成的凝胶和结晶物质把砖坯胶结成坚固的整体，从强度很低的砖坯转变成强度很高的人造石。因此，合理的蒸压养护制度是保证这种转变的必要条件。4.2水化反应期砖坯养护(1）升温将蒸压温度逐步上升到恒温所需要的最高温度，其作用一是升温过程避免了砖坯表面和内部因温差太大所产生的温度应力，过大的温差应力会使砖坯开裂；二是原材料逐步进入水化反应期。(2）恒温阶段达到升温的最高温度后，砖坯在规定的最高温度下恒温养护，这是蒸压养护最重要的阶段。剧烈的水化反应期，随着蒸压时间的延长，砖的强度越来越高，但强度增长速度将逐渐趋于平缓。恒温阶段应使釜内蒸汽压保持稳定。(3）降温恒温阶段结束，停止供汽，转入降温阶段，要控制降温速度，避免制品与环境的温差和压差太大，使砖产生裂纹。4.3最佳蒸压制度的确定北京现代建筑材料公司生产粉煤灰砖时，蒸压制度为：升温2h，恒温8h，压力为1.0MPa，降温2h，砖的强度等级为MU10.0和MU15.0武汉硅酸盐制品厂蒸压试验：蒸养压力由0.8MPa上升到1.0MPa，小试件抗压强度提高30%～40%。压力由0.8MPa上升到1.2MPa，强度几乎提高1倍。提出最佳的蒸压制度为：压力1.2MPa，养护时间10～12h。蒸压的最低压力不小于1.0MPa。提高饱和蒸汽的压力、延长恒温时间可以提高砖的强度，但恒温时间过长，砖的强度增长并不会太多，反而降低了蒸压釜的周转率，增加蒸汽耗热量，所以恒温时间不宜过长。提高蒸压养护温度，即提高恒温时的饱和蒸汽压力可以提高砖的强度等级，或者说在保证砖的强度等级情况下，提高养护温度可以缩短蒸压养护时间。在蒸压釜条件许可的情况下，应采用提高饱和蒸汽压力以缩短养护时间（主要是缩短恒温时间）的蒸压制度。5蒸压粉煤灰砖的性能研究生产、应用蒸压粉煤灰砖是粉煤灰综合利用、实现墙体材料革新的重要途径之一。为了使蒸压粉煤灰砖在建筑工程中得到合理的应用与推广，以达到应有的社会、环境和经济效益，全国砌体结构委员会等单位曾对一些企业生产的蒸压粉煤灰砖的材料性能及其砌体性能以及为专门适用于蒸压粉煤灰而研制开发出的SP型专用砂浆的性能进行了大量系统的试验，现将有关试验研究情况综述如下。5.1蒸压粉碳灰砖试验5.1.1蒸压粉煤灰砖的强度蒸压粉煤灰砖的抗压、抗折强度是该砖应用的重要力学指标。根据现行国家标准《粉煤灰砖》（JC239-2001）测定蒸压粉煤灰砖的强度指标见下表。下表为辽宁规程编制组对省内某企业产品强度抽查结果：检测结果表明，该企业蒸压粉煤灰砖强度高于国标水平，尤其抗折强度比标准有大幅度要求提高，对墙体防裂非常有利。5.1.2粉煤灰砖软化系数砖的软化系数是考察砖耐水性能的重要参数，一些地区粉煤灰砖的软化系数一般在0.81～0.96之间，而我们在辽宁一企业测定的软化系数为0.92，达到当前粉煤砖软化系数的平均水平。5.1.3砖体的渗透率蒸压粉煤灰砖的吸水性直接影响其砌筑、抹灰质量及抗冻性能。砖72h的吸水率为7.22%，这比红砖小（红砖吸水率为16%），所以蒸压粉煤灰砖对砂浆的吸附性差，砌筑时应采用粘性好、吸附力强的砂浆。采用毛细管渗水测定砖的渗水性能。将砖直立于平底管容器内，事先在容器内注入净水，使水平面保持在砖的1/3高度处（浸水高度为8mm），定时观察。水沿着毛细管上升，以水上升高度占水平以上高度的百分率表示其渗水性。经对粘土砖、蒸压粉煤灰砖的渗水对比试验可知，水分透过蒸压粉煤灰砖的速度要比普通粘土砖慢得多。同样经10h的试验，粘土砖可达93.75%，而蒸压粉煤灰砖仅为21.3%～34.9%。换句话讲，其抗渗性能比普通粘土砖好，究其原因，是与二种材料的孔隙结构不同有关，深入的讨论有待进一步试验研究。5.1.5优等品值与国家标准jc239-97为考察蒸压粉煤灰砖的干燥收缩率大小，我们进行了蒸压粉煤灰砖的干缩试验。试验结果表明，制品的收缩值分别为0.24mm/m和0.42mm/m，均小于国家标准（JC239-91）规定优等品为0.60mm/m的要求。根据国内其他单位测试可知，蒸压粉煤灰砖的干缩在出釜5d内为最快，而在半个月之后趋于平缓，希望砖出釜后在厂内停放不足12d不得出厂，施工单位应严格控制出釜不足15d不得上墙。5.1.6质量比据检测，某厂砖的容重分别为1700kg/m3和2039kg/m3。据厂家介绍，这是由于生产工艺变动所致，希望企业今后要做进一步的努力，调整配方，在保证质量的前提下降低容重。5.1.7砖、灰、灰的作用据检测，该企业砖的泛霜实测为中等，砖的碳化系数为0.97。根据调查许多地区的蒸压粉煤灰砖的碳化系数为0.7～0.85左右。众所周知，试验室的人工碳化试验与砖的实际应用状态存在很大差异。在实际应用中，砖一方面受到空气中二氧化碳同水化物中Ca(OH)2作用形成碳酸盐，促使其水化物分解，破坏了砖的原状结构，使其强度降低，但从砖的碳化深度看，这个过程是相当缓慢的；另一方面粉煤灰是一种具有潜在活性的水硬性材料，砖中粉煤灰等活性组分与石灰在大气环境中或在水介质中能继续产生水化物，产生水化硅酸盐矿物（SHCB）和托勃莫来石，使砖的内部结构更为密实，强度也会有所提高。这两种过程的作用始终在进行，两者除了相抵之外，使强度提高的过程略占优势。调查中发现这一优势在一些阴沟部位更为明显，因此砖的强度一般均较稳定（有的还有所增长），所以对碳化作用造成不耐久的担心是大可不必的。5.1.8等品指标对比据检测，某厂蒸压粉煤灰砖的冻融特性试验结果相当理想，均达到优等品指标（MU15的冻后强度平均值为15.5MPa，高于标准要求的12MPa；冻后质量损失为0，而标准要求不大于2.0%），这为寒冷地区大量应用推广蒸压粉煤灰砖提供了质量保证。5.1.9做好同配比试验溶液制备，将化学纯H2SO4和NaOH药物配成5%浓度的H2SO4溶液和5%的NaOH溶液。将蒸压粉煤灰砖分别放入装有上述液体的桶内，使溶液浸过砖面，与此同时备好同一批对比试砖，经置放30d后取出做强度试验。结果如下：耐碱试验：自然存放试样强度平均值24.4MPa浸碱溶液试样强度平均值24.96MPa耐酸试验：自然存放试样强度平均值23.07MPa浸碱溶液试样强度平均值22.86MPa从试验结果看，蒸压粉煤灰砖在室温条件下，在5%H2SO4和5%NaOH中浸泡30d，其力学性能不降低，但经酸液浸泡的砖，约有1.0mm左右的白色层（并未脱落），考试到安全耐久并依据国标粉煤灰砖的应用条件，也必须有一定的条件限制。5.1.1比活度和外照射指数根据辽宁省建材中心检测部对某企业粉煤灰及蒸压粉煤灰砖放射性检测，结果如下：粉煤灰：镭-226放射性物质的比活度（CRa）为96.38±Bq/kg，外照射指数为0.80，均符合国标GB6763-86的要求。蒸压粉煤灰砖：镭-226、钍-232、钾-40的比活度（CRa、Crh、Ck）的CRa/350+Crh/260+Ck/4000值为0.62,CRa为47.79±5.08Bq/kg，均符合国标GB9196-88的要求。5.2蒸压粉碳灰砖灰浆试验5.2.1抗压强度试验为了对比采用普通砂浆砌筑的蒸压粉煤灰砖砌体和用SP型专用砂浆砌筑的蒸压粉煤灰砖砌体的受压情况，我们进行了这两种砖砌体抗压强度试验。砌体规格是240mm×370mm×720mm(12皮砖高），采用砌筑砂浆强度等级为M10、M7.5、M5。砌筑试件的同时制作了砂浆试块，在室内自然养护28d，然后进行砌体抗压强度试验。试验结果见下表：由上表可见，采用SP型专用砂浆砖砌体的抗压强度与采用普通砂浆砌筑砖砌体的抗压强度相接近，这就是说，选用SP型专用砂浆在于提高砌体抗剪强度。按《砌体结构设计规范》GB50003-2001给出砌体轴由抗压强度平均值公式fm=k1f1d(H0.07f2)k2(式中k1=0.78、α=0.5、k2=1)计算所得砌体理论抗压强度平均值见下表：由上表可见，蒸压粉煤砖砌体的抗压强度满足规范对砌体抗压强度要求，从抗压强度角度看，按普通砖砌体强度采用是安全的。5.2.2抗剪强度与比选为了对比采用SP型专用砂浆砌筑砌体和采用普通砂浆砌筑体的沿通缝抗剪强度，我们进行了单剪试验。采用砂浆等级分别为M10、M7.5、M5.0，在室内自然养护28d，然后进行抗剪试验。按《砌体结构设计规范》GB50005-2001给出的粘土砖的抗剪强度平均值公式fum=0.125(f2)1/计算所得的粘土砖抗剪强度平均值fum同试验值对比见下表：由上表可见，采用SP型专用砂浆砌筑砌体沿通缝抗剪强度高于同强度等级普通砂浆砌筑粘土砖砌体沿通缝抗剪强度的40%以上，而用普通砂浆砌筑蒸压粉煤灰砖砌体抗剪强度低于粘土砖抗剪强度，所以采用SP型专用砂浆砌筑砌体，在设计中取普通粘土的抗剪强度是安全的。关于SP型砂浆，蒸压粉煤灰砖砌体沿通缝剪强度的详细试验情况及这种砌体在低阀水平荷载作用下的恢复力特性，试验也表明这种砌体是安全的，有足够的强度、刚度和延性。粉煤灰砖砌体的砌筑砂浆（也可同时配套抹面砂浆）。6蒸压粉煤灰砖的施工要点见图3蒸压粉煤灰砖在建筑上的推广与应用一定要针对砖自身特点开发出与之相配套的系统应用技术，对此有以下几点建议：(1）针对蒸压粉煤灰砖砌体粘性差找出对策，抓紧引进专用砂浆技术，并使它成为与蒸压砖销售的配套材料。如前所述的将SP砂浆增效粉与水泥、砂子拌合制成能大幅提高砌体粘结性能的专用砂浆；也可走混凝土多孔砖的技术路线，将砖压制成半盲孔砖，试验表明这种半盲孔砖的砌体强度和整体性能得到很大的改善。这里须指出的是，设备的改进是前提，即通过合理、科学的设计，将块型、孔型都能做到最佳，如块高为94mm，灰缝厚度6mm，对于蒸压砖是很容易达到的，而块高的增加会提高砖的抗折能力，节约砂浆节能40%，对降低专用砂浆成本是很有利的（另砂浆灰缝越厚，砌体力学性能越差）。合理地设计孔型，还可以生产非承重多孔砖，这对当前建筑设计的高层及大开间趋势更显重要。(2）提高砖的折压比，以减少墙体过早出现裂缝上面提到试验砖（MU15）的折压比为3.2/15=0.21，比烧结粘土砖的0.167(2.5/1.5)大，与煤渣砖的性能相当。有的企业生产的蒸压粉煤灰砖较低，约为0.15。须指出，砖的抗折强度是一项极为重要的物理力学指标，抗折强度低则墙体易过早开裂。众所周知，在荷载作用下所有的墙在破坏时几乎均以墙体沿半砖处竖向开裂并垮塌而告终，竖向裂缝的形成则全在于砖的抗折强度不足，所以要从配方，工艺上想办法，尽力提高砖的抗折强度，否则抗压强度再高，对建筑质量也是无济于事，要克服只注重抗压不注重抗折的误区。(3）为保证砌体质量，施工时要严格按《砌体工程施工经验规范》）（GB50203-1998）操作，主要有以下几点:(1)由于该砖具有吸水滞后的特性，使吸水状况不能满足随浇随砌的施工要求。为保证质量，须提前浇水，并保证砖的含水率在10%左右，同时也要准备雨天防水措施。(2)蒸压粉煤灰砖早期干缩较大，为了避免收缩对建筑物的不良影响，一定要强调出釜的存放期，建议不少于12d。(3)对于蒸压粉煤灰砖墙体的开裂，除提高制品强度、提高折压比采用专用砂浆外，还应在适当的部位（门、窗、洞口等）适当设置钢筋（或网片），也可设置薄型钢筋混凝土现浇带，以克服应力集中区的开裂。(4)合理设置圈梁，减少伸缩缝间距，以减少裂缝产生。(4）及早编制专门的应用技术标准，并加大推广力度。7在煤灰砖中的应用进入21世纪以来，我国在蒸压粉煤灰砖的生产与应用方面上了一个新的台阶，在充分借鉴国外先进经验的基础上，我国在制砖装备方面打了一个翻身仗。国内最新开发生产的HF1100t液压压砖机是国内建材制造设备的重大突破。该成套设备完全克服并解决了机械砖机的种种弊端：(1)可根据坯料随时变换压制过程以达到成型过程的最优化，加压时间延长到4s。(2)压力曲线呈非对称性，砖机能根据物料特性自动调节成型曲线。(3)电子计算机终端可把每块砖的成型参数和坯体厚度都打印出来；另外实现了加压过程的多次排气，提高了砖的抗压强度及耐久性。(4)解决了我国30年来一直未能解决的液压压机及配套机械码拿砖坯问题。(5)新成套设备采用强制性下料，使布料更加均匀；实现了加压排气，消除了制品的层裂；由左右二个油缸推动上下运动，实现了脱模和双向加压；利用PLC触摸式自动控制系统，可自动检测砖厚，且具有各种故障的报警功能；自动夹坯装置性能可靠，每次夹码64块标砖，按程序码放。随着机械装备的技术创新，我国蒸压粉煤灰砖应用技术也有了长足进步。目前新的工艺技术已解决蒸压砖表面光滑、抗剪强度偏低等问题。只要我们严格按科学规律抓好生产过程的每一个环节，科学控制配合比，注意养护制度，强化企业成本等各项管理，就一定能为社会提供真正意义的变废为宝的好产品。8分析市场和产品竞争力8.1蒸压粉煤灰砖的利用前景(1）新型蒸压粉煤灰砖，以其自身特有的性能（强度高、尺寸精确、性能稳定、价格低廉等），及与最新技术的配套，能使蒸压粉煤灰砖建筑的质量得到有利保障，综合效果明显优于其他墙体结构建筑。而目前大量应用的粉煤灰砌块、免蒸粉煤灰砖也将丧失原有的市场。通过宣传、推广，蒸压粉煤灰砖一定会得到社会的认可。(2）近年来，粉煤灰砖的销售价格也非常看好，今年粉煤灰砖销售价格又呈现上涨趋势，标准砖的出厂价达到0.20元（不含运费），多孔砖（240×175×115）的出厂价达到0.50元（不含运费）。8.2原料与原料规划蒸压粉煤灰砖生产成本低，价格便宜，材料来源广，使用性能良好，满足建筑要求。成本与售价均低于粘土实心砖。蒸压粉煤灰砖具有明显价格优势，市场竞争力较强。8.3．复合体制在使用上能够通过材性选择、墙体构造设计，适应各种强度等级承重及非承重墙体设计需要，已有配套材料保证该建筑体系的有效实施。鉴于以上特点，该产品具有较强的市场潜力和竞争能力。随着新技术、新材料不断发展，今后除要依靠产品优势参与竞争外，还要在工艺技术、市场营销和降低成本上下功夫。8.4粘土实心砖我国火力发电每年排放粉煤灰高达1.6亿t以上，占用大量土地，而粘土实心砖每年生产4000亿块标砖，消耗大量土地和燃煤。如果采用粉煤灰和灰渣作为骨料生产节能新型墙体材料，将大大降低能源消耗，减少对大气的污染，有利于国家经济可持续发展和企业经济效益的提高。9灰渣、石膏、灰渣蒸压粉煤灰砖的主要原材料包括：(1）粉煤灰：符合JC409-91《硅酸盐建筑制品用粉煤灰》标准。(2）灰渣：烧失量10%～25%，破碎后粒径<5mm。(3）石灰：符合JC/T621-1996《硅酸盐制品用生石灰》标准。(4）石膏：符合JC/T622—1996《石膏》标准。(5）砂：符合JC409-91标准。10技术和流程10.1“液压砖机”采用当今国内先进液压制砖设备，生产线自动化程度高，工艺技术先进，产品质量好、性能优，生产效率大幅度提高，成本也会随之降低，这样我们的产品将会在质量、成本等方面占有很大优势