蒸压加气混凝土原材料分析.docx
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蒸压加气混凝土原材料分析
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蒸压加气混凝土原材料分析
生产加气混凝土的原材料较多，每一种原材料也可以选用不同的品种。
采用的原材料，主要看当地的资源条件，生产的产品品种以及工厂的生产、技术、设备条件。
用于生产加气混凝土的材料，主要分为四大类，即基本材料、发气材料、调节材料和结构材料。
基本材料
基本材料是指形成加气混凝土的主体材料。
在配料浇注和蒸压养护等工艺过程中，它们将发生一系列物理化学变化，并相互作用，产生以水化硅酸钙为主要成人的新生矿物，从而使加气混凝土具有一定的强度。
基本材料共分两大类，一类是硅质材料，主要成分SiO2，如砂、粉
煤灰等；另一类是钙质材料，主要万分是CaO，如生石灰、水泥、粒
状高炉矿渣等。
以下材料构成了加气混凝土的三大系列；水泥-石灰-
砂系列，水泥-石灰-粉煤灰系列和水泥-矿渣-砂-系列。
此外，含硅
的尾矿砂、煤矸石、石村加工废弃粉未和水泥管桩生产中产生的废浆
等也常来作为原料。
一、砂
砂是加气混凝土工业广泛采用的硅质材+料，在加气混凝土中的作用主要是提供SiO2，自然界中的砂由岩石风化或水流冲击形成，其外观和颗粒状态不尽相同，化学成分和矿物组成也不一样。
砂的主要化学成分是SiO2，也有少量的A2O3，Fe2O3和CaO等。
砂的矿物组分很复杂，有时可达几百种，含量最多的是石英，其次是长石，有时还夹杂着云母、碳酸盐、粘土等。
砂中的SiO2一部分以石
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英态存在，一部分以长石或期货矿物组分存在。
但是无论是纯石英态
的SiO2，还是化合态的SiO2，都具有稳定的晶体结构，处于最小的内能状态。
因此，常温下砂是隋性材料，高温水热处理时，砂的溶解度增大，各种矿物的SiO2均能与CaO反应生成水化硅酸钙，其中以石英与CaO的反应产物抗压强度最高。
因此，砂中石英含量越多，质量越好。
砂中还含有一定数量的Na2Ｏ和K2O，在加气混凝土生产过程中，它们生成可溶性Na2sO4和K2sO4，随着制品中水分的迁移而至制品表面，并根据蒸发条件的不同，将会在制品的表面或表层下析出盐类结晶体（白霜），这就是盐析，在盐析过程中，由于结晶体体积膨胀，会导致饰面层脱落或者表面剥离。
由于钠盐吸水性较强，结晶体颗粒较大，膨胀也大，因而盐析的破坏比钾盐更大。
砂中含有有机酸（腐植物），对加气混凝土的生产不利，它会中和加气混凝土料浆中的碱，当有机酸含量过多时，将降低料浆碱度，影响料浆发气和坯体硬化。
砂中的粘土杂质对加气混凝土性能的影响有两重性：
一方面，由于粘土是一种高分散物料，吸水性强，含量过高时，会使料浆粘度增大，若为了保证一定的粘度而增加用水量，则又延长了坯体硬化时间；另一方面，粘土中含有一定量的Al2O3，它可以促进托勃莫来石的生成。
砂中的碳酸钙物质（如珊瑚、贝壳等）不宜过多，一般不希望大于
10%。
按标准JC/T622-1996，砂的技术要求是：
不含杂质（树皮、草根等）。
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一些企业由于条件所限，砂的SiO2，含量往往不足75%，虽然也可使用，但增加了生产控制的难度，总的说来，砂中SiO2含量是越高越好（国外通常大于90%），杂质越少越好。
二粉煤灰
粉煤灰在加气混凝土中的作用主要是提供SiO2，同时，其中的Al2O3也具有较大作用（特别是在浇注以后的静停过程中）。
传统上，按照排灰方式的不同，分别称之为干排灰和湿排灰，随着现代燃烧技术的发展，循环流化床锅炉和沸腾炉、垃圾发电锅炉应用日趋普及，粉煤灰中又有了性质与一般粉煤灰性能迥异的粉煤灰，前者因反复燃烧，且多使用劣质煤，所形成的粉煤灰活性较低并含钙较高；而沸腾炉采用液态排渣，需添加石灰石来降低熔点，因此粉煤灰的含钙量很高，而垃圾发电产生的粉煤灰含钙、铝较高，含硅较低，并含有有机污染物，本节仅讨论我国最普遍的煤粉发电锅炉产生的粉煤灰。
大约每燃烧1T煤，生成150~200kg粉煤灰，全国每年排放的粉煤灰已超过2.6亿吨，占用了大量土地（或山谷）、江河、湖泊。
因此，如何利用粉煤灰是我国迫切需要解决的问题。
1、粉煤灰的特性
粉煤灰是从煤粉炉烟道气体中收集的粉未。
煤中除可燃物外，主要含有粘土质矿物，所以，粉煤灰实际上是粘土质矿物的高温下燃烧后的产物。
锅炉中煤粉的燃烧温度高达1100~1500度，由于煤粉中的粘土矿物在燃烧过程中生成的SiO2、AI2O3、Fe2O31000度时便成为熔融状，在排出炉外时经急速冷却，因大部分自由分子来不及形成晶体而成为细小的球形颗料状玻璃体，从而具有良好的活性。
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（1）化学成分
粉煤灰的化学成分主要是SiO2和AI2O3，还有少量的Fe2OCaO、MgO及其它微量元素，此外，还有一定数量的未燃尽炭（以烧失量表示），所有化学成分的数量都随煤质及燃烧工艺的不同而不同，我国粉煤灰化学万分变动范围大致如下：
烧失量不超过20%；SiO2：
40-60%。
AI2O3：
20-35%；CaO：
1-10%（高钙灰10-25%）；Fe2O3:
3-10%;MgO：
5%以内；SO3：
2%以内；K2O+Na2O:
3.5%以内。
随着电力系统的技术改选和新电
厂的投入运行，目前，粉煤灰的烧失量有了大幅度的降低，平均6.9%；
而SO3则由平均0.32%提高到0.8%
（2）矿物组成
粉煤灰的主要矿物是硅铝玻璃体，其含量一般在70%左右，其它还有结晶矿物莫来石和石英，少量的碳酸钙、赤铁矿和磁铁矿等。
此外尚残存少量形状不规则的焦炭颗粒和半焦炭颗粒。
（3）物理性质
粉煤灰是一种浅灰色或黑色细粉，含炭量越多，颜色越深。
粉煤灰密度通常在1.8~2.5g/cm3之间，细度（0.08mm方孔筛筛余）3~30%，
电收尘的干灰细度较小。
颗粒料经一般为1~50um。
标准稠度需水量变化在24.3~74.1%之间。
粉煤灰颗粒表面粗糙多孔，而粗大并多孔
隙的颗粒大多是未烯尽的炭粒。
因此，衡量其品质的好坏，除了细度，标准稠度需水量是一个重要指标。
2、粉煤灰的活性及其影响因素
粉煤灰本身虽不具有单独的硬化性能，但当它与石灰、水泥等碱性材
料加水混合以后，即能在空气中硬化，并在水中继续硬化，这就是粉
.
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煤灰的活性，活性是综合反映粉煤灰中各成分与CaO进行反应的能力指标。
（1）粉煤灰的活性及其影响因素
粉煤灰与石灰的反应主要靠其颗粒表面可溶物质的溶解并与Ca（OH）2
生成水化硅酸钙，从而把尚未参加反应的颗粒残核粘结起来形成整体并具有一定强度。
粉煤灰的细度直接反映了其参与水化反应的能力。
另外，粉煤灰的细度还反映了煤粉燃烧的状态。
一般来说，活性好的粉煤灰颗粒较小，根据最新研究成果，粉煤灰的细度与其它性能具有较好的相关性，也就是说，细度基本上反映了粉煤灰的质量特性。
（2）标准稠度需水量
如前所述，粉煤灰颗粒表面往往是粗糙多孔的，且粗大并多孔的颗粒大多是未燃尽的炭。
另外，由于冷却条件的限制，粉煤灰中玻璃体含量降低，也表现在粉煤灰颗粒的粗大多孔上，多孔的颗粒必定使混合的水料比增大，标准稠度需水量能比较准确反映粉煤灰的颗粒形貌。
（3）玻璃体的含量
粉煤灰中的玻璃体物质是粘土矿物在燃烧后，成熔融状经急冷而成的无定形的SiO2和AI2O3，我们已经知道，无定形的玻璃体具有较高的内能，易参加与Ca（OH）2的水热合成反应。
因此，玻璃体含量高，粉煤灰的活性就好。
3、粉煤灰的技术要求（JC/T409-2001）
I级II
级
细度（0.045mm方孔筛筛余）≤30%45%
.
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（0.080mm方孔筛筛余）≤15%25%
烧失量≤5.0%
10.0%
SiO
SO
2
2
≥45%40%
≤
1.0%2.0%
以上质量要求是以普通粉煤灰（CaO:
≤10%）而制定，若采用高钙粉煤灰，因CaO的形成温度波动较大，其性质也有较大的不同，应作专门试验后方可使用。
一般来说，生产工艺上应有较大的调整，才能适用
高钙粉煤灰，循环流化床锅炉的粉煤灰，虽有其特殊性，经生产实践，
也基本上都适用于加气混凝土。
三石灰
石灰是石灰石（主要成分CaCO3）经高温煅烧，分解释放出CO2，但尚
未达到烧结状态的白色块状物。
其主要成分CaO，其分解反应式如下：
CaCO3900--1000度CaO+CO↑
CaCO3的分解反应是吸热反应，分解1kg的CaCO3理论上需要1780kJ
的热量。
CaCO3分解时，按重量约44%的CO2，逸出，但其体积仅缩小
10~15%。
因而石灰具有多孔结构。
1、化学成分
石灰的化学成分主要是CaO，也含有少量的MgO、Fe2O3和SiO2等。
由
于在煅烧时CaCO往往不是很安全，所以石灰中常含有未分解的CaCO3
和其它化合物。
因此，石灰的成分可分为两部分。
一是从CaCO3分解
出来是游离状态（非死烧）的CaO，是活性部分，是加气混凝土中参
与水热合成反应的效成分。
故又称之为有效氧化钙（以A-CaO表示）。
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另一部分是非活性部分，包括未分解的CaCO3，死烧的CaO等，此部
分不参与水热合成反应。
2、分类
石灰可按加工方式、MgO含量及消化速度分类。
按煅烧后的加工方式不同，可分为：
（1）块状石灰：
由原料煅烧而得到的未加工产品。
主要成分CaO；
（2）磨细石灰：
由块状石灰磨细而得到的石灰粉。
主要成分CaO；以上两种都是生石灰。
（3）消石灰：
将生石灰用适量的水消化而得到的粉未，亦称熟石灰。
主要成分Ca（OH）2；
（4）石灰浆：
将生石灰用较多的水（约为生石灰体积的3-4倍）消
化而得到的可塑浆体，亦称石灰膏。
主要成分是Ca（OH）2和H2O。
根据MgO含量可分为：
（1）钙质石灰：
MgO含量不大于5%；
（2）镁质石灰；MgO含量5~20%；
（3）白云质石灰（亦称高镁石灰）：
MgO含量20~40%。
根据消化速度，可分为：
（1）快速石灰；消化速度在10以内。
（2）中速石灰：
消化速度10-30min，
（3）慢速石灰：
消化速度30min以上。
消化速度是指在标准容器中消化石灰试样时，达到最高温度的时间。
影响石灰消化速度的因素，主要是石灰的煅烧温度和时间。
通常。
正火石灰（煅烧温度800-1000度）为快速石灰；过火石灰（煅烧温度
.
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1200-1400度）为慢速石灰；而欠火石灰则A-CaO含量及消化温度较
低。
3、石灰在加气混凝土中的
石灰是生产加气混凝土的主要钙质材料，其主要作用是提供有效氧化
钙，使之在水热条件下与硅质材料中SiO2、AI2O3作用，生成水化硅酸
钙，从而使制品获得强度，石灰也提供了铝粉的发气条件下，使铝粉
进行发气反应，其反应式为
AI+H2OOHAI（OH）3+H2↑
石灰水化时放出大量放热能力，不仅为加气混凝土料浆提供了热源，
而且坯体硬化阶段可以使坯体升温达80-90度，促进坯体中胶凝材料
的进一步凝结硬件化，从而促进了坯体强度的迅速提高。
石灰水化时，其体积将膨胀约44%左右，对于磨细生石灰来说，这
一膨胀过程大部分发生在开始水化后30min内，因此，放热和体积膨
胀一方面种进加气混凝土坯体的硬化，同时，也有可能因调控不当，
造成放热过多，温度过高或体积膨胀发生在坯体具有一定强度而失去
塑性时，造成坯体的开裂等。
4、对石灰的要求
（1）采用磨细生石灰
在加气混凝土生产中，一般均采用磨细生石灰粉，而不宜使用消石灰。
因为生石灰粉消化时，放出大量的热量，促进了水化凝胶的生成，有
利于生产工艺的控制，从而保证了产品质量。
而采用消石灰，大大提
高了需水量，加之不能提供消化热。
从而延缓了坯体的硬化，不利于
形成良好的坯体，既增加了工艺控制难度，也降低了产品的质量。
.
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（2）消化速度
在加气混凝土生产中，石灰的消化速度对加气混凝土的浇注稳定性具有较大影响。
加气混凝土料浆在浇注后的初期。
铝粉大量发气，料浆缓慢稠化，保持足够的流动性，使发顺畅，并形成良好的气孔结构。
而一旦发氯结束，料浆应迅速稠化，稳住气泡，同时支撑住浆体，以形成一定强度的坯体。
这就要求以石灰来保证料浆稠化速度与铝粉发气速度的相互适应，一般来说，生产加气混凝土以8-15min的中速石灰为好。
（3）化学成分
石灰中的A-CaO含量是直接参与水化反应的成分，因此，要求越高越
好。
虽然A-caO含量也决定了石灰消化热，但因检验方法的限制，测
试所得A-CaO数值不能真实反应实际消化热，石灰极易吸收空气中水
份而部分消化，使消化热降低。
因此，应同时提出消化温度的要求。
石灰中的MgO因过烧而消化极慢，往往会在坯体硬化之后或在蒸压过
程中消化，从而，因其体积的膨胀而破坏坯体。
因此，NgO应属严格
控制的指标。
（4）细度
提高石灰的细度，一方面可增加石灰的溶解度，促进与硅质材料的反应，生成较多的水化产物。
另一方面，可以减少石灰消化过程中的体积膨胀，避免坯体的开裂。
但过高的细度，会提高消化速度，影响浇注稳定性，同时，于经济上也不合理。
（5）石灰的技术要求（JC/T621-1996）
优等品一等品
.
.
合格品
A（CaO+MgO）,%
≥
90
75
65
MgO,%
≤
2
5
8
SiO2,%
≤
2
5
8
CO2,%
≤
2
5
7
消化速度，min
≤
5-15
5-15
5-15
消化温度，。
C
≥
60-90
60-90
60-90
未消化残渣，%
≤
5
10
15
细度（0.080mm方孔筛筛余量），%≤
10
15
20
四、水泥
水泥是一种广泛使用的水硬性胶凝材料，品种很多，适用于加气混凝
土的是硅酸盐水泥，按国家标准，硅酸盐水泥分五个品种，即：
硅酸
盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和
粉煤灰硅酸盐水泥。
加气混凝土使用较多的是42.5硅酸水泥和42.5
普通硅酸盐水泥。
1、硅酸盐水泥的化学成分和矿物组成
.
.
硅酸盐水泥的化学成分主要是CaO、SiO2、AIO2、Fe2O3以及少量的MgO
和SO3等。
前四种成分在水泥熟料中形成主要的四种矿物。
即：
硅酸
三钙（3CaO.SiO2,简写C3S）、硅酸二钙（2CaO.SiO2,简写C2S）、铝酸三钙（3CaO.AI2O3，简写C3A）、铁铝酸四钙（4CaO.AI2O3，Fe2O3简写C4AF）。
一般硅酸盐水泥熟料的化学成分和矿物组成如表3-1。
表3-1硅酸盐水泥熟料组成范围
化学成份（%）
矿物组成%
SiO2
AI2O3
Fe2O3
CaO
MgO
C3S
C2S
C3A
C4AF
21-23
5-7
3-5
64-48
4-5
44-59
18-30
5-12
10-18
2、水泥在加气混凝土中的作用
水泥是生产加气混凝土的主要的钙质材料，它可以作为钙质材料单独使用。
但更多的是和石灰一起作为混合钙质材料。
在水泥熟料的四种矿物组成中，C3S是CaO的主要提供者，同时，C3S
和C4AF水化反应进行得最快，决定着水泥的水化、凝结速度和早期强度。
因而对加气混凝土料浆的发气、凝结硬化和制品强度都有重要影响。
当水泥作为单一钙质材料单独使用时，它是料浆中Ca（OH）2的主要来源，在蒸压过程中与硅质材料中的SiO2和AI2O3反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，从而使加气混凝土获得强度。
当水泥与石灰混合使用时，石灰是CaO的主要提供者，水泥的作用主要是保证浇注稳定并可加速坯体的硬化，改善坯体的性能并提高制品质量。
3、对水泥的技术要求
.
.
生产加气混凝土所采用的水泥，主要是从水泥的品种和标号两个方面
进行选择。
从水泥在加气混凝土中的作用看，一是要提供CaO，二是要求促进坯体的硬化。
因此，我们首先选择应该是42.5的硅酸盐水泥和普通硅酸水泥，当条件限制时，也可选择32.5普硅水泥或矿渣水泥，但其用量要明显增加。
在加气混凝土中，对水泥中游离氧化钙（f-CaO）的含量可以适当放宽。
因为其在坯体的静停及蒸压过程中将全部消化，即使安定性不合格的水泥，f-Ca含量达到来%时，也可以使用。
按照水泥标准规定，硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣水泥的初凝时间必须大于45min，终凝时间必须小于12h。
这是由于作为普通水泥混凝土和砌筑粉刷等用途的水泥，为了保证输送和施工有足够的时间，然而加气混凝土制品在蒸压养护以前，水泥的重要作用是使发气后的料浆不致塌陷，以保证浇注的稳定性。
因此，对于加气混凝土，水泥的初凝时间不宜过长。
五料状高炉矿渣
在炼铁过程中，从高炉内排出的熔融状态的废渣液，经水淬急速冷却成为松散多孔的细小玻璃态颗粒，叫粒状高炉矿渣，俗称水淬矿渣或水渣，这是一种良好的活性材料。
随着工业技术的发展，水渣目前已被水泥工业大量作为活性混合材。
在加气混凝土行业，原苏联地区使用比较广泛，而在我国，目前只有少数工厂仍在使用。
1、矿渣珠物理特性和化学成分
粒状高炉矿渣为外观呈白色、灰白色、黄色、或黄绿色的松散小颗粒。
其颜色与矿渣的化学万分和水淬条件有关。
颗粒径通常在10mm以下，
.
.
大多在0.5-5mm之间，堆积密度500-800kg/立方，密度为2.95g/立方厘米左右。
矿渣的化学成分主要是CaO、SiO2、AI2O3、MgO和Fe2O3。
还有少量的硫化物（CaS、MnS、FeS），少数矿渣还有TiO2、P2O5等。
表3-2列出了我国一般矿渣的化学成分波动范围。
表3-2我国一般矿渣及水泥熟料的化学成分
SiO2
CaO
AI2O3
Fe2O3
MgO
SO2
MnO
水淬矿渣
26-42
38-48
7-20
0.2-1
4-13
1-2
0.1-1
硅酸盐水
20.50
63.93
6.25
5.48
0.37
泥熟料
2、矿渣的活性
由于矿渣珠化学成分与水泥熟料相似CaO含量较低），并在急冷过程
中固化，具有较高的玻璃体含量。
因此，有着潜在的活性，在少量激
发剂（石灰或水泥）的作用下，可以表现出胶凝性，矿渣的这种活性，
主要取决于自身的化学成分、矿物组成和水淬条件，同时，也与应用
矿渣的方法及环境有关。
3、矿渣的质量评价
矿渣的化学成分，矿物组成比较复杂，还由于成粒条件不同而产生的结构差异，都从本质上影响矿渣的质量。
而不同激发剂的存在，又影响矿渣的活性发挥，使其表现出来的活性也不一样，这就造成了评定矿渣质量的复杂性。
用化学成分分析来检定矿渣的活性，虽然还不免全面，没有涉及到矿渣内部结构，但是用这种方法已能说明矿渣的本质特性。
所以，是目
.
.
前国内评价高炉矿渣的主要方法。
根据国标GB302，矿渣质量好坏按以下三个方面进行评估：
（1）质量系数[（CaO+MgO+AI23）/（SiO2+MnO+TiO2）]不得小于1.2。
质量系数反映了矿渣中的活性组分CaO、MgO、AI2O3与非活性组分SiO2、
MnO、TiO2之间的比例，质量系数愈大，则矿渣的活性愈高。
（2）以MnO计，锰化合物含量不大于4%；以TiO2计，钛化合物含量不大于10%；以F计，氟化合物含量不大于2%。
（3）淬冷处理必须充分，堆积密度不大于1.1kg1；未经充分淬冷的
块状矿渣，经直观剔选，以重量计不大于5%，最大尺寸不大于100mm。
4、矿渣在加气混凝土中的作用
磨细的水淬矿渣天饱和的Ca（OH）2，在水泥作为其钙质材料时，水泥
中的C3S、C2S等硅酸盐矿物也水化生成Ca（OH）2，使料浆呈碱性，因
而可以激发矿渣的活性。
从而具备了水热合成反应的条件。
5、对矿渣的质量要求
（1）颗粒松散、均匀，外观呈淡黄色或灰白色，有玻璃光泽，无铁渣及硬渣大块。
（2）化学成分
Ca（OH），
≥
40%
2
AIO
9-16%
2
3
SO
<
0.02%
2
CaO/SiO2>1
电石渣
1、电石渣的概念
.
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电石水解获取乙炔气体后的以氢氧化钙Ca（OH）2为主要成分的废渣。
乙炔（C2H2）是基本有机合成工业的重要原料之一，以电石（CaC2）为原料，加水（湿法）生产乙炔的工艺简单成熟，至今已有
60余年工业史，目前在我国仍占较大比重。
1t电石加水可生成300
多kg乙炔气，同时生成10t含固量约12%的工业废液，俗称电石渣浆。
它的处置一直令生产厂头痛。
2、电石渣形成的原理
乙炔是生产聚氯乙烯、聚氯乙烯树脂（PVC）的主要原料，按生产经验，每生产1tPVC产品耗用电石1.5～1.6t，同时每t电石产生1.2t电石渣（干基），电石渣含水量按90％计，那么每生产1tPVC产品，排出电石渣浆约20t。
由此可见，电石渣浆的产生量大大超过
了PVC的产量。
大多数PVC生产厂家将电石渣浆经重力沉降分离后，
上清液循环利用；电石渣经进一步脱水，其含水率仍
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