王劉方

（江蘇豐正建材有限公司，江蘇泗洪223900）

作者：王劉方（1975-），男，大專，工程師，從事加氣磚生產(chǎn)管理工作。

0 引言

加氣混凝土調(diào)試生產(chǎn)的鈣硅比，是指加氣混凝土配料中含有的鈣質(zhì)材料總量和二氧化硅總量的摩爾比，寫成 C/S（C表示 CaO，S表示 SiO2）。 對某一品種的加氣混凝土和一定的材料、生產(chǎn)工藝來說，C/S有一個最佳范圍。鈣硅比的最佳值，不僅取決于原材料的化學(xué)成份和性能，同時還反映在原材料的細(xì)度、蒸壓養(yǎng)護(hù)制度等工藝參數(shù)的合理制定。加氣混凝土能否最終滿足技術(shù)性能（特別是強(qiáng)度）主要取決于鈣硅比。有些資料認(rèn)為，最優(yōu)粉煤灰加氣混凝土鈣硅比0.8左右，砂加氣混凝土為0.7～0.8左右,高于這個鈣硅比表明參與反應(yīng)的硅質(zhì)材料過多，缺少堅強(qiáng)的骨架，強(qiáng)度會下降，低于這個數(shù)值，容易造成黑心，也就是蒸不透。鈣硅比不是一個恒定值，是隨著當(dāng)?shù)氐脑牧系淖兓兓??；诠P者多年的工作實踐，將水料比與鈣硅比、恒壓時間的關(guān)系規(guī)律總結(jié)如下：

以石灰為主要鈣質(zhì)材料的加氣混凝土，在其他條件一定的前提下，每個特定的水料比都特定對應(yīng)一個最優(yōu)鈣硅比，可以用最短的恒壓時間達(dá)到最高強(qiáng)度，都需要延長恒壓時間。“蒸壓加氣混凝土恒壓時間定律”理解為：①料漿的水料比越小，所需求的最優(yōu)鈣硅比越小；②最優(yōu)鈣硅比越小，磚頭達(dá)到最高強(qiáng)度越快。也就是說同樣處于最優(yōu)鈣硅比的情況下，水料比小的制品比水料比大的制品可以以更快的速度達(dá)到最高強(qiáng)度。

1 延長恒壓時間達(dá)到最高強(qiáng)度

1.1 高于最優(yōu)鈣硅比

同一水料比下，鈣硅比高于最優(yōu)鈣硅比，由于含有過多的石灰和水泥，消耗比較多的水份，削弱了對硅質(zhì)材料的溶解能力，這時候雖然由于水份減少，單位體積的水份比表面積增加，溶解度增加，但溶解出來的硅質(zhì)材料總數(shù)量會減少，相比鈣質(zhì)材料數(shù)量遠(yuǎn)不夠。與此同時，過多的石灰需要更多的硅質(zhì)材料進(jìn)行水熱合成反應(yīng)。在這種情況下，由于缺少硅質(zhì)材料，游離態(tài)的氫氧化鈣多，會生成過多的高堿水化物，高堿水化物離子鍵多，共價鍵少，因此強(qiáng)度反而會下降。所以，需要更多的蒸壓時間，將鈣質(zhì)材料充分反應(yīng)，生成低堿水化物，才能達(dá)到最高強(qiáng)度。

1.2 低于最優(yōu)鈣硅比

硅質(zhì)材料和氫氧化鈣水熱合成反應(yīng)，生成水化硅酸鈣，達(dá)到一定過飽和度析晶，形成膠體粒子大小的晶粒，最初析出的微小晶粒，尺度極小(100～300×10-10 m)，比表面積很大，容易吸附水分子，并以微弱的分子引力通過水分子膜彼此連結(jié)起來，這就是最初的凝聚狀態(tài)。水泥水化的時候，也會生成膠體。膠體粒子在熱運(yùn)動的作用下碰撞不斷加劇，當(dāng)碰撞發(fā)生在活性最大區(qū)段（如:端、棱、角處）時，分子引力可能超過楔入力，于是粒子就在分子力的作用下互相粘結(jié)起來，并逐漸形成一個空間網(wǎng)。在這個空間網(wǎng)內(nèi)，分布著吸附水和游離水。

同一水料比下，當(dāng)鈣硅比低于最優(yōu)鈣硅比，石灰消耗的水份偏少，此時游離水份偏多，雖然相對于最優(yōu)鈣硅比，有比較充足的SiO2，但水份多了，需要更長的時間達(dá)到一定的過飽和度，形成析晶。同時晶粒之間間距比較大，減少了碰撞的機(jī)會，所以形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會偏慢，水化物數(shù)量比較少。這樣，在同等的恒壓時間內(nèi)容易黑心（蒸不透）。

2 兩條原理定律解釋

2.1 料漿的水料比越小，所需求的最優(yōu)鈣硅比越小

料漿中，石灰水泥水化后，形成膠凝物質(zhì)，將硅質(zhì)材料如粉煤灰粘接起來，形成強(qiáng)度。當(dāng)水料比大時候，水份很多，水份占據(jù)的空間比較大，需要更多的膠凝材料，填補(bǔ)失去水份后的空間，才能達(dá)到一定的強(qiáng)度，所以需要更多的石灰水泥；否則，坯體孔壁會很疏松，強(qiáng)度會很差（圖1）。

圖1 加氣混凝土料漿

而水料比減少后，如果石灰水泥等鈣質(zhì)材料不相應(yīng)減少，水份被鈣質(zhì)材料過分消耗，水溶解出硅質(zhì)材料中SiO2的能力受抑制，就不能提供足夠的SiO2和Ca(OH)2反應(yīng)。如前面所說，高堿水化物會多，強(qiáng)度會差，需要更多的恒壓時間才能將高堿水化物轉(zhuǎn)換成強(qiáng)度高的低堿水化物。如果水料比減少，而鈣質(zhì)材料不減少的話，會帶來澆注不穩(wěn)定。所以水料比小，所需要的最優(yōu)鈣硅比越小。

2.2 最優(yōu)鈣硅比越小，達(dá)到最高強(qiáng)度越快

假設(shè)硅質(zhì)材料為同樣，硅質(zhì)材料的比表面積?是個定值，當(dāng)水料比大的時候，單位體積的水所包含的砂子/粉煤灰的比表面積小、溶解度低。水料比大，最優(yōu)鈣硅比也大，此時石灰水泥等堿性物質(zhì)比較多，液相中硅質(zhì)材料相對而言比較少，同時由于水份占據(jù)的空間大，活性SiO2遷移的距離遠(yuǎn)，遷移時間也就長，因此起始階段，相對缺少硅將會優(yōu)先生成高堿水化物。此時的生成物順序近似看作：高堿水化物→低堿水化物→托勃莫來石。而根據(jù)彭軍芝博士的論文，高堿水化物易于附著硅質(zhì)材料上，對較高溫度下生成低堿水化物托勃莫來石起到阻礙作用，更進(jìn)一步延緩水熱合成反應(yīng)時間。

而水料比小的時候，單位水份包裹的砂子等硅質(zhì)材料比表面積大，溶解度也高，SiO2從硅質(zhì)材料表面向水份占據(jù)的空間遷移，水份占據(jù)的空間小，意味著遷移的距離比較短，液相中存在充足的二氧化硅，同時由于石灰水泥少，需求的SiO2總量也少，此時生成的高堿水化物少，低堿水化物多，生成物順序近似為：低堿水化物→托勃莫來石。這樣一來，減少很多高堿水化物向低堿水化物轉(zhuǎn)換的過程，因此達(dá)到最高強(qiáng)度時間也快。

最優(yōu)鈣硅比小，石灰水泥等膠凝材料少，當(dāng)均勻地分散在整個坯體中，單位膠凝材料和硅質(zhì)材料的反應(yīng)面積也大，更有利于和硅質(zhì)材料充分接觸，因此會熟得快。可以得出：小水料比→小鈣硅比→熟得快；大水料比→大鈣硅比→熟得慢。最佳鈣硅比并不是一個固定的值，它與加氣混凝土品種、原材料質(zhì)量、細(xì)度、水料比（水/總干料）及生產(chǎn)工藝技術(shù)參數(shù)有關(guān)，需要通過一系列的試驗和測定才能得出。

3 定律的意義和應(yīng)用

從這個定律可以知道，水料比越小所耗用的石灰水泥越少，磚頭熟得越快，成本也就越低。這也意味著只要將料漿做濃，石灰水泥就可以少放,恒壓時間就可以縮短，并可以節(jié)約燃煤。同時，加快了釜的周轉(zhuǎn)，提高了效率,為加氣磚廠的節(jié)能降耗指出了一條道路。

前述資料上的最優(yōu)鈣硅比參考值，是考慮實現(xiàn)水化層厚度合適（約3～5 μm），但如果目標(biāo)是降低成本，石灰水泥少用一點，水化層薄一些，在生產(chǎn)過程中，在滿足澆注穩(wěn)定性的前提下，料漿需盡可能做濃。做粉煤灰加氣磚的時候，制漿的擴(kuò)散度23 cm，澆注擴(kuò)散度15 cm，3.024?？颍?280～300 kg，水泥 50 kg，鋁粉 1.6 kg，恒壓時間 5 h，計算絕干容重小于600 kg/m2，檢驗成品強(qiáng)度4.0 MPa以上，可大幅度降低制造成本。但若將澆注擴(kuò)散度做得更濃，育養(yǎng)時間更短，坯體內(nèi)部溫度和外部溫度均衡不久，就要出釜，托勃莫來石生成量太少，磚頭強(qiáng)度和耐久性損失過大，就會成為劣質(zhì)產(chǎn)品。

雖然減少了石灰水泥的使用量，水化層的厚度減薄，造成強(qiáng)度下降，但由于水料比小，料漿變得比較濃，爆裂的可能性小，所以可以有更快的升壓速度。由于水料比小，料漿起始粘度大，根據(jù)拉普拉斯公式，氣泡合并的可能性小，大氣孔少，孔的結(jié)構(gòu)比較好，同時孔壁上毛細(xì)孔的數(shù)量減少，也會帶來強(qiáng)度的改善，某種程度彌補(bǔ)了鈣質(zhì)材料少帶來的不足。高濃度料漿帶來了生產(chǎn)的穩(wěn)定，塌模的可能性很小。

[1] 彭小芹，吳禮賢，楊峻峰，等.工藝參數(shù)對灰砂混凝土性能的影響[J].中國搪瓷，1998，（4）：25-30.

[2] 張繼能，顧同曾.加氣混凝土生產(chǎn)工藝[M].武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1992.

[3] 彭軍芝.蒸壓加氣混凝土中孔的形成、特征及對性能的影響研究[D].重慶：重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，2011.