加气混凝土定义及分类

加气混凝土定义及分类
1．定义
加气混凝土是以钙质材料和硅质材料为基本组分，以化学发气方法形成多孔结构，通过蒸压养护获得强度的轻质人工石材。

从宏观物理组成看，它的大量的细小均匀的气孔结构说明它属于多孔混凝土一类；从它的基本组成材料和这些材料之间的水化反应及生成物来看，它属于硅酸盐混凝土；从它获取强度的方法来看，它是蒸压养护制品；从它的多孔结构形成的方法来看，它属于材料组分之间通过化学反应产生气体，及所谓“加气”，而不是外加泡沫。

因此，加气混凝土是一种以硅钙为主要原料，采用特殊化学发气方法形成多孔结构的蒸压多孔硅酸盐混凝土。

2. 分类
（1）按基本组成材料分为；石灰—粉煤灰加气混凝土，石灰—沙子—水泥加气混凝土；石灰—硅质尾矿—水泥加气混凝土。

（2）按制品烘干以后单位体积的质量（干体积密度）分为六个等级：即300，400,500,600,700和800.目前，我国主要生产500和600级的制品。

600级制品以承重为主，兼做保温；500级制品可作某些承重材料，也可作保温用。

有的工厂正在开展400或300级的保温制品的研制。

（3）按使用功能分为；加气混凝土砌块---墙体砌筑材料；加气混凝土屋面板—屋面受弯构件；加气混凝土墙板---作为内外墙使用的板材；加气混凝土拼装大板---为便于机械化施工，将墙板拼装而成的大型板材。

粉煤灰加气混凝土的结构及其形成机理
粉煤灰加气混凝土是一种多孔硅酸盐混凝土。

它是由钙质材料与粉煤灰中的硅质和铝质成分在水热处理过程生成的一系列水化产物、由铝粉发气所形成的气孔结构以及未反应完的原料颗粒共同组成的一个统一体。

这种结构是由料将浇注、静停和蒸压养护等生产工序所发生的化学反应和物理变化而形成的。

一、粉煤灰加气混凝土的结构
粉煤灰加气混凝土在生产过程中形成的结构系由气孔和孔间壁组成。

气孔在铝粉发气是生成，并经蒸压养护后固定在混凝土中。

孔间壁系由水化产物、未反应的材料颗粒和孔间壁内的孔隙组成。

1.粉煤灰加气混凝土的孔间壁结构
（1）水化产物
加气混凝土的水化产物主要是不同结晶度的托勃莫来石、C-S-H凝胶和水化石榴石。

河南建筑工程材料研究生对粉煤灰的水化产物进行了定量分析并测定相应试件的物理力学性能。

（2）未反应的材料颗粒
在孔间壁材料中，出水化产物外，还有一定数量的未反应颗粒。

水化产物为胶结料，未反应颗粒可为骨架，形成强度。

（3）孔间壁内的孔隙
孔间壁的孔隙分为两类：一类是毛细孔，孔径在几十微米至100 Å之间,体积约占总体积(体积密度为500kg/m³时)的30%左右；第二类为胶孔，孔径在100Å 以下，这类孔的体积只占总体积（体积密度为500kg/m³时）的1%。

2．粉煤灰加气混凝土的气孔结构
体积密度为500kg/m³的粉煤灰加气混凝土，其气孔体积约占总体积的49%，孔形为球形，孔径约在0.2-0.8mm之间。

二、粉煤灰加气混凝土的结构形成机理
粉煤灰加气混凝土的结构是通过以下生产工序所发生的化学反应和物理变化而形成的：（1）由于料将组份间相互反应而放气的物一化过程；（2）料将的稠化和凝结过程；（3）物料的各个组份发生水热反应的蒸压养护过程。

1.料浆发气的化学反应
在粉煤灰加气混凝土料浆中，发气反应的产生是通过原料搅拌、浇注开始的。

在搅拌机中加入粉煤灰浆、水泥、生石灰、铝粉、水以及其他外加剂后，水泥和生石灰即发生水化反应。

水泥水化时要析出ca(oh)2 ，生石灰与水作用时也要生成ca ，因而，加气混凝土料浆的液相呈现碱性且迅速变成饱和溶液（ph值达12左右）。

铝粉极易与碱溶液相互作用，铝粉与碱性饱和溶液发生反应产生氢气，这些氢气很少溶于水（在t=20℃时，1L水仅溶解氢气0.0189L）,而且随着温度的升高体积增大（由0℃升到40℃时，氢气体积增大15%），因此，必然使混合料浆发生膨胀。

2.料浆膨胀、稠化、凝结的物理过程和化学反应
（1）料浆发生膨胀过程
料浆发气时最初生成的氢气立即溶解于液相中，由于氢气的溶解度不大，溶液很快达到饱和。

当达到一定的饱和度时，在铝粉颗粒表面上形成一个或数个泡核，由于氢气的逐渐积累，气泡内压力逐渐增大，当内压力克服上层料浆对它的重力和料浆的极限剪应力之后，气泡长大推动料浆膨胀。

铝粉与水反应产生氢气和料浆膨胀始终处于动态平衡。

料浆膨胀的动力是气泡内的内压力，料浆膨胀的阻力是上层料浆的重力和料浆的极限剪应力。

发气初期，铝浆不断产生氢气，内压力不断得到补充，因而迅速膨胀。

随着石灰，水泥不断水化，极限剪应力不断增大，这时，铝粉的反应仍在继续进行，只要气泡内的压力继续打压上层料浆的重力和极限剪应力，膨胀就会继续进行下去。

当料浆迅速稠化，极限剪应力急剧增大，膨胀才会逐渐缓慢下来。

当铝粉反应结束，气泡内不再增加内压力，或者这种内压力不足以克服上层料浆的重力和料浆的极限剪应力时，膨胀过程就停止了。

（2）料浆的稠化过程
加气混凝土料浆失去流动性的过程称为稠化过程。

稠化是由于料浆中的石灰、水泥不断水化，其极限剪应力不断增大的结果。

因此，料浆的稠化过程就是料浆的极限剪应力不断增大的过程。

料浆的极限剪应力随时间而变化的曲线可以看作是料浆的稠化曲线。

如果实际的稠化曲线低于正常的稠化曲线，表示料浆稠化太慢，有可能产生塌模；如果料浆稠化太快，实际的稠化曲线高于正常的稠化曲线，则有可能产生不满模、憋气等不正常现象。

因此，加气混凝土的稠化过程是要通过修正稠化曲线来加以调整。

（3）料浆的流变特性
加气混凝土料浆是一种粘、塑、弹性组合体，其发气、膨胀、稠化过程也是在剪切条件下发生流动和变形的过程，用流变学方法能够直接反应料浆发气和稠化过程的规律。

加气混凝土料浆从搅拌浇注开始至胚体硬化为止，按其结构特性可以分为以下几个变化过程：刚形成的料浆可以看作是一种溶液粗分散体系，其流变特性接近于理想牛顿粘性体；随后固定粒子互相碰撞，在范德华力作用下互相粘接起来，形成最初的絮凝结构，这是骨架形成阶段，其流变特性具有假塑性特性；随着水化反应的继续进行，固相粒子形成三维的空间网络，这时整个结构具有显著地弹、粘塑性特征，表现出极限剪应力，这是骨架发育阶段；最后结构强度明显上升，弹塑性质比例加大，这是结构密实化阶段。

可以用料浆的流变特性的变化来表征加气混凝土料浆结构的发生、发展和不断完善的过程。

(4)料浆的凝结过程和化学反应
当料浆浇注入模、开始膨胀的时候，随着放气反应的进行，水泥和石灰也发生水化作用。

当放气完毕、膨胀结束时，料浆中的石灰质矿物胶结料仍在水化，水化产物在液相中不断地积
累起来，同时，体系中的自由水分由于水化作用的进行逐渐减少，这就使得溶液中水化产物的浓度逐渐增加，并且很快达到过饱和成胶体或析出晶体。

不断的积累使胶体聚集并使晶体成长，且形成结晶连生体，使整个系统具有一定的能支承自重的结构强度，即达到初凝或稠化。

随着水化继续进行，体系结构不断紧密，固相越来越少，当到达能抵抗相当外力作用的结构的强度时，便达到终凝。

料浆达到终凝之后，水化作用在常温下就不能再很快进行，整个料浆体系结构也就基本上稳定成胚体。

为了使料浆成为具有一定结构强度、可以进行切割的胚体，需要有一段静置停放过程。

因此，静停过程也就是料浆凝结过程。

3．胚体在蒸压养护时的水热反应
石灰—水泥—石膏—粉煤灰加气混凝土胚体在蒸压养护过程中的水热反应状况如下：（1）升温阶段：随着温度升高，Ca（OH）2与粉煤灰中的活性SiO₂
反应生成反应较高的水化硅酸钙，随着SiO₂的不断溶解，水泥水化C-S-H凝胶与石灰、粉煤灰合成C-S- H等水化硅酸钙的碱度不断降低，开始变成半结晶的CSH(I)。

与此同时，三硫型的水化硫铝酸钙分解成单硫型的水化硫铝酸钙。

（2）恒温阶段：在180℃--200℃的恒温初期，大量生成CSH(I)。

在此温度下，单硫型水化硫铝酸钙也无法稳定，继续分解成和，水化铝酸钙和SiO2作用生成水石榴子石。

随着恒温时间的延长，水化硅酸钙的结晶程度不断提高，出现托勃莫来石，进一步延长时间还可能生成其他结晶相的水化硅酸钙。

因此，蒸压石灰—水泥—石膏---粉煤灰加气混凝土中的水化产物有CSH(I)、托勃莫来石、水石榴子石，随着恒温压力和养护时间的不同，它们的数量和结晶程度均在变化。

二、粉煤灰加气混凝土的材料性能
粉煤灰加气混凝土虽然也称之为“混凝土”，但与普通水泥混凝土相比，其结构和形成机理是不同的，也就具有不同的特性。

普通水泥混凝土是由水泥水化生成的水化产物（凝胶），并主要依靠物理吸附力将集料胶结成整体；而加气混凝土则主要是由氧化钙和硅质集料表面发生化学反应生成的水化硅酸钙和托勃莫来石结晶等将“集料残核”胶结起来，并与铝粉反应生成的气孔一起形成一个整体。

由于加气混凝土这种与普通水泥混凝土的质的区别，其材料性能也有显著的差别。

1.多孔性
加气混凝土的首要性是多孔性，表征其多孔性的物理参数：（1）孔隙率定义：包含在加气混凝土中的孔隙的容积与材料所占的容积的百分比，称为加气混凝土的孔隙率。

（2）体积密度定义：加气混凝土单位体积的重量。

粉煤灰加气混凝土的干体积密度以500kg/m³。

（3）气孔的大小与分布粉煤灰加气混凝土的材料性能不仅与气孔数量（以孔隙率和体积密度表征）有关，而且与气孔的大小和分布情况有关。

2.力学性能
（1）抗压强度粉煤灰加气混凝土的抗压强度与体积密度成线性关系，体积密度越大，抗压强度越高。

此外，含湿状态对加气混凝土强度的影响比普通混凝土更加显著。

绝干时，加气混凝土抗压强度最高，随着吸水，强度开始急剧下降，当含水率超过15%时，强度随含水率增大而下降的趋势减缓，当含水率超过25%以上，强度趋于稳定。

所以，对于加气混凝土，其强度时相当于一定含水状态而言的。

强度的基准含水率各国不尽一致，瑞典等国已气干状态为10%.
由于发气膨胀过程和生产工艺的影响，一般气孔沿发气方向呈椭圆形，这对强度也有一定影响，平行于发气方向的抗压强度大约为垂直方向的80%左右。

（2）抗拉、抗折、抗剪强度
影响抗拉、抗折、抗剪强度的因素与抗压强度相同。

（3）加气混凝土的强度特性
加气混凝土的抗压强度虽然偏低，但是由于其块体尺寸较大，制品匀质性较好，强度利用系数很高，可达70%-80%，而粘土砖的强度利用系数一般只能达到30%。

例如，强度为3.5MPa 的加气混凝土，其砌体强度可达2.8MPa；而强度为10 MPa的粘土砖，其砌体强度值有3.0 MPa，二者大体相当，这就是为什么强度相对偏低的加气混凝土可以和粘土砖一样作为多层建筑墙体承重材料的原因。

作为墙体承重材料，衡量其承重能力的指标是砌体强度，而不是制品强度。

黏土砖砌体的强度不仅取决于粘土砖制品的强度，还取决于灰缝材料的强度及二者粘结强度。

加气混凝土的这种强度特性，对于其推广应用具有十分重要的意义。

2.变形性能
（1）应力---应变全曲线
全曲线分成三段，分别表现加气混凝土在不同应力阶段的变形性能。

A上升段----应力由零升至最大值加气混凝土从开始受力后，当应力比较小时，应力一应变关系接近直线变化。

应力加大后，应变增长略快，应力一应变应变关系微凸，但斜率变化不大。

当接近破坏荷载时，塑性变形显著加大，有的试件出现竖向劈裂裂缝或斜向剪切裂缝，曲线出现较大转折而渐趋平稳。

达到最大应力时，试件开始破坏，此时的应变称峰值应变。

B降段-----应变力自最大值下降至残余强度。

下降段曲线的型状与试件的破坏过程及破坏形态密切相关，一般有三种类型；
第一种类型；单调缓降--------------一般相应于斜面剪坏。

第二种类型；急降回升--------------一次劈裂破坏。

第三种类型；台阶式下降-----------多次劈裂破坏或局部剪切破坏。

C平段-----应力在残余强度上下波动，残余强度值为0.2----0.4
由于加气混凝土内部气孔的可压缩性和斜面摩擦变形较大，后平段的变形量很大，最大应变可过(50-------100) ×１０
（2）应力---应变上升段曲线
加气混凝土棱柱体的横向应变和纵向应变的比值，从加载开始直到破坏前，基本上保持不变。

（3）加气混凝土的静弹性模量
加气混凝土的静弹性模量是指根据静荷载求出的弹性模量。

（4）加气混凝土的动弹性模量
动弹性模量是指用动力学方法在很小的应力状态与周期性交变的动荷载下测定的弹性模量。

粉煤灰的动态弹性模量大于其静力弹性模量，原因主要是做静力弹性模量试验时，试件受荷时间长，产生塑性变形。

（5）粉煤灰加气混凝土短期荷载变形特性
在形同荷载作用下，加气混凝土的变形较大。

这在建筑应用中必须引起注意，尤其是在加气混凝土与其他材料咬砌衔接等部位以及配筋构件中要有一定的建筑结构措施。

虽然加气混凝土弹性模量比较小，但是在受力变形过程中，弹性系数（弹性变形在总变形中所占比例）却很大，一般均在0.9以上。

这是加气混凝土受力变形的又一重要特性。

在前述应力一应变曲线中已经提到，当应力较小时应力，应力应变接近直线变化，应力加大，应变增长略快。

只有当应力接近破坏荷载，塑性变形才显著增大，出现表面裂缝。

应力达到最大值时，试件立即破坏。

而普通水泥混凝土的弹性系数一般只有0.2-0.7，受力时应力≥0.3时，就出现裂缝，可是，当达到最大应力时，试件并不破坏，只是部分混凝土退出工作，变形继续加大，直至整个混凝土破坏。

粉煤灰加气混凝土受力变形这一重要特性在建筑工程设计时必须予以重视。

（6）粉煤灰加气混凝土长期荷载变形特性
粉煤灰加气混凝土和普通水泥混凝土一样，是一种弹塑性材料。

其变形值有弹性应变和塑性
应变组成。

塑性应变不仅与荷载大小有关，而且与时间有关。

这种在长期荷载作用下的塑性变形成为徐变。

加气混凝土的徐变比普通水泥混凝土小，即塑性变形较小，其原因主要是普通水泥混凝土的徐变是由荷载作用引起的结晶变形和由化学过程继续进行引起收缩的综合结果，而加气混凝土通过蒸压养护后，化学反应进行的比较完全，投入使用后继续进行的化学过程相当微弱。

（7）含湿量变化引起的变形
粉煤灰加气混凝土和其他材料一样，随着含湿量的变化也会引起变形，即干燥收缩，吸湿膨胀。

蒸压养护后，湿度逐渐减小，制品出现收缩变形，其过程大概分为三个阶段；
第一阶段；28d，主要是干燥过程，其收缩量占全年总收缩量的60%，同时减重。

第二阶段；29d---180d，主要是碳化过程，收缩量占全年总收缩量的15%，同时由于碳化而增加重量。

第三阶段；181d—360d，占全年总收缩量的25%，主要是毛细管力和在结晶作用，重量不变。

国家标准规定，加气混凝土的干燥收缩值，有标准法测定应≤0.50mm/m；如果收缩值过大，收缩变形形成的应力超过了制品的抗拉强度或砌体的粘接强度，则制品或砌体接缝处将会出现裂缝。

由于粉煤灰加气混凝土抗拉强度偏低，为了防止收缩裂缝，一方面要严格限制制品上墙时的含水率，按规程规定，粉煤灰加气混凝土的上墙含水率要控制在20% 下；另一方面，要采取一定的建筑和结构措施，增加抵抗裂缝的能力。

4加气混凝土吸水导湿性
由于加气混凝土的气孔大部分是墨水瓶结构的气孔，肚大口小，只有少部分是水分蒸发形成的毛细孔，因此，加气混凝土毛细管作用较差，使之具有吸水导湿缓慢的特性。

（1）整体吸水
实验方法；将10㎝*10㎝*10㎝的试件侵入水下3㎝，然后测定其吸水状况。

侵水10h，吸水量达到25%；10h以后吸水减缓；侵水1—3个月，最大吸水量才能达到45%，此时仍有35%左右的孔隙不能充水，即使抽真空，也才能使90%的孔隙吸水。

（2）单端吸水
实验方法；将10㎝*10㎝*10㎝的试件的一端侵入水下1㎝，然后测定其吸水高度和吸水量。

实验结果是；加气混凝土侵水后24h，剧烈吸水，以后减缓，10d以后达到平衡。

加气混凝土的单端吸水高度为9㎝，吸水量300g/100cm²左右。

与其相对比的黏土砖，吸水10h以后的单端吸水高度就超过24cm，吸水量700g/100cm²以上。

可见，加气混凝土比黏土砖的吸水速度慢得多，吸水量小的多。

（3）对加气混凝土吸水特性的分析
由上述整体吸水和单端吸水状况实验可知，加气混凝土和黏土砖的吸水性能有很大差异。

就整体吸水性而言，在同时侵入水中72h后，二者的体积吸收率相近，大约是335%左右，但是，此时的黏土砖的孔隙都已被水充满，而加气混凝土还有45%的孔隙未被充满。

就单端吸水性而言，加气混凝土的吸水速度比黏土砖慢的多，吸水量小的多。

这种特性对于加气混凝土的砌筑和抹灰有着很大影响。

在抹灰前如果采用同样方式往墙上浇水，黏土砖容易吸足水量，而加气混凝土表面看来浇水不少，实则吸水不多。

其结果是；黏土砖墙上的抹灰层可以保持湿润，而加气混凝土墙上的抹灰层中的水分反被加气混凝土吸取一致产生裂缝。

因此，在施工中必须针对加气混凝土这一特性采取相应措施，而不可照抄照搬黏土砖墙抹灰的习惯施工方法。

（4）平衡含水率
平衡含水率是指加气混凝土达到热力学上水蒸汽等温吸附和解吸过程平衡时的含水率，
是吸附和解吸的极限，不要与建筑物的实际自然含水率混为一谈。

据测定，在相对湿度为30%-80%的范围内，加气混凝土平衡含水率只有1%-3%，而建筑物中加气混凝土的稳定的自然含水率在平衡含水率的范围之内。

由于加气混凝土的平衡含水率很低，在建筑物加气混凝土制品自然干燥后可以达到一个较低的自然含水率，这对室内自然小气候的调节十分有利。

加气混凝土热工性能
（1）比热
干燥的加气混凝土的比热大体保持为一常数Cd=0.8kj/（kg·k）
（2）导热系数
导热系数是表示加气混凝土导热的难易程度的物理量，以单位厚度墙体、两侧温度为1℃，1h内通过1m²面积所传过的热量来度量，单位是W/(m·K)。

国家标准对加气混凝土导热系数（干态）的规定是：体积密度B03级的导热系数≤0.10W/（m·K），体积密度B04级的导热系数≤0.12W/（m·K），体积密度B05级的导热系数≤0.14W/（m·K），体积密度B06级的导热系数≤0.16W/（m·K），体积密度B07和08级的未作规定。

加气混凝土的导热系数与其体积密度有密切关系。

加气混凝土的导热系数与含水率也有很大关系。

温度对加气混凝土的导热系数也有一定影响，随着温度增高，导热系数增大。

（3）导温系数
导温系数，又名热扩散系数，表示材料在受热或冷却时，由一面向另一面进行散热的速度。

导温系数越小，温度变化越慢，热惰性越好。

（4）表面蓄热系数
表面蓄热系数表示当材料一侧受到热波作用时，表面抵抗温度波动的能力。

加气混凝土的表面蓄热系数为1.42~2.04W（m²·K）
（5）对粉煤灰加气混凝土热工性能的分析
由于加气混凝土保温性能比传统建筑材料好的多，而隔热性能对于不装设空调的建筑而言好一些，建筑应用时如果只考虑保温性能而减薄厚度，则可能造成隔热性能不足。

所以应该同时考虑这两方面的需要合理应用。

加气混凝土声学性能
（1）吸声性能
当声波入射到加气混凝土制品表面时，一部分被反射，一部分被吸收，另一部分则穿透制品。

被吸收的声能（E）与入射声能（E。

）之比，称为吸声系数，是度量加气混凝土吸声能力的物理量。

由于加气混凝土的多孔性，它具有一定的吸声能力，虽因孔隙不连通而使吸声性能受到限制，使由于加气混凝土具有加工性，及其对其表面施行某种加工，这种经加工处理后的制品达到中等效果的吸声性能，加之，加气混凝土具有耐潮，耐火，强度较高等优点，且比其他吸声材料便宜，在某些情况下可以做吸声材料加以采用。

（2）墙体隔声性能
入射在加气混凝土墙壁上的声能因透射过墙壁而减低的分贝数，称为隔声量，或称透射损失，是衡量加气混凝土墙体隔声性能的物理量。

（3）表征楼板隔声性能
表征楼板隔声性能的方法与隔墙不同，它是用标准打击器在楼板上打击，用在楼板下接收到的声压级来表示。

声压级越低，隔声效果越好。

（4）对加气混凝土隔声性能的分析
和任何轻质建筑材料一样，加气混凝土的隔声性能也受“质量定律”支配，也就是说，单位面积墙体质量越小，隔声能力越低。

加气混凝土墙体的隔声性质低于各种质量大的材料，如黏土砖、普通水泥混凝土等。

要提高加气混凝土墙的隔声能力，主要必须由建筑措施来解决。