提高蒸压灰砂砖质量的技术措施

近些年来，因工作需要，笔者曾到过广东、温州、武汉、四川、重庆等地一些蒸压灰砂砖厂，发现有些厂生产的灰砂砖外观质量和强度均较差，一般强度在10MPa 左右， 有的甚至在10MPa以下， 达不到GB11945-1999《蒸压灰砂砖》标准要求。究其原因，除了原材料质量差和装备简陋等问题外， 主要是这些生产企业的蒸压灰砂砖生产管理水平较低，生产经验不足，技术力量薄弱。为提高蒸压灰砂砖行业生产管理水平，使生产的灰砂砖达到国家标准，以满足建筑工程需要，本文介绍几个提高蒸压砖质量的技术措施。

1 最佳生石灰用量
     蒸压灰砂砖的主要原料是生石灰和砂子， 其强度是靠生石灰中的活性CaO 与砂中的SiO2 在水热条件下起化学反应生成低碱水化硅酸钙CSH（B）和托波莫来石C4S5H5， 把未参与反应的砂粒胶结在一起而获得的。由此可知，灰砂料中如果生石灰用量太少，不但会使砖坯成型后因胶结料不足而松散产生缺棱掉角，影响其外观质量， 更为严重的是因化学反应生成的水化硅酸钙凝胶量不足而使砖的强度大大降低，达不到国家标准要求。生石灰用量过大，不但会使灰砂砖生产成本增高，而且由于砖中存在过多的CaO，使反应生成的水化产物大部分是高碱水化硅酸钙C2SH（A）、C2SH（C），这种水化产物的强度较差，故生成的砖强度不高， 加之剩余未参加化学反应的氢氧化钙Ca（OH）2 结晶强度更低， 所以总的反映到砖上的抗压、抗折强度偏低，达不到标准要求。因此，在蒸压灰砂砖生产中，加大生石灰用量是有害无益的，必须严格控制生石灰用量， 以能够保证产生足够的低碱水化硅酸钙凝胶来胶结砂粒而产生所需的强度为准。最佳的生石灰用量应根据所用生石灰的质量、磨细度和砂子的细度模数、颗粒级配以及产品所需强度等条件，通过计算和试配而得到。根据生产经验，当灰砂砖厂使用细砂和生石灰质量符合生产灰砂砖要求，而磨细度又在0.08mm 方孔筛的筛余小于10%（4500cm2/g）时，其用量一般以灰砂混合料中含活性氧化钙在6%～7.5%为准，由下面公式计算求出：

B=  C 干/C 灰×100%

C 灰
式中：B—灰砂混合料的生石灰实际用量（%）；
C 干—灰砂混合料中活性氧化钙的含量（%），一般为6%～7.5%；
C 灰—生石灰的活性氧化钙含量（%）。
砂子的用量只要灰砂混合料的生石灰用量确定后，即可得出：
砂子用量（%）=1-生石灰用量（%）
把计算得出的生石灰用量用于试配料，从中求得最佳生石灰用量。

2 加入废灰砂砖块
     以生石灰用量10%～15%的废灰砂砖块加入生石灰中一起被破碎，进球磨机一同粉磨，这样不但可提高球磨机产量和生石灰的磨细度， 而且能显著提高灰砂砖的强度。其原因是：废砖块里已有一定量的水化硅酸钙晶粒存在，将废砖块加入灰砂料中，就等于加入了水化硅酸钙晶粒。由于灰砂料中有水化硅酸钙晶粒存在， 灰砂料中的活性氧化钙和氧化硅在一定湿热条件下很快围绕在水化硅酸钙晶粒的周围生成水化硅酸钙， 即大大提高了活性氧化钙与二氧化硅之间的化学反应速度，使水化硅酸钙凝胶增多，从而提高了灰砂砖的强度。又因为废砖中含有大量的砂粒，进入球磨机与生石灰一起粉磨成细砂，不但增大了砂子参与化学反应的表面积， 同时也暴露了砂的新表面，使其与生石灰的接触面增加，反应阻力减小， 从而也使水化硅酸钙凝胶增加。生产实践证明：在灰砂砖生产中，加入一定量的废灰砂砖块与生石灰一起破碎、粉磨后配料， 可使灰砂砖强度提高25%～30%，这也是工厂废品综合利用、变废为宝的一个重要途径。
3 合理的成型压力
     有些企业认为， 压制灰砂砖坯的压砖机压力愈大，灰砂砖的强度会越高，因而无止境地要求提高压砖机的成型压力，导致压砖机生产厂生产的压砖机标牌成型压力（八孔压砖机） 有80t、100t、120t、150t， 甚至达180t，以满足业主的心理需要。是不是压砖机压力越大灰砂砖的强度就越高呢？一般来说，在一定成型压力范围内，砖的强度随压砖机成型压力的提高而增加。但超过了极限成型压力，不但不会提高砖的强度，反而会使砖的强度下降，砖坯内部会产生很多层裂。这是因为：砖坯料内除了石灰、砂和水外，其空隙中含有大量的空气。在压砖时，随着成型压力逐渐增加，砖坯料逐渐被压缩，空隙减少，一部分空气被挤出砖坯外，最后由粒子的吸引力和水分子的结合力把灰砂料组成符合成型要求的砖坯，达到一定的密实度。如果成型压力超过了极限压力，砖坯内未被排除的残留空气会暂时被压缩，超过极限压力越多，则残留空气被压缩得越厉害。当成型压力被解除后，被压缩的残留空气会立即恢复原状而在砖坯内形成“气囊”，使砖坯产生“层裂”。砖坯内残留空气越多，则砖坯层裂越严重。砖坯内残留空气的多少与灰砂料的颗粒级配有很大关系，砂子级配差的灰砂料空隙多，故残留空气多，这时成型压力宜偏小。反之，可适当提高。也就是说，一定要根据灰砂料的粗细、级配的好坏、成型水分的大小来选择适宜的成型压力。在压砖机压砖时要及时调整压砖机喂料量来控制成型压力，决不能无止境地提高成型压力，这样才能保证灰砖砂的强度和外观质量，也使压砖机运转率高而维修费用低。根据生产经验，一般用细砂或特细砂作原料时，合理的成型压力为20MPa 左右，即反映到压制一块标准砖坯上的压制力为（24×11.5×0.2t）55.2t，所以选用60t 的8孔或120t的16 孔压砖机完全可以满足灰砂砖成型要求，一般砖坯单重在2700g～2850g之间。如选用压制条面的液压压砖机来成型砖坯，则压制一块标准砖坯上的压制力为（24×5.3×0.25t）31.8t；一次成型32块，总压制力为（31.8t×32）1018t。
4 合适的生石灰磨细度
     生石灰作为灰砂砖的胶结料是要粉磨到一定细度才能使用，因为在灰砂砖生产中，只有让生石灰颗粒充分包裹砂子颗粒后， 才能使砖坯有成型强度，才能使灰砂水化反应顺利进行，以产生足够的水化物来保证砖的强度。根据这一包裹理论，当砂子的比表面积一定（即粗细已定），生石灰颗粒越细，比表面积越大，用量越少，反之用量增加。其计算公式为：

a＝3.64S砂*A/【（1+0.0032A）*（S灰+3.64S砂）】
式中：a—灰砂混合料中有效CaO 含量（%）；
A—生石灰中有效CaO 含量（%）；
S 砂—砂子比表面积（cm2/g）；
S 灰—生石灰磨细比表面积（cm2/g）。
例：当生石灰的A=65%，
a=3.64×65S 砂/[（1+0.0032×65）?（S 灰+3.64S 砂）]=195S 砂/（S 灰+3.64S 砂）
如S 砂=200cm2/g，S 灰=4800cm2/g，a=195×200/[4800+（3.64×200）]=7.055%
从计算公式可知， 如果生石灰的磨细度不够，其用量会大大增加，从而增大生产成本并使灰砂砖强度下降。生石灰磨细度超细，由于其表面积大，与砂粒接触面积也大，有利于水化硅酸钙凝胶的生成，从而提高灰砂砖强度。也可适当减少生石灰的用量，但会使球磨机的产量大大下降，电耗增加，研磨体消耗增大，从而增加生石灰的粉磨费用。所以，灰砂砖生产企业应对生石灰的磨细度有规定要求，一般规定生石灰的磨细度为0.08mm 方孔筛的筛余量小于10%， 可以生产出优质灰砂砖。
5 合理的蒸压养护制度
     为使灰砂料中的氧化钙和砂中的二氧化硅能在较短的时间内生成足够的水化硅酸钙凝胶来胶结砂粒而产生足够的强度， 必须制定合理的蒸压养护制度。一定压力的饱和蒸汽是必不可少的蒸压养护条件，这是因为灰砂料中氧化钙和二氧化硅只有在高温的水中才会溶解生成氢氧化钙溶液和可溶性硅酸。根据试验得知， 蒸压灰砂砖一般采用0.8MPa 及以上表压的饱和蒸汽是可行的，这样的压力在一定时间内可以使砂中的二氧化硅很快地与生石灰中的活性氧化钙反应，生成所需的水化硅酸钙凝胶胶结砂粒而得到所需强度和化学稳定性的灰砂砖。蒸压养护制度应根据所用原材料质量、蒸汽压力大小、产品所需强度来确定，蒸压养护时间过长或过短均对灰砂砖及生产不利。一般蒸压养护周期：压力×恒温时间=56。式中恒温时间为h，压力如0.8MPa 换算为8kg压力。在蒸压养护中， 首先用真空泵抽真空30min 排出釜内空气，以保证釜内压力为纯蒸汽或接近纯蒸汽压力而保证灰砂料化学反应所需温度。为防止由于温差应力造成砖坯裂纹，应缓慢而均匀地升温1.5h，使釜内压力达0.8MPa 的表压，相应地， 其釜内温度约为170℃～174.5℃。在此温度下保持恒定7h，使石灰中的活性氧化钙与砂中二氧化硅有足够时间起化学反应生成所需的水化硅酸钙凝胶胶结砂粒而产生所需强度。然后可先慢后快均匀地放出釜内蒸汽降温1.5h，以防止砖因降温过快产生温差应力使砖爆裂或裂纹，其蒸压养护周期10.5h。当釜内蒸汽压力降至零压且温度在70℃以下时方可打开釜门出砖。若采用1.0MPa～1.2MPa 表压的蒸汽压力来养护砖坯，恒温时间则可大大缩短，4.5h～6h 即可达到所需强度，也可大大提高蒸压釜的利用率。国外蒸压灰砂砖生产企业一般采用1.6MPa 表压的蒸压釜。
6 使用灰砂砖外加剂
     在一定蒸压养护制度下，灰砂砖的强度主要取决于可溶性硅酸的生成量，而可溶性硅酸主要来源于砂中二氧化硅的溶解量。但砂中的二氧化硅一般呈无活性结晶状态存在，只有当温度上升时其溶解度才逐渐增大。据测定： 砂中二氧化硅在25℃时溶解度只有0.006g/L， 在174.5℃饱和蒸汽中的溶解度也只有0.18g/L，也就是说，在规定的蒸压养护条件下，由于砂中二氧化硅溶解量不足，石灰用量够了也不可能生成足够的水化硅酸钙凝胶胶结砂粒而达到较佳的强度。
     而灰砂砖外加剂不仅能使灰砂料中的石灰微粒进一步分散、扩散包裹在砂粒表面，增加石灰与砂粒表面的水热合成反应的机会；更重要的是，由于其含有碳酸钙、亚硝酸钙、重铬酸钾等一类强电解质，其水解后会增加灰砂料中的OH-离子浓度，补充了在水热条件下由于Ca（OH）2 析出造成OH-离子浓度的不足，从而激发砂中二氧化硅的活性，使二氧化硅溶液成可溶性硅酸量增大，促进水化硅酸钙凝胶量增加而提高灰砂砖的抗压、抗折强度，使灰砂砖的强度比未加入灰砂砖外加剂时可提高10%～50%。若保持原有灰砂砖的强度， 则可降低生石灰用量10%～20%、节电5%～10%，灰砂砖生产成本降低10%左右。不过要使灰砂砖外加剂在蒸压灰砂砖生产中起到明显作用，首先要有足量的生石灰（≥5.5%），并按其掺加量及作用方法进行，否则其作用会减弱，甚至失效。
7 结语
     综上所述，蒸压灰砂砖企业只要所采用的原料符合生产要求，生产设备又能满足工艺规定要求，按上述技术措施去管理生产， 完全能够生产出符合GB11945-1999《蒸压灰砂砖》规定的强度等级MU15及以上的蒸压灰砂砖。
                                                                        摘自《墙材革新与建筑节能》2010年第4期