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加氣混凝土精確砌塊的生產和應用

2016-02-16 15:02:56

中國加氣混凝土協會姜勇

綠色建筑是在建筑的全壽命期內,最大限度的節約資源(節能、節地、節水、節材)、保護環境和減少污染,為人們提供健康、適用和高效的使用空間,與自然和諧共生的建筑。綠色建筑必須符合循環經濟的要求,即要求按照生態規律組織生產、消費和處理廢棄物,合理利用自然資源和環境容量,在物質不斷循環利用的基礎上發展經濟,使經濟系統和諧地納入到自然生態系統的物質循環過程中。

一、 加氣混凝土的生產技術

1.生產技術的三個層次

我國的加氣混凝土工業已經具有近50年的發展歷史,生產技術成熟,許多企業已經達到國際先進水平,特別在利用包括粉煤灰等工藝廢棄物為原料生產技術,更是領先于國際先進水平。從裝備水平大體可分為三個層次。第一層次以引進切割機為核心設備,采用微機程序控制,自動化程度較高,年產量在20萬m3以上,產品質量穩定,能進行多品種產品生產的生產線,具有代表性的有上海伊通,南京旭建、浙江開元和天津天筑等。這一層次代表我國最先進的技術,也標志著加氣混凝土的發展方向,

第二層次以國產切割機(包括空翻和地翻)為主裝備的企業,這些企業經過正規的設計,選用標準或定型設備,人機匹配較好,能長期穩定生產;這一層次的企業運用了許多新技術,如水熱球磨工藝、錯層配料工藝、消泡機、鋁粉自動計量攪拌機和液壓輸送機構(液壓行車)、翻轉去底等,成為我國自主知識產權的重要載體,也因為其投資明顯優于引進線,產品質量接近引進線而最具競爭力。這一層次中,一些企業建設標準較高,選用國內領先的自動化空翻設備,配置完整齊全,自動化程度高,產品質量好,因而脫穎而出,成為與引進線相媲美的先進生產線,其代表為廣州發展,采用DCS控制,全線僅用7人操作。其他還有北京金隅、武漢春筍、山東盛源、溫州弘正、湖州匯能等,代表了國產裝備的最高水平。

以上二個層次構成了加氣混凝土的主體力量,生產企業約占70%,生產能力約占90%。 

第三層次是因陋就簡,土法上馬的生產線,特點是沒有經過正規設計,生產線布置缺少總體的規劃,技術定位低,設備落后,產品質量波動大,無法形成產量規模,甚至無法生產合格的產品。

2.產品的結構

我國加氣混凝土的生產能力達到了2億m3,產品門類已發展到非承重砌塊、承重砌塊、保溫塊、墻板、屋面板、裝飾砌塊與裝飾板以及成套建筑構件和部品。但是,產品的結構比較單一,2012年的調研數據顯示,砌塊約占總量的99%(其中砂制品22.8%,粉煤灰制品77.2%),各類板材僅占1%;在砌塊產量中,B05級及以下及精確制品約占8%,其余92%為B06、B07級產品。

南京旭建新型建材股份公司是加氣混凝土行業產品種類最多的企業,除加氣混凝土砌塊、素板外,還推出了復合裝飾板和噴涂、銑削裝飾板,前者將加氣混凝土的節能優勢與天然石材的裝飾效果合二為一,形成一種既具有節能效果,又有極佳裝飾作用的內外墻板材;后者則將普通板材,經噴涂處理或銑削加工,制成極具自然親和力的裝飾板材。他們還推出了加氣混凝土成套建筑構件、部品和單元房,實現了加氣混凝土建筑的工廠化生產。

3.對加氣混凝土認識的幾個誤區

加氣混凝土有其自身的特性,在應用上應該揚長避短,與建筑施工技術密切結合,才能做到科學應用,保證建筑質量。在此,我們有必要廓清幾個概念。

誤區之一,加氣混凝土強度越高越好。加氣混凝土是一種硅酸鹽混凝土,水化產物較多,主要的是CSH(Ⅰ)、托勃莫來石和硬硅鈣石等,CSH(Ⅰ)是半結晶態單堿水化硅酸鈣,在125℃~175℃的條件下短時間內合成,在較長時間的常溫下也能生成。CSH(Ⅰ)的抗壓強度很高,是托勃莫來石的一倍,但抗折強度和托勃莫來石一樣,一般托勃莫來石的抗折強度是抗壓強度的20%,而CSH(Ⅰ)卻只有10%;CSH(Ⅰ)在環境濕度降低時因干燥脫水而產生很大的收縮,在CO2的作用下又會分解成高分散的方解石,強度有較大降低。托勃莫來石是一種結晶完好的單堿水化硅酸鈣,在130℃~200℃下合成,所需時間比合成CSH(Ⅰ)多一倍。在CO2的作用下分解和干燥的收縮比CSH(Ⅰ)小很多。硬硅鈣石是純纖維狀結構的致密礦物,是含水極低的單堿水化硅酸鈣,在200℃的條件形成,溫度提高,形成加速,強抗壓強度略低于托勃莫來石,但抗折強度很高,抗折強度為抗壓強度的60%,干燥收縮很小。可見,單純追求抗壓強度,并不能保證產品質量,而且還帶來另一個質量上的弊端——脆。德國在加氣混凝土生產中很重視托勃莫來石的生成量。

加氣混凝土產品質量不只是一個抗壓強度,是包括外觀尺寸、抗壓強度、干密度、干燥收縮、抗凍性和導熱系數等構成的一個指標體系,任何一個指標不合格,就意味該產品質量不合格。

加氣混凝土的優勢在于輕質保溫,7.5MPa的產品不僅在生產成本上沒有優勢,又會在干密度等方面容易失去控制,從而丟掉輕質保溫的優勢。

誤區之二,加氣混凝土的干燥收縮值大。這是對標準的誤解。GB11968-2006中,干燥收縮是指制品在水中浸泡72小時(飽和含水)至烘干(2.5%~5%的含水率)長度變化(極限收縮值),是對產品進行的質量評定,標準的指標是0.5mm/m(標準法)和0.8mm/m(快速法);加氣混凝土實際使用狀態是處在8%~25%的含水率,如果我們將飽和含水至烘干狀態的干燥收縮畫成曲線,取8%至25%的長度變化,不同的產品波動在0.12~0.32mm/m,這才是對砌體有影響的收縮值。

誤區之三,輕視外觀尺寸偏差。尺寸精確的產品是加氣混凝土薄層砂漿干法施工技術的推廣應用基本條件,也是自保溫體系應用的基礎,放棄外觀尺寸要求,勢必將應用停留在厚層的普通混合砂漿濕法施工階段,這也是建筑中常見的“正反墻”現象以及墻體滲水的原因之一。“雙眼皮”現象,將嚴重危害建筑質量。

誤區之四,抗凍性只是北方地區需要控制的指標。有人認為抗凍性是一個區域性指標,對于南方地區沒有控制的必要。在此,我們應該明確,抗凍性指標是一個耐久性指標,如果放松了這一指標的控制,將會極大地影響到廣大建筑設計人員對加氣混凝土的信心,并最終影響到加氣混凝土在外墻的應用。可以認為,放棄對抗凍性的控制,將可能放棄加氣混凝土在外墻的應用,而局限在內墻的填充結構中。

誤區之五,只用于圍護和填充建筑,不會產生結構性質量問題,所以質量可以不做嚴格要求。在框架結構中,雖然荷載由框架承載和傳遞,但框架的穩定性卻要墻體來保證,當墻體出現問題,建筑的抗剪能力將被破壞,這就不能說不會產生結構性質量問題。

誤區之六,認為加氣混凝土不具有抗滲性。由于加氣混凝土氣孔大部分是封閉圓孔結構,與粘土磚不一樣,其毛細孔基本被氣孔阻斷,毛細管作用較差,形成加氣混凝土吸水緩慢的特性。但是,加氣混凝土的空隙很高,一般達到70%~80%,必然所能容納的水量又很大。我們做個實驗,將B05的加氣混凝土砌塊(砂和粉煤灰各一件)鋸成標磚尺寸,然后和黏土實心磚同時浸入2cm深的水中,黏土實心磚于36小時水分有底部遷移至頂部,加氣混凝土砌塊14天仍未到達頂部。

顯然,在建筑中遇到的墻體滲水問題,并不是加氣混凝土滲水引起。墻體滲水的一個重要原因是砌筑質量,大量的水是通過砌筑灰縫延滲到墻內,而并不是通過加氣混凝土本身滲透到墻內。

誤區之七,對砂加氣和灰加氣的認識。加氣混凝土因采用的原料不同而劃分為幾個系列的各種品種,所有這些種類,原料都必須符合相應的標準,產品更應符合GB11968《蒸壓加氣混凝土砌塊》和GB15762《蒸壓加氣混凝土板》的要求,此兩個標準并沒有因原料不同而有所區別,也就是說,只要符合標準,都可以應用于建筑。社會上有砂加氣優于灰加氣的認識,主要因為德國等國家因沒有粉煤灰資源,其產品都以砂為原料,我國現在的引進線也都以砂為原料,且這些企業產品質量始終過硬,并得到廣泛的認可。受原材料、生產技術等影響,一些粉煤灰加氣混凝土產品質量不佳,損害了粉煤灰加氣混凝土的形象。粉煤灰加氣混凝土的技術來自于蘇聯,目前,粉煤灰加氣混凝土技術最為成熟和應用最多的國家是中國和波蘭。關于粉煤灰加氣混凝土在自保溫體系中的應用,北京建筑材料科學研究總院王肇嘉等早在2009年就在《蒸壓粉煤灰加氣混凝土外墻自保溫體系研究與應用》一文中有了全面的論述。對砂加氣和灰加氣的認識,是對產品質量的認識。

誤區之八,精確砌塊是加氣混凝土的一個新品種。我們看一下影響加氣混凝土應用技術最關鍵的寬度和高度兩個指標,許多地方規范要求精確砌塊尺寸偏差都是不超過±1mm,這一要求和國家標準GB11968-2006《蒸壓加氣混凝土砌塊》優等品相符,再看抗壓強度、導熱系數等指標,也都與GB11968-2006《蒸壓加氣混凝土砌塊》一致。精確砌塊就是GB11968-2006《蒸壓加氣混凝土砌塊》的優等品砌塊。需要說明的是,精確砌塊不僅尺寸精度要高,內材性能也必須上乘,

誤區之九,堆放28天后砌筑。這是水泥混凝土的概念,加氣混凝土在完成蒸壓養護后基本完成了水化反應。砌筑質量和含水率有關,與齡期無關,修訂中的JGJ/T17《蒸壓加氣混凝土建筑應用技術規程》明確為“蒸壓加氣混凝土制品應用時,其含水率不應大于25%或出釜存放時間不應少于14d。”

一、精確加氣混凝土砌塊在我國的應用

1.我國加氣混凝土的應用

我國自1968年開始了加氣混凝土的應用,但直到JGJ/17-84《蒸壓加氣混凝土應用技術規程》發布,仍然沒有采用干法薄層砂漿砌筑的技術。1997年,上海伊通和南京旭建建成投產,才開啟了我國薄層砂漿砌筑的應用技術,2005年,江浙滬地區國產裝備的產品也大部分采用這一技術。

建筑質量要求薄層砂漿干法砌筑。加氣混凝土的一個特性是吸水量大,而吸水速度慢,如果施工技術(包括采用的砂漿),不能適應這一特性,勢必影響施工質量。傳統的施工方法是將加氣混凝土砌塊淋濕,但又不能濕透(一般要求砌塊表面8mm濕透),以水泥混合砂漿進行砌筑。這種方法除了繁瑣、施工場地環境差以外,控制淋濕的程度是一個難點,極易影響砂漿與砌塊粘結效果。

加氣混凝土專用砂漿具有良好的保水性,避免砂漿中水分被砌塊吸走,保證砂漿自身水化反應進行,從而保證與砌塊的粘結強度;專用砂漿還具有良好的粘塑性,保證灰縫(特別是豎向灰縫)飽滿,從而保證了砌筑質量。使用專用砂漿不論是施工性還是經濟性,都要求實行薄灰縫砌筑;薄灰縫還可避免因熱橋產生應力對砌筑質量的影響,薄灰縫也避免了因熱橋引起的墻體污染。薄灰縫最早是提高砌筑質量的手段。采用薄層砂漿的前提是外觀尺寸質量,按照3mm灰縫的要求,砌塊的尺寸偏差應控制在1.5mm以內。

建筑節能推動了薄層砂漿干法砌筑。建筑物外圍護結構的節能是把不同的墻體(或屋面)材料和保溫材料組合起來,以達到節能效果。在各種節能材料中,具有保溫和構件結構雙重優勢的材料就是加氣混凝土,加氣混凝土作為單一材料用于節能建筑已被廣泛接受。隨著建筑節能要求不斷提高,加氣混凝土采用薄層砂漿干法砌筑更體現了它的優越性,因此對加氣混凝土砌塊質量也提出了較高的要求,為強調這一要求,精確砌塊應運而生。

眾所周知,建筑保溫隔熱的方法較多,加氣混凝土自保溫體系有著極大的優勢。加氣混凝土自保溫系統,也稱單一墻體材料保溫系統,是指以蒸壓加氣混凝土(砌塊)為主要墻體構成的、在混凝土結構部位宜附加必要保溫措施的外墻保溫系統,其熱工指標應滿足當地建筑節能設計標準的要求。

墻體的保溫性能主要取決于墻體材料以及施工技術,施工技術包括采用的砂漿性能、砌筑方法、灰縫寬度等,當墻體材料和砂漿品種確定后,灰縫的影響就占了主要地位,隨著建筑節能要求的不斷提高,采用薄層砂漿砌筑技術也就成為必然。

2.精確加氣混凝土的生產條件

精確砌塊的生產條件可以歸納為以下6點:a.設備。應在設計原理、設備結構和制造精度等方面能保證其產品的質量;b.嚴謹的工藝設計;c.必須具備一流的人才。既包括具有先進理念的經營管理人員,也包括具有相當水平的工程技術人員和高素質的工人;d.有賴于優質的原材料;e.嚴格的工藝制度;f.成熟的應用服務,包括完整的施工指導文件和嫻熟的服務人員。

生產精確砌塊,設備因素是重要因素。設備應在設計原理、設備結構和制造精度等方面能保證其產品的質量,這部分已在本微信平臺“設備與產品質量”有過專門論述。

生產線應進行正規的專業設計,如果僅僅是建設方自己參照設計或采用設備企業提供的方案來開展建設,很難保證生產線能生產合格的產品。這是因為建設條件千差萬別,而建設方只是參照工藝布置圖,沒有對原材料等條件進行論證;設備企業提供的方案只是配合產品銷售,并沒有達到設計的深度和廣度要求,設備企業的專業是機械加工和制造,并不是工藝技術;有些設備并不滿足工藝要求,其原因既可理解為缺乏對工藝技術的掌握,也可理解為對設備缺陷的有意回避,不愿意做背離銷售價格的改進。

沒有經過設計的生產線,除了影響產品質量,還有影響產量、成本、設備保養檢修、產品升級等等。建設方和設備供應方簽訂的是產品(設備)購銷合同,設計已超出了合同范圍,設備企業只是提供了力所能及的服務,提供完整的設計,既無能力,也無責任。

在生產線建設以前首先應該確定目標,也就是說我們要什么?包括規模(產量)、質量和規格品種。一旦目標確定,接下來要解決的是如何實現這一目標的問題,通俗講就是我們如何做?這就包括工程設計、設備選型,設備選型首先要考慮功能和效率,其次是經濟性,綜合起來是性價比……。伊通做得好,其關鍵是他們知道要什么,并知道怎么做。為此,他們不斷提出新的工藝方案,不斷提出設備的要求,以此保證了他們90多年來的長盛不衰。為什么92%的產品屬于中低端產品而不能用于自保溫體系?現實中投資者往往根據一張設備配置表進行詢價,或者由設備企業拿出配置表,然后集中精力討價還價,對工藝形式、設備配置數量、設備型號規格、性能參數等反而不予重視。

可以這樣描述工藝和設備之間的關系:工藝是使命,但絕對以工藝為主的設計未免天真;設備是車騎,絕對以設備為主的設計難出臼窠。優秀的設備既來源于工藝也應工藝而生輝;優秀的工程是工藝的完全體現和設備的充分發揮。

其三,一流的企業還必須具備一流的人才。人才既包括具有先進理念的經營管理人員,也包括具有相當水平的工程技術人員和高素質的工人;第四,優質的產品還有賴于優質的原材料,巧婦難為無米之炊,不應追逐于成本利潤而不顧原材料質量的控制;第五,必須建立嚴格的工藝制度;第六,具有成熟的應用服務,包括完整的施工指導文件和嫻熟的服務人員。加氣混凝土本屬于新型墻體材料,施工技術有其特殊性,并且,一般施工隊伍的不確定性,也難以保證施工質量的控制,好的產品沒有用好,豈不前功盡棄。

3.精確加氣混凝土砌塊的應用技術

精確加氣混凝土砌塊的應用,最主要的特點是采用薄層砂漿,除了對砌筑質量有保證外,也是自保溫系統的必然方法。加氣混凝土自保溫體系的關鍵可以分解為以下幾個部分,即墻體材料——加氣混凝土砌塊,砌筑和抹面材料——砂漿,墻體構造——灰縫、抹面、拉結處理。正在修訂中的JC890-20xx《蒸壓加氣混凝土專用砂漿》(即原《蒸壓加氣混凝土用砌筑砂漿與抹面砂漿》),針對加氣混凝土砌塊中應用的傳統砂漿或砌筑工藝中,最常見的工程質量問題是“粘不牢、粉不住”,這是由蒸壓加氣混凝土制品特性所決定的。因此,專用砂漿的最基本要求就是,在實際工程應用時,應滿足砌筑砂漿與砌塊的牢固粘結,即使加氣混凝土砌塊本身破壞,也要保證砂漿和砌塊粘結牢固“不分離”。應用專用砂漿就是為了避免傳統工程中“粘不牢、粉不住”的問題。

因此,專用砂漿的性能指標要求應首先體現在“粘得牢”上,即粘結強度足夠,在標準中用兩個指標:保水率粘結強度來體現。為保證粘結強度,其抗壓強度也應得到相應的保證。而其它指標,收縮率和抗凍性是基本或耐久性指標。

砌筑砂漿的強度,新標準規定為10.0MPa(老標準是2.5MPa和5.0MPa),這是因為①歐洲應用薄層砌筑砂漿成熟,歐洲/德國標準的要求為M10,而且國標有“依托國際先進標準”的要求;②薄層砂漿中雖然添加有保水劑等,但在實際應用中,加氣混凝土砌塊仍不可避免地吸走砂漿中部分水分,導致砂漿水化不充分,砂漿強度達不到標準養護條件下的強度,即通俗地說,在墻體中砂漿強度有損失;③由專業砂漿的基本要求出發,專業砂漿應與加氣混凝土砌塊牢固粘結。其他指標是:保水率99.0%,拉伸強度0.40MPa,收縮率0.20%,抗凍性強度損失25%,重量損失5%。

抹面砂漿的強度等級分為M5,M7.5和M10,是因為抹面砂漿強度宜弱不宜強,應與不同強度等級的加氣混凝土砌塊相對應,具體應用要求在產品標準中不能體現,而在有關應用技術規程中規定。

三.加氣混凝土制品的發展方向

作為綠色建材的加氣混凝土,其發展方向應該是進一步發揮其節能、節材和利廢的目標,結合在建筑應用上的要求,不斷提高其性能和質量,這就要求加氣混凝土的各項性能指標應有較大提高,其中特別是關于到節能效果的干密度指標和砌體質量的外觀尺寸指標。現在,國外在干密度上已經做出了100kg/m3,國內先進的企業已經在生產300kg/m3, 200kg/m3的樣品也已經做成;而外觀尺寸指標,國外已經提高到0.5mm的偏差。

作為建筑材料,加氣混凝土在應用的適用性方面將會隨著建筑業的要求而拓展,具有保溫隔熱和防火功能的薄砌塊,已經顯現了市場的生命力,鋼結構的防火層、鋼門的保溫防火層,剪力墻的保溫層,都是薄砌塊的發揮場合;各類復合裝飾板幾乎無競爭地暢行市場;而滿足砌筑要求的帶有鋼筋槽的砌塊、轉角砌塊、轉角板,市場幾乎沒有供應。

隨著社會的進步,建筑業將會發生革命性變化,試想,過去隨處可見的裁縫、木匠,現在已難覓蹤影,這是產業化的必然結果。若干年后,建筑業的施工人員,也應該是以使用工具和操作設備來進行施工作業,這就要求加氣混凝土制品在出廠前都成為已經帶有編號,具有固定位置的建筑部件部品,加氣混凝土板是最具優勢的部品。施工現場不再會有鋸、切、磨的加工,所有的外形再加工均在生產企業內完成,這也是建筑產業化的基本要求。一些企業已經看到了板材的優勢,并就此投入板材生產。

產品的多樣化已經成為企業制勝的手段。當前,加氣混凝土企業的絕大部分產品是B06及B07的砌塊,相互壓價競爭,產品質量每況愈下。奶粉信譽的崩潰至少給我們兩點啟示,一是今天的結果絕非一日之寒;二是重拾信心不可能一蹴而就。采用諸如一釜六周轉,無疑是飲鴆止渴,有百害而無一利。因此,企業家們肯定會拋棄惡性競爭的低劣手法,轉向高技術、高附加值的低密度砌塊、保溫塊以及加氣混凝土板,

現代工業是完整的社會經濟系統的有機組成部分,我們加氣混凝土更是這個系統的一個極小的單元。做好加氣混凝土,我們要跳出加氣混凝土看加氣混凝土,還要跳出建筑看加氣混凝土。國家倡導綠色建筑,倡導建筑產業化,是給我們的機會,也是對我們的考驗,讓我們抓住機遇,努力開發與建筑產業化相配套的PC技術,奮力提升,站上新型墻體建材的主導地位。

 

 

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