加氣混凝土作為使用最廣泛的新型墻體材料，由于其輕質(zhì)、保溫、外觀尺寸準(zhǔn)確、砌筑和運(yùn)輸方便、結(jié)構(gòu)均質(zhì)、生產(chǎn)規(guī)模容易保證而受到建筑界的歡迎，其發(fā)展歷程達(dá)半個多世紀(jì)。隨著墻材革新和建筑節(jié)能工作的深入進(jìn)行，其制品在很長一段時期內(nèi)仍將占據(jù)建筑市場的主要份額，但在使用中必須注意其主要技術(shù)指標(biāo)的相關(guān)特點(diǎn)。甘肅省建材科研設(shè)計院受甘肅省墻改領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室委托及資助，組織人員對加氣混凝土主要技術(shù)指標(biāo)相關(guān)性進(jìn)行研究，為蘭州地區(qū)正確使用加氣混凝土提供了技術(shù)依據(jù)。本文就研究情況及結(jié)論作如下介紹。
1 制品容重與強(qiáng)度的關(guān)系
首先，蒸壓加氣混凝土的強(qiáng)度與原材料性能、工藝條件、控制過程有直接關(guān)系。但是，在相同生產(chǎn)條件下生產(chǎn)的制品，既使工藝過程控制處于最佳狀態(tài)，強(qiáng)度與容重的關(guān)系仍然具有一定的規(guī)律性。蒸壓加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度與固體孔隙體積比成線性關(guān)系。即密度越大，強(qiáng)度越高，因?yàn)橐氪罅靠障?，降低了密度，必然地也降低了加氣混凝土的?qiáng)度。含濕狀態(tài)對加氣混凝土強(qiáng)度的影響比普通混凝土更加顯著。絕干時，加氣混凝土抗壓強(qiáng)度最高，隨著制品吸水，強(qiáng)度開始急劇下降，當(dāng)含水率超過15%時，隨含水率增大而下降的趨勢減緩，當(dāng)含水率超過25% 以上，強(qiáng)度趨于穩(wěn)定。所以，對于加氣混凝土，所謂強(qiáng)度是相對于一定含水狀態(tài)而言的。我國蒸壓加氣混凝土砌塊的部頒標(biāo)準(zhǔn)中則采用25%～45%為基準(zhǔn)含水率。本文所指的加氣混凝土強(qiáng)度均指該基準(zhǔn)含水率時的強(qiáng)度值。
加氣混凝土其他強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系大約如下：
抗拉強(qiáng)度R拉=(0.08～0.12)R壓
抗折強(qiáng)度R折=(0.15～0.22)R壓
抗剪強(qiáng)度R剪=(0.18～0.21)R壓
理論上認(rèn)為，一般加氣混凝土絕干密度變化1OOkg/m3，抗壓強(qiáng)度變化1.0～1.5MPa，但生產(chǎn)實(shí)際情況是40Okg/m3 以下加氣混凝土強(qiáng)度下降幅度很大，生產(chǎn)過程控制難度也很大，由于孔隙率高，發(fā)泡穩(wěn)泡困難，成型過程塌模嚴(yán)重，生產(chǎn)廠家大都以生產(chǎn)06、07 兩個級別的居多。表l 列舉了蘭州市3 個生產(chǎn)廠家調(diào)整容重測得的強(qiáng)度值。
從表1 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，04、05 兩個級別3 個生產(chǎn)廠產(chǎn)品均達(dá)不到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，而這3個廠家從生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)力在國內(nèi)同行業(yè)均屬領(lǐng)先地位，蘭州地區(qū)2000 年加氣混凝土用量達(dá)到45 萬m3，95% 來自這3 個廠家。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)論應(yīng)該說比較真實(shí)地反映了加氣混凝土行業(yè)的現(xiàn)狀。
2 制品容重與含水率的關(guān)系
加氣混凝土的容重(即密度) 與材料的含水率有關(guān)，即含水率越高，密度越大；同時空氣相對濕度的變化也會引起制品含濕率的波動，加氣混凝土的平衡含濕率與空氣相對濕度的關(guān)系如圖1 所示。
利用圖l 我們可以求出任何相對濕度下加氣混凝土的密度值。例如，在空氣相對濕度為70%時，加氣混凝土制品的密度為:ρ = 絕干密度(550)[1 十含濕率(4%～7.5%)]=590～630kg/m3。以上情況表明，加氣混凝土的計算密度既要考慮制品本身超重因素，又要考慮含水率變化而影響實(shí)際密度的情況。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，500kg/m3 容重的加氣混凝土，其容重允許誤差為± 50kg/m3。若上墻時含水率為30%，則材料容重為:ρ=絕干容重(500+50)[l十含濕率(30%)]=715 kg/m3。制品容重超重會給房屋安全帶來不利影響，因此在研究加氣混凝土制品的受力狀況時，其密度偏差是一個不可忽視的因素。
3 制品容重與制品飽和吸水率的關(guān)系
將加氣混凝土絕干狀態(tài)下的試樣100mm×100mm×100mm，在20℃恒溫水槽浸泡72h，視同試樣飽和吸水，將表面擦干，稱取重量求得“飽和吸水率”，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。
從表2 可以看出，隨著容重增強(qiáng)，空隙減少，飽和吸水率降低。但應(yīng)該注意，加氣混凝土的吸水率很高，在制品運(yùn)輸、貯存過程中，人們往往忽視了雨水等外界水對制品的浸濕，致使上墻制品砌筑時的實(shí)際含水率無法穩(wěn)定掌握，導(dǎo)致墻體抹灰后多余水分的蒸發(fā)逸出而造成墻體干縮裂縫和抹灰層空鼓開裂。
作為多孔混凝土一種的泡沫混凝土，其飽和吸水率隨成泡方式的不同，制品微孔結(jié)構(gòu)形式不同，比如甘肅省建材科研設(shè)計院研制的空壓制泡、穩(wěn)泡加氣工藝制作而成的微孔混凝土，由于泡沫相互封閉，基材為水泥，形成的微水氣孔相互封閉，制品飽和吸水率僅為28.5%。
4 導(dǎo)熱系數(shù)與制品容重和制品含水率的關(guān)系
4.1 導(dǎo)熱系數(shù)與制品容重的關(guān)系
作為輕質(zhì)多孔材料，加氣混凝土具有良好的保溫性能，應(yīng)用加氣混凝土可以提高建筑物的保溫效果，降低能耗，節(jié)省建筑材料。如表3 所示，隨著容重的增加，其隔熱保溫性能呈下降趨勢。
4.2 導(dǎo)熱系數(shù)與制品含水率的關(guān)系
加氣混凝土是較好的保溫隔熱材料，建筑設(shè)計對加氣混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的選用，均指其氣干狀態(tài)(含水率8%～10%)，而加氣混凝土導(dǎo)熱系數(shù)隨含水率的不同數(shù)值差別很大，含水率與導(dǎo)熱系數(shù)成正比關(guān)系。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4 所示。含水率每增加6%，導(dǎo)熱系數(shù)增加0.04～0.06。
4.3 實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)際有很多困難
導(dǎo)熱系數(shù)大小決定于制品容量和含水率。當(dāng)容重降低到05 級以下時,由于傳統(tǒng)的加氣混凝土生產(chǎn)工藝主要靠金屬鋁粉在堿環(huán)境中與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣實(shí)現(xiàn)發(fā)泡，發(fā)泡量的大小和穩(wěn)泡情況與原材料細(xì)度、活性、材料的品位、料漿的制備、溫度、攪拌時間、水料比等有直接關(guān)系，生產(chǎn)工藝控制難度大，所以04 、05級以下的產(chǎn)品生產(chǎn)僅僅是理論而言，實(shí)際生產(chǎn)的廠家很少。主要原因是隨容重下降，強(qiáng)度損失太大，成品率低，破損高。所以，加氣混凝土要真正實(shí)現(xiàn)低容重、低導(dǎo)熱，實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)中強(qiáng)，必須徹底改變傳統(tǒng)的加氣混凝土生產(chǎn)工藝。只有通過物理發(fā)泡，解決穩(wěn)泡問題，才有可能實(shí)現(xiàn)加氣混凝土實(shí)質(zhì)性突破。
另外，由于加氣混凝土脫水干燥的周期較長，必須有30天以上的存放期，但由于生產(chǎn)成本和流動資金的影響，真正達(dá)到上墻要求含水率的情況較少。這一問題已越來越引起人們的重視。
5 加氣混凝土施工時實(shí)際含水率直接影響保溫隔熱性能
控制施工時的含水率是減少收縮裂縫、保證隔熱保溫指標(biāo)與設(shè)計一致的一項有效措施。為此，JGJ17-84《蒸壓加氣混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》第2.0.5 條:“加氣混凝土制品施工時的含水率一般宜小于15%”。而GB/T11968-1997《蒸壓加氣混凝土砌塊》第7.2 條規(guī)定:“砌塊應(yīng)存放5 天以上方可出廠..”。問題在于，大量資料介紹和實(shí)驗(yàn)證明，加氣混凝土至少在5～6 個月后才能達(dá)到含水率小于15% 的標(biāo)準(zhǔn)，西北地區(qū)氣候干燥，也至少需要2～3 個月。加氣混凝土出釜含水率一般為36%～42%，在室外放置30 天，含水率在22% 左右；放置10～15 天，含水率在30% 左右，以蘭州地區(qū)為例上墻的加氣混凝土制品含水率實(shí)際在30% 左右。根據(jù)表4 實(shí)驗(yàn)分析，06 級制品其導(dǎo)熱系數(shù)在0.4W/m·K 左右。如果外墻設(shè)計為30Omm 厚，則墻體傳熱系數(shù)達(dá)到1.33W/m2·K，而蘭州地區(qū)對于體形系數(shù)小于0.3，采用傳熱系數(shù)為4.70 的單層塑料窗外墻，第二步建筑節(jié)能目標(biāo)對其平均傳熱系數(shù)的限值為0.85W/m2·K，而外墻主體傳熱系數(shù)的限值則為0.66W/m2·K 左右。就是說，如果墻體為300mm 厚，其導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)小于0.196W/m·K。所以，加氣混凝土實(shí)際含水率與施工要求含水率相差較大，這一問題應(yīng)得到設(shè)計、施工、生產(chǎn)單位和有關(guān)部門的重視。
6 加氣混凝土保溫性能良好，而隔熱性能則略好于黏土磚
保溫與隔熱實(shí)質(zhì)上是同樣的問題。由于對保溫往往按穩(wěn)定傳熱來簡化計算，而夏季隔熱卻是一個不穩(wěn)定傳熱問題。因此，應(yīng)將保溫與隔熱分別加以分析。所謂“隔熱”，指利用自然及建筑措施來創(chuàng)造一個夏季涼爽舒適的環(huán)境。
如果不考慮建筑因素，表示材料隔熱性能的指標(biāo)是導(dǎo)溫系數(shù)(a)和表面蓄熱系數(shù)(s)。導(dǎo)溫系數(shù)表示材料在受熱或冷卻時，以什么樣的速度由一面向另一面進(jìn)行散熱的能力。a 值愈小，溫度變化愈慢，熱惰性愈好。加氣混凝土導(dǎo)溫系數(shù)a 約為lO × lO-4m/h。
表面蓄熱系數(shù)表示材料層一側(cè)受到熱波作用時，表面抵抗溫度波動的能力，即對足夠厚度的材料，當(dāng)表面溫度波動1℃時，每1m2 材料吸收或放出的熱量，材料蓄熱系數(shù)越大，表面溫度波動越小，加氣混凝土蓄熱系數(shù)s 約為2.3W/m2·K。
加氣混凝土導(dǎo)熱系數(shù)( λ) 、導(dǎo)溫系數(shù)(a)都較小，所以加氣混凝土隔熱性能的特點(diǎn)是材料層阻止熱流和溫度波透過的能力強(qiáng)，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱流量大為減少，衰減倍數(shù)延遲時間較大。與傳統(tǒng)材料相比，在相當(dāng)厚度條件下，加氣混凝土內(nèi)表面平衡溫度和波動溫度較小，而另一方面，由于蓄熱系數(shù)(s)也較小，表面層抵抗溫度波動能力較差。在同樣室外熱波作用下，加氣混凝土外表面溫度較高，溫度振幅較大，內(nèi)表面溫度也易受室內(nèi)溫度波動的影響，表面層熱穩(wěn)定性較差。但是，從夏季隔熱來看，前者是主要的。因此，加氣混凝土的隔熱性能在相同厚度下比黏土磚及混凝土等材料略好一些。
由于加氣混凝土保溫性能比傳統(tǒng)材料好得多，而隔熱性能與傳統(tǒng)材料相比優(yōu)勢不明顯，應(yīng)用時如果只考慮保溫性能而減薄厚度，則可能造成隔熱性能不足。應(yīng)該同時考慮這兩方面的需要合理利用。
7 結(jié)論
(1)絕干狀態(tài)的加氣混凝土，容重越大，制品強(qiáng)度越高。當(dāng)容重小于400kg/m3 時，強(qiáng)度隨容重急劇降低。
(2)一定容重的加氣混凝土制品，隨含水率增加，容重急劇增加。
(3)不同容重級別的制品，飽和吸水率不同。容重越低，飽和吸水率越高。在多孔混凝土中加氣混凝土吸水率屬于最高的。
(4)制品容重越低，導(dǎo)熱系數(shù)越低，保溫性能越好。
(5)制品含水率每增加6%，導(dǎo)熱系數(shù)增加0.04～0.06(W/m·K)。
(6)工程實(shí)際中，所用加氣混凝土含水率超過15%，這是造成加氣混凝土墻體開裂、抹灰空鼓的主要原因。
(7)加氣混凝土保溫性能優(yōu)勢明顯，隔熱性能優(yōu)勢一般。所以，設(shè)置外墻厚度不宜僅用導(dǎo)熱系數(shù)來衡量。
