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蒸压加气混凝土砌块属于新型墙体材料的一种，是以石灰、粉煤灰、矿渣、石膏、水泥、砂、发气剂、气泡稳定剂和调节剂等为主要原料，经磨细、计量配料、搅拌、浇注、发气膨胀、静停、切割、蒸压养护、成品加工和包装等工序制成的多孔混凝土制品[1]。它具有轻质、高强、保温、隔热、吸声、防火、可锯、可刨加工等特点，主要用于框架结构、现浇混凝土结构建筑的外墙填充、内墙隔断，也可用于抗震圈梁构造多层建筑的外墙或保温隔热复合墙体，有时也用于建筑物屋面的保温和隔热。 本文简要介绍蒸压加气混凝土砌块的特性及蒸压加气混凝土砌块专用砂浆的性能要求，重点介绍利用固硫灰渣、钨尾矿渣和城市污水处理厂污泥等固体废弃物制备蒸压加气混凝土砌块的研究进展。
1.1 蒸压加气混凝土砌块的主要特性 根据国家标准，蒸压加气混凝土砌块的主要性能指标包括密度、强度、干燥收缩值、抗冻性和导热系数等。 蒸压加气混凝土砌块有以下几方面的特性。 1) 多孔性是蒸压加气混凝土砌块最主要的特点，因此蒸压加气混凝土砌块密度较低（一般在400kg/m3-700 kg/m3之间）。 2) 蒸压加气混凝土砌块强度偏低但在砌体中强度系数很高，其砌体强度约为块体强度的70%-80%，而粘土砖的砌体强度一般为块体强度的30%左右[2]。 3) 在长期荷载作用下加气混凝土砌块的徐变值较小，这是因为其为高压蒸汽养护，胶凝材料水化比较完全，水化产物以托贝莫来石为主[3]。 4) 蒸压加气混凝土砌块的保温性能与隔热性能较好。 5) 蒸压加气混凝土砌块具有一定的耐热性和良好的耐火性能。砌块在受热超过80°C时会出现收缩和裂缝，但是在700°C以前却不会损失强度。 6) 蒸压加气混凝土具有一定的吸声能力，但隔声性能较差。 7) 蒸压加气混凝土砌块在有表面防护的条件下长期性能稳定，耐久性良好。 8) 蒸压加气混凝土砌块的干燥收缩偏大。在实际应用中，干燥收缩应力如果超过制品的抗拉强度或粘结强度，制品或接缝处就会开裂，这是加气混凝土砌块的一大缺点。 9) 吸水吸湿性强。蒸压加气混凝土砌块体积吸水率与粘土砖相近而吸水速度却缓慢得多，这个特性对于其砌筑和抹灰有很大影响，将影响抹灰层与墙体的粘结能力，并有可能导致干裂。 由表1可以看出，蒸压加气混凝土砌块的导热系数仅为实心粘土砖的1/7至1/4，与烧结多孔砖相比，也仅有其一半左右。用蒸压加气混凝土砌块建造的建筑，能耗会比其他墙体材料降低很多。 表1 蒸压加气混凝土砌块导热性能与其他材料比较[1] 1.2 蒸压加气混凝土砌块专用砂浆 蒸压加气混凝土砌块自身的抗压强度为2.5MPa-6.0MPa[4]。高世伟[5]研究表明，如果普通砌筑砂浆的强度比砌块强度高，则等到砂浆硬化干缩后，强度较小的砌块与比自身强度高的砂浆之间会产生较大的应力，从而造成墙体产生裂缝，并且由于蒸压加气混凝土砌块主要用于非承重墙体，砌块所用砌筑砂浆的强度也不需太高；为保证砂浆具有良好的流动性，砂浆稠度应控制在70mm-80mm[6]。滕玉明[7]等试验发现，影响砂浆稠度的因素由主到次依次为水、砂、粉煤灰、水泥，其中最主要的影响因素是用水量。随着用水量的增加，砂浆稠度不断增大；随着粉煤灰用量的增加，砂浆稠度不断变小；随着砂用量的增加，砂浆稠度也不断变小；随着水泥用量的增加，砂浆稠度有小幅度的变小，影响不显著。而砂浆立方体抗压强度的影响因素由主到次依次为砂、粉煤灰、水泥、水，其中最主要的是砂及粉煤灰的用量。随着砂用量的增加，砂浆立方体抗压强度逐渐减小，且变化幅度很大；随着粉煤灰用量的增加，砂浆立方体抗压强度先增后减，过多掺入粉煤灰会使砂浆立方体抗压强度有所减小；随着水泥用量的减少，砂浆立方体强度先增后减；随着用水量的增加，砂浆立方体抗压强度变化较平稳。
2.1 利用固硫灰渣制备蒸压加气混凝土砌块 我国是世界煤炭生产大国，在煤炭生产和加工过程中排出大量的煤矸石和劣质煤。为了节约资源，减少对环境的影响，我国大力推广以煤矸石和劣质煤为主要燃料的循环流化床锅炉发电机组[8]。随着这种发电厂数量及发电量的增加，煤矸石和劣质煤的利用率在不断提高，排出的固硫灰与固硫渣（统称固硫灰渣）也在急剧增加。然而，由于固硫灰的理化特性不同于一般燃煤电厂排放的粉煤灰[9]，固硫渣又是粒径较大的煅烧煤矸石颗粒，二者较难直接整理利用。 刘宏[10]等通过试验研究了磨细固硫灰渣在不同掺量下对蒸压加气混凝土砌块干密度和抗压强度的影响。表2为不同固硫灰与固硫渣用量比例及其水料比，在料浆扩展度相同的条件下，随着固硫灰掺量的增加，拌和用水量呈线性增加。仅掺用固硫灰时水料比达到最大。分析原因，主要是磨细后的固硫灰具有较大的比表面积，在拌制料浆时，需要较多的水浸润其颗粒表面，从而使水料比随着固硫灰用量的增加而增大；其次是固硫灰具有较大的烧失量，即含炭量较高，在磨细处理后炭粉吸附水量增加，使水料比随固硫灰用量的增加而提高；再者，由于受燃料和燃烧温度的影响，固硫灰中所含玻璃微珠较少，拌制料浆时“滚珠”效应不明显，也会引起用水量增加。而对于固硫渣，其主要由经粉碎、煅烧后的煤矸石颗粒组成，进一步磨细处理后，其颗粒表面较密实，对水料比的影响不起主导作用。图1是不同水料比砌块的干密度和抗压强度测试结果。随着水料比的增大，蒸压加气混凝土试件硬化后的空腔壁间结构空隙增多，导致试件的干密度及抗压强度减小。可见，水料比是影响蒸压加气混凝土试件干密度和抗压强度的主要因素之一。 随着固硫灰掺量的增加、固硫渣掺量的减小，试件的干密度和抗压强度呈逐渐降低的趋势。固硫渣掺量最大时，其试件的干密度和抗压强度亦为最大；不掺固硫渣试件的干密度和抗压强度却为最小。由此可见，固硫渣的掺量较大时，可提高试件的抗压强度。但固硫渣的掺量较小时，对试件的性能无明显影响。综合分析可见，固硫灰中的硅、铝氧化物虽然含量较高，但其活性较低，在蒸压条件下未能生成较多的水化产物，因此，导致试件的抗压强度随着固硫灰掺量增加而降低。另外，固硫灰较大的烧失量也是试件抗压强度随着固硫灰掺量增加而降低的原因。对于固硫渣，其不但含有较高的硅、铝氧化物，可参与水化反应，而且烧失量较小；同时，经过磨细处理后可发挥微骨料作用和形态效应，使试件硬化后的空腔壁间结构致密；所以，固硫渣掺量增大，试件抗压强度不断提高，但干密度随之增大。
图1 不同水料比砌块的干密度、抗压强度测试结果 表2 不同固硫灰与固硫渣用量比例及其水料比[10]
2.2 利用钨尾矿渣制备蒸压加气混凝土砌块 钨矿石选矿时会产生大量的尾矿渣，这些尾矿渣会占用大量的土地资源，并带来环境污染等问题。江西钨矿占全国储量的1 /4，但目前对钨尾矿的开发利用还比较少，因此，加强钨尾矿资源的循环利用，促进钨尾矿资源化，开发其在建筑材料中的应用，不仅能够促进矿山企业经济效益，而且还能产生较好的社会效益和环境效益[11-13]。白魁[14]等将钨尾矿渣作为制备蒸压加气混凝土砌块的硅质材料，并就配合比对砌块产品性能的影响进行了试验研究。 钨尾矿渣中富含硅质材料，SiO2达到83.33%，具有较好的体积稳定性，但活性指数比较低。随着养护龄期的延长，钨尾矿渣活性指数呈上升趋势，28d活性指数为24.6%。将钨尾矿渣进一步磨细后，其活性指数显著增加，掺量为70%时28d活性指数达到70%。由于钨尾矿渣的主要化学成分是SiO2，将钨尾矿渣磨细后，SiO2的晶格中Si-O键被切断成活性高的原子基团，形成带电荷的断面，晶格结构不规则和缺陷程度提高，反应活性增大。 以NaOH为碱激发剂时，随着NaOH掺量的增加，钨尾矿渣的活性指数先增大后减小。这是因为少量的NaOH能够很好地促进水泥早期水化反应，且与水泥水化反应生成的OH-使料浆碱度有所提高，对钨尾矿渣的活性激发具有促进作用[15]。但掺量继续增加，碱度过高会引起碱集料反应，使得凝结时间过快，产生内部结构缺陷，影响后期强度发展。 当钨尾矿渣掺量为60%时，制备的蒸压加气混凝土砌块强度满足GB11968-2006《蒸压加气混凝土砌块》标准的要求，同时经冻融循环试验后，砌块表面完整，无破坏，表明具有较好的抗冻性。 2.3 城市污水厂污泥制备蒸压加气混凝土砌块 城市污水处理后产生的污泥含有大量的水分、难降解的有机物，以及各种重金属离子和少量的致病微生物等，如果处置不当，会对环境造成严重的二次污染[16,17]。考虑到城市污泥含有一定量的SiO2、Al2O3和CaO等无机成分，这些无机成分与粉煤灰相接近，因而将污泥作为原材料制备建筑材料具有一定的研究价值和应用前景[18-21]。侯保林[22]等以城市污水厂二沉池脱水污泥为研究对象，采用生石灰调和使之含水量稳定在35%，通过混合加气成型、低温养护、高温蒸压养护等制作蒸压加气混凝土砌块，探索非干化污泥制备蒸压加气混凝土砌块的可行性。 污泥是影响砌块强度最主要的影响因素，其次为生石灰、水泥、粉煤灰。随着污泥掺量由2.5%增加到5%时，砌块抗压强度和抗冻性能变化不大；而污泥含量从5%增加到7.5%时，砌块抗压强度和抗冻性能降低较快。污泥中含有较多的有机杂质，高温蒸压养护时产生大量不规则的孔洞，导致颗粒间的结合力降低。因此随着污泥所占比例增加，抗压强度降低明显。脱水污泥经过调和后加入其他原料制备蒸压加气混凝土砌块具有可行性，砌块抗压强度和抗冻性均达到GB11968-2006《蒸压加气混凝土砌块》标准的指标要求。 直接利用污水污泥制备蒸压加气混凝土，减少了一般污泥利用的干燥、粉碎等程序，节省能源，不仅在一定程度上解决了污泥带来的环境问题，同时也使污泥资源化制备建材具有了市场推广的意义，值得开展深入研究。
蒸压加气混凝土砌块技术优势明显，具有很大的发展潜力。各地区可因地制宜，采用合适的固体废弃物进行蒸压加气混凝土砌块的制备和生产，促进固体废弃物的资源化利用。 [1] 何亦飞. 蒸压加气混凝土砌块推广应用的问题研究[D]. 上海: 同济大学, 2005. [2] 方承仕. 加气混凝土的十大特性[J]. 建筑节能, 1983, (2): 11-14. [3] 邹卫, 高连玉. 内砖外加气块节能住宅地震反应分析[J]. 房材与应用, 1999, (2): 24-27. [4] 封海波, 吴敬龙. 蒸压加气混凝土专用砌筑与抹灰砂浆性能研究[J]. 墙材革新与建筑节能, 2009, (2): 62-64. [5] 高世伟. 蒸压加气混凝土砌块配套砂浆性能研究[D]. 郑州: 郑州大学, 2011. [6] 韩菊红, 高世伟, 毕苏萍. 蒸压加气混凝土砌块配套砂浆性能研究[J]. 混凝土, 2011, (7): 109-111. [7] 滕玉明, 姜曙光, 夏多田, 等. 蒸压加气混凝土砌块专用砂浆配合比的研究[J]. 石河子大学学报(自然科学版), 2014, (5): 604-607. [8] 中国经济网. 山西发展循环经济新兴能源——加快煤矸石利[EB/OL]. http://www.sina.com.cn/, 2011-03-31/2017-07-17. [9] 王智. 流化床燃煤固硫渣特性及其建材资源化研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2002. [10] 刘宏, 刘红宇, 贾冠华. 利用固硫灰渣研发蒸压加气混凝土砌块[J]. 新型建筑材料, 2013, (3): 65-67. [11] 钟任智. 充分利用尾矿资源 实现无尾矿山目标——尾矿综合利用在矿山生产中的实践[J]. 中国矿业, 2002, (2): 53-55. [12] 苏达根, 林少敏. 钨尾矿在水泥工业中的应用[J]. 矿产综合利用, 2003, (5): 50-52. [13] 冯秀娟, 朱易春. 钨尾砂轻质陶粒的制备研究[J]. 中国钨业, 2008, (1): 45-47. [14] 白魁, 曾兴华. 利用钨尾矿渣制备蒸压加气混凝土砌块研究[J]. 江西建材, 2013, (5): 26-28. [15] 张西玲, 姚爱玲. 矿渣的活性激发技术及机理的研究进展[J]. 萍乡高等专科学校学报, 2007, (3): 12-16. [16] 绍文, 秦华. 城市污泥资源利用与污水土地处理技术[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2007: 1-386. [17] Andreadakis A D, Mamals D, Gavalaki E, et al. Sludge utilisation in agriculture: possibilities and prospects in Greece[J]. Water Science & Technology A Journal of the International Association on Water Pollution Research, 2002, 46(10): 231-238. [18] Sun Guofeng. Utilization of Household SewageSludge in Brick making[J]. China Building Materials, 2005(V00): 37-40. [19] Liew A G, Idris A, Samad A A, et al. Reusability of sewage sludge in clay bricks[J]. Journal of Material Cycles & Waste Management, 2004, 6(1): 41-47. [20] Hegazy B E. Brick making from water treatmentplant sludge[J]. Journal of Engineering and Applied Science, 2007, 54(6): 599. [21] 胡明玉, 彭金生, 丁成平, 等. 利用城市污泥和电厂灰渣制备生态透水烧结砖的研究[J]. 新型建筑材料, 2010, (2): 41-43. [22] 侯保林, 任伯帜, 陈文文, 等. 城市污水厂污泥制作蒸压加气混凝土砌块的试验研究[J]. 南华大学学报(自然科学版), 2012, 26(1): 98-102.
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