加氣混凝土恆壓時間定律

加氣混凝土調試生產的時候，有個鈣矽比定義，指的是加氣混凝土配料中，含有的鈣質材料總量和二氧化矽總量的摩爾比。寫成C/S（C表示CaO，S表示SiO2）。對某一品種的加氣混凝土和一定的材料、生產工藝來說，C/S有一個最佳範圍。換句話來說，鈣矽比最佳值因材料和工藝不同而異。
鈣矽比的最佳值，不僅取決於原材料的化學成份和性能，同時還反映在原材料的細度，蒸壓養護制度等工藝參數的合理制定。而且加氣混凝土能否最終滿足技術性能（特別是強度）主要取決於鈣矽比。
有些資料認為，最優鈣矽比，粉煤灰加氣混凝土鈣矽比0.8左右，砂加氣混凝土為0.7-0.8左右。高於這個鈣矽比，參與反應的矽質材料過多，缺少堅強的骨架，強度會下降，低於這個數值，容易造成黑心，也就是蒸不透。
鈣矽比是否成熟合理要看它是否能適合工廠的生產，是否滿足產品的品質要求。在這個工廠它是合理適用的，但到了另一個工廠就有可能達不到最佳效果。鈣矽比不是一個恆定值，是隨著當地的原材料的變化而變化的。就是同一個工廠也並非有一個恆定的鈣矽比，它只能劃人一個相對的波動範圍。
我所介紹的，是我工作多年來的總結的規律，就是關於水料比，與鈣矽比、恆壓時間的關係。
如下：
對於以石灰為主要鈣質材料的加氣混凝土，在其他條件一定的前提下，每個特定的水料比，都特定對應一個最優鈣矽比，在這個最優鈣矽比情況下，可以用最短的恆壓時間達到最高強度，無論是高於還是低於這個鈣矽比，要想達到該種配料的最高強度，都需要將恆壓時間延長。
（1）料漿的水料比越小，所需求的最優鈣矽比越小（也就是料漿所需要的石灰水泥越少，當然強度也就越小）。
（2）最優鈣矽比越小，磚頭達到最高強度越快（當然最高強度也越低）。
這兩條，意思是說，同樣處於最優鈣矽比的情況下，水料比小的製品比水料比大的製品可以以更快的速度達到最高強度，也就是熟得快。
首先申明一下，這兩條原理，我長期的工作實踐中，總結出來，如果沒有人反對的話，我就將以上原理命名為“蒸壓加氣混凝土恆壓時間定律”。
熟悉基本理論，有經驗的工藝師都應該可以理解。這樣的結論，為我們降低製造成本，節能降耗提供了理論依據。重慶建築大學材料系彭小芹等《工藝參數對灰砂混凝土性能的影響》一文中，實驗結果證明，鈣矽比小的試件蒸壓的時候，可以更短的時間，更小的壓力達到最高強度。
1、為什麼高於和低於最優鈣矽比，都要延長恆壓時間，才能達到該種最高強度？
1.1、高於最優鈣矽比
同一水料比下，鈣矽比高於最優鈣矽比，由於含有過多的石灰和水泥，消耗比較多的水份，削弱了對矽質材料的溶解能力，這時候雖然由於水份減少，單位體積的水份比表面積增加，溶解度增加，但溶解出來的矽質材料總數量會減少，相比鈣質材料數量，遠不夠。與此同時，過多的石灰需要更多的矽質材料進行水熱合成反應。所以，在這種情況下，由於缺少矽質材料，游離態的氫氧化鈣多，會生成過多的高鹼水化物，高鹼水化物離子鍵多，共價鍵少，所以強度反而會下降。需要更多的蒸壓時間，將鈣質材料充分反應，生成低鹼水化物，才能達到最高強度。所以達到最高強度的時間會延長。
1.2、低於最優鈣矽比
矽質材料和氫氧化鈣水熱合成反應，生成水化矽酸鈣，達到一定過飽和度析晶，形成膠體粒子大小的晶粒，最初析出的微小晶粒，尺度極小(100～300x10-10m)，比表面積很大，容易吸附水分，並以微弱的分子引力通過水分子膜彼此連結起來，這就是最初的凝聚狀態。水泥水化的時候，也會生成膠體。
膠體粒子在熱運動的作用下碰撞不斷加劇，當碰撞發生在活性最大區段（如:端、棱、角處）時，分子引力可能超過楔入力，於是粒子就在分子力的作用下互相粘結起來，並逐漸形成一個空間網。在這個空間網內，分布著吸附水和游離水。
同一水料比下，當鈣矽比低於最優鈣矽比，石灰消耗的水份偏少，此時，游離水份偏多，雖然相對於最優鈣矽比，有比較充足的SiO2，但水份多了，需要更長的時間達到一定的過飽和度，形成析晶。同時晶粒之間間距比較大，減少了碰撞的機會，所以形成網路結構會偏慢，水化物數量比較少。這樣，在同等的恆壓時間內，容易黑心（蒸不透）。
2、解釋定律的兩條原理
2.1、為什麼說，料漿的水料比越小，所需求的最優鈣矽比越小呢？

加氣混凝土料漿	加氣混凝土坯體
1、固體材料顆粒；2、膠凝物質；3、液體

料漿中，石灰水泥水化後，形成膠凝物質，將矽質材料，如粉煤灰粘接起來，形成強度。當水料比大時候，水份很多，水份占據的空間比較大，需要更多的膠凝材料，填補失去水份後的空間，才能達到一定的強度，所以需要更多的石灰水泥；否則，坯體孔壁會很疏鬆，強度會很差。
而水料比減少之後，如果石灰水泥等鈣質材料不相應減少，水份被鈣質材料過分消耗，水溶解出矽質材料中SiO2的能力受抑制，就不能提供足夠的SiO2和Ca(OH)2反應，如前面所說，高鹼水化物會多，強度會差，需要更多的恆壓時間才能將高鹼水化物轉換成強度高的低鹼水化物。
而且，如果水料比減少，而鈣質材料不減少的話，會帶來澆注不穩定。
所以，如果水料比小，所需要的最優鈣矽比越小。
2.2、解釋第二條，為什麼最優鈣矽比越小，達到最高強度越快？
假設矽質材料為同樣，矽質材料的比表面積是個定值，當水料比大的時候，單位體積的水，所包含的砂子/粉煤灰的比表面積小，溶解度低。前面的結論是，水料比大，最優鈣矽比也大，此時石灰水泥等鹼性物質比較多，液相中矽質材料相對而言比較少，同時，由於水份占據的空間大，活性SiO2遷移的距離遠，遷移時間也就長，因此，起始階段，相對缺少矽，將會優先生成高鹼水化物。此時的生成物順序近似看作：高鹼水化物→低鹼水化物→托勃莫來石。而根據彭軍芝博士的論文，高鹼水化物易於附著矽質材料上，對較高溫度下生成低鹼水化物托勃莫來石起到阻礙作用，更進一步延緩水熱合成反應時間。
而水料比小的時候，單位水份包裹的砂子等矽質材料比表面積大，溶解度也高，SiO2從矽質材料表面向水份占據的空間遷移，水份占據的空間小，意味著遷移的距離比較短，液相中存在充足的二氧化矽，同時由於石灰水泥少，需求的SiO2總量也少，此時，生成的高鹼水化物少，低鹼水化物多，此時生成物順序近似認為為：低鹼水化物→托勃莫來石；這樣一來，減少很多高鹼水化物向低鹼水化物轉換的過程，因此達到最高強度時間也快。
當然，實際情況要複雜得多，這么表達，只是為了好理解。
最優鈣矽比小，石灰水泥等膠凝材料少，當均勻地分散在整個坯體中，比起較多的膠凝材料，均勻分散在這個坯體中，單位膠凝材料和矽質材料的反應面積也大，更有利於和矽質材料充分接觸。因此，會熟得快。
因此：小水料比→小鈣矽比→熟得快
大水料比→大鈣矽比→熟得慢
最佳鈣矽比並不是一個固定的值，它與加氣混凝土品種，原材料質量，細度，水料比（水/總乾料）及生產工藝技術參數有關，需要通過一系列的試驗和測定才能得出。
3、定律的意義和套用
從這個定律，我們可以知道，水料比越小，所耗用的石灰水泥越少，磚頭熟得越快，成本也就越低；這也意味著，只要將料漿做濃，石灰水泥就可以少放。恆壓時間就可以縮短，可以節約燃煤。同時，加快了釜的周轉，提高了效率。這給我們加氣磚廠的節能降耗指出了一條路。
前述資料上的最優鈣矽比參考值，是考慮實現水化層厚度合適（約3-5微米），但我們的目標是降低成本，石灰水泥少用一點，水化層薄一些，雖然強度損失一點，也沒什麼關係。所以我們就不一定按這個參考值來生產。
所以我在生產過程中，已經不再計算水料比，在滿足澆注穩定性的前提下，料漿儘可能做濃。做粉煤灰加氣磚的時候，製漿的擴散度23cm，澆注擴散度15cm，3.024模框，石灰280～300kg，水泥50kg，鋁粉1.6kg，恆壓時間5個小時，計算絕乾容重小於600kg/m³，檢驗成品強度4.0MPa以上，大幅度降低了製造成本。料漿還可以繼續做濃，但考慮水化層太薄，影響磚頭質量，所以就到此為止了。也有工藝員，將澆注擴散度做得更濃，育養時間更短，但帶來的問題是，坯體內部溫度和外部溫度均衡不久，就要出釜，托勃莫來石生成量太少，磚頭強度和耐久性損失過大，成為偽劣產品了。
雖然減少了石灰水泥的使用量，水化層的厚度減薄，造成強度下降，但由於水料比小，料漿變得比較濃，爆裂的可能性少，所以可以有更快的升壓速度，同時，由於水料比小，料漿起始粘度大，根據拉普拉斯公式，氣泡合併的可能性小，大氣孔少，孔的結構比較好，同時，孔壁上毛細孔的數量減少，也會帶來強度的改善，某種程度彌補了鈣質材料少帶來的不足。而且，高濃度料漿，帶來了生產的穩定，塌模的可能性很小。
參考文獻
[1]彭小芹，吳禮賢，楊峻峰等，《工藝參數對灰砂混凝土性能的影響》[J].中國搪瓷，1998，（4）：25-30.
[2]張繼能，顧同曾，《加氣混凝土生產工藝》[M].武漢：武漢工業大學出版社，1992.
[3]彭軍芝，《蒸壓加氣混凝土中孔的形成、特徵及對性能的影響研究》[D].重慶：重慶大學材料科學與工程學院，2011.
作者簡介：王劉方，出生於1975年，男，專科學歷，工程師職稱，江蘇省宿遷市泗洪縣人，擔任加氣磚工廠生產主管，技術工程師。