蒸壓加氣混凝土板生產中常見裂紋問題分析研究及預防措施
作者：景進兵
摘要：蒸壓加氣混凝土板材（ALC 板）作為目前獨具優勢的一種新型建筑保溫結構材料，已廣泛應用于各類大跨度建筑的外墻、內墻、屋面和鋼、木結構防火包覆等。由于 ALC 板構造獨特，在生產過程中比較容易產生裂紋，文章結合實際生產的實驗，總結了一些生產過程中裂紋預防措施，旨在提高品質，增加加氣板材合格率。 蒸壓加氣混凝土板具備良好的自保溫功能以及耐火性能，且其生產原材料來源廣泛，因此在近些年蒸壓加氣混凝土板逐漸應用到了工業與民用建筑領域。然而，隨著蒸壓加氣混凝土應用越來越廣泛，部分區域的蒸壓加氣混凝土砌板出現了供不應求的現象。在這種形勢下，部分生產企業受到高額利潤的誘惑，為了進一步壓縮生產成本，提升生產利潤，企業在蒸壓加氣混凝土板生產中不能夠及時更新工藝與生產設備，同時擅自縮短養護周期，致使生產處的成品質量非常不穩定，產品質量堪憂。蒸壓加氣混凝土板生產技術也逐漸得到成熟的發展。但在實際生產過程中，該技術還存在部分問題，本文基于此對其生產過程現狀進行分析，探討其問題解決對策。
一、 蒸壓加氣混凝土板（ALC）裂縫的產生及判定
蒸壓加氣混凝土板（ALC 板）是在原來蒸壓加氣混凝土砌塊生產工藝的基礎 上，在料漿澆筑到模具后植入 1-2 層按相關技術要求經過防腐處理的鋼筋網片生產而成，通過內置鋼筋網片以提高板材的抗折性。
由于鋼筋和蒸壓加氣混凝土板的熱膨脹系數不同，因此在生產過程中蒸壓加氣混凝土板容易產生裂縫問題。 大面上平行于板寬的裂縫定義為橫向裂縫，大面上平行于板長的裂縫定義為縱向裂縫。按照國家對蒸壓加氣混凝土板（GB/t15672-2020）質量的規定進行判定,見表1；裂紋示意圖見圖1；
表 1：外觀缺陷值與外觀質量
按照標準規定，大面上的橫向裂縫屬于不合格產品；但對于縫寬＜0.2mm，數量不大于3條，總長≦1/10L 的縱向裂縫允許進行修補，要求修補顏色、質感應一 致，性能應匹配。
圖1：裂紋示意圖
二、裂縫產生的原因
鋼筋網片和混凝土熱膨脹系數不同，用體積密度為 600kg/m3 的加氣混凝土熱膨脹系數為 0.8×10-5 m/m·℃，而鋼筋的熱膨脹系數一般在 1.2× 10-5 m/m·℃左右。由于兩者的熱膨脹系數不同，前期在生產過程中控制不好，在預養切割階段形成縱向裂紋大面積見圖2；縱向水平裂紋形似蚯蚓見圖3，縱向水平裂紋是穿透板材的裂紋，經常整模出現，縱向水平長粗裂紋見圖4；此外在蒸壓釜中蒸養過程中，如果溫度上升或下降過快，板體熱脹冷縮加劇，易成橫向裂縫比如：鋼釬孔裂紋見圖5；橫向端頭裂紋見圖6；橫向端頭尾部保護層脫落見圖7；未蒸透（水印）見圖8；出釜沾連見圖9；根據國家標準這些裂紋不允許修補，所以造成的損壞非常大。出現這種裂縫使板體抗折性能差，易于折斷，導致生產的產品質量不合格。
圖2：縱向裂紋
圖3：縱向水平裂縫形似蚯蚓
圖4：縱向水平長粗裂紋
圖5：橫向鋼釬孔裂縫
圖6：橫向端頭裂紋
圖7：橫向端頭尾部保護層脫落
圖8：未蒸透（水印）
圖9：出釜沾連
三、裂紋的預防措施
1、企業規模小、生產工藝技術水平有待提高
蒸壓加氣混凝土板生產企業門檻較低，因此很多企業的規模都比較小，碼垛場地小，加上這些企業沒有足夠的資金來引進最先進的生產設備，導致蒸壓加氣混凝土板實際生產無法達到輕質化、節能化的要求。
2、原材料問題
相較于蒸壓加氣混凝土砌塊，在原材料和工藝上蒸壓加氣混凝土板的要求更加嚴格。蒸壓加氣混凝土板澆筑成型過程中不宜選擇消解過快的石灰，否則會造成產品出現大量冒泡、過度沉降等問題，嚴重的話會出現塌模、報廢。一般在蒸壓加氣混凝土生產過程中，其發氣材料與料漿產生的化學反應會釋放氣體，進而形成的氣孔多細小而均勻密閉。因此在氣孔結構的蒸壓加氣混凝土形成過程中，會結合鋁膏發氣與加氣混凝土料漿稠化過程，在鋁膏選擇活性鋁含量高的鋁膏，鋁膏細度和顆粒形狀也具有一定的要求，這樣才能確保發氣曲線適當。用一句通俗的話說：用一種和當地原材料匹配的鋁膏就可以了。
3、板材配筋、網片制作和定位問題
隔墻、外墻、樓板、屋面板等的結構性能設計荷載不同，可采用不同的鋼筋配置。即使是同一類型的板材，其厚度或者長度不同，其也可以采用不同的配筋使其滿足結構性能設計要求。但很多企業缺少理論與實際計算數據，采用一種鋼筋配置，這種情況下會產生兩種結果，有些板材結構性能無法滿足要求，不符合標準要求，有些板材結構性能富余量很大，造成成本浪費。總結：不同類型板材可設置不同的配筋。
通常在蒸壓加氣混凝土板生產過程中，最重要的環節就是鋼筋網片制作，板材在生產中的成本以及其質量會受到網片質量好壞的直接影響。網片需要平整、尺寸精確，才能合格的網籠質量提供保障，因此在制作鋼筋網片時，需要注意其平整度與精度，確保焊點的牢固性；鋼筋網片通過專用的防銹添加劑做好鋼筋的防銹處理，目前市面上鋼筋防銹劑質量參差不齊，鋼筋防銹劑涂層厚度不一。從這幾年生產的加氣混凝土板材使用情況來看，已經有加氣混凝土板材安裝完成的項目出現了加氣混凝土板材裂紋的現象，撬開發現鋼筋防銹層已經脫落，主要原因是鋼筋已經生銹膨脹產生了裂紋見圖10：（特別提示：鋼筋防銹保護層的厚度）。
在加氣混凝土板材鋼筋組網過程中做好網籠的定位位置，確保在蒸壓加氣混凝土板生產的澆筑后插網籠過程中，能否順利和模框定位匹配。
4、切割過程問題
板材生產中的靜停與砌塊生產一樣，也是使坯體獲得可供切割的強度，在加氣混凝土板材在預養靜停達到一定的硬度后，還要完成拔釬和移去橫梁過程后，輸送到翻轉吊具工位。一般來說，能進行砌塊切割的切割機也能切割板材，進行板材切割時，所掌握的坯體強度一般要求比砌塊的坯體強度稍高，同時切割機的各項要求也比砌塊高，其中主要是切割精度，切割小車運行的尺寸定位精度。對板材外形的加工，如銑槽、倒角等工序。在生產內隔墻、外墻、樓層板、屋面板時先選擇榫槽刀具，如：L型、凹槽型、凹凸槽型、C型、T（凹凸槽）型、平型等銑槽刀具。加氣混凝土板材凹凸槽尺寸如圖11：
圖11現象已經是非常普遍的問題，生產設備上進行調整處理（更換）凹凸槽開槽工具刀片。
如切割小車運行尺寸精度達不到，切割時會出現切割鋼絲碰到加氣混凝土板材鋼筋，坯體碰到鋼筋有以下幾個原因，第一網籠定位精度，第二、切割小車定位精度。第三、切割工切割鋼絲掛錯等原因。
另外在切割是加氣混凝土板生產過程中最容易產生廢品的工序。切割工序主要影響加氣混凝土板的尺寸和外觀質量。切割管理的關鍵在于控制切割時的強度。切割前需要有一定的標準判定靜養的強度是否適合切割。
5.蒸壓養護問題
蒸壓養護系統包括真空抽真空、增壓、恒壓、減壓四個工序的速度、壓力和時間。蒸壓加氣混凝土只有不小于0.8 MPa的壓力，溫度不低于176C°飽和蒸汽內，鈣硅比不大于1.5 CSH，轉化為鈣硅比0.83的莫來石晶體，增加水化產物的結晶度。隨著恒壓時間的延長，水化產物的結晶度增大。當達到最佳結晶度時，其強度達到峰值。結晶度越高，強度越低。
圖12：托勃莫來石的含量與強度的關系
從圖12可以看出，蒸壓粉煤灰加氣混凝土中托貝莫來石的存在起初對強度有良好的影響，但當強度超過一定的極限時，對強度有不利的影響。因此，托貝莫來石對蒸壓加氣混凝土強度的影響具有最佳的百分率和結晶度。相比蒸壓混凝土砌塊，其板材生產更為復雜，如果不規范的進行蒸養操作，很容易對板材成品造成影響，導致板材缺陷。而在蒸壓養護過程中，最容易出現的就是坯體粘連和掉角開裂問題。一般坯體會因自身的重量導致對切縫造成壓縮，同時物料會發生水化反應，雙重反應下坯體就會形成黏結層，使坯體粘連。（如圖9）
蒸壓養護時的溫度、壓力變化會改變板材坯體和鋼筋膨脹系數，兩者之間不同步就會發生裂紋現象。（如圖7）
通過對不同材料的蒸壓加氣混凝土板材采用不同蒸壓養護體系反復實踐，得出了最適宜的蒸壓養護體系。對抽真空、升壓、恒壓、降壓四種工序的速度、壓力和時間制定詳細的技術參數和規范。（如圖8未蒸透（水印））
蒸養管理的關鍵在于控制適合的升溫速度、保證足夠的養護時間。近年來，出現了縮短加氣混凝土板蒸養時間的工藝，并在多地推行。但這嚴重影響到了加氣混凝土板材的質量。升溫速度過快，容易導致產品開裂。保溫時間過短，產品無法達到足夠的強度。堅持蒸壓養護制度，確保產品質量。
四、蒸壓加氣混凝土板生產中常見問題的解決對策
1、注重原材料的進廠驗收及檢測。
為了確保蒸壓加氣混凝土板的生產質量，就要重視板材原材料選擇，制定一個嚴格的檢測制度以及標準，加強相關工作人員對原材料的重視力度。
在進行生產前，需抽樣檢查石灰、硅砂、石膏、鋁粉、防腐劑、定位塑料卡扣、鋼筋等主要原材料，確保在生產中沒有檢測不合格的原材料。檢測完成后需在密封罐中儲存石灰、水泥，防止因潮解降低材料性能，同時在生產過程中還需注意不能長期積壓原材料，要盡快使用。在儲存原材料時，不同材料需要慎重儲存，堆場或者庫房內放置硅砂、石膏等，干燥庫房內單獨放屬于易燃物品的鋁粉。
2、穩泡劑的加入量
蒸壓加氣混凝土生產過程中，會添加鋁粉作為發泡劑，鋁活性高，在堿性條件下，生產大量氫氣，該氣體被水泥凝膠等包圍，混凝土中氣泡占比可高達60~70%，但這些氣泡并不是穩定體系，在發泡過程中，隨著氣泡增多，液相高度增加，液膜的厚度越來越薄，及易出現塌模的現象，為了使氣泡穩定，在生產加氣混凝土時，添加一定量的穩泡劑，穩泡劑可以降低液體的表面張力，并可以使得氣泡分散，形成大小均勻的孔。但是穩泡劑加入量并不是越多越好，因其與水的相容性好，添加適量即可達到理想效果，生產時需要根據氣孔結構等進行試驗，減少不必要的浪費，也可節省成本
3、廢漿摻入量
在加氣混凝土的生產中，因需切掉邊角及面包頭，廢漿的使用在所難免，使用廢漿有利有弊，要合理利用。廢漿在循環過程中，其成分相對復雜，部分已經參與了水化反應，形成了硅鈣化合物，但其性能穩定，廢漿摻量過低時，廢漿消耗不完，影響生產。廢漿摻量過高時對其強度會產生影響。要在生產過程中控制好發氣高度，減少廢漿量的產生，并及時關注廢漿量，生產砌塊時，廢漿摻入量可控制在20~30%，生產板材時廢漿摻入量控制在10~20%。
4、石灰消解時間
在加氣混凝土的生產過程中，石灰作為鈣質材料的主要提供者，其品質不但影響產品的內在質量，而且對過程質量的影響也是及其關鍵的。尤其是追求高品質的加氣混凝土制品時，石灰的性能直接決定了產品的優劣。加氣混凝土砌塊和加氣混凝土板材的生產工藝是有所區別的，因此在石灰的選擇上也是不盡相同的，加氣混凝土砌塊可以選擇快速灰和中速灰，但是加氣混凝土板材宜選用中速灰。
5、鈣硅比
所謂鈣硅比是指原料中有效鈣和磨細硅質材料中的二氧化硅摩爾質量比，對某一品種的加氣混凝土和一定的材料、生產工藝而言，鈣硅比有一個最佳值和最佳范圍。雖然鈣硅比很重要，直接決定制品的強度和耐久性能，但其受原材料自身質量的影響較大，同時因為檢測條件的受限，很多生產企業不具備化學分析檢測的條件，或者因檢測數據失實，從而很難準確判定加氣混凝土中的鈣硅比，即使計算出來的鈣硅比，在實際生產中未必起到參考作用。因此，作為生產企業不要一味的追求鈣硅比，而要多關注產品實際質量，并加大對原材料的質量控制，尤其是一些化學指標。
6、高強度、低密度
因加氣混凝土產品的多孔性，其抗壓強度和干密度呈反比關系，高強度伴隨著高密度，低密度伴隨著低強度，這就是該產品的特性，一味追求高強度、低密度，則會陷入死循環，將會花費大量人力物力，結果可能會適得其反。只要符合產品國家標準即可，切勿過于追求高強度、低密度。
7、板材配筋
隔墻、外墻、樓板、屋面板等的結構性能設計荷載不同，可采用不同的鋼筋配置。即使是同一類型的板材，其厚度或者長度不同，其也可以采用不同的配筋使其滿足結構性能設計要求。但很多企業缺少理論與實際計算數據，采用一種鋼筋配置，這種情況下，會產生兩種結果，有些板材結構性能無法滿足要求，不符合標準要求，有些板材結構性能富余量很大，造成成本浪費。不同類型板材可設置不同的配筋。
隔墻、外墻、樓板、屋面板等的結構性能設計荷載不同，可采用不同的鋼筋配置。即使是同一類型的板材，其厚度或者長度不同，其也可以采用不同的配筋使其滿足結構性能設計要求。但很多企業缺少理論與實際計算數據，采用一種鋼筋配置，這種情況下，會產生兩種結果，有些板材結構性能無法滿足要求，不符合標準要求，有些板材結構性能富余量很大，造成成本浪費。不同類型板材可設置不同的配筋。隔墻可根據板材長度、厚度等采用單層或雙層網片，主筋4根φ4mm即可；而外墻板根據板材長度、厚度等采用雙層網片，主筋采用4根φ5mm即可，另加剛性連接片；而樓板和屋面板根據板材長度、厚度采用雙層網片，主筋采用6根φ6mm即可，另加剛性連接片。在鋼筋網片制作過程中，需要確保鋼筋具有一定的強度性，焊接完成后檢測是否存在漏焊、開焊的網片（籠），嚴格按照相關誤差標準控制鋼筋端頭整齊度、網片對角線長度，在澆筑時不能用超出規定標準的網片（籠）。同時在澆筑前還需對焊接后的網片（籠）進行焊接處理，保證板材具有較長的使用壽命。
8、抗壓強度
加氣混凝土抗壓強度試驗是要求其含水率在8~12%下進行，但實際過程中因很難控制其含水率在此范圍。因其強度本身就很低，若不按照標準進行檢測，檢測結果則會出現偏差，不能真實反映加氣產品強度。不能烘至絕干直接進行試驗，也不能烘至絕干后往其上面加水，應該在低溫下進行烘干，各生產企業可根據實際情況制定自己的烘干制度。加氣混凝土因其生產工藝的特殊性，因此對其抗壓強度的檢測取樣也有特殊的要求，取樣時應對發氣方向進行標記，在抗壓強度試驗過程中，要保證發氣方向垂直于受力方向，否則結果將會出現大的偏差。另外壓制混凝土試塊強度時，要對尺寸和平整度進行測量，尺寸不標準，或者不平整，檢測結果也會出現大的波動，影響判定結果。很多企業加工的產品本身質量沒有問題，但在取樣上未按標準規范進行取樣，或者因取樣切割設備、取樣人員或者試驗人員等因素造成結果出現異常的情況經常發生。
9、缺棱掉角
加氣混凝土產品屬于新型建筑保溫材料，其抗壓強度一般在1.0MPa至7.5MPa，與傳統混凝土相比，強度極低。在運輸過程中，稍有不慎，則會出現缺棱掉角等現象，因為在搬運過程中，大部分企業均是采用叉車進行運輸，則人員技能和場地平整度則直接影響產品在運輸過程中出現的損傷。很多企業為了減少磕碰損傷，均在加氣混凝土抗折強度上面下文章，也就是為了減少其脆性。其實混凝土本身就屬于脆性材料，即使將抗折強度提高一倍甚至更多，但最終也不會超過其抗壓強度，在與具有剛性的各類機器直接接觸時，難免產生破損，要想控制其破損，不僅要對工人進行要求，要求熟悉各崗位操作規程，輕拿輕放，同時盡量減少產品的倒運次數，再者對叉車等與產品直接接觸的部位增加緩沖墊，則可有效減少產品的破損。
10、粘連
粘連是澆注、切割至蒸壓養護階段最常出現的損傷，不論是在那一階段發生，其產生的原因大致一樣，即其一底板涂油不當底板沒有吸透油及選用的油粘度過低。當底板沒有吸透油時，澆注后料漿易直接與底板接觸，涂油層起不到隔離作用；當選用的涂模油粘度過低時，在澆注過程中易被料漿沖走，澆注結束后，涂層也易滲入坯體，不僅破壞了隔離作用，還使坯體低層強度降低，容易發生粘模。其二，有些靜停臺（主要為移動澆注）下布有蒸汽加熱管，當蒸汽溫度過高，易使底板涂油層滲入坯體，從而造成粘模。其三，底板清理不干凈（這主要由上次粘模造成），底板上的粘著物與重新澆注的坯體形成牢固的結合，而底板粘著物經反復蒸壓養護，與底板的粘結力也越來越強，由此造成反復的粘模。
11、蒸壓釜抽真空和真空度
在蒸壓釜中當蒸汽中混有一定的空氣時，將大大地影響熱交換。而且，釜內的剩余空氣的分壓，將蒸汽壓下降約-0.06MPa，同時溫度也有相應的下降。因此，蒸壓養護都應有抽真空的要求（有些企業不采用抽真空方法）。在蒸壓養護過程中，先行抽真空后，釜內空氣大部分被排出，蒸汽與坯體的熱交換效果得以改善。同時，由于釜內和制品氣孔內的部分氣體排出后形成的負壓狀態，在送氣升溫時，蒸汽不僅在坯體表面冷凝和滲透，而且在坯體內部負壓的作用下被坯體內層吸入，有利于把熱量傳送到坯體中部，使整個坯體溫度迅速上升，縮短了升溫時間，還有利于各部分溫度的均勻，減小了升溫時坯體內部的應力。抽真空的速度和真空度取決于坯體的透氣性，坯體的硬化情況以及蒸壓膨脹值。透氣性好，入釜時坯體塑性強度較高，抽真空可以快一些，真空度也可以高一些，反之，則應慢一些，真空度也應稍低。
但要求的真空度一般應不低于－0.04MPa，若低于此值時，熱交換效果明顯減弱，升溫過程坯體內部溫度滯后于表層溫度的幅度增大，必須延長蒸壓養護恒溫時間，否則，坯體中部實際恒溫時間不足，將影響制品質量。當真空度高于－0.07MPa時，坯體內部水份會因為過高的真空度而過多地蒸發并在強大負壓的作用下使切開的坯體重新粘連。根據大多數廠的生產實際，控制的合適的真空度為－0.06～－0.07MPa，抽真空的速度一般不宜太快，通常是用30～50分鐘均勻地使釜內表壓達到－0.06MPa，速度過快，也可能因坯體內外過大的壓差而受到損害。
12、蒸壓養護過程中制品的損傷
加氣混凝土制品在生產過程中所出現的各種損傷，一般可劃分為兩類，即蒸壓養護前和蒸壓養護后，是以出現或發現損傷的時間來劃分的。所以，蒸壓養護后所出現的損傷也不完全是蒸壓養護所造成的，但作為損傷出現的時間，我們還是歸于蒸壓養護損傷進行分析。在坯體強度過低時，蒸壓養護也易對坯體造成破壞，其破壞主要表現在制品的裂縫，但裂縫的部位與方向和上面的情況不同，其裂縫的破壞面大多垂直于底板，而出現的部位大多在每塊（或大多數）制品的邊角部位。這主要是由于升溫和降溫的內應力所形成。
當蒸壓養護制度不當，主要是升溫或降溫速度過快所產生過大的內應力，對制品形成破壞，其裂縫多為整模坯體的外緣一周，裂縫形成的斷面垂直于底板。當料漿攪拌不均勻，特別是鋁粉不均勻時，坯體上、下部氣孔相當著懸殊，坯體下部厚度過高，也可能使整模坯體產生弧形裂紋。其它還有些裂縫雖然只有在蒸壓養護后才能發現，但與蒸壓養護沒有直接關系。如負壓吊的吊運破壞，翻轉裂縫，發氣時的憋氣裂縫等。蒸壓過程中，產生裂縫損傷較多的是加筋板材。
總結：蒸壓加氣混凝土板生產質量管理的關鍵點
蒸壓加氣混凝土板生產質量管理有5個關鍵點：原材料管理、配比管理、切割管理、蒸養管理、產品檢驗。原材料管理是所有生產管理的重點。對于原材料的管理首先要保證原材料的穩定性。對于加氣混凝土原料需要重點管理硅質材料或粉煤灰的二氧化硅含量，含泥量、燒失量。切割是加氣混凝土板生產過程中最容易產生廢品的工序。切割工序主要影響加氣混凝土板的尺寸和外觀質量。切割管理的關鍵在于控制切割時的強度。切割前需要有一定的標準判定靜養的強度是否適合切割。蒸養管理的關鍵在于控制適合的升溫速度、保證足夠的養護時間。近年來，出現了縮短加氣混凝土板蒸養時間的工藝，并在多地推行。但這嚴重影響到了加氣混凝土的質量。升溫速度過快，容易導致產品開裂。保溫時間過短，產品無法達到足夠的強度。堅持蒸壓養護制度，確保產品質量。產品出廠檢驗是產品質量管理的最后一關，其關鍵是嚴重按照標準和質量管理制度要求的頻率進行產品檢驗。
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