蒸壓加氣混凝土(Autoclaved Aerated Concrete，簡稱AAC)是在硅質(zhì)原料和鈣質(zhì)原料的配料中加入鋁粉(膏)作發(fā)氣劑，經(jīng)加水?dāng)嚢?、澆注成型、發(fā)氣膨脹、預(yù)養(yǎng)切割，再經(jīng)高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)而成的多孔硅酸鹽材料。其體積密度為300～800 kg/m3，是紅磚的1/3;導(dǎo)熱系數(shù)為0.09～0.22 W/(m˙K)，僅為紅磚的l/4～1/5。因其具有輕質(zhì)、保溫、隔熱、吸聲、防火、可加工等性能特點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑，成為一種節(jié)能環(huán)保的新型建筑材料。尤其是，蒸壓加氣混凝土可大量應(yīng)用固體廢棄物作硅質(zhì)原料，順應(yīng)當(dāng)今社會節(jié)能環(huán)保及循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢，因而倍受關(guān)注。

隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化建設(shè)的迅速發(fā)展，一方面固體廢棄物大量排放和堆存占用寶貴土地，污染環(huán)境和危害人體健康：另一方面城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展對建材產(chǎn)品需求急劇增加，資源環(huán)境的約束矛盾日益突出。2011年，國家發(fā)展改革委出臺的《“十二五”墻體材料革新指導(dǎo)意見》，明確指出了墻體材料革新重點工作：“實施利廢新型墻體材料示范工程，推進(jìn)大宗固體廢棄物綜合利用示范基地建設(shè)，通過技術(shù)研發(fā)，支持企業(yè)利用建筑廢棄物、城市污泥、尾礦、磷石膏等固體廢棄物生產(chǎn)新型墻體材料，提高綜合利用效率。國家墻改政策提出到2015年，城鎮(zhèn)新建建筑執(zhí)行不低于65%的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，城鎮(zhèn)新建建筑95%達(dá)到建筑節(jié)能強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的要求。

毋庸置疑，保護(hù)環(huán)境與節(jié)約資源已成為基本國策，建筑節(jié)能是大勢所趨，綠色環(huán)保型建筑材料的研發(fā)及推廣應(yīng)用成為實現(xiàn)建筑節(jié)能的關(guān)鍵。本文綜述了利用固體廢棄物制備蒸壓加氣混凝土墻體材料的研究進(jìn)展，重點闡述了粉煤灰、石英尾砂和尾礦渣的特點及其材料化技術(shù)方法，并對當(dāng)前研究中存在的問題及將來的發(fā)展方向進(jìn)行探討。

1 不同材質(zhì)的加氣混凝土

本質(zhì)上講，蒸壓加氣混凝土是由鋁粉在料漿中發(fā)氣、并在硬化過程中固定而形成氣孔結(jié)構(gòu);由CaO與Si02在水熱條件下反應(yīng)生成水化硅酸鈣(主要為CSH(I)膠凝、水石榴子石和托勃莫來石)，并與尚未反應(yīng)的材料顆粒結(jié)合在一起，構(gòu)成混凝土的整體強(qiáng)度。通常，CaO由石灰、水泥等提供，Si02則由硅質(zhì)原料提供。一直以來，利用富硅固體廢棄物制備加氣混凝土的研究，主要集中在粉煤灰、石英尾砂和尾礦渣等方面。

1.1 粉煤灰加氣混凝土

早在1958年，我國就開始研究蒸養(yǎng)粉煤灰加氣混凝土。經(jīng)過長期的探索和實踐，已形成了較為成熟的制備技術(shù)。一般而言，Si02含量≥40%，粒度在180目(80 μm方孔篩篩余≤25%)左右的粉煤灰皆可用于生產(chǎn)蒸壓加氣混凝土制品。

目前，大量生產(chǎn)和應(yīng)用的粉煤灰加氣混凝土主要為B05-B07級的制品，其干容重較大(>500 kg/m3)，抗壓強(qiáng)度較低(≥2.5MPa)，導(dǎo)熱系數(shù)較高(≥0.14W(m˙K))，且存在抗凍融性較差、碳化能力低、砌墻易開裂等問題。因此，近年來的研究主要側(cè)重于性能改良和強(qiáng)度高、容重小的加氣混凝土制品開發(fā)。王立剛研究組嘗試?yán)贸?xì)粉煤灰(5~15 um)制各加氣混凝土，發(fā)現(xiàn)超細(xì)灰對加氣混凝土有明顯的增強(qiáng)效應(yīng)。但由于超細(xì)灰粒徑小，比表面積大，顆粒填充效應(yīng)增強(qiáng)，使得制品孔隙率下降，容重增大;且由于其活性較原狀灰高，使得料漿稠化快，澆注穩(wěn)定性變差。杜傳偉等人探討了通過添加物理泡沫和促凝劑來改善孔結(jié)構(gòu)，并通過增加水泥用量提高制品強(qiáng)度。結(jié)果表明，由于加入的泡沫在攪拌制漿過程中易被破壞，對孔結(jié)構(gòu)和制品的強(qiáng)度的改良作用不明顯。M.Serhat BaspinarE等人研究了水泥對制品性能的影響，發(fā)現(xiàn)降低水泥摻量反而可以提高制品的抗壓強(qiáng)度。原因在于水泥摻量較高時，早期水化反應(yīng)中會形成大量的鈣礬石相;雖然鈣礬石相有益于提高坯體的早期強(qiáng)度，但會造成制品開裂，降低了其耐久性。他們通過添加硅粉來抑制鈣礬石相的形成，一定程度上改善了水化反應(yīng)條件，提高了制品的強(qiáng)度，但卻使制品的容重大幅增加。鄭懷林等通過添加多種外加劑，并精確控制工藝參數(shù)，研發(fā)出B03級粉煤灰加氣混凝土保溫砌塊。但其絕干抗壓強(qiáng)度僅有O.89 MPa(國標(biāo)要求為1.0 MPa)，實際應(yīng)用價值不大。

總起來講，粉煤灰加氣混凝土的研究未出現(xiàn)突破性進(jìn)展，尤其對起始物的反應(yīng)機(jī)制及制品的物相、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系等基礎(chǔ)問題缺乏深入研究。

1.2 石英尾砂加氣混凝土

石英尾砂是玻璃生產(chǎn)過程中經(jīng)粉碎篩選后產(chǎn)生的大量廢棄物，主要為結(jié)晶質(zhì)石英，Si02含量達(dá)90%以上，經(jīng)處理后可作為加氣混凝土的硅質(zhì)原料。由此既拓寬了制備加氣混凝土的原料選擇范圍，又可解決其造成的污染問題。

汪洋等人將石英尾砂細(xì)度控制在0.08 mm篩篩余12%作為制備加氣砌塊的主要原料，研究了鈣質(zhì)材料(石灰、水泥)用量對制品性能的影響，發(fā)現(xiàn)鈣質(zhì)材料添加量過少，生成的水化產(chǎn)物量不足，殘余Si02過多，制品強(qiáng)度低;鈣質(zhì)材料添加量過多，Ca過量，在堿性環(huán)境下易生成強(qiáng)度低的高堿水化物。通過實驗，在鈣質(zhì)材料添加量為39%(水泥6%，石灰33%)時，制備出干容重為523 kg/m3的樣品，其抗壓強(qiáng)度達(dá)3.9 MPa，干燥收縮(快速法)0.7mm/m。王長龍等人研究了石英尾砂的細(xì)度對料漿穩(wěn)定性和制品性能的影響。結(jié)果表明，尾砂太粗，料漿流動性差，澆注后料漿易沉析導(dǎo)致塌模;提高尾砂的細(xì)度，可增加其比表面積，提高反應(yīng)活性;但若顆粒太細(xì)，料漿稠化快，發(fā)氣受阻，易產(chǎn)生憋氣，使制品出現(xiàn)裂紋，孔隙率下降，容重增大。通過實驗，將石英尾砂粉磨至比表面積為321.57 ㎡/kg，制得的樣品干容重為562kg/m3，抗壓強(qiáng)度為4.34 MPa。由于石英尾砂易磨性差，晶體結(jié)構(gòu)致密，水化反應(yīng)活性低，導(dǎo)致尾砂有效利用率偏低。

l.3 尾礦質(zhì)加氣混凝土

隨著社會對礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)利用，礦山固體廢棄物逐年增加，大量的含硅尾礦堆積如山，如鐵尾礦、黃金尾礦、磷尾礦、銅尾礦、鎢尾礦、鉛鋅尾礦等。目前，尾礦的處理主要是回收利用其有價組分，但這樣并未減少尾礦的存量，其占用土地和污染環(huán)境等問題不能得到根治。利用富硅尾礦制備新型建筑材料，成為大量消納尾礦的可行之路。

鄭文新用化學(xué)方法對黃金尾礦進(jìn)行預(yù)活化處理，激發(fā)其活性后作為硅質(zhì)原料，制備出B06級加氣混凝土材料。王長龍等人將低硅鐵尾礦細(xì)磨至200目篩余7.3%，再添加部分高硅原料，制備了容重為637 kg/m3、抗壓強(qiáng)度達(dá)4.31 MPa的加氣砌塊。錢嘉偉利用銅尾礦替代32%的硅砂制備B06級加氣砌塊。Huang等人嘗試?yán)勉~尾礦和水淬高爐礦渣制備蒸壓加氣混凝土，認(rèn)為水淬渣的活性CaO含量較高，無需添加生石灰即可滿足鈣質(zhì)的需求，由此可降低原料成本。但因其MgO含量過高且消化極慢，在坯體硬化或蒸壓過程中持續(xù)水化反應(yīng)，易造成體積膨脹而破壞。

由于大多數(shù)尾礦的顆粒較粗，且礦物組成復(fù)雜，SiO2以石英態(tài)產(chǎn)出的量較小，主要以化合物形式存在于各種礦物相中，因而反應(yīng)活性較差。欲提高其反應(yīng)活性，目前有效的方法是磨細(xì)或化學(xué)激活。這無疑會增加其利用的難度和成本，限制了尾礦質(zhì)加氣混凝土的規(guī)模化生產(chǎn)。因此，尾礦的低成本活化方法研究有待于加強(qiáng)。

2 問題及展望

加氣混凝土業(yè)界存在著一個難以突破的瓶頸，即原料細(xì)度不能低于180目，這使得大量富硅質(zhì)廢渣微粉難于得以應(yīng)用。因此，如何充分利用超細(xì)粉料無需細(xì)磨加工、比表面積大、反應(yīng)活性高等特點，制備性能優(yōu)良的輕質(zhì)保溫墻體材料成為亟待解決的難題。

原料與制品的關(guān)聯(lián)性研究有待加強(qiáng)，尤其是根據(jù)固體廢棄物的資源情況，因地制宜，開發(fā)新的制備技術(shù)方法，提高工業(yè)廢渣的綜合利用水平。在加氣混凝土的硅質(zhì)原料選擇方面，一直是以SiO2的含量為標(biāo)準(zhǔn)。實際上，制品的性能取決于水化硅酸鈣的形成，而原料中Si02的有效釋放并與CaO發(fā)生化學(xué)反應(yīng)是關(guān)鍵。因此，需要強(qiáng)化原料的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)等基礎(chǔ)研究，針對Si02的不同賦存狀態(tài)，開發(fā)活性激發(fā)技術(shù)，以最大限度的利用低硅固體廢棄物資源。

隨著“十二五”時期工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，大宗固體廢棄物產(chǎn)生和堆存占用大量土地，污染環(huán)境的問題日趨嚴(yán)重。同時，隨著城鄉(xiāng)建設(shè)的快速發(fā)展和現(xiàn)代建筑節(jié)能要求的不斷提高，迫切需要開發(fā)超輕質(zhì)、高強(qiáng)度、耐久性好，保溫性能優(yōu)良，能夠適應(yīng)外墻自保溫一體化工程需要的新型加氣混凝土墻體材料。因此，利用固體廢棄物制備節(jié)能型建筑材料的研發(fā)及推廣應(yīng)用將成為重點領(lǐng)域。