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【摘 要】 按照GB/T 2542-2012《砌墙砖试验方法》对蒸压粉煤灰砖进行冻融试验，检验结果为冻融后蒸压粉煤灰砖的强度比冻融前蒸压粉煤灰砖的强度大，其原因是：在生产蒸压粉煤灰砖工艺过程中，配料、技术水平或蒸压养护不合理，导致第一次水热反应不彻底，在冻融试验时发生二次水热反应，进而使冻融试验后蒸压粉煤灰砖的强度提高。
【关键词】 蒸压粉煤灰砖 冻融试验 强度 抗冻性能 水热反应
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2017.01.012
1 前言
一般情况下，对于墙体材料，包括烧结制品和混凝土（水泥混凝土、硅酸盐混凝土）制品，其冻融后的强度都要比冻融前的强度有所降低，而我所接受企业的委托，要求按GB/T 2542-2012《砌墙砖试验方法》对送来的蒸压粉煤灰砖样品进行冻融试验——即评价蒸压粉煤灰砖的抗冻性能，检验结果却是强度损失出现负数，也就是说，冻融后的强度要比冻融前的强度大（抗冻性能增加），本文就这一问题进行详细分析。
2 实验部分
2.1 冻融试验原理
首先，将试样放入电热鼓风干燥箱中在105℃±5℃下干燥至恒重；再将试样浸入10℃～20℃的水中，放置24h，取出，擦去表面水分，大面側向立置于预先降温到-15℃以下的低温箱中，间距大于20mm；当低温箱温度再次降至-15℃时开始计时，在-15℃～-20℃温度条件下冰冻5h。然后将试样取出放入10℃～20℃的水中融化，持续不少于3h，形成一次冻融循环；经过15次冻融试验的试样，放入电热鼓风干燥箱中在105℃±5℃下干燥至恒重；然后在WEW-1000_W61-25型微机屏显示液压万能试验机测得干燥后的试样和未经冻融试验试样的强度值，并做记录（见表1）。
2.2 实验设备
低温箱（箱内温度可以控制在-20℃以下）、水槽（控制槽中水温10℃～20℃）、台秤（其分度值为5g）、电热鼓风干燥箱、WEW-1000_W61-25型微机屏显示液压万能试验机。
2.3 实验样品
10块240mm×115mm×53mm的蒸压粉煤灰砖，将样品从1#编至10#，其中6#～10#样品用于冻融试验，1#～5#块用于未冻融强度对比试验。
2.4 实验结果（见表1）
3 结果分析与讨论
3.1 粉煤灰及蒸压粉煤灰砖的原材料及生产工艺
在我国，虽然主要能源已有部分由核能、水利发电和太阳能所取代，但还有很多行业是以煤为主要能源的，因此排放大量的粉煤灰，造成了严重的环境污染，同时占用了大量的土地。以粉煤灰为原料制作粉煤灰砖，一方面是废物利用，另一方面也符合环境保护的要求。由于不同地方的煤的组成不同，因此其粉煤灰的组成也不尽相同，但粉煤灰的组成大致为：Si含量最高，其次是Al，以复杂的复盐形式存在（如SiO2、Al2O3），酸溶性较差，然后是Fe含量相对较少，以氧化物（Fe3O4、Fe2O3）形式存在，酸溶性好，此外还有未燃尽的炭粒、CaO和少量的MaO、Na2O、K2O、SO3等。
蒸压粉煤灰砖是以粉煤灰、石灰或水泥为主要原料（本文所检产品为石灰），掺加适量石膏和集料经混合料制备、压制成型、高压饱和蒸汽养护而制成的粉煤灰砖。由于蒸压粉煤灰砖采用了高压饱和蒸汽养护（高压饱和蒸汽养护是指在蒸汽温度在174.5℃以上，工作压力在0.8MPa以上的条件下养护），使蒸压粉煤灰砖中的活性组成部分充分进行水热反应，使得生产出来的蒸压粉煤灰砖强度高，性能稳定。
3.2 蒸压粉煤灰砖经冻融后的强度度大（即抗冻性增强）的原因分析
3.2.1蒸压粉煤灰砖冻融试验后强度的影响因素
抗冻性能是衡量砌墙砖及其他用途砖的耐久性的主要指标之一，是通过冻融试验来计算其强度损失和质量损失（由于蒸压粉煤灰砖冻融试验后的质量损失未出现反常现象，因此这里不予讨论）来评价的。冻融试验的破坏性主要是由砖中的物理方式结合水结冰导致体积膨胀产生的压力，以及试样中的过冷水份发生迁移产生的渗透压共同作用的结果。也就是说：如果砖中含有吸水率高的组分，吸收的水是以游离水的状态与砖中某种组分结合，即物理结合，当砖在高温或通风处时，这种水是可以失去的；或者砖内部有微观层裂，这些缝隙也能渗入大量的水。当将饱水砖放入低温箱时，水就会结冰，水变冰体积要增大，再将低温箱中的砖放入恒温水槽，砖内的冰变成水，冰变水的体积要变小，这样反复15次，砖将会变“酥”，强度一定会降低，也就是抗冻性降低。
粉煤灰中未燃尽的炭粒，是一种影响蒸压粉煤灰砖冻融后强度的成份，其具有吸水性大、强度低、易风化特点，因此在使用时尽可能将其除掉。
原料中的石灰的量也是要控制的，因为添加石灰的用途是：CaO和SiO2之间发生水热反应，生成水化硅酸盐，制品生成的水化硅酸盐含量越高，其强度越高，但是如果石灰过量，过烧的CaO不但晶粒粗大，结构紧密，而且消解缓慢，这一过程常在水热处理中进行，同时伴随体积膨胀，从而使制品强度降低、开裂。
在粉煤灰砖的生产工艺中，用水量需要严格控制，因为粉煤灰砖在发生水热反应时，需要的水量是很少的，大部分水份被蒸发掉或者保留在粉煤灰砖体的空隙中。如果水份过少，容易造成水热反应不完全，制品表面易起砂，会影响产品质量；过多，则空隙中的水份结冰，也会影响产品质量。
粉煤灰砖试样在高压饱和蒸压养护时，粉煤灰中的活性成份SiO2和Al2O3可以与石灰进行充分的水热反应，而且以石英硅和晶态硅形态存在的SiO2，都可以不同程度地被高温高压蒸汽激活，可以迅速地与石灰结合发生水热反应。
当具有合理的配料、技术水平先进的成型工艺装备和合理的蒸压养护控制条件下，蒸压粉煤灰砖制品中的水化物可以处于多相平衡状态，如托勃莫来石、水化硅酸钙、凝胶（C-S-H）及钙矾石（3CaOAl2O33CaSO432H2O）、水化石榴子石（C3ASnH6-2n）等同时并具有适合的比例平衡存在，使得制品具有较高的强度和耐久性能。
3.2.2 冻融后的强度增大原因的分析
首先，粉煤灰砖试样置于电热鼓风干燥箱中，在105℃±5℃的温度条件下进行干燥，干燥初始，粉煤灰砖中还有水分存在，可以实现对蒸压粉煤灰砖的水热反应。
其次，烘干质量恒定后，将试样放在10℃～20℃的水中浸泡24h，尤其在刚开始浸泡的时候，试样的温度高达100℃，也可以使粉煤灰砖发生水热反应。
第三，将饱水的试样放入温度控制在-15℃～-20℃的低温箱中冷冻5h，然后取出将其放入10℃～20℃的水中3小时后进行融化并浸泡，这样的过程反复15次，在这个过程中，试样要在10℃～20℃的水中浸泡45h以上，对蒸压粉煤灰砖还可以实现水热反应。
第四，冻融循环结束后，将粉煤灰砖放在温度为105℃±5℃的电热鼓风干燥箱中一直干燥至恒重，这一过程，又一次实现了对粉煤灰砖更充分的水热反应。
蒸压粉煤灰砖如果配料、技术水平和合理的蒸压养护哪一环节出现了问题，导致产品内部组成成分没有全部发生水热反应，那么在进行冻融循环试验时，提供了水热反应的条件下，会发生二次水热反应，从而使砖的强度增长。
因此，在冻融试验中，虽然冷冻过程能降低样品的强度，但是，在整个冻融试验中对样品实现的水热反应大大提高了样品的强度，总的结果表现为强度增加。
4 结论
蒸压粉煤灰砖生产过程中可能由于某种原因导致产品内部组成成分没有全部发生水热反应。这种没有全部发生水热反应的组成成分在冻融实验过程中会继续发生水热反应，使组成成分趋近于更合适的比例平衡存在，从而使蒸压粉煤灰砖冻融后的强度比冻融前的强度大，即强度损失出现负数。
参考文献
[1]李庆繁，关于制定蒸压粉煤灰砖行业标准的建议[J].墙材革新与节能建筑，2004，（11），19-22.
[2]刘鑫等，蒸压粉煤灰建筑制品生产技术研究[J].砖瓦，2004，（1），30-32.
[3]濮松荣，蒸压粉煤灰砖抗冻性能试验研究[J].建筑砌块与砌块建筑，2008，（6），30-33.
[4]GB/T 2542-2012 砌墙砖试验方法[s].
【关键词】 蒸压粉煤灰砖 冻融试验 强度 抗冻性能 水热反应
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2017.01.012
1 前言
一般情况下，对于墙体材料，包括烧结制品和混凝土（水泥混凝土、硅酸盐混凝土）制品，其冻融后的强度都要比冻融前的强度有所降低，而我所接受企业的委托，要求按GB/T 2542-2012《砌墙砖试验方法》对送来的蒸压粉煤灰砖样品进行冻融试验——即评价蒸压粉煤灰砖的抗冻性能，检验结果却是强度损失出现负数，也就是说，冻融后的强度要比冻融前的强度大（抗冻性能增加），本文就这一问题进行详细分析。
2 实验部分
2.1 冻融试验原理
首先，将试样放入电热鼓风干燥箱中在105℃±5℃下干燥至恒重；再将试样浸入10℃～20℃的水中，放置24h，取出，擦去表面水分，大面側向立置于预先降温到-15℃以下的低温箱中，间距大于20mm；当低温箱温度再次降至-15℃时开始计时，在-15℃～-20℃温度条件下冰冻5h。然后将试样取出放入10℃～20℃的水中融化，持续不少于3h，形成一次冻融循环；经过15次冻融试验的试样，放入电热鼓风干燥箱中在105℃±5℃下干燥至恒重；然后在WEW-1000_W61-25型微机屏显示液压万能试验机测得干燥后的试样和未经冻融试验试样的强度值，并做记录（见表1）。
2.2 实验设备
低温箱（箱内温度可以控制在-20℃以下）、水槽（控制槽中水温10℃～20℃）、台秤（其分度值为5g）、电热鼓风干燥箱、WEW-1000_W61-25型微机屏显示液压万能试验机。
2.3 实验样品
10块240mm×115mm×53mm的蒸压粉煤灰砖，将样品从1#编至10#，其中6#～10#样品用于冻融试验，1#～5#块用于未冻融强度对比试验。
2.4 实验结果（见表1）
3 结果分析与讨论
3.1 粉煤灰及蒸压粉煤灰砖的原材料及生产工艺
在我国，虽然主要能源已有部分由核能、水利发电和太阳能所取代，但还有很多行业是以煤为主要能源的，因此排放大量的粉煤灰，造成了严重的环境污染，同时占用了大量的土地。以粉煤灰为原料制作粉煤灰砖，一方面是废物利用，另一方面也符合环境保护的要求。由于不同地方的煤的组成不同，因此其粉煤灰的组成也不尽相同，但粉煤灰的组成大致为：Si含量最高，其次是Al，以复杂的复盐形式存在（如SiO2、Al2O3），酸溶性较差，然后是Fe含量相对较少，以氧化物（Fe3O4、Fe2O3）形式存在，酸溶性好，此外还有未燃尽的炭粒、CaO和少量的MaO、Na2O、K2O、SO3等。
蒸压粉煤灰砖是以粉煤灰、石灰或水泥为主要原料（本文所检产品为石灰），掺加适量石膏和集料经混合料制备、压制成型、高压饱和蒸汽养护而制成的粉煤灰砖。由于蒸压粉煤灰砖采用了高压饱和蒸汽养护（高压饱和蒸汽养护是指在蒸汽温度在174.5℃以上，工作压力在0.8MPa以上的条件下养护），使蒸压粉煤灰砖中的活性组成部分充分进行水热反应，使得生产出来的蒸压粉煤灰砖强度高，性能稳定。
3.2 蒸压粉煤灰砖经冻融后的强度度大（即抗冻性增强）的原因分析
3.2.1蒸压粉煤灰砖冻融试验后强度的影响因素
抗冻性能是衡量砌墙砖及其他用途砖的耐久性的主要指标之一，是通过冻融试验来计算其强度损失和质量损失（由于蒸压粉煤灰砖冻融试验后的质量损失未出现反常现象，因此这里不予讨论）来评价的。冻融试验的破坏性主要是由砖中的物理方式结合水结冰导致体积膨胀产生的压力，以及试样中的过冷水份发生迁移产生的渗透压共同作用的结果。也就是说：如果砖中含有吸水率高的组分，吸收的水是以游离水的状态与砖中某种组分结合，即物理结合，当砖在高温或通风处时，这种水是可以失去的；或者砖内部有微观层裂，这些缝隙也能渗入大量的水。当将饱水砖放入低温箱时，水就会结冰，水变冰体积要增大，再将低温箱中的砖放入恒温水槽，砖内的冰变成水，冰变水的体积要变小，这样反复15次，砖将会变“酥”，强度一定会降低，也就是抗冻性降低。
粉煤灰中未燃尽的炭粒，是一种影响蒸压粉煤灰砖冻融后强度的成份，其具有吸水性大、强度低、易风化特点，因此在使用时尽可能将其除掉。
原料中的石灰的量也是要控制的，因为添加石灰的用途是：CaO和SiO2之间发生水热反应，生成水化硅酸盐，制品生成的水化硅酸盐含量越高，其强度越高，但是如果石灰过量，过烧的CaO不但晶粒粗大，结构紧密，而且消解缓慢，这一过程常在水热处理中进行，同时伴随体积膨胀，从而使制品强度降低、开裂。
在粉煤灰砖的生产工艺中，用水量需要严格控制，因为粉煤灰砖在发生水热反应时，需要的水量是很少的，大部分水份被蒸发掉或者保留在粉煤灰砖体的空隙中。如果水份过少，容易造成水热反应不完全，制品表面易起砂，会影响产品质量；过多，则空隙中的水份结冰，也会影响产品质量。
粉煤灰砖试样在高压饱和蒸压养护时，粉煤灰中的活性成份SiO2和Al2O3可以与石灰进行充分的水热反应，而且以石英硅和晶态硅形态存在的SiO2，都可以不同程度地被高温高压蒸汽激活，可以迅速地与石灰结合发生水热反应。
当具有合理的配料、技术水平先进的成型工艺装备和合理的蒸压养护控制条件下，蒸压粉煤灰砖制品中的水化物可以处于多相平衡状态，如托勃莫来石、水化硅酸钙、凝胶（C-S-H）及钙矾石（3CaOAl2O33CaSO432H2O）、水化石榴子石（C3ASnH6-2n）等同时并具有适合的比例平衡存在，使得制品具有较高的强度和耐久性能。
3.2.2 冻融后的强度增大原因的分析
首先，粉煤灰砖试样置于电热鼓风干燥箱中，在105℃±5℃的温度条件下进行干燥，干燥初始，粉煤灰砖中还有水分存在，可以实现对蒸压粉煤灰砖的水热反应。
其次，烘干质量恒定后，将试样放在10℃～20℃的水中浸泡24h，尤其在刚开始浸泡的时候，试样的温度高达100℃，也可以使粉煤灰砖发生水热反应。
第三，将饱水的试样放入温度控制在-15℃～-20℃的低温箱中冷冻5h，然后取出将其放入10℃～20℃的水中3小时后进行融化并浸泡，这样的过程反复15次，在这个过程中，试样要在10℃～20℃的水中浸泡45h以上，对蒸压粉煤灰砖还可以实现水热反应。
第四，冻融循环结束后，将粉煤灰砖放在温度为105℃±5℃的电热鼓风干燥箱中一直干燥至恒重，这一过程，又一次实现了对粉煤灰砖更充分的水热反应。
蒸压粉煤灰砖如果配料、技术水平和合理的蒸压养护哪一环节出现了问题，导致产品内部组成成分没有全部发生水热反应，那么在进行冻融循环试验时，提供了水热反应的条件下，会发生二次水热反应，从而使砖的强度增长。
因此，在冻融试验中，虽然冷冻过程能降低样品的强度，但是，在整个冻融试验中对样品实现的水热反应大大提高了样品的强度，总的结果表现为强度增加。
4 结论
蒸压粉煤灰砖生产过程中可能由于某种原因导致产品内部组成成分没有全部发生水热反应。这种没有全部发生水热反应的组成成分在冻融实验过程中会继续发生水热反应，使组成成分趋近于更合适的比例平衡存在，从而使蒸压粉煤灰砖冻融后的强度比冻融前的强度大，即强度损失出现负数。
参考文献
[1]李庆繁，关于制定蒸压粉煤灰砖行业标准的建议[J].墙材革新与节能建筑，2004，（11），19-22.
[2]刘鑫等，蒸压粉煤灰建筑制品生产技术研究[J].砖瓦，2004，（1），30-32.
[3]濮松荣，蒸压粉煤灰砖抗冻性能试验研究[J].建筑砌块与砌块建筑，2008，（6），30-33.
[4]GB/T 2542-2012 砌墙砖试验方法[s].