蒸压加气混凝土板生产中常见裂纹问题分析研究及预防措施
作者：景进兵
摘要：蒸压加气混凝土板材（ALC 板）作为目前独具优势的一种新型建筑保温结构材料，已广泛应用于各类大跨度建筑的外墙、内墙、屋面和钢、木结构防火包覆等。由于 ALC 板构造独特，在生产过程中比较容易产生裂纹，文章结合实际生产的实验，总结了一些生产过程中裂纹预防措施，旨在提高品质，增加加气板材合格率。 蒸压加气混凝土板具备良好的自保温功能以及耐火性能，且其生产原材料来源广泛，因此在近些年蒸压加气混凝土板逐渐应用到了工业与民用建筑领域。然而，随着蒸压加气混凝土应用越来越广泛，部分区域的蒸压加气混凝土砌板出现了供不应求的现象。在这种形势下，部分生产企业受到高额利润的诱惑，为了进一步压缩生产成本，提升生产利润，企业在蒸压加气混凝土板生产中不能够及时更新工艺与生产设备，同时擅自缩短养护周期，致使生产处的成品质量非常不稳定，产品质量堪忧。蒸压加气混凝土板生产技术也逐渐得到成熟的发展。但在实际生产过程中，该技术还存在部分问题，本文基于此对其生产过程现状进行分析，探讨其问题解决对策。
一、 蒸压加气混凝土板（ALC）裂缝的产生及判定
蒸压加气混凝土板（ALC 板）是在原来蒸压加气混凝土砌块生产工艺的基础 上，在料浆浇筑到模具后植入 1-2 层按相关技术要求经过防腐处理的钢筋网片生产而成，通过内置钢筋网片以提高板材的抗折性。
由于钢筋和蒸压加气混凝土板的热膨胀系数不同，因此在生产过程中蒸压加气混凝土板容易产生裂缝问题。 大面上平行于板宽的裂缝定义为横向裂缝，大面上平行于板长的裂缝定义为纵向裂缝。按照国家对蒸压加气混凝土板（GB/t15672-2020）质量的规定进行判定,见表1；裂纹示意图见图1；
表 1：外观缺陷值与外观质量
按照标准规定，大面上的横向裂缝属于不合格产品；但对于缝宽＜0.2mm，数量不大于3条，总长≦1/10L 的纵向裂缝允许进行修补，要求修补颜色、质感应一 致，性能应匹配。
图1：裂纹示意图
二、裂缝产生的原因
钢筋网片和混凝土热膨胀系数不同，用体积密度为 600kg/m3 的加气混凝土热膨胀系数为 0.8×10-5 m/m·℃，而钢筋的热膨胀系数一般在 1.2× 10-5 m/m·℃左右。由于两者的热膨胀系数不同，前期在生产过程中控制不好，在预养切割阶段形成纵向裂纹大面积见图2；纵向水平裂纹形似蚯蚓见图3，纵向水平裂纹是穿透板材的裂纹，经常整模出现，纵向水平长粗裂纹见图4；此外在蒸压釜中蒸养过程中，如果温度上升或下降过快，板体热胀冷缩加剧，易成横向裂缝比如：钢钎孔裂纹见图5；横向端头裂纹见图6；横向端头尾部保护层脱落见图7；未蒸透（水印）见图8；出釜沾连见图9；根据国家标准这些裂纹不允许修补，所以造成的损坏非常大。出现这种裂缝使板体抗折性能差，易于折断，导致生产的产品质量不合格。
图2：纵向裂纹
图3：纵向水平裂缝形似蚯蚓
图4：纵向水平长粗裂纹
图5：横向钢钎孔裂缝
图6：横向端头裂纹
图7：横向端头尾部保护层脱落
图8：未蒸透（水印）
图9：出釜沾连
三、裂纹的预防措施
1、企业规模小、生产工艺技术水平有待提高
蒸压加气混凝土板生产企业门槛较低，因此很多企业的规模都比较小，码垛场地小，加上这些企业没有足够的资金来引进最先进的生产设备，导致蒸压加气混凝土板实际生产无法达到轻质化、节能化的要求。
2、原材料问题
相较于蒸压加气混凝土砌块，在原材料和工艺上蒸压加气混凝土板的要求更加严格。蒸压加气混凝土板浇筑成型过程中不宜选择消解过快的石灰，否则会造成产品出现大量冒泡、过度沉降等问题，严重的话会出现塌模、报废。一般在蒸压加气混凝土生产过程中，其发气材料与料浆产生的化学反应会释放气体，进而形成的气孔多细小而均匀密闭。因此在气孔结构的蒸压加气混凝土形成过程中，会结合铝膏发气与加气混凝土料浆稠化过程，在铝膏选择活性铝含量高的铝膏，铝膏细度和颗粒形状也具有一定的要求，这样才能确保发气曲线适当。用一句通俗的话说：用一种和当地原材料匹配的铝膏就可以了。
3、板材配筋、网片制作和定位问题
隔墙、外墙、楼板、屋面板等的结构性能设计荷载不同，可采用不同的钢筋配置。即使是同一类型的板材，其厚度或者长度不同，其也可以采用不同的配筋使其满足结构性能设计要求。但很多企业缺少理论与实际计算数据，采用一种钢筋配置，这种情况下会产生两种结果，有些板材结构性能无法满足要求，不符合标准要求，有些板材结构性能富余量很大，造成成本浪费。总结：不同类型板材可设置不同的配筋。
通常在蒸压加气混凝土板生产过程中，最重要的环节就是钢筋网片制作，板材在生产中的成本以及其质量会受到网片质量好坏的直接影响。网片需要平整、尺寸精确，才能合格的网笼质量提供保障，因此在制作钢筋网片时，需要注意其平整度与精度，确保焊点的牢固性；钢筋网片通过专用的防锈添加剂做好钢筋的防锈处理，目前市面上钢筋防锈剂质量参差不齐，钢筋防锈剂涂层厚度不一。从这几年生产的加气混凝土板材使用情况来看，已经有加气混凝土板材安装完成的项目出现了加气混凝土板材裂纹的现象，撬开发现钢筋防锈层已经脱落，主要原因是钢筋已经生锈膨胀产生了裂纹见图10：（特别提示：钢筋防锈保护层的厚度）。
在加气混凝土板材钢筋组网过程中做好网笼的定位位置，确保在蒸压加气混凝土板生产的浇筑后插网笼过程中，能否顺利和模框定位匹配。
4、切割过程问题
板材生产中的静停与砌块生产一样，也是使坯体获得可供切割的强度，在加气混凝土板材在预养静停达到一定的硬度后，还要完成拔钎和移去横梁过程后，输送到翻转吊具工位。一般来说，能进行砌块切割的切割机也能切割板材，进行板材切割时，所掌握的坯体强度一般要求比砌块的坯体强度稍高，同时切割机的各项要求也比砌块高，其中主要是切割精度，切割小车运行的尺寸定位精度。对板材外形的加工，如铣槽、倒角等工序。在生产内隔墙、外墙、楼层板、屋面板时先选择榫槽刀具，如：L型、凹槽型、凹凸槽型、C型、T（凹凸槽）型、平型等铣槽刀具。加气混凝土板材凹凸槽尺寸如图11：
图11现象已经是非常普遍的问题，生产设备上进行调整处理（更换）凹凸槽开槽工具刀片。
如切割小车运行尺寸精度达不到，切割时会出现切割钢丝碰到加气混凝土板材钢筋，坯体碰到钢筋有以下几个原因，第一网笼定位精度，第二、切割小车定位精度。第三、切割工切割钢丝挂错等原因。
另外在切割是加气混凝土板生产过程中最容易产生废品的工序。切割工序主要影响加气混凝土板的尺寸和外观质量。切割管理的关键在于控制切割时的强度。切割前需要有一定的标准判定静养的强度是否适合切割。
5.蒸压养护问题
蒸压养护系统包括真空抽真空、增压、恒压、减压四个工序的速度、压力和时间。蒸压加气混凝土只有不小于0.8 MPa的压力，温度不低于176C°饱和蒸汽内，钙硅比不大于1.5 CSH，转化为钙硅比0.83的莫来石晶体，增加水化产物的结晶度。随着恒压时间的延长，水化产物的结晶度增大。当达到最佳结晶度时，其强度达到峰值。结晶度越高，强度越低。
图12：托勃莫来石的含量与强度的关系
从图12可以看出，蒸压粉煤灰加气混凝土中托贝莫来石的存在起初对强度有良好的影响，但当强度超过一定的极限时，对强度有不利的影响。因此，托贝莫来石对蒸压加气混凝土强度的影响具有最佳的百分率和结晶度。相比蒸压混凝土砌块，其板材生产更为复杂，如果不规范的进行蒸养操作，很容易对板材成品造成影响，导致板材缺陷。而在蒸压养护过程中，最容易出现的就是坯体粘连和掉角开裂问题。一般坯体会因自身的重量导致对切缝造成压缩，同时物料会发生水化反应，双重反应下坯体就会形成黏结层，使坯体粘连。（如图9）
蒸压养护时的温度、压力变化会改变板材坯体和钢筋膨胀系数，两者之间不同步就会发生裂纹现象。（如图7）
通过对不同材料的蒸压加气混凝土板材采用不同蒸压养护体系反复实践，得出了最适宜的蒸压养护体系。对抽真空、升压、恒压、降压四种工序的速度、压力和时间制定详细的技术参数和规范。（如图8未蒸透（水印））
蒸养管理的关键在于控制适合的升温速度、保证足够的养护时间。近年来，出现了缩短加气混凝土板蒸养时间的工艺，并在多地推行。但这严重影响到了加气混凝土板材的质量。升温速度过快，容易导致产品开裂。保温时间过短，产品无法达到足够的强度。坚持蒸压养护制度，确保产品质量。
四、蒸压加气混凝土板生产中常见问题的解决对策
1、注重原材料的进厂验收及检测。
为了确保蒸压加气混凝土板的生产质量，就要重视板材原材料选择，制定一个严格的检测制度以及标准，加强相关工作人员对原材料的重视力度。
在进行生产前，需抽样检查石灰、硅砂、石膏、铝粉、防腐剂、定位塑料卡扣、钢筋等主要原材料，确保在生产中没有检测不合格的原材料。检测完成后需在密封罐中储存石灰、水泥，防止因潮解降低材料性能，同时在生产过程中还需注意不能长期积压原材料，要尽快使用。在储存原材料时，不同材料需要慎重储存，堆场或者库房内放置硅砂、石膏等，干燥库房内单独放属于易燃物品的铝粉。
2、稳泡剂的加入量
蒸压加气混凝土生产过程中，会添加铝粉作为发泡剂，铝活性高，在碱性条件下，生产大量氢气，该气体被水泥凝胶等包围，混凝土中气泡占比可高达60~70%，但这些气泡并不是稳定体系，在发泡过程中，随着气泡增多，液相高度增加，液膜的厚度越来越薄，及易出现塌模的现象，为了使气泡稳定，在生产加气混凝土时，添加一定量的稳泡剂，稳泡剂可以降低液体的表面张力，并可以使得气泡分散，形成大小均匀的孔。但是稳泡剂加入量并不是越多越好，因其与水的相容性好，添加适量即可达到理想效果，生产时需要根据气孔结构等进行试验，减少不必要的浪费，也可节省成本
3、废浆掺入量
在加气混凝土的生产中，因需切掉边角及面包头，废浆的使用在所难免，使用废浆有利有弊，要合理利用。废浆在循环过程中，其成分相对复杂，部分已经参与了水化反应，形成了硅钙化合物，但其性能稳定，废浆掺量过低时，废浆消耗不完，影响生产。废浆掺量过高时对其强度会产生影响。要在生产过程中控制好发气高度，减少废浆量的产生，并及时关注废浆量，生产砌块时，废浆掺入量可控制在20~30%，生产板材时废浆掺入量控制在10~20%。
4、石灰消解时间
在加气混凝土的生产过程中，石灰作为钙质材料的主要提供者，其品质不但影响产品的内在质量，而且对过程质量的影响也是及其关键的。尤其是追求高品质的加气混凝土制品时，石灰的性能直接决定了产品的优劣。加气混凝土砌块和加气混凝土板材的生产工艺是有所区别的，因此在石灰的选择上也是不尽相同的，加气混凝土砌块可以选择快速灰和中速灰，但是加气混凝土板材宜选用中速灰。
5、钙硅比
所谓钙硅比是指原料中有效钙和磨细硅质材料中的二氧化硅摩尔质量比，对某一品种的加气混凝土和一定的材料、生产工艺而言，钙硅比有一个最佳值和最佳范围。虽然钙硅比很重要，直接决定制品的强度和耐久性能，但其受原材料自身质量的影响较大，同时因为检测条件的受限，很多生产企业不具备化学分析检测的条件，或者因检测数据失实，从而很难准确判定加气混凝土中的钙硅比，即使计算出来的钙硅比，在实际生产中未必起到参考作用。因此，作为生产企业不要一味的追求钙硅比，而要多关注产品实际质量，并加大对原材料的质量控制，尤其是一些化学指标。
6、高强度、低密度
因加气混凝土产品的多孔性，其抗压强度和干密度呈反比关系，高强度伴随着高密度，低密度伴随着低强度，这就是该产品的特性，一味追求高强度、低密度，则会陷入死循环，将会花费大量人力物力，结果可能会适得其反。只要符合产品国家标准即可，切勿过于追求高强度、低密度。
7、板材配筋
隔墙、外墙、楼板、屋面板等的结构性能设计荷载不同，可采用不同的钢筋配置。即使是同一类型的板材，其厚度或者长度不同，其也可以采用不同的配筋使其满足结构性能设计要求。但很多企业缺少理论与实际计算数据，采用一种钢筋配置，这种情况下，会产生两种结果，有些板材结构性能无法满足要求，不符合标准要求，有些板材结构性能富余量很大，造成成本浪费。不同类型板材可设置不同的配筋。
隔墙、外墙、楼板、屋面板等的结构性能设计荷载不同，可采用不同的钢筋配置。即使是同一类型的板材，其厚度或者长度不同，其也可以采用不同的配筋使其满足结构性能设计要求。但很多企业缺少理论与实际计算数据，采用一种钢筋配置，这种情况下，会产生两种结果，有些板材结构性能无法满足要求，不符合标准要求，有些板材结构性能富余量很大，造成成本浪费。不同类型板材可设置不同的配筋。隔墙可根据板材长度、厚度等采用单层或双层网片，主筋4根φ4mm即可；而外墙板根据板材长度、厚度等采用双层网片，主筋采用4根φ5mm即可，另加刚性连接片；而楼板和屋面板根据板材长度、厚度采用双层网片，主筋采用6根φ6mm即可，另加刚性连接片。在钢筋网片制作过程中，需要确保钢筋具有一定的强度性，焊接完成后检测是否存在漏焊、开焊的网片（笼），严格按照相关误差标准控制钢筋端头整齐度、网片对角线长度，在浇筑时不能用超出规定标准的网片（笼）。同时在浇筑前还需对焊接后的网片（笼）进行焊接处理，保证板材具有较长的使用寿命。
8、抗压强度
加气混凝土抗压强度试验是要求其含水率在8~12%下进行，但实际过程中因很难控制其含水率在此范围。因其强度本身就很低，若不按照标准进行检测，检测结果则会出现偏差，不能真实反映加气产品强度。不能烘至绝干直接进行试验，也不能烘至绝干后往其上面加水，应该在低温下进行烘干，各生产企业可根据实际情况制定自己的烘干制度。加气混凝土因其生产工艺的特殊性，因此对其抗压强度的检测取样也有特殊的要求，取样时应对发气方向进行标记，在抗压强度试验过程中，要保证发气方向垂直于受力方向，否则结果将会出现大的偏差。另外压制混凝土试块强度时，要对尺寸和平整度进行测量，尺寸不标准，或者不平整，检测结果也会出现大的波动，影响判定结果。很多企业加工的产品本身质量没有问题，但在取样上未按标准规范进行取样，或者因取样切割设备、取样人员或者试验人员等因素造成结果出现异常的情况经常发生。
9、缺棱掉角
加气混凝土产品属于新型建筑保温材料，其抗压强度一般在1.0MPa至7.5MPa，与传统混凝土相比，强度极低。在运输过程中，稍有不慎，则会出现缺棱掉角等现象，因为在搬运过程中，大部分企业均是采用叉车进行运输，则人员技能和场地平整度则直接影响产品在运输过程中出现的损伤。很多企业为了减少磕碰损伤，均在加气混凝土抗折强度上面下文章，也就是为了减少其脆性。其实混凝土本身就属于脆性材料，即使将抗折强度提高一倍甚至更多，但最终也不会超过其抗压强度，在与具有刚性的各类机器直接接触时，难免产生破损，要想控制其破损，不仅要对工人进行要求，要求熟悉各岗位操作规程，轻拿轻放，同时尽量减少产品的倒运次数，再者对叉车等与产品直接接触的部位增加缓冲垫，则可有效减少产品的破损。
10、粘连
粘连是浇注、切割至蒸压养护阶段最常出现的损伤，不论是在那一阶段发生，其产生的原因大致一样，即其一底板涂油不当底板没有吸透油及选用的油粘度过低。当底板没有吸透油时，浇注后料浆易直接与底板接触，涂油层起不到隔离作用；当选用的涂模油粘度过低时，在浇注过程中易被料浆冲走，浇注结束后，涂层也易渗入坯体，不仅破坏了隔离作用，还使坯体低层强度降低，容易发生粘模。其二，有些静停台（主要为移动浇注）下布有蒸汽加热管，当蒸汽温度过高，易使底板涂油层渗入坯体，从而造成粘模。其三，底板清理不干净（这主要由上次粘模造成），底板上的粘着物与重新浇注的坯体形成牢固的结合，而底板粘着物经反复蒸压养护，与底板的粘结力也越来越强，由此造成反复的粘模。
11、蒸压釜抽真空和真空度
在蒸压釜中当蒸汽中混有一定的空气时，将大大地影响热交换。而且，釜内的剩余空气的分压，将蒸汽压下降约-0.06MPa，同时温度也有相应的下降。因此，蒸压养护都应有抽真空的要求（有些企业不采用抽真空方法）。在蒸压养护过程中，先行抽真空后，釜内空气大部分被排出，蒸汽与坯体的热交换效果得以改善。同时，由于釜内和制品气孔内的部分气体排出后形成的负压状态，在送气升温时，蒸汽不仅在坯体表面冷凝和渗透，而且在坯体内部负压的作用下被坯体内层吸入，有利于把热量传送到坯体中部，使整个坯体温度迅速上升，缩短了升温时间，还有利于各部分温度的均匀，减小了升温时坯体内部的应力。抽真空的速度和真空度取决于坯体的透气性，坯体的硬化情况以及蒸压膨胀值。透气性好，入釜时坯体塑性强度较高，抽真空可以快一些，真空度也可以高一些，反之，则应慢一些，真空度也应稍低。
但要求的真空度一般应不低于－0.04MPa，若低于此值时，热交换效果明显减弱，升温过程坯体内部温度滞后于表层温度的幅度增大，必须延长蒸压养护恒温时间，否则，坯体中部实际恒温时间不足，将影响制品质量。当真空度高于－0.07MPa时，坯体内部水份会因为过高的真空度而过多地蒸发并在强大负压的作用下使切开的坯体重新粘连。根据大多数厂的生产实际，控制的合适的真空度为－0.06～－0.07MPa，抽真空的速度一般不宜太快，通常是用30～50分钟均匀地使釜内表压达到－0.06MPa，速度过快，也可能因坯体内外过大的压差而受到损害。
12、蒸压养护过程中制品的损伤
加气混凝土制品在生产过程中所出现的各种损伤，一般可划分为两类，即蒸压养护前和蒸压养护后，是以出现或发现损伤的时间来划分的。所以，蒸压养护后所出现的损伤也不完全是蒸压养护所造成的，但作为损伤出现的时间，我们还是归于蒸压养护损伤进行分析。在坯体强度过低时，蒸压养护也易对坯体造成破坏，其破坏主要表现在制品的裂缝，但裂缝的部位与方向和上面的情况不同，其裂缝的破坏面大多垂直于底板，而出现的部位大多在每块（或大多数）制品的边角部位。这主要是由于升温和降温的内应力所形成。
当蒸压养护制度不当，主要是升温或降温速度过快所产生过大的内应力，对制品形成破坏，其裂缝多为整模坯体的外缘一周，裂缝形成的断面垂直于底板。当料浆搅拌不均匀，特别是铝粉不均匀时，坯体上、下部气孔相当着悬殊，坯体下部厚度过高，也可能使整模坯体产生弧形裂纹。其它还有些裂缝虽然只有在蒸压养护后才能发现，但与蒸压养护没有直接关系。如负压吊的吊运破坏，翻转裂缝，发气时的憋气裂缝等。蒸压过程中，产生裂缝损伤较多的是加筋板材。
总结：蒸压加气混凝土板生产质量管理的关键点
蒸压加气混凝土板生产质量管理有5个关键点：原材料管理、配比管理、切割管理、蒸养管理、产品检验。原材料管理是所有生产管理的重点。对于原材料的管理首先要保证原材料的稳定性。对于加气混凝土原料需要重点管理硅质材料或粉煤灰的二氧化硅含量，含泥量、烧失量。切割是加气混凝土板生产过程中最容易产生废品的工序。切割工序主要影响加气混凝土板的尺寸和外观质量。切割管理的关键在于控制切割时的强度。切割前需要有一定的标准判定静养的强度是否适合切割。蒸养管理的关键在于控制适合的升温速度、保证足够的养护时间。近年来，出现了缩短加气混凝土板蒸养时间的工艺，并在多地推行。但这严重影响到了加气混凝土的质量。升温速度过快，容易导致产品开裂。保温时间过短，产品无法达到足够的强度。坚持蒸压养护制度，确保产品质量。产品出厂检验是产品质量管理的最后一关，其关键是严重按照标准和质量管理制度要求的频率进行产品检验。
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