新型建材跨世纪发展与应用 1996～2010最新章节_中国新型建筑材料（集团）公司著

第三章
加气混凝土

一、概述

加气混凝土是一种多孔的轻质混凝土。它是采用硅、钙材料经磨细成浆，加入发气剂，硬化、切割成形、蒸压养护制成的多孔混凝土，属于泡沫混凝土的范畴，但它的品质比泡沫混凝土要好得多。加气混凝土在世界上没有统一的名称，我国称加气混凝土，英文名Aerated con crete；有的称气泡混凝土，英文名Gas concrete，如北欧国家；也有叫蒸压轻混凝土的，英文名Autoclaved light weight concrete，如日本（简称ALC）。

二、国外发展概况

加气混凝土工业化生产，起始于1929年瑞典的伊通工厂。二次世界大战前，加气混凝土的总产量不超过100万m ³ ，并且主要集中在北欧三国（瑞典、挪威、芬兰）。二次世界大战后，由于各国恢复建设的需要，西欧、东欧、前苏联等国相继引进加气混凝土生产技术并研制完善了生产工艺，涌现出一批专利技术，加气混凝土在世界范围内获得了很大发展，至今已在约50个国家设厂生产，产量约4500～5000万m ³ 之间，分布的范围包括寒带、温带、热带地区，主要用于墙体、屋面。

加气混凝土在世界范围内的发展趋势是：（一）北欧国家因住房趋于饱和，加气混凝土工业衰落，而亚洲东部、东南亚、非洲则正在发展加气混凝土工业。1990年后韩国兴建了8个工厂，香港兴建了1个工厂，现在印尼、泰国、非洲南部国家都要设厂生产。（二）德国已成为加气混凝土的技术中心。伊通技术已在23个国家建立了44条生产线，年生产规模达1184万m ³ ；求劳克斯技术已在6个国家建了10条生产线，年生产能力为355.5万m ³ ；海勃尔技术在22个国家建了51条生产线，年生产能力约850万m ³ 。著名的专利技术已趋于稳定。（三）各国都在结合自己的国情研究发展加气混凝土生产和应用。现在生产加气混凝土主要国家是：前苏联650万m ³ 左右，波兰450万m ³ 左右，德国350万m ³ ，日本350万m ³ ，中国320万m ³ 。（四）在房屋建设方面、施工工艺方面，都在进行开发适合加气混凝土的建筑体系和施工工艺，并且组织专业施工队伍，确保施工质量。如德国和日本由生产厂组织专业施工队，分包建设工程的加气混凝土施工。

三、国内发展情况

我国是生产和应用加气混凝土较早的国家之一。早在1931～1932年，在上海设厂生产加气混凝土砌块，并用以建造了当时国内最高的17～20层的大楼5幢。

新中国成立后，由于建设的需要，60年代引进瑞典技术，在北京市加气混凝土厂建成生产线。1976年起，由于墙体材料改革的需要，加气混凝土在全国迅速发展，到1981年底，有生产厂43个，1985年64个，1990年85个，1995年发展到133个，年生产能力为670万m ³ ，覆盖29个省、市，其中灰砂加气混凝土生产线56条，年生产能力为216.6万m ³ ；粉煤灰加气混凝土生产线77条，年生产能力为453.5万m ³ 。实际产量也有大幅度增长，历年产量见表2-3-1。

表2-3-1 加气混凝土历年产量（万m ³ ）

我国加气混凝土产品品种和建筑业密切相关，砌块和板材共存，以块为主，所有生产厂均产砌块，少数厂生产板材、复合板、拼装大板。

我国发展加气混凝土工业已有良好的基础，经过多年的努力，已完成行业的基础工作，有产品标准、应用技术规程、标准图集、施工须知、技术系列丛书、职工教材、技工等级序列等，还有一大批技术队伍、配套材料厂、装备厂、设计单位等，使行业发展有了经济、技术、物资、经验条件。

四、加气混凝土的特点

（一）发展加气混凝土的优点

1.保护耕地。我国建筑用墙体材料，至今还是以粘土实心砖为主，占墙体材料总量的96 %左右。按1993年生产6245.6亿标砖算，估计要毁田15万亩以上，这对于人均耕地只有1.1亩的我国来说，确是一个严重的问题。

加气混凝土不用粘土，它的主原料是砂或粉煤灰，发展加气混凝土，并以它替代粘土砖，可以有效地保护耕地，甚至可以吃砂造田。

2.生产能耗低。按1993年粘土实心砖产量测算，烧砖要耗标准煤8100万t，占全国煤炭总产量的5 %以上，确是耗能大户。

按现在主要的墙体材料：粘土砖、加气混凝土、混凝土砌块的生产能耗核算，粘土砖的能耗为标煤91kg/m ³ ；加气混凝土每立方米生产耗煤为56.8kg，其中养护煤耗为33.3kg；用水泥70kg，耗煤11kg；用石灰100kg，耗煤12.5kg。如果利用电厂废气养护，则实耗煤22.5kg；混凝土砌块每立方米的耗煤量为：蒸气养护时耗煤34kg，其中养护耗煤12kg，用水泥140kg，耗煤22kg。如果自然养护，则耗煤为22kg。在这三种材料中粘土砖耗煤最大，加气混凝土的耗煤为粘土砖的1/2～1/4，混凝土砌块的耗煤为粘土砖的1/3～1/4。从单位产品的耗能看，加气混凝土占有相当的优势。

若用建筑物外墙面积计算每平方米墙体材料的耗能量作比较，则加气混凝土的节能更为明显，见表2-3-2。

3.充分利用工业废渣，保护环境。我国加气混凝土是以粉煤灰为主要原料，粉煤灰加气混凝土占全部加气混凝土的2/3，1993年用掉粉煤灰100万t，可以减少灰场用地约110亩，除了保护了环境，还有效地保护了耕地。

表2-3-2 几种外墙面材料生产总能耗

续表

（二）加气混凝土的技术特点

1.加气混凝土是成熟的建材产品。

（1）耐久性好。加气混凝土长期强度稳定。由于加气混凝土成材的机理与普通混凝土不同，普通混凝土是由胶结材料将集料胶结在一起而形成，其成型机理为物理性质的，其耐久性由胶结材料决定的，而加气混凝土是由硅、钙材料在水热条件下产生化学反应，生成水热硅酸盐CSH（B）和托勃莫来石结晶等将“集料残核”胶结起来而形成的，它的强度和耐久性决定于自身的晶体构造。经试验，加气混凝土在大气中暴露一年后，抗压强度提高25 %，10年后，强度仍保持稳定。新津加气混凝土厂建了两栋五层楼，外墙加气混凝土裸露，已有10年，至今完好；上海是我国第一批加气混凝土工程诞生地，已60余年了，这些工程完好无损。

（2）耐热和耐火性能好。加气混凝土是不燃材料。加气混凝土在受热至80～100℃以上时会出现收缩和裂缝，但在700℃以前不会损失强度。在一些建筑物火灾后发现，加气混凝土构件只是表皮龟裂和酥松，把表面损患清除后，仍能修复使用。其耐火性能明显优于普通混凝土。

（3）放射性符合国家规定。从全国生产情况看，主要是注意粉煤灰的放射性监控。现在已知广东粤北有一个煤矿、青海有一个矿点、四川西昌的煤矿含放射性物质严重，不能用作建材原料。除此以外，其他煤矿的煤均符合国家对放射性剂量的要求。

2.加气混凝土的经济指标。

（1）质轻。常用的几种建材的体积密度如表2-3-3所示。

表2-3-3 常用的几种建材的体积密度

加气混凝土质轻，主要是它含气孔70 %～80 %，其中由铝粉经化学反应产生氢气［2Al +6H ₂ O →2Al（OH） ₃ + 3H ₂ ↑，2Al + 3Ca（OH） ₂ + 6H ₂ O→3Ca · Al ₂ O ₃ ·6H ₂ O + 3H ₂ ↑］，形成的气孔约占40 %～50 %，由水分蒸发造成的毛细孔约占20 %～40 %，固体物质只有20 %～30 %，因此质轻。

由于质轻，就派生出诸多好处，如房屋的地基费用少，或者在地基相同时，房屋的层数可多一些；材料轻，运输量可多一些，节约运费；由于质轻，就可加大块型，达到轻质大块的目的，加快施工速度；至于在地震区，则更有明显优点。

建筑物的水平地震作用标准值，按《建筑抗震设计规范》规定 F = αG 。其中 F 为水平地震作用标准值， G 为建筑物自重， α 为水平地震影响系数，其值见表2-3-4。地震力和建筑物自重成正比。按现在住宅建筑的自重计算，砖混房屋自重达1.3～1.5t/m ² ，混凝土砌块建筑自重1.0～1.5t/m ² ，加气混凝土房自重可达0.75～0.8t/m ² （天津异型柱框轻体系），在同样的地震烈度作用下，建筑物自重轻一半，则水平地震作用标准值亦小一半，地震烈度降低一个级别。如果砖房在7度震时会倒坍，而加气混凝土建筑在同一地震作用下，由于自重轻半，所受的地震烈度只相当于6度，就不会破坏。事实上也是如此，在墨西哥地震时，位于市中心的一幢40层高楼，由于使用了加气混凝土，未破坏，而附近的砖混建筑都程度不同地受到破坏；在我国唐山地震中砖混房倒了，而用加气混凝土的建筑未倒。可见使用加气混凝土，对减少建筑物的震害有显著效果。

表2-3-4 水平地震影响系数

（2）高强。加气混凝土的抗压强度与其孔隙率基本成线性关系，如图2-3-1所示。体积密度越大，强度越高。体积密度为500kg/m ³ 时，抗压强度为3.0MPa，体积密度为700kg/m ³ 时，抗压强度为5.0MPa。

图2-3-1 加气混凝土抗压强度与体积密度的关系

加气混凝土的抗压强度随吸水率而急剧下降，当含水率达15 %时，强度下降速度减缓，含水率超过25 %时，强度趋于稳定。

加气混凝土的强度不如粘土砖和混凝土砌块，但在工程中应用的不是材料强度，而是砌体强度。按规范计算，标号为10MPa的粘土砖，其砌体强度仅3.1MPa，砌体的强度只有粘土砖立方强度的30 %左右，即砖的强度只发挥30 %；而强度为3.0MPa的加气混凝土，其砌体强度却达到2.4MPa；砌体强度为加气混凝土立方强度的80 %左右，即加气混凝土的强度在砌体中能发挥80 %。

（3）保温隔热性好。加气混凝土是承重和保温合一的材料，大量致密的匀质密闭小气泡，使它具有优良的保温隔热性能，有关材料的热工指标见表2-3-5、表2-3-6。

表2-3-5 几种墙体材料的导热系数

表2-3-6 主要建材热物理性能

能源是现代建筑的物质基础，无论是冬季还是夏季，人们为了改善小区气候、冬季采暖、夏季降温，耗能量势必大幅度增长，低能源和高能耗的矛盾愈益尖锐，解决这个矛盾只有提高房屋保温隔热条件，降低能耗。建设部颁布了《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》，基本目的是在保证使用功能的前提下，通过建筑物围护结构和采暖供热系统设计中采用适当的技术措施，降低采暖能耗。从这一目标出发，要求新建住宅外墙的热阻值要增高，亦即导热系数要降低。几种材料的导热系数的计算值为：粘土砖及其砌体为0.6～0.7W/（m ·h ·℃），混凝土及其砌体1.53W/（m ·h ·℃），而加气混凝土及其砌体仅0.108～0.2W/（m ·h ·℃），为砖砌体的1/4～1/5，为混凝土的1/7～1/15，可见加气混凝土是理想的节能材料。按《节能标准》计算，加气混凝土墙厚225、250、300mm，就相当粘土实心砖墙厚730、890、930mm的保温效果，而混凝土空心砌块墙厚90、190、290、390mm（复合墙）仅相当于粘土砖厚109、218、251、276mm的效果。因此在工程中广泛采用加气混凝土作围护结构，东北地区如哈尔滨用30cm的加气混凝土墙替代100cm的砖墙，冬季室温比相应的砖房高3～5℃；在炎热的武汉用加气混凝土建房和相当的砖房比较，夏季室温低3～4℃，冬季室温高3～5℃，效果显著。

五、加气混凝土建筑

综上所述，加气混凝土制品具有质轻、高强、耐久、保温隔热性能佳等优点，而且易加工，施工效率高，因而可广泛用于各类建筑中。加气混凝土适用于下述场合：框架建筑、高层建筑、地震设防建筑、保温隔热要求高的建筑及软土地基地区的建筑；不适合下列场合：温度高于80℃的环境、有酸、碱危害的环境、长期潮湿的环境，特别是寒冷地区尤应注意冻害。

（一）用于各种建筑体系

1.框架建筑。

（1）1932年至1934年间在上海建造了当时中国最高的建筑，如国际饭店、锦江饭店、新城大楼、河滨大楼、汇丰银行等。由于上海是软土地基，轻质建材成为当时在这样的地基上能否建造高楼的决定因素，加气混凝土是唯一可用的材料，因此专门引进加气混凝土生产技术设厂生产，产品为水泥、石灰、砂制品，砌体体积密度为820kg/m ³ ，外型尺寸为610mm×310mm×105～155mm，并在砌筑面切割有两道宽、深各约20mm的沟槽，用普通砂浆砌筑和饰面。这些高楼至今已有60余年，未发现工程质量问题，现在还在正常使用。

（2）1967年后，北京加气混凝土厂的产品在东北寒冷地区广泛用于房屋的屋面板，结构和保温合一，有竞争力；在北京地区则用于框架建筑的填充墙，材料为块和板。

（3）1978年后，全国的加气混凝土主要用于框架结构填充墙，并研制了各种框架体系，其中，天津轻工院和市建材设计院的异型柱框轻体系很有特色，自重轻、用钢量少，综合经济指标好，现已在天津、兰州、无锡、石家庄等地推广。

（4）国外加气混凝土主要用于框架结构的填充墙，有的主要用块，有的用板，有的块、板兼用。

2.承重结构。

（1）国外用加气混凝土建造单层、二层的建筑较多，但没有超过五层多层建筑。墙体主要用砌块、少量用板。

（2）我国在1978年后进行加气混凝土自承重建筑的研究试验在西南的四川，西北的兰州、乌鲁木齐，中南的武汉，东北的沈阳、哈尔滨，华北、北京等地均进行试点建筑，有1～5层的楼房，现已有近20年的时间，有的做了外饰面，有的外墙外表裸露，至今完好。墙体主要用块，个别用板（如崇庆县加气混凝土厂的5层办公楼）。5层加气混凝土自承重建筑，已经成熟。

1987年起中国建筑东北设计院开始研究抗地震烈度7度设防的6～7层楼，1990年通过部级鉴定。这种自承重楼已在沈阳、鞍山、长春、郑州、邯郸、石家庄、南通等地推广。

3.用承重材料（砖、混凝土砌块）承重，围护用加气混凝土的建筑体系。

该建筑体系由北京市建筑设计院列题研究，1991年8月通过试点建筑的鉴定。最早的建筑是在1990年于海拉尔，用粘土砖承重，加气混凝土围护的5层楼、4000m ² ，获得很好的经济效果。现在已在北京、长春、海拉尔等地推广。

（二）应用加气混凝土的几种做法

1.国外的典型情况。

（1）德国：用块和板作墙，用板作屋面。主要用单一材料，这种做法在大多数国家都采用。

（2）英国：主要生产块，用作外墙的复合墙体，如和砖复合使用，很普遍。也生产少量1m ² 或2m ² 面积的薄板（厚5～10cm）用作屋面上的隔热架空板。

（3）波兰：主要用块做墙。

（4）前苏联：块占多数，用作墙体材料；生产一些板作墙板、屋面板；大多数用复合板，拼装墙板建造工业厂房，整间现场浇制复合板作多层建筑的墙体。

（5）日本只生产板，用作墙板，少量作屋面板用。

2.我国使用情况。

（1）主要用块作墙体，也有用于屋面隔热层的，如武汉；用于地面防潮、保温的，如长春滑冰场地面，南通粮库地面；用于外墙复合材的很少，限东北严寒地区少量采用。

武汉用加气混凝土块做刚性屋面，取得满意的效果，其做法是在钢筋混凝土屋面板上先做30mm厚1 ∶ 2防水砂浆，然后用挤浆铺砌300mm×150mm×125mm加气混凝土块，缝中用C20细石混凝土灌缝，面上再抹15mm的1 ∶ 2防水砂浆，几经暴雨考验，别的屋面防水效果不佳，均发生漏雨，唯独此做法不漏渗，主要原因为夏季屋面在日光下表面温度达70℃，而暴雨时屋面骤冷，其他防水做法易出现裂缝，破坏了防水层；而加气混凝土因其蓄热系数大，面上的防水层虽受突冷收缩，而加气混凝土块并未收缩，故防水层只出现密布的均匀发裂，不会出现集中的大裂缝，因而仍能起到防水效果，少量水分经发裂纹路渗透到加气混凝土块表面，而不会渗透到屋面板上，此做法经济实用，维修少，值得推广，现在武汉已在1990年颁发《加气混凝土块体刚性屋面》标准图集。

（2）板材：用于屋面板，少量用于墙板，个别用于楼板作试验。

（3）拼装大板：主要是哈尔滨用作外墙，现因建筑经济效益不好，已少用。

（4）复合板：边框和肋用钢筋混凝土，内填加气混凝土块。起原于1981年衡阳硅酸盐制品厂，用作屋面板，替代钢筋混凝土圆孔板，具有质轻，易施工和利用断裂的加气混凝土的优点。1983年浙大土木系进行系统研究，1985年后在南通推广应用，普遍用作屋面板，少量用墙板；长春一汽扩建小轿车生产厂房时，德国要求用加气混凝土板作外墙，因长为7.2m，所以用复合板。