5.1 配合比与生产配方

配料浇注是将各种加工制备好的物料按配合比要求进行计量、搅拌混合后浇注入模，经过发气膨胀形成加气混凝土坯体的过程，也是加气混凝土生产过程中的关键工序。

从坯体形成的过程来看，加气混凝土坯体实际上经过了形成气孔和坯体硬化两个阶段。因此，可以说，配料浇注的目的在于使料浆中产生气孔，形成含有符合要求气孔的坯体。前者靠发气材料在料浆中发气来实现，后者主要靠料浆中的胶凝材料的水化和凝结完成。两者性质不同而又紧密相关。可以说，没有顺畅的发气，就形不成好的坯体。同时，没有胶凝材料良好的水化与凝结，也不能实现顺畅的发气，同样得不到好的坯体，而这一切都由在配料浇注过程中的配合比及工艺条件所决定．可以说，它关系到坯体性能的好坏，因而关系到加气混凝土制品性能的优劣和产品质量水平。

5.1 配合比与生产配方

配合比的基本概念

钙硅比

如前所述，加气混凝土之所以能够具有一定的强度，其根本原因是由于加气混凝土的基本组成材料中的钙质材料和硅质材料在蒸压养护条件下相互作用，氧化钙与二氧化硅之间进行水热合成反应产生新的水化产物的结果。因此，为了获得必要的水化产物(包括质量和数量)，必须使原材料中的氧化钙（CaO）与二氧化硅（SiO₂）成分之间维持一定的比例，使其能够进行充分有效的反应，从而达到使加气混凝土获得强度的目的。我们把加气混凝土原材料中的氧化钙与二氧化硅之间的这种比例关系，称为加气混凝土的钙硅比。它是加气混凝土组成材料中CaO与SiO₂的总和的摩尔数比，称为钙硅比，写成C/S。

加气混凝土不同于水泥等其它硅酸盐材料，其强度还包括气孔的形状和结构，而良好的气孔与结构又有懒于料浆的发气膨胀过程。因此，对某一品种的加气混凝土和一定的材料，生产工艺来说，C/S有一个最佳值和最佳范围。

从我国主要的三种加气混凝土品种来看，水泥－矿渣－砂加气混凝土的C/S在0.54左右；水泥－石灰－粉煤灰加气混凝土的C/S在0.8左右；而水泥－石灰－砂加气混凝土的C/S约在0.7～0.8之间。

加气混凝土的钙硅比不同于溶液中的摩尔比，更不等于水化硅酸钙的碱度。因此，不能机械地把钙硅比与水化产物的组成和性能等同起来。

水料比

水在加气混凝土生产中是很重要的，它既是发气反应和水热合成反应的参与组分，又是使各物料均匀混合和进行各种化学反应的必要介质，水量的多少直接关系到加气混凝土生产过程的好坏。

衡量配方中用水量的多少，常用水料比这个概念。水料比指料浆中的总含水量与加气混凝土干物料总和之比。

水料比＝总用水量／基本组成材料干重量

水料比不仅为了满足化学反应的需要，更重要的是为了满足浇注成型的需要。适当的水料比可以使料浆具有适宜的流动性。为发气膨胀提供必要的条件；适当的水料比可以使料浆保持适宜的极限剪切应力，使发气顺畅，料浆稠度适宜，从而使加气混凝土获得良好的气孔结构，进而对加气混凝土的性能产生有利的影响。

不同的加气混凝土品种，原材料性能及产品的体积密度，在一定的工艺条件下，都有它的最佳水料比。一般来说，体积密度500kg/m³的水泥矿渣～砂加气混凝土的最佳水料比为0.55～0.65；500kg/m³的水泥－石灰－砂加气混凝土的最佳水料比为0.65～0.75；500kg/m³的水泥－石灰－粉煤灰加气混凝土的最佳水料比为0.60～0.75。

从加气混凝土的气孔结构和制品强度出发，通常希望水料比能够稳定在较小的范围内，并保持较低的数值，而当因材料波动需较大范围变动水料比时，将影响浇注的稳定性、气孔的结构和坯体的稠化硬化速度，从而大大地影响到制品的质量。

设计体积密度

加气混凝土的体积密度（原称容重）是加气混凝土制品的一个重要物理性能指标。体积密度与制品的含水量有关。通常，可分为出釜体积密度和绝干体积密度，在自然状态下放置一定时间后，制品的含水因空气湿度的相对稳定而达到相对平衡，此时称为自然状态体积密度（因气候条件而变）。

加气混凝土的设计体积密度是进行配合比计算的基本根据之一，代表所设计的加气混凝土制品在完成蒸压养护后，单位体积的理论干燥重量。即包括各基本组成材料的干物料总量和制品中非蒸发水总量（其中包括化学结合水和凝胶水）。

加气混凝土的配合比

加气混凝土和其它混凝土一样是由几种材料组成的。因此，就存在用哪几种材料，每种材料用多少的问题．配料中所采用的各种材料用量的百分比就叫作配合比。

对加气混凝土而言，确定一个良好的配合比，必须满足下列要求：

（1）制品具有良好的使用性能，符合建筑的要求。在诸多性能中，首先是体积密度和抗压强度，同时，也要考虑到制品的耐久性等性能。

（2）制品或坯体具有良好的工艺性能，与工厂生产条件相适应。如浇注稳定性。料浆的流动性（稠度）、硬化时间以及简捷的工艺流程等。

（3）所采用的原材料品种少，来源广泛，价格低廉，无污染或低污染，并尽可能多利用工业废料。

加气混凝土的配合比的确定和使用，一般要经过理论配合比的研究试验，生产用基本配合比的确定，并考虑配合比的经济性，最后计算确定配方。

水泥－石灰－粉煤灰加气混凝土的配合比

（1）钙质材料的选用

水泥和石灰都可以单独作为钙质材料来生产加气混凝土，但都存在一些缺陷。以水泥作单一钙质材料，其最适宜的用量为40％。不仅水泥用量大，产品成本高，而且制品强度较低；而采用石灰作单一钙质材料，粉煤灰虽然可以用到75％以上，但是，由于石灰用量单一，其消化特性和硬化特点不能得到有效的调节和补充。一般来说，坯体往往在初期硬化速度较快（快于发气速度），而后期硬化速度又较慢，坯体强度低，静停时间长，难以适应机械切割；又由于石灰质量波动较大，作为单一钙质材料时，增加了控制的难度。因此，目前国内加气混凝土厂都趋向于使用水泥－石灰（以石灰为主）混合钙质材料。这样，既可以降低水泥用量，又可以更好地控制生产。需要说明的是，也有少数工厂现在采用石灰单一钙质材料进行生产，这与所使用的硅质材料粉煤灰的质量及工厂的生产控制水平密切相关。

（2）水泥和石灰用量

当配方的C/S比确定后，仅是确定了粉煤灰与石灰加水泥的比例，确定石灰与水泥各占多少，也是一个相当复杂的过程，期间，要考虑到形成水化产物，也要考虑到生产中工艺参数的控制，以形成良好的气孔结构；还要考虑到生产周期的长短。一般说来，在钙质材料中，起主要作用的是石灰，这是因为石灰是CaO的主要提供材料，也是料浆中热量的主要提供者，对制品的性能起着关键的作用，更对料浆稠化过程及坯体的早期强度起着决定性的作用；水泥也是CaO的提供者，但其遇水后迅速反应，产生大量的水化硅酸钙凝胶，料浆粘度迅速增长；坯体形成后，水泥的初凝促进了坯体强度的提高，从而有利于切割，这对加气混凝土生产来说意义巨大，也就是说，水泥的作用主要是保证浇注稳定性并加速坯体的硬化。通常，在粉煤灰加气混凝土配比中，石灰的用量约为18％～25％：水泥的用量则是6％～15％，石灰与水泥总量占30％～35％相应地粉煤灰为65％～70％。

（3）石膏用量

石膏在加气混凝土生产中的作用也具有双重性，在蒸压粉煤灰制品中，由于石膏参与形成水化产物，掺加石膏可以显著提高强度，减少收缩，碳系数也有很大提高。同时，在浇注过程中，对石灰的消解有着明显的延缓作用，从而减慢了料浆的稠化速度。所以，石膏的掺入量，既要考虑提高制品性能，也要考虑控制工艺参数。如料浆的水料比、石灰的质量及用量等，一般石膏的掺人量控制在5％以内。

（4）铝粉用量

铝粉用量取决于加气混凝土的体积密度。在使用相同质量的铝粉时，制品的体积密度越大，则铝粉用量越小。理论上，我们可以根据制品的体积密度精确计算出铝粉用量：

根据铝粉在碱性条件下，置换水中氢的反应式：

2Al+3Ca(OH)₂+6H₂O——>3CaO·Al₂O₃·6H₂O+3H₂  ↑

可知，2克分子的纯金属铝，可产生3克分子的氢气，而在标准状态下，l克分子气体体积是22.4l，铝的原子量是27，所以，铝粉的产气量为：

V₀＝22.4×[3/(2×27)]＝1.24l/g

根据上式，可以用气态方程(V₁/T₁)＝(V₂/T₂)求出任何温度下铝粉的产气量：

加气混凝土体积可以简化为两部分：一部分为基本组成材料的绝对体积，另一部分是铝粉发气后形成的气孔体积。根据气孔体积，可以计算铝粉的用量：

m_铝＝V_孔/(V₂·K)

式中：    m_铝——单位制品铝粉用量(g/m³)；

V₂——浇注温度时铝的理论产气量(l/g)；

K——活性铝含量

气孔体积等于制品体积减去各原材料及水所占体积（通过材料用量与各自比重求得）。但是，在生产过程中，发气量受到随时变化的温度、料浆稠度等诸多因素的影响，通过理论计算来确定铝粉用量既不可能，也无必要。工厂都是在实践的基础上经验选取，并随时调整。通常，采用铝粉膏时，生产600kg/m³加气混凝土以干物料8/万的比例加铝粉膏。

（5）废料浆

使用废料浆，不仅可以减少二次污染，而且可以大大改善料浆性能，提高浇注稳定性，并且提高制品性能。因为（新鲜）废料浆中，含有大量的Ca(OH)₂及水化硅酸钙凝胶，提高了料浆的粘度，改善了浆体性能。通常，废料浆加入以5％为宜。

水泥－石灰－砂加气混凝土

水泥－石灰－砂加气混凝土是历史最悠久的品种。但各国的配合比因各地材料及经济因素也各不相同。

（1）钙质材料在配料中与粉煤灰加气混凝土有相似的情形，一般来说，单独使用水泥，不仅水泥用量大（多达35～40％），经济上不合理，而且坯体硬化慢，强度低；单独采用石灰，也不便于对质量的控制。采用混合钙质材料，无论料浆浇注性能和制品性能，都创造了一个便于调节控制的条件，有利于生产高质量的产品。通常在加气混凝土配比中，石灰用量约占20～30％，水泥约占10～20％，石灰与水泥总量占40％，相应地，砂约占60％。

（2）石膏的用量

石膏在水泥－石灰－砂加气混凝土中与粉煤灰加气混凝土中的作用不尽相同，在此，其作用主要为对石灰消解的抑制，可以使料浆稠化时间延长，使料浆温度上升平缓，有利于形成良好的气孔结构。因而对制品的强度在一定范围内有好处，但当用量过多时，易造成料浆稠化过慢而引起冒泡和下沉，甚至塌模。通常，石膏用量控制在3％以内。

水泥－矿渣－砂加气混凝土

水泥－矿渣－砂加气混凝土是在水泥－砂加气混凝土工艺的基础上发展而来的。其特点是采用水泥为钙质材料，并尽可能多地以矿渣代替水泥，以减少水泥用量。由于目前高炉矿渣的应用前景广阔，矿渣已不再是无用的工业废料而供应渐趋紧张。许多原以矿渣为原料的加气混凝土生产企业，逐步改用水泥－石灰－砂工艺。

表5－1  各类加气混凝土配比范围

注：*采用425普硅水泥；**铝粉膏用量按600kg/m³规格计算。

水泥在水泥－矿渣－砂加气混凝土中起着关键性作用，其性能好坏，将直接影响浇注稳

定性、坯体硬化速度和制品强度，综合效果来看，使用425普硅水泥比较合适，其用量约为20％左右，相应地用矿渣量约为30％，两者之和约50％，若采用325矿渣水泥，则水泥用量将大大增加，矿渣用量则可降低。

加气混凝土的配方计算

单位体积制品的干物料用量

在生产绝干体积密度为500kg/m³的产品时，实际干物料投料量不足500kg。因为制品绝干体积密度是将单位体积制品在105℃下干燥至恒重的重量。此时，制品含有化学结合水，在计算干物料时，这部分水并没计入配料重量。因此，计算于物料量时，应减去化学结合水的重量，制品中化学结合水量，视使用的钙质材料多少而异。根据经验，生石灰中1克分子有效氧化钙的化学结合水为1克分子；水泥中取0.8克分子氧化钙所化合的化学结合水为1克分子，则不难算出单位体积产品中结合水量，求出单位体积制品干物料用量：

m ＝ r₀ － B

式中：    m——单位体积制品干物料用量（kg/m³）；

r₀——设计体积密度（kg/m³）；

B——制品中结合水量（kg/m³）．

例：绝干体积密度为500kg/m³的粉煤灰加气混凝土配比为水泥:石灰:粉煤灰:石膏＝13:17:67:3；水泥中氧化钙含量60％，石灰有效氧化钙含量75％，CaO分子量56，H₂O分子量18，求单位体积干物料用量?

设：每m³制品化学结合水为Bkg，B₁为水泥所需的结合水量；B₂为石灰的结合水量。

则：每m³制品干物量为500－B

B₁＝{[13％×(500一B)×60％]/(56×0.8)}×18

B₂＝{[17％×(500一B)×75％]/56}×18

B＝B_l  ＋ B₂ ＝ 34kg/m³

即：干物料重量为：m＝500－34＝466kg/m³

配方计算

配方可根据配比用：

m_x＝mP_x

式中：    m_x——单位制品中某原材料用量（kg/m³）；

P_x——该种原材料的基本配合比（％）。

进行计算（当加入废料浆时，加入量抵硅质材料用量）。

废料浆的加入方式有两种，一种是将切除的面包头、边料等直接加入料浆罐；另一种则制成一定比重的废料浆于配料时投入。前者可以测定含水量后经验加入（一般面包头含水率波动不是很大），而一种则可根据各种材料的比重及配比计算废浆的干物料量。用于配料的废料浆通常控制的比重是：

水泥－石灰－砂加气混凝土：                  1.2～1.25(kg/l)

水泥－石灰－粉煤灰加气混凝土：           1.25～1.35(kg/l)

水泥－矿渣－砂加气混凝土：                  1.2～1.3(kg/l)

例：已知加气混凝土的配比是水泥:石灰:砂:石膏＝10:25:65:2，水泥的比重为3.1，氧化钙60％，石灰比重取3.1，有效氧化钙75％，砂子比重2.65，石膏比重2.3，废浆比重1.25，水料比0.65，浇注温度45℃。求废浆中固体物料含量及500kg/m3制品中各物料配方。

设：单位体积废料浆中固体物料为x(kg/l)、含水量为y(kg/l)。

则，单位体积废料浆中各组分绝对体积之和应为1，即：

 (0.1x/3.1) + (0.25x/3.1)+(0.63x/2.65)+(0.02x/2.3)十(y/l)＝l

各组分重量之和应等于废料比重1.25，即：

x+y＝1.25

得：y＝1.25－x代入前式得

 (0.1x/3.1) + (0.25x/3.1) + (0.63x/2.65) +(0.02x/2.3) + (1.25－x)＝l

整理得：x＝0.39(kg/l)；

y＝1.25－0.39＝0.86(kg/l)。

这时，废浆重量百分比浓度为31.2％。各物料配方根据

m＝r₀－B    m_x＝mP_x计算。

水泥结合水：B₁＝{[10％(500－B)×60％]/56×0.8}×18

石灰结合水：B₂＝{[25％(500－B)×75％]/56}×18

B＝B₁十B₂＝38.74kg/m³

干物料：m＝r₀－B＝500－38.74＝461.26kg/m³；

水泥：m_水泥＝mP_水泥＝461.26× 10％＝46.1 kg/ m³；

石灰：m_石灰＝mP_石灰＝461.26 × 25％＝115.3 kg/ m³；

砂：m_砂＝m(P_砂一P_废)＝461.26×(63％－5％)＝267.5 kg/ m³；

石膏：m_石膏＝mP_石膏＝461.26×2％＝9.2 kg/m³；

废料浆：m’_废＝mP_废＝461.26×5％＝23kg/m³；

（m’_废为废料浆的干物料重，m_废为废浆体重）。

折算成比重为1.25的废浆体积（单位用量）

V_废＝23/0.39＝59(l/m³)

（折算成重量的废料浆为：23.1/(31.2%)＝74kg）

用水量：W＝W₀－W_废＝461.26×0.65－59×0.86＝410.52(kg/m³)

铝粉量：已知标准状态下，1g铝粉的理论产气量为1.24l/g

则当浇注温度为45℃，1g铝粉的理论产气量为：

V₄₅＝V₁×(T₂/T₁)＝1.24×[(273＋45)/273]＝1.44(l/g)

设lm³加气混凝土总体积V=1000l，基本材料的绝对体积为V_基。

则V_基＝(m_水泥/d_水泥) + (m_石灰/d_石灰) + (m’_废/d_废) + (m_石膏/d_石膏) +W₀（m’_废：为简化计算，把废料浆干料看作砂，砂用量不除去于废料量，W为总用水量）。

V_基＝(46.1/3.1)+(115.3/3.1)+[(461.26×63％)/2.65]+(9.2/2.3)+461.26×0.65

　＝469．02(l)

  铝粉发气气孔体积：

    V_孔＝V－V_基＝1000－469.02=530.98(l)

根据m_铝＝V_孔/(V₂×K)

铝粉量为：

m_铝＝530.98/(1.44×0.90)＝409.78

（根据产品说明，铝粉活性铝含量为90％）。

至此，加气混凝土的配方全部计算得出。需要特别提出的是，以上计算是理论上的用量，并没考虑搅拌机余料及面包头余料。实际上，生产中石灰等原材料波动相当大，使生产中料浆的稠度、浇注温度随之波动，导致配方的频繁更改，而往往更改配方落后于生产。因此，一些企业在积累了相当生产经验以后，均以一套简单的近似计算来确定配方，并在生产中随时调节各原材料的用量，以适应工艺参数的要求，保证产品质量，现仍以上题为例。

为简化计算，单位体积用料量可看作与体积密度相等，考虑到搅拌机余料，面包头水等因素，单位体积用料量按体积密度干物料量加5％的余量计算。

即：干物料总量：m＝r₀(1+5％)＝500×1.05＝525(kg/m³)

废料浆：根据经验数据，5％的用量约为25(kg/ m³)；

即比重1.25时，体积取V_废＝60(l/ m³)；

其中含水：W_废＝50(kg/ m³)

配料用水：W＝W₀－W_废＝525×0.65－50＝291.25(kg/ m³)；

水泥：m_水泥＝mP_水泥＝525×10％＝52.5(kg/ m³)；

石灰：m_石灰＝mP_石灰＝525×25％＝131.25(kg/ m³)；

砂：m_砂＝mP_砂－25＝525×63％-5＝305.75(kg/ m³)；

石膏：m_石膏＝mP_石膏＝525×2％＝10.5(kg/ m³)

铝粉：500kg/m³的加气混凝土，铝粉膏用量取9/万：

m_铝粉＝525×0.9％＝0.473(kg/ m³)。

根据以上结果，以生产实际采用的模具规格(有时模具较小时，以2模为一搅拌单位)计算体积，就可求得实际投料量。在生产中，配合比常因工艺控制参数、生产成本等作适当调整，调整的依据之一，就是保持已知配合比的C/S，对有关原材料进行调整。