固体废弃物在蒸压加气混凝土中的应用现状综述

陈 潇，张浩宇，薛 鑫，杨 寅，龚天天，张刘阳

(1.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 430070；
2.武汉理工大学材料科学与工程学院，武汉 430070；

3.中铁十局集团第二工程有限公司，郑州 450003)

近年来，随着我国对墙体材料生产技术革新力度的加大以及人们绿色环保意识的加强，低污染、低消耗的蒸压加气混凝土(autoclaved aerated concrete, AAC)逐步替代传统的墙体材料成为了主力军。与普通混凝土和黏土砖相比，蒸压加气混凝土单位体积所需的生产能耗可分别减少70%和40%[1]，是一种环境友好型的绿色墙体材料。

蒸压加气混凝土是以硅质材料和钙质材料为主要原材料，掺入发气材料(最常用的是铝粉)和调节材料，经过浇筑成型、静停发气、蒸压养护等一系列工艺制备而成的多孔硅酸盐制品，干密度为300～800 kg/m3，仅为黏土砖的1/3，导热系数为0.09～0.22 W/(m·K)，仅为黏土砖的1/5～1/4[2]。蒸压加气混凝土具有轻质高强、保温隔热、吸声降噪、防火抗震、可加工性强等优点[1,3-6]，是当前墙体材料领域研究和应用的热点。

硅砂和粉煤灰是蒸压加气混凝土的两种常规硅质材料，国内外研究学者对基于这两种硅质材料制备的蒸压加气混凝土开展了大量研究。Narayanan等[7]对加气混凝土进行了初步的分类和总结，Hamad等[8]进一步归纳了蒸压加气混凝土的主要生产方法以及应用情况，Qu等[9]则是从组成材料、微观结构和基本性能等方面对蒸压加气混凝土的研究进展进行了归纳和总结。

随着固废资源化利用成为当代研究的热点，国内外大量学者开始利用固体废弃物作为原材料制备蒸压加气混凝土，并获得了相当丰富的研究成果。研究表明，矿渣[10]、铁尾矿[11]、稻壳灰[12]、煤矸石[13]、电石渣[14]等固体废弃物中含有大量的硅、铝、钙等元素，可作为原材料来制备蒸压加气混凝土，在降低生产成本的同时，又解决了废物堆积问题，实现了固体废弃物的资源化利用，一举多得。但固体废弃物的种类繁多，成分复杂，特点不一，对蒸压加气混凝土干密度和抗压强度等关键性能的影响规律和影响机理并不明晰。

为此，本文针对固废基蒸压加气混凝土，从分析蒸压加气混凝土干密度和抗压强度的主要影响因素入手，综述了固体废弃物做硅质材料、钙质材料和发气材料对蒸压加气混凝土干密度和强度的影响规律和影响机理的研究进展，并对当前研究中存在的问题和未来的研究方向进行了讨论。

与普通混凝土相比，蒸压加气混凝土具有轻质、高强的优点，干密度和抗压强度是蒸压加气混凝土的关键性能[7]。蒸压加气混凝土主要由基体和孔结构两部分构成，二者对蒸压加气混凝土的关键性能至关重要[15]。因此，本文从基体和孔结构两方面入手，分析影响二者的主要因素，从而进一步分析基体和孔结构对蒸压加气混凝土关键性能的影响规律。

1.1 基体对蒸压加气混凝土干密度和抗压强度的影响

基体强度是蒸压加气混凝土强度的主要来源，材料组成、制备工艺、水化产物和微观结构则是影响基体强度的主要因素。

1.1.1 材料组成

蒸压加气混凝土的原材料主要包括硅质材料、钙质材料、发气材料和调节材料。硅砂和粉煤灰是常用的硅质材料，钙质材料则主要为生石灰和水泥。钙硅比和水料比是影响基体强度两个重要的预定参数。根据大多数实验室和工厂的经验，以硅砂为硅质材料的砂基蒸压加气混凝土的钙硅比为0.64～0.68(摩尔比，下同)，而对于以粉煤灰为硅质材料的粉煤灰基蒸压加气混凝土的钙硅比为0.75～0.80[15-16]。水料比是影响蒸压加气混凝土水化反应的关键参数，随原材料的种类和钙质材料掺量而发生变化，水料比过小，浆体稠化速率加快，水化程度低，发气不顺畅，导致制品干密度增大，强度下降；
水料比过大，浆体稠化速率减慢，导致气孔合并，连通孔隙增多，对制品干密度和强度造成不良影响[9]。

1.1.2 制备工艺

蒸压加气混凝土的制备过程主要包括两个阶段：静停发气阶段和蒸压养护阶段。对蒸压加气混凝土基体造成影响的主要是蒸压养护阶段。

蒸压养护阶段，即高温、高压下，硅质材料中SiO2和Al2O3的反应活性被进一步激发，与水化硅酸钙(C-S-H)凝胶反应生成结晶态的托贝莫来石，快速提升制品强度的过程。在此阶段，蒸汽压力和蒸压时间是关键的影响参数，研究表明，当蒸压釜压力大于0.8 MPa后，托贝莫来石开始产生，在随后的6～12 h逐渐增加，但继续延长蒸压时间不仅不会继续生成托贝莫来石，反而会导致托贝莫来石转变为白沸钙石，使强度降低[6,17-18]。适当增加蒸汽压力可以有效促进托贝莫来石的生成，并显著缩短蒸压时间，但蒸汽压力过高，则会增加生产成本，因此，蒸压加气混凝土更适宜于在较高压力下短时间养护，或在较低压力下进行长时间养护[19]。

1.1.3 水化产物

蒸压加气混凝土的水化产物随着反应阶段的不同而逐渐发生变化。在静停发气阶段，料浆中的水泥和石灰分别与水发生反应，生成Ca(OH)2、C-S-H凝胶和少量的水化铝酸盐，提供坯体的早期强度。在蒸压养护阶段，随着压蒸釜内温度和压强逐渐升高，原材料的活性大大激发，SiO2和Al2O3的溶解度变大，新溶出的SiO2和Al2O3会与静停阶段生成的水化产物发生反应，最终生成以结晶态的托贝莫来石为主的水化产物。研究[6]表明，C-S-H凝胶和结晶良好的托贝莫来石是蒸压加气混凝土成品中的主要矿物成分。钙硅比[20]、蒸压时间和蒸汽压力[21]都是影响蒸压加气混凝土水化产物的重要因素。所以在实际生产中，受这些因素的影响，蒸压加气混凝土成品的水化产物除托贝莫来石之外，还可能会生成约20多种晶相，如水石榴子石、硬硅钙石、白钙沸石等[6]。

1.1.4 微观结构

在微观结构方面，蒸压加气混凝土主要由板状托贝莫来石和C-S-H凝胶相互交错和重叠形成结构致密的一个整体，从而提供蒸压加气混凝土的基体强度，如图1(b)所示。蒸压加气混凝土的微观结构主要受钙硅比大小的影响。研究表明，随着钙硅比逐渐增大，托贝莫来石由板状向针状转变，当钙硅比大于1时，其微观结构如图1(a)所示。而随着钙硅比逐渐降低，托贝莫来石的结晶度也会下降，形状呈现为弯曲的窄条状结构，当钙硅比极低(<0.8)时，则只会形成草状托贝莫来石，如图1(c)所示，造成强度的大幅度降低。此外，相关研究表明，钙硅比>1时形成的C-S-H在早期往往具有短硅链，比钙硅比低(<1)时的C-S-H更容易转化为托贝莫来石[21-22]。

图1 不同钙硅比蒸压加气混凝土的SEM照片[21]Fig.1 SEM images of autoclaved aerated concrete with different Ca/Si ratios[21]

1.2 孔结构对蒸压加气混凝土干密度和抗压强度的影响

蒸压加气混凝土是一种典型的多孔混凝土，具有较高的孔隙率。它的孔隙主要由微孔和发气孔组成，其中，微孔主要存在于基体中，发气孔则是由发气材料产生化学反应释放气体，在料浆中形成气泡，随着料浆的稠化而形成得近乎球形的气孔。

图2 蒸压加气混凝土孔隙率与干密度的函数关系图Fig.2 Functional relationship between porosity and dry density of autoclaved aerated concrete

表征蒸压加气混凝土孔结构一般采用孔隙率、孔径分布和孔形貌等参数[23]，孔隙率主要与蒸压加气混凝土的干密度有关，其函数关系如图2[24-27]所示，通过调整原材料组成和发气材料掺量，可以有效改变孔隙率，从而调整蒸压加气混凝土的干密度。但蒸压加气混凝土的强度除受孔隙率的影响外，受孔径分布和孔形貌的影响也很大，良好的气孔应该是形状近似圆形、分布均匀且互不连通的，这样的孔结构可以使蒸压加气混凝土受力均匀，不容易发生应力集中，甚至可以弥补干密度下降造成的强度损失[28]。

从原材料的角度分析，水灰比、钙质材料和发气材料是影响蒸压加气混凝土孔结构的主要参数[29-31]。水灰比和钙质材料直接决定料浆的稠化速率，发气材料的掺量则会影响气泡的产生速率。在静停发气的过程中，料浆的稠化速率与铝粉的发气速率是否匹配是影响制品孔结构的关键因素[6]。若稠化速率过快，铝粉发气受到阻碍，料浆不能正常发生膨胀，从而使得坯体的气孔结构偏小，干密度偏大。若稠化速率过慢，铝粉虽发气顺畅，但小气泡会合并成大气泡，造成坯体的气孔偏大，甚至出现塌模现象[32]。除原材料外，拌合水温[23]以及静停温度和时间[33]等工艺参数因素也会在一定程度上影响料浆稠化和坯体的稳定性，最终影响蒸压加气混凝土的孔结构。

蒸压加气混凝土的强度主要来源于硅质材料和钙质材料在高温高压的条件下发生水热合成反应生成的水化产物。高温、高压条件可以大大激发原材料的反应活性，因此，蒸压加气混凝土对原材料的包容性很高，可以回收室温下反应活性极低的材料。此外，由于回收固废、保护环境等相关政策的推行，采用各种固体废弃物制备蒸压加气混凝土的相关研究受到了当今科学研究者的广泛关注。

根据主要化学成分的不同，固体废弃物作为蒸压加气混凝土的原材料主要包括硅质材料、钙质材料和发气材料，具体分类情况如图3所示。固体废弃物作为硅质材料时直接影响蒸压加气混凝土的基体强度，而作为钙质材料时，除了影响蒸压加气混凝土的基体强度外，还会影响料浆的稠化，进一步对蒸压加气混凝土的孔结构造成一定影响，但作为发气材料时，则主要影响蒸压加气混凝土的孔结构。

图3 固体废弃物在蒸压加气混凝土中的应用Fig.3 Application of solid wastes in autoclaved aerated concrete

2.1 固体废弃物做硅质材料

可用作蒸压加气混凝土硅质材料的固体废弃物主要可以分为活性硅源和非活性硅源两类。活性硅源指的是以粉煤灰为代表的活性较高的固体废弃物，主要包括煤粉、稻壳和生活垃圾等燃料高温燃烧后排放的燃烧灰和燃烧渣以及一些其他活性硅铝质废弃物，这些固体废弃物内部含有大量的玻璃体聚合物，活性Al2O3含量较高，SiO2参与水化反应的程度高。非活性硅源指的是SiO2主要以石英态形式存在于矿物相中，包括选矿尾矿、废料弃渣以及建筑垃圾等反应活性较低的固体废弃物。

2.1.1 活性硅源

以粉煤灰为代表的活性硅源多数是高温燃烧后排放的燃烧灰渣以及一些硅铝质固体废弃物。目前，普通电厂煤粉燃烧后产生的粉煤灰作为活性硅源已经广泛地被应用于蒸压加气混凝土的生产中，并已经形成了较为成熟的制备技术[34-36]。除普通粉煤灰外，目前研究较为广泛的活性硅源还包括循环流化床粉煤灰、循环流化床炉渣、普通炉渣、生活垃圾焚烧炉渣、稻壳灰以及高活性的沸石废弃物等，其分类和主要化学成分具体如表1所示。

表1 活性固体废弃物主要化学成分Table 1 Main chemical composition of active solid wastes

从表1中可以看出，活性硅源的SiO2含量大多为40%～60%(质量分数)，少数达到了90%以上，虽然部分活性硅源的SiO2含量较低，但其SiO2的反应活性较高，且除SiO2外，还含有较多的活性Al2O3。研究[32]表明，Al3+的存在会加速托贝莫来石的结晶速率，促进水石榴子石和铝代托贝莫来石的生成，从而提高蒸压加气混凝土的抗压强度。因此，反应活性是活性硅源的重要特点，也是评价活性硅源质量好坏的重要标准。

与非活性硅源相比，活性硅源中SiO2的溶出速度更快，溶解度更高，真正参与反应的SiO2数量更多。因此，在采用活性硅源作为硅质材料时，应根据其反应活性选择合适的钙硅比。研究[20]表明，钙硅比是决定蒸压加气混凝土最终水化产物和微观结构的关键因素，钙硅比过大和过小，均会对蒸压加气混凝土的力学性能造成严重的影响。Kunchariyakun等[21]在其他原料掺量不变的情况下，采用高活性的稻壳灰取代低活性的石英砂发现，随着稻壳灰取代量的增加，原材料的钙硅比逐渐降低，蒸压加气混凝土的抗压强度也随之降低，其微观测试结果发现，当稻壳灰取代量为100%时，托贝莫来石的形成受到了抑制，只能观察到具有草型结构的C-S-H，从而对蒸压加气混凝土的力学性能造成了严重的影响。所以，适用于非活性硅源的钙硅比并不同样适用于高活性硅源。

图4 不同固体废弃物的钙硅比[11,21-22,31,40,43-51]Fig.4 Ca/Si ratio of different solid wastes[11,21-22,31,40,43-51]

图4是不同固体废弃物的钙硅比，从图中可以看出，在相同SiO2含量的情况下，活性固体废弃物需要的CaO数量远高于非活性固体废弃物。非活性固体废弃物的钙硅比大多在0.50～0.70，而活性固体废弃物的钙硅比均在0.70以上。Song等[20]系统地研究了钙硅比对循环流化床粉煤灰蒸压加气混凝土的影响后指出，由于循环流化床粉煤灰中的SiO2比普通粉煤灰中的SiO2更具活性，前者在水中的溶出速率更高，因此，为了达到令人满意的力学性能，当循环流化床粉煤灰作为硅质材料时，应采用比普通粉煤灰更高的钙硅比。由此可见，硅质材料的活性与原材料钙硅比的大小息息相关，高活性的硅质材料应适当提高其钙硅比，才能得到性能优良的蒸压加气混凝土制品。

2.1.2 非活性硅源

非活性硅源主要包括选矿尾矿、废料弃渣以及建筑垃圾等反应活性较低的固体废弃物，其分类和主要化学成分如表2所示。由表2可知，大多数可用于制备蒸压加气混凝土的非活性固体废弃物的SiO2含量总体上较活性硅源高，在35%～95%(质量分数)，但Al2O3的含量要低于活性硅源，在1%～15%(质量分数)。在非活性硅源中，SiO2主要以石英态形式存在，反应活性较低，所以SiO2的含量越高，水化反应才会越容易，故非活性硅源的SiO2含量和反应活性是决定蒸压加气混凝土力学性能的两个关键因素。此外，由于固体废弃物的来源多样，成分复杂，采用一些活性激发方法提高惰性SiO2的活性是高效利用非活性固废过程中的一种必要手段。

表2 非活性固体废弃物主要化学成分Table 2 Main chemical composition of inactive solid wastes

1)SiO2含量的影响

图5 不同铁尾矿掺量下SiO2含量对铁尾矿蒸压加气 混凝土抗压强度的影响[52]Fig.5 Effect of SiO2 content on compressive strength of autoclaved aerated concrete with different iron tailings content[52]

毛奎等[52]采用几种不同SiO2含量(质量分数)的铁尾矿制备蒸压加气混凝土，研究了不同掺量下SiO2含量对铁尾矿蒸压加气混凝土抗压强度的影响，结果如图5所示。随着铁尾矿中SiO2含量的逐渐增大，不同铁尾矿质量掺量下的蒸压加气混凝土抗压强度均呈逐渐增高的趋势；
除此之外，对于SiO2含量大于60%的高硅铁尾矿，随着铁尾矿掺量的增加，蒸压加气混凝土抗压强度呈先增高后降低的趋势，而对于SiO2含量小于60%的低硅铁尾矿，铁尾矿掺量越多，蒸压加气混凝土的力学性能下降得越快。由此可见，对非活性固体废弃物而言，SiO2含量是其能否作为蒸压加气混凝土硅质材料的重要参考指标，在蒸压加气混凝土制品符合国家标准情况下，SiO2含量越高，固废的消纳量才会越大。

相关研究表明，石英石尾矿[53]、石英尾砂[43]和萤石选矿废渣[56]等与玻璃生产相关的固废中SiO2含量最高，均在85%以上，可作为单一硅质原料来制备蒸压加气混凝土，而其他非活性固废中的SiO2含量普遍较低，且部分SiO2以其他化合物形态存在于矿物相中，纯石英的含量较低，反应活性较差，基本无法作为单一的硅质原料，均需要与硅砂或粉煤灰进行一定比例的复掺或者采用其他方式对其活性进行激发后才可制备出符合要求的蒸压加气混凝土[43]。

2)活性激发方法

目前，为了激发固体废弃物中石英态SiO2的反应活性，提高固废的利用率，主要采取的活性激发方法可以分为物理和化学两种。

图6 硅质材料的细度对蒸压加气混凝土 抗压强度的影响Fig.6 Influence of fineness of siliceous material on compressive strength of autoclaved aerated concrete

机械研磨是最常用的物理活化方法。固体废弃物颗粒在粉磨期间会发生挤压、碰撞，内部晶体结构受到破坏，从而得到活化。原材料磨细后可以增大颗粒的比表面积，有利于与OH-接触，加快水化反应，增加水化产物中托贝莫来石的生成数量，显著提高蒸压加气混凝土的抗压强度[14]。除此之外，活性较低的细颗粒还可以起到一定的填充孔隙的作用，使蒸压加气混凝土的基体结构更加紧密，进一步提升蒸压加气混凝土的抗压强度。图6列出了硅质材料的细度对蒸压加气混凝土抗压强度的影响，从图中可以明显看出随着硅质材料细度的降低，蒸压加气混凝土的抗压强度都得到了明显提升。但值得注意的是，比表面积过大，会导致固体废弃物的吸水性增强，在静停发气阶段，容易产生“塌模”现象，从而影响料浆的浇筑稳定性。同时，较长的球磨时间也会造成能耗过大，成本增加，因此，如何在保证料浆浇筑稳定性的前提下，提升原材料的活性，并尽量降低能耗仍然是目前实际生产中存在的难点。

除球磨外，高温煅烧活化也是常用的物理活性激发方法之一，Wu等[22]指出，高温煅烧不仅可以显著提高石英的反应活性，还可以剔除固体废弃物中无用的杂质(如碳和硫)。朱萌萌[45]采用废弃混凝土作为蒸压加气混凝土的硅质材料，将废弃混凝土粉料分别在500～900 ℃的高温炉中进行煅烧，发现随着激发温度升高激发效果越强，当温度为900 ℃时，抗压强度可以提高0.3 MPa左右。

加入氢氧化钠、氢氧化钙以及碳酸钠等碱性物质作为碱激发剂是常用的化学活性激发手段。碱激发剂可以提供OH-，降低原材料中的硅氧四面体和铝氧四面体内部的键合力，从而使结构解体，产生更多可溶性的Si、Al单体，提高反应活性[60]。Cai等[62]指出，碱激发剂的加入，还可以提高浆体的碱度，加快溶解铝粉表面的钝化膜，保障发气顺利进行，从而改善蒸压加气混凝土的整体性能。白魁等[49]采用氢氧化钠作为碱激发剂来对钨尾矿渣的活性进行激发，发现当氢氧化钠掺量为0.3%时，可大幅提升制品的抗压强度，但掺量过高，则会使得浆体稠化速度加快，产生内部结构缺陷，从而导致抗压强度回落。

2.2 固体废弃物做钙质材料

钙质材料，也称为激发材料，是制备蒸压加气混凝土关键的原材料，主要包括生石灰和水泥。钙质材料的总量是影响制品性能的关键，总量过少，则生成的水化产物不够，总量过多，则易生成结晶程度较低的高碱水化硅酸钙，两种情况均会对制品的强度产生不利影响。

生石灰是蒸压加气混凝土传统的钙质材料之一，生石灰的作用主要有四点[14,22,63-64]：一是生石灰与水反应会生成氢氧化钙，与硅质材料组成钙、硅体系，并发生火山灰反应，生成大量的水化硅酸钙等凝胶物质，提供蒸压加气混凝土的整体强度；
二是生石灰消化过程中会放出大量的热量，可以促进蒸压加气混凝土浆体的稠化和基体强度的形成；
三是生成的氢氧化钙和放出的热量可以为铝粉提供反应所需的碱性环境和热量，从而使发气过程快速平稳的进行；
四是对硅质材料起到一定的活性激发作用，使得更多的活性SiO2和活性Al2O3参与水化。由此可见，生石灰不仅作为钙质材料提供Ca元素，还可以提供反应所需的热量和碱度，从而保障料浆稠化和发气的协调进行。

目前，可作为蒸压加气混凝土钙质材料的固体废弃物较少，主要有电石渣、高钙煤矸石和粒化高炉矿渣等，其CaO含量较高，为34%～65%(质量分数)，主要化学成分如表3所示。电石渣是目前最常用的用来替代生石灰的固体废弃物，主要成分是Ca(OH)2，但其属于消化后的石灰，无法放出热量，代替石灰将带来料浆的温度过低、碱度不够、发气和稠化速度减慢等问题，从而对蒸压加气混凝土产生负面影响[65-66]。因此，为提高电石渣掺量，保障发气的平稳进行，韩福强[66]、范俊杰等[67]采用“外补热”技术，即提高拌合水温和静停温度，补充缺少的热量。研究结果表明：提高拌合水温可有效弥补缺少的热量，保障浆体发气的正常进行，最佳的拌合水温为80 ℃左右；
提高静停温度可以保障浆体的稠化速率，最佳的发气温度为50～60 ℃，过高则会导致稠化过快，适得其反。除热量问题外，多数高钙固体废弃物中的CaO大多以碳酸钙的形式存在，游离氧化钙的含量较少，从而使料浆的碱度降低，阻碍铝粉发气。Wu等[22]将高钙煤矸石进行高温煅烧处理，使方解石分解为生石灰，从而提高浆体的碱度。韩福强[66]、郅栓明等[68]、张泓泓[69]则是采用加入碱激发剂的方式来提高料浆的碱度，提高发气量和蒸压加气混凝土的强度。但无论是煅烧还是添加碱激发剂，都会增加成本，加大操作难度。

表3 钙质固体废弃物主要化学成分Table 3 Main chemical composition of calcareous solid wastes

除生石灰外，水泥也是蒸压加气混凝土的钙质材料之一，水泥遇水快速反应生成大量的水化硅酸钙和水化铝酸钙，提供浆体的初期黏度，保障发气的平稳进行。由于蒸压加气混凝土中水泥掺量不高，目前对替代水泥方面的研究较少。Pachideh等[70]采用粒化高炉矿渣替代水泥，其研究结果表明，粒化高炉矿渣可使蒸压加气混凝土的抗压强度提高172%，吸水率降低35%。El-Didamony等[71]则对比了偏高岭土和粒化高炉矿渣作为水泥替代物对蒸压加气混凝土性能的影响，发现矿渣和偏高岭土对料浆发气高度影响不大，但与偏高岭土相比，矿渣可以显著提高蒸压加气混凝土的力学性能，最佳掺量可以达到10%。

2.3 固体废弃物做发气材料

发气材料是蒸压加气混凝土内部孔结构形成的关键，种类比较多，常用的发气剂主要有铝粉膏、双氧水、电石以及漂白粉等，其中主要以铝粉膏应用最为普遍。发气材料发生反应，在料浆内部产生气体，形成气泡，并随着料浆的稠化，固化在蒸压加气混凝土内部，形成0.1～4.0 mm的蜂窝状气孔结构[72-73]。根据发气材料掺量的不同，蒸压加气混凝土的干密度一般在300～800 kg/m3变化，孔隙率一般在60%以上[8,26,74]。在干密度一定的情况下，气孔数量越多，孔径越小，分布越均匀，对其力学性能越有利。这就要求制备蒸压加气混凝土的发气材料颗粒粒径较小、粒度分布均匀、发气量较高且发气速率稳定。

铝粉作为发气剂的工艺已经日益成熟，近年来，国内外研究人员不断在研究和尝试采用其他材料尤其是含铝的固体废弃物作为加气混凝土的发气剂并取得了一定的研究成果。铝灰是制铝工业中产生的废料，具有刺激性、易渗性和高度自燃的危害[75]。董泓江[76]对二级铝灰的基本性能进行了研究，发现其固体分和水分散性均满足要求，铝含量约为20%，但其成分复杂，含有的Al2O3会使浆体的发气时间延长，达到相同干密度时，其掺量高达普通铝粉掺量的6倍左右，且含有的AlN杂质则会在浆体中反应生成氨气，污染环境，危害人体健康，所以采用二级铝灰作为蒸压加气混凝土发气材料的相关技术还不够成熟，有待进一步发展和完善。

除铝灰外，生活垃圾焚烧炉渣中也含有一定量的铝，理论上也可以作为发气材料应用到蒸压加气混凝土的制备中。李宝玲[77]对比了不同细度的生活垃圾焚烧炉渣与纯铝粉的发气量，发现平均粒径为23.2 μm的生活垃圾焚烧炉渣作为发气剂的发气效果稍优于纯铝粉(平均粒径为70.4 μm)，制备出的蒸压加气混凝土内部气泡更小，且分布更均匀，干密度和强度也均优于普通铝粉。但采用生活垃圾焚烧炉渣来制备蒸压加气混凝土时，不仅要控制炉渣的细度和均匀性，更要控制合适的发气温度，这无疑提高了制备工艺的复杂程度。

总体来说，目前可作为发气材料的固体废弃物较少，预处理工艺较为复杂且发气性能难以保证。铝灰和生活垃圾焚烧炉渣均为有毒有害废料，含有一定的重金属离子，处理不当甚至会对人体造成危害。因此，优化已有的固废预处理工艺、继续探索其他固体废弃物作为蒸压加气混凝土的发气材料依旧是国内外相关研究人员努力的方向。

由于高温、高压的养护方式，蒸压加气混凝土对原材料具有很大的包容性，这使得更多的固体废弃物可用于制备蒸压加气混凝土，为固体废弃物的回收利用提供了一条高附加值的途径。本文综述了不同固体废弃物做硅质材料、钙质材料和发气材料的特点以及对蒸压加气混凝土干密度和抗压强度的重要影响，得到的主要结论如下：

1)活性固体废弃物的SiO2含量普遍较低，大多分布在40%～60%，但其SiO2的反应活性较高，所以，与非活性固体废弃物相比，活性固体废弃物需要更高的钙硅比来保证制品的性能。非活性固体废弃物的钙硅比大多为0.50～0.70，而活性固体废弃物的钙硅比应在0.70以上。采用活性固体废弃物做硅质材料时，应根据其反应活性选择合适的钙硅比，反应活性越高，钙硅比应相应增大。

2)非活性固体废弃物做硅质材料时，SiO2含量是影响蒸压加气混凝土性能的关键因素。当SiO2含量达到85%以上时，固体废弃物可作为单一硅质原料来制备蒸压加气混凝土，在60%～85%时，则需与硅砂或粉煤灰进行复掺，小于60%时，除复掺硅砂或粉煤灰外，还需采取机械研磨、高温活化或碱激发等方法来激发反应活性后才可制备出符合要求的蒸压加气混凝土。

3)生石灰作为制备蒸压加气混凝土的钙质材料，其作用很多，除需提供反应所需的Ca元素外，还应保障料浆发气时的热量和碱度，故固体废弃物作为钙质材料替代生石灰的难度较大。当前，大部分高钙固体废弃物均无法做到直接替代生石灰，需采取“外补热”方法、煅烧或添加碱激发剂等方法来弥补热量和碱度，从而保障料浆稠化和发气的协调进行，但这无疑会大大增加生产成本和工艺难度。

4)目前可作为发气材料的固体废弃物较少，多为含铝固废，成分复杂，含有重金属离子，且发气效果难以保证。

总体来说，在固体废弃物做硅质材料方面，SiO2的含量和活性是限制固体废弃物应用的关键因素。多数非活性固体废弃物的SiO2的含量较低，难以达到硅质材料的标准，而活性固体废弃物大多是高温炉产生的燃烧灰和炉渣，成分复杂，多含有重金属离子，需预处理后才能使用，成本偏高。因此，开发新的活性激发手段或者合理运用颗粒级配，将一些富硅的微粉与低硅的固废结合起来应用，才能在不增加生产成本的前提下，大幅提高固体废弃物的消纳量。在固体废弃物做钙质材料和发气材料方面，目前面临的主要问题是可用的固体废弃物种类较少且制备工艺复杂，仍需探索新的固体废弃物，并简化生产工艺流程，以最大程度地提高固体废弃物的综合利用率。

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