摘 要:本文用高鈣低硅低質(zhì)粉煤灰研制成功了06 級(jí)蒸壓加氣混凝土砌塊。文中提供的一系列工藝參數(shù)與增強(qiáng)措施為低質(zhì)粉煤灰的應(yīng)用開辟了有效利用途徑。
關(guān)鍵詞:高鈣低硅粉煤灰;低質(zhì)粉煤灰;硅質(zhì)校正原粉;增強(qiáng)原料;蒸壓粉煤灰加氣混凝土砌塊;干排灰;濕排灰
中圖分類號(hào): TU522. 3 ; TU528. 4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
1 前言
生產(chǎn)蒸壓加氣混凝土砌塊,需要三個(gè)基本條件:一是建廠需要有一定的投資,建設(shè)年產(chǎn)5 萬(wàn)m3 粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊生產(chǎn)線,最低投資需1000 萬(wàn)元左右;二是需要有一定的科技力量及技術(shù)工人;三是需要有符合JC/ T409 - 2001 國(guó)標(biāo)質(zhì)量要求的粉煤灰。由于燃煤質(zhì)量、鍋爐燃燒及吸塵系統(tǒng)等因素的影響,在我國(guó)仍有相當(dāng)數(shù)量的低質(zhì)粉煤灰,不為建材行業(yè)所應(yīng)用,更不能直接用于蒸壓粉煤灰加氣混凝土砌塊的生產(chǎn)。
本文的研究課題是企圖在低質(zhì)粉煤灰中摻加一定數(shù)量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰或部分投正原料(又稱增強(qiáng)原料) ,使粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)。
2 武漢市葛店化工廠電廠粉煤灰的化學(xué)成分及性質(zhì)
2. 1 粉煤灰的排放
葛店化工廠電廠的粉煤灰主要采用濕排方式。研制粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊的粉煤灰全部由洪山鄉(xiāng)呂墩村送來(lái)的葛化電廠的濕排灰及少量干排灰與爐渣。
2. 2 粉煤灰的化學(xué)組成
粉煤灰的化學(xué)組成類似于粘土,主要包括SiO2 、Al2O3 、Fe2O3 、CaO 和未燃盡炭。由于煤的品種和燃燒條件不同,各地粉煤灰的化學(xué)成分波動(dòng)范圍較大。
葛化電廠的粉煤灰是為脫硫而噴燒石灰石粉末的灰,接近于高鈣灰,其成分如表1 。
從表1 的分析數(shù)據(jù)來(lái)看,該電廠的粉煤灰有以下特點(diǎn):
(1) 燒失量及固定碳含量偏高,從掌握的全國(guó)幾十個(gè)電廠粉煤灰資料看,屬首例。1 號(hào)、2 號(hào)樣品(1997年取樣) 的燒失量幾乎相等,可以看出分析誤差不大,樣品成分相似。3 號(hào)樣品是六年后(2003 年取樣) 的分析數(shù)據(jù),CaO 含量幾乎相同,固定碳含量有所降低,說(shuō)明鍋爐燃燒系統(tǒng)有所改善。
圖1 、圖2 、圖3 上共有的3. 042 或3. 046 主要X光衍射峰,即為CaCO3 。
(2) 從表1 的粉煤灰成分上,葛化電廠粉煤灰中的CaO 已接近于20 % ,屬于高鈣粉煤灰,理論上講,應(yīng)有較高的活性。實(shí)際上這接近于20 %的CaO ,絕大部分是未分解的CaCO3 中的CaO ,其次是由于濕排時(shí)粉煤灰中已形成的Ca (OH) 2 及少量鈣礬石與水化硅酸鈣(C2S2H 系統(tǒng)) 等水化產(chǎn)物中的CaO ,真正具有活性、對(duì)能使制品產(chǎn)生膠結(jié)作用的CaO 又極少。
(3) 葛化電廠粉煤灰中的SiO2 含量偏低,不僅低于全國(guó)粉煤灰SiO2 平均含量,而且低于JC/ T409 -2001 硅酸鹽等建筑制品用Ⅰ級(jí)粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)值的12 個(gè)百分點(diǎn), Ⅱ級(jí)粉煤灰指標(biāo)值的7 個(gè)百分點(diǎn)。因此,葛店化工廠電廠粉煤灰以組分看,屬于高鈣低硅低質(zhì)粉煤灰,無(wú)法單獨(dú)用作粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊生產(chǎn)的原料。
2. 3 粉煤灰的主要礦物組分
葛化電廠的粉煤灰中除無(wú)定形相和結(jié)晶相外還含較大數(shù)量的CaCO3 從X —光衍峰(3. 042 或3. 046) 可以明顯看出。1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)樣的礦物成分幾乎相同,其次在濕排灰中還形成少量水化產(chǎn)物如鈣礬石及水化硅酸鈣(C2S2H) 與水化鋁酸鈣(C2A2H) 等系統(tǒng)礦物。
從3 號(hào)樣品的熱譜圖上(見圖4) 可以看到,80.9 ℃的小吸熱谷為石膏脫水吸熱峰;479. 7 ℃平直峰為Ca (OH) 2 及少量水化產(chǎn)物脫羥產(chǎn)生的OH 吸熱峰,698. 4 ℃的高而光的放熱峰是粉煤灰中未燃盡碳末燃燒時(shí)的放熱峰,從741. 0 ℃至802. 3 ℃連續(xù)吸熱峰為CaCO3 分解吸熱峰。由熱譜曲線圖上測(cè)得的總失重量[ ( - 10. 03 % + ( - 13. 20 %) ) = - 23. 03 %) ,與化學(xué)全分析的燒失量21. 87 %接近。]
2. 4 粉煤灰的物理性質(zhì)
(1) 外觀和顏色
粉煤灰的顏色可在一定程度上反映粉煤灰的細(xì)度。在商品粉煤灰的質(zhì)量評(píng)定和生產(chǎn)控制中,顏色是一項(xiàng)重要指標(biāo),顏色越深,質(zhì)量越低。葛化電廠粉煤灰由于含有一定數(shù)量的CaCO3 ,所以其外觀顏色較淺。
(2) 密度和容重
低鈣灰密度一般為1. 8～2. 8 ,高鈣灰的密度可達(dá)2. 5～2. 8 。生產(chǎn)中,如果密度發(fā)生變化,表明其質(zhì)量也發(fā)生了變化。
粉煤灰的松散干容重變化范圍為600～1000kg/m3 ,壓實(shí)容重為1300～1600kg/ m3 。葛化電廠的粉煤灰中含F(xiàn)e2O3 量低,含碳及CaCO3 粉末量高,所以該灰的松散立升重僅為400～450kg/ m3 ,低于全國(guó)平均數(shù)1/ 3～1/ 2.
(3) 細(xì)度
葛化電廠的粉煤灰中由于含有相當(dāng)數(shù)量的CaCO3細(xì)粉在水中具有較強(qiáng)的電性,如粘土顆粒一樣可以相互吸附或吸附其他顆粒結(jié)成團(tuán)塊,這就是葛化電廠粉煤灰結(jié)塊的主要原因。
在試驗(yàn)中所測(cè)粉煤灰的細(xì)度是經(jīng)人工粉碎團(tuán)塊后測(cè)得的,實(shí)際并非是粉煤灰的真細(xì)度,1 號(hào)、2 號(hào)及3 號(hào)樣細(xì)度測(cè)定結(jié)果示于表2 。
(4) 需水量比
按硅酸鹽建筑制品用粉煤灰的技術(shù)指標(biāo)來(lái)分級(jí),低需水量的粉煤灰測(cè)定值為22 %～30 % ,中等需水量為30 %～40 % ,高需水量達(dá)50 %～60 % ,該粉煤灰屬高需水量的粉煤灰,其質(zhì)量達(dá)不到工業(yè)上應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。
3 粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊的其他原料
3. 1 膠結(jié)料
(1) 石灰:這次蒸壓加氣混凝土制品研制中所用的石灰原料由洪山鄉(xiāng)呂墩村提供,屬本地產(chǎn)的普通石灰窯生產(chǎn)的塊灰,經(jīng)人工破碎后的粉狀灰。
(2) 水泥:湖北省華新水泥集團(tuán)生產(chǎn)的32. 5 級(jí)保壘牌快凝硅酸鹽復(fù)合水泥。
3. 2 發(fā)氣材料
采用武漢新型建筑材料廠提供的鋁膏,有效鋁含量約58 %。該鋁膏發(fā)氣效果好,性能穩(wěn)定,發(fā)氣快,整個(gè)發(fā)氣時(shí)間約4～8min。
3. 3 穩(wěn)定劑
穩(wěn)定劑采用可溶性酸,由油酸、三乙醇胺及水,按比例混合而成。
4 實(shí)驗(yàn)室研制蒸壓粉煤灰加氣混凝土制品的工藝流程
4. 1 蒸壓粉煤灰加氣混凝土制品的生產(chǎn)工藝流程圖
主要工序按圖5 流程圖表示。
4. 2 蒸壓粉煤灰加氣混凝土制品的配合比
常用的粉煤灰蒸壓加氣混凝土制品的配合比如下:
本項(xiàng)目研制中,共設(shè)計(jì)并采用50 余個(gè)配比,做了近200 個(gè)試體,并對(duì)其進(jìn)行了物理力學(xué)性能的測(cè)試。
葛化電廠高鈣低硅、低質(zhì)粉煤灰蒸壓加氣混凝土制品實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果介紹
5. 1 配比設(shè)計(jì)
可以按一般水泥———石灰———粉煤灰加氣混凝土理論配比進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,計(jì)算發(fā)現(xiàn):制品的主要設(shè)計(jì)指標(biāo),鈣硅比(C/ S) 均大于1 ,距理論配比C/ S 比值0. 8相差較遠(yuǎn),為了提高料漿中SiO2 含量,第一步在料漿中投加了10 %左右石英砂(標(biāo)砂) ,投入10 %石英砂后料漿的C/ S 可以達(dá)到0. 8～0. 6 之間。料漿的水灰比控制0. 6～0. 7 之間,在A1 粉含量適當(dāng)時(shí),試體發(fā)氣良好,制品出釜密度在600～650kg/ m3 之間,但制品的表面硬度與強(qiáng)度均很低。10 ×10 ×10cm 立方試體測(cè)試強(qiáng)度小于1. 0MPa ,制品強(qiáng)度難以達(dá)標(biāo)。
5. 2 提高制品強(qiáng)度的途徑
由于葛化電廠粉煤灰的燒失量大,含碳量高,SiO2含量低,CaO 含量高等弊病,使制品強(qiáng)度極低。為克服弊病,提高強(qiáng)度,采取了以下三條增強(qiáng)措施:
(1) 摻入高SiO2 含量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰
摻入荷澤熱電廠粉煤灰的制品最低強(qiáng)度也可達(dá)2. 8MPa 。在這些達(dá)標(biāo)制品中葛化電廠粉煤灰量摻加量已降低到30 %左右,而制品密度在650kg/ m3 左右。
(2) 摻入硅粉
石英粉中SiO2 含量在90 %以上,細(xì)度在100 目以下。當(dāng)制品中硅粉摻入量達(dá)20 %左右,石灰摻入量達(dá)24 %～25 %時(shí),C/ S 可控在0. 8～0. 6 之間。制品出釜強(qiáng)度最高可達(dá)3. 5MPa 以上,而制品密度已達(dá)650kg/m3 以上。這些制品中葛化電廠粉煤灰的摻量控制30 %～35 %之間。實(shí)際生產(chǎn)中硅粉可采用含SiO2 較高的金、銀、銅、錫等金屬礦山選廠的尾礦砂。
(3) 摻入磨細(xì)的爐渣粉
爐渣也是葛化電廠排放的工業(yè)廢渣。摻入制品中的爐渣必須是磨細(xì)至150 目以下的粉末狀。當(dāng)爐渣細(xì)粉的摻入量高達(dá)25 %時(shí),制品密度一般在700kg/ m3左右。強(qiáng)度3. 6MPa ,而電廠粉煤灰摻量約為30 %左右。此外,我們還對(duì)葛化電廠的干排灰及磨細(xì)灰進(jìn)行了試驗(yàn)研究,結(jié)果如下:當(dāng)將葛化電廠干排灰、濕排灰、磨細(xì)至200 目時(shí),制品強(qiáng)度可從2. 0MPa 提高到3.0MPa 。
6 葛化電廠高鈣低硅粉煤灰制作蒸壓加氣混凝土制品強(qiáng)度低的原因分析
(1) 葛化電廠粉煤灰中有21. 87 %的燒失量(2003年7 月份樣品) ,其中有10 %以上的含碳量及10 %左右的CaCO3 含量。按JC/ T409 - 2001 硅酸鹽建筑制品用粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)衡量,不夠Ⅱ級(jí)灰標(biāo)準(zhǔn),不能用作硅酸鹽建筑制品用粉煤灰。
(2) 葛化電廠粉煤灰中SiO2 含量?jī)H為33. 23 %(2003 年樣品) , 低于標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ級(jí)粉煤灰要求( SiO2 ≥40 %) 的7 個(gè)百分點(diǎn)。而且濕排灰中部分活性SiO2 、Al2O3 已經(jīng)與粉煤灰中的CaO 生成了C2S2H、C2A2H系統(tǒng)與鈣礬石等水化產(chǎn)物。這可從濕排灰的X - 衍射譜線上得到證實(shí),上述水化產(chǎn)物較為穩(wěn)定。所以實(shí)際上,葛化電廠濕排灰中的活性SiO2 、Al2O3 遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于分析數(shù)值。因此單獨(dú)用濕排灰制作的加氣混凝土制品強(qiáng)度極低。
(3) 為了提高加氣混凝土制品的強(qiáng)度,在料漿中摻加了20 %～30 %的硅質(zhì)校正原料,或者摻入30 %以下的優(yōu)質(zhì)粉煤灰。研究結(jié)果表明,制品強(qiáng)度提高了數(shù)倍。這是葛化電廠粉煤灰利用的唯一途徑。
(4) 葛化電廠干排灰制品強(qiáng)度雖有較大提高(可達(dá)2. 0MPa) ,但也難以達(dá)標(biāo)。實(shí)驗(yàn)室研究表明,磨細(xì)灰加氣混凝土制品強(qiáng)度可達(dá)3. 0MPa 。
(5) 葛化電廠的爐渣中含有較高的活性SiO2 、Al2O3 等組分,但由于其含鐵量很高,立升重高達(dá)1.67g/ cm3 (高于石英砂) 。經(jīng)磨細(xì)的爐渣粉有很高活性,摻入加氣混凝土制品后強(qiáng)度可增高到3. 0MPa ,但由于爐渣容重較大,使制品的密度高達(dá)780kg/ m3 ,所以單摻入爐渣粉的制品也難以達(dá)標(biāo)。
7 結(jié)語(yǔ)
(1) 以葛化電廠粉煤灰為主要原料在實(shí)驗(yàn)室制作的蒸壓加氣混凝土制品強(qiáng)度很低,一般在1. 0MPa 以下。當(dāng)優(yōu)質(zhì)粉煤灰(例如青山電廠、荷澤電廠等地粉煤灰) 的摻入量過半時(shí)(占粉煤灰總量) ,實(shí)驗(yàn)室制作的加氣混凝土制品強(qiáng)度可以達(dá)標(biāo)。每1m3 原料總成本可控制在30 元以下。
(2) 在實(shí)驗(yàn)室制作加氣混凝土制品中,當(dāng)硅粉摻入量高達(dá)25 %～27 % ,葛化電廠粉煤灰摻入量下降至30 %左右時(shí),制品強(qiáng)度可達(dá)3. 5MPa 左右。如果用高硅尾礦砂(廢渣) 代替硅粉原料,每1m3 加氣混凝土的原料成本價(jià)估計(jì)要增加5 元/ m3 左右。
(3) 葛店電廠,每年排放數(shù)十萬(wàn)m3 高鈣低硅、低質(zhì)粉煤灰、至今尚未找到有效利用途徑。每年要為粉煤灰的排放耗用巨資,如能得到合理利用,企業(yè)一定能獲得豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。
(4) 目前葛化電廠排放的粉煤灰中含有20 %～30 %微細(xì)輕型顆粒(CaCO3 、碳及玻璃微球等) 可以用作輕型建筑材料,如保溫、隔熱、隔音等材料的充填料,也可用作高強(qiáng)磚坯的充填料,如今已在實(shí)驗(yàn)室成功研制出葛化灰用量達(dá)60 % ,強(qiáng)度高達(dá)30MPa 的粉煤灰高強(qiáng)磚。
