摘 要:本文用高钙低硅低质粉煤灰研制成功了06 级蒸压加气混凝土砌块。文中提供的一系列工艺参数与增强措施为低质粉煤灰的应用开辟了有效利用途径。
关键词:高钙低硅粉煤灰;低质粉煤灰;硅质校正原粉;增强原料;蒸压粉煤灰加气混凝土砌块;干排灰;湿排灰
中图分类号: TU522. 3 ; TU528. 4 文献标识码:A
1 前言
生产蒸压加气混凝土砌块,需要三个基本条件:一是建厂需要有一定的投资,建设年产5 万m3 粉煤灰蒸压加气混凝土砌块生产线,最低投资需1000 万元左右;二是需要有一定的科技力量及技术工人;三是需要有符合JC/ T409 - 2001 国标质量要求的粉煤灰。由于燃煤质量、锅炉燃烧及吸尘系统等因素的影响,在我国仍有相当数量的低质粉煤灰,不为建材行业所应用,更不能直接用于蒸压粉煤灰加气混凝土砌块的生产。
本文的研究课题是企图在低质粉煤灰中掺加一定数量的优质粉煤灰或部分投正原料(又称增强原料) ,使粉煤灰蒸压加气混凝土砌块产品质量达标。
2 武汉市葛店化工厂电厂粉煤灰的化学成分及性质
2. 1 粉煤灰的排放
葛店化工厂电厂的粉煤灰主要采用湿排方式。研制粉煤灰蒸压加气混凝土砌块的粉煤灰全部由洪山乡吕墩村送来的葛化电厂的湿排灰及少量干排灰与炉渣。
2. 2 粉煤灰的化学组成
粉煤灰的化学组成类似于粘土,主要包括SiO2 、Al2O3 、Fe2O3 、CaO 和未燃尽炭。由于煤的品种和燃烧条件不同,各地粉煤灰的化学成分波动范围较大。
葛化电厂的粉煤灰是为脱硫而喷烧石灰石粉末的灰,接近于高钙灰,其成分如表1 。
从表1 的分析数据来看,该电厂的粉煤灰有以下特点:
(1) 烧失量及固定碳含量偏高,从掌握的全国几十个电厂粉煤灰资料看,属首例。1 号、2 号样品(1997年取样) 的烧失量几乎相等,可以看出分析误差不大,样品成分相似。3 号样品是六年后(2003 年取样) 的分析数据,CaO 含量几乎相同,固定碳含量有所降低,说明锅炉燃烧系统有所改善。
图1 、图2 、图3 上共有的3. 042 或3. 046 主要X光衍射峰,即为CaCO3 。
(2) 从表1 的粉煤灰成分上,葛化电厂粉煤灰中的CaO 已接近于20 % ,属于高钙粉煤灰,理论上讲,应有较高的活性。实际上这接近于20 %的CaO ,绝大部分是未分解的CaCO3 中的CaO ,其次是由于湿排时粉煤灰中已形成的Ca (OH) 2 及少量钙矾石与水化硅酸钙(C2S2H 系统) 等水化产物中的CaO ,真正具有活性、对能使制品产生胶结作用的CaO 又极少。
(3) 葛化电厂粉煤灰中的SiO2 含量偏低,不仅低于全国粉煤灰SiO2 平均含量,而且低于JC/ T409 -2001 硅酸盐等建筑制品用Ⅰ级粉煤灰标准指标值的12 个百分点, Ⅱ级粉煤灰指标值的7 个百分点。因此,葛店化工厂电厂粉煤灰以组分看,属于高钙低硅低质粉煤灰,无法单独用作粉煤灰蒸压加气混凝土砌块生产的原料。
2. 3 粉煤灰的主要矿物组分
葛化电厂的粉煤灰中除无定形相和结晶相外还含较大数量的CaCO3 从X —光衍峰(3. 042 或3. 046) 可以明显看出。1 号、2 号、3 号样的矿物成分几乎相同,其次在湿排灰中还形成少量水化产物如钙矾石及水化硅酸钙(C2S2H) 与水化铝酸钙(C2A2H) 等系统矿物。
从3 号样品的热谱图上(见图4) 可以看到,80.9 ℃的小吸热谷为石膏脱水吸热峰;479. 7 ℃平直峰为Ca (OH) 2 及少量水化产物脱羟产生的OH 吸热峰,698. 4 ℃的高而光的放热峰是粉煤灰中未燃尽碳末燃烧时的放热峰,从741. 0 ℃至802. 3 ℃连续吸热峰为CaCO3 分解吸热峰。由热谱曲线图上测得的总失重量[ ( - 10. 03 % + ( - 13. 20 %) ) = - 23. 03 %) ,与化学全分析的烧失量21. 87 %接近。]
2. 4 粉煤灰的物理性质
(1) 外观和颜色
粉煤灰的颜色可在一定程度上反映粉煤灰的细度。在商品粉煤灰的质量评定和生产控制中,颜色是一项重要指标,颜色越深,质量越低。葛化电厂粉煤灰由于含有一定数量的CaCO3 ,所以其外观颜色较浅。
(2) 密度和容重
低钙灰密度一般为1. 8～2. 8 ,高钙灰的密度可达2. 5～2. 8 。生产中,如果密度发生变化,表明其质量也发生了变化。
粉煤灰的松散干容重变化范围为600～1000kg/m3 ,压实容重为1300～1600kg/ m3 。葛化电厂的粉煤灰中含Fe2O3 量低,含碳及CaCO3 粉末量高,所以该灰的松散立升重仅为400～450kg/ m3 ,低于全国平均数1/ 3～1/ 2.
(3) 细度
葛化电厂的粉煤灰中由于含有相当数量的CaCO3细粉在水中具有较强的电性,如粘土颗粒一样可以相互吸附或吸附其他颗粒结成团块,这就是葛化电厂粉煤灰结块的主要原因。
在试验中所测粉煤灰的细度是经人工粉碎团块后测得的,实际并非是粉煤灰的真细度,1 号、2 号及3 号样细度测定结果示于表2 。
(4) 需水量比
按硅酸盐建筑制品用粉煤灰的技术指标来分级,低需水量的粉煤灰测定值为22 %～30 % ,中等需水量为30 %～40 % ,高需水量达50 %～60 % ,该粉煤灰属高需水量的粉煤灰,其质量达不到工业上应用标准。
3 粉煤灰蒸压加气混凝土砌块的其他原料
3. 1 胶结料
(1) 石灰:这次蒸压加气混凝土制品研制中所用的石灰原料由洪山乡吕墩村提供,属本地产的普通石灰窑生产的块灰,经人工破碎后的粉状灰。
(2) 水泥:湖北省华新水泥集团生产的32. 5 级保垒牌快凝硅酸盐复合水泥。
3. 2 发气材料
采用武汉新型建筑材料厂提供的铝膏,有效铝含量约58 %。该铝膏发气效果好,性能稳定,发气快,整个发气时间约4～8min。
3. 3 稳定剂
稳定剂采用可溶性酸,由油酸、三乙醇胺及水,按比例混合而成。
4 实验室研制蒸压粉煤灰加气混凝土制品的工艺流程
4. 1 蒸压粉煤灰加气混凝土制品的生产工艺流程图
主要工序按图5 流程图表示。
4. 2 蒸压粉煤灰加气混凝土制品的配合比
常用的粉煤灰蒸压加气混凝土制品的配合比如下:
本项目研制中,共设计并采用50 余个配比,做了近200 个试体,并对其进行了物理力学性能的测试。
葛化电厂高钙低硅、低质粉煤灰蒸压加气混凝土制品实验室研究结果介绍
5. 1 配比设计
可以按一般水泥———石灰———粉煤灰加气混凝土理论配比进行设计计算,计算发现:制品的主要设计指标,钙硅比(C/ S) 均大于1 ,距理论配比C/ S 比值0. 8相差较远,为了提高料浆中SiO2 含量,第一步在料浆中投加了10 %左右石英砂(标砂) ,投入10 %石英砂后料浆的C/ S 可以达到0. 8～0. 6 之间。料浆的水灰比控制0. 6～0. 7 之间,在A1 粉含量适当时,试体发气良好,制品出釜密度在600～650kg/ m3 之间,但制品的表面硬度与强度均很低。10 ×10 ×10cm 立方试体测试强度小于1. 0MPa ,制品强度难以达标。
5. 2 提高制品强度的途径
由于葛化电厂粉煤灰的烧失量大,含碳量高,SiO2含量低,CaO 含量高等弊病,使制品强度极低。为克服弊病,提高强度,采取了以下三条增强措施:
(1) 掺入高SiO2 含量的优质粉煤灰
掺入荷泽热电厂粉煤灰的制品最低强度也可达2. 8MPa 。在这些达标制品中葛化电厂粉煤灰量掺加量已降低到30 %左右,而制品密度在650kg/ m3 左右。
(2) 掺入硅粉
石英粉中SiO2 含量在90 %以上,细度在100 目以下。当制品中硅粉掺入量达20 %左右,石灰掺入量达24 %～25 %时,C/ S 可控在0. 8～0. 6 之间。制品出釜强度最高可达3. 5MPa 以上,而制品密度已达650kg/m3 以上。这些制品中葛化电厂粉煤灰的掺量控制30 %～35 %之间。实际生产中硅粉可采用含SiO2 较高的金、银、铜、锡等金属矿山选厂的尾矿砂。
(3) 掺入磨细的炉渣粉
炉渣也是葛化电厂排放的工业废渣。掺入制品中的炉渣必须是磨细至150 目以下的粉末状。当炉渣细粉的掺入量高达25 %时,制品密度一般在700kg/ m3左右。强度3. 6MPa ,而电厂粉煤灰掺量约为30 %左右。此外,我们还对葛化电厂的干排灰及磨细灰进行了试验研究,结果如下:当将葛化电厂干排灰、湿排灰、磨细至200 目时,制品强度可从2. 0MPa 提高到3.0MPa 。
6 葛化电厂高钙低硅粉煤灰制作蒸压加气混凝土制品强度低的原因分析
(1) 葛化电厂粉煤灰中有21. 87 %的烧失量(2003年7 月份样品) ,其中有10 %以上的含碳量及10 %左右的CaCO3 含量。按JC/ T409 - 2001 硅酸盐建筑制品用粉煤灰标准衡量,不够Ⅱ级灰标准,不能用作硅酸盐建筑制品用粉煤灰。
(2) 葛化电厂粉煤灰中SiO2 含量仅为33. 23 %(2003 年样品) , 低于标准Ⅱ级粉煤灰要求( SiO2 ≥40 %) 的7 个百分点。而且湿排灰中部分活性SiO2 、Al2O3 已经与粉煤灰中的CaO 生成了C2S2H、C2A2H系统与钙矾石等水化产物。这可从湿排灰的X - 衍射谱线上得到证实,上述水化产物较为稳定。所以实际上,葛化电厂湿排灰中的活性SiO2 、Al2O3 远远低于分析数值。因此单独用湿排灰制作的加气混凝土制品强度极低。
(3) 为了提高加气混凝土制品的强度,在料浆中掺加了20 %～30 %的硅质校正原料,或者掺入30 %以下的优质粉煤灰。研究结果表明,制品强度提高了数倍。这是葛化电厂粉煤灰利用的唯一途径。
(4) 葛化电厂干排灰制品强度虽有较大提高(可达2. 0MPa) ,但也难以达标。实验室研究表明,磨细灰加气混凝土制品强度可达3. 0MPa 。
(5) 葛化电厂的炉渣中含有较高的活性SiO2 、Al2O3 等组分,但由于其含铁量很高,立升重高达1.67g/ cm3 (高于石英砂) 。经磨细的炉渣粉有很高活性,掺入加气混凝土制品后强度可增高到3. 0MPa ,但由于炉渣容重较大,使制品的密度高达780kg/ m3 ,所以单掺入炉渣粉的制品也难以达标。
7 结语
(1) 以葛化电厂粉煤灰为主要原料在实验室制作的蒸压加气混凝土制品强度很低,一般在1. 0MPa 以下。当优质粉煤灰(例如青山电厂、荷泽电厂等地粉煤灰) 的掺入量过半时(占粉煤灰总量) ,实验室制作的加气混凝土制品强度可以达标。每1m3 原料总成本可控制在30 元以下。
(2) 在实验室制作加气混凝土制品中,当硅粉掺入量高达25 %～27 % ,葛化电厂粉煤灰掺入量下降至30 %左右时,制品强度可达3. 5MPa 左右。如果用高硅尾矿砂(废渣) 代替硅粉原料,每1m3 加气混凝土的原料成本价估计要增加5 元/ m3 左右。
(3) 葛店电厂,每年排放数十万m3 高钙低硅、低质粉煤灰、至今尚未找到有效利用途径。每年要为粉煤灰的排放耗用巨资,如能得到合理利用,企业一定能获得丰厚的经济效益。
(4) 目前葛化电厂排放的粉煤灰中含有20 %～30 %微细轻型颗粒(CaCO3 、碳及玻璃微球等) 可以用作轻型建筑材料,如保温、隔热、隔音等材料的充填料,也可用作高强砖坯的充填料,如今已在实验室成功研制出葛化灰用量达60 % ,强度高达30MPa 的粉煤灰高强砖。
