摘 要:本文用高鈣低硅低質粉煤灰研制成功了06 級蒸壓加氣混凝土砌塊。文中提供的一系列工藝參數與增強措施為低質粉煤灰的應用開辟了有效利用途徑。
關鍵詞:高鈣低硅粉煤灰;低質粉煤灰;硅質校正原粉;增強原料;蒸壓粉煤灰加氣混凝土砌塊;干排灰;濕排灰
中圖分類號: TU522. 3 ; TU528. 4 文獻標識碼:A
1 前言
生產蒸壓加氣混凝土砌塊,需要三個基本條件:一是建廠需要有一定的投資,建設年產5 萬m3 粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊生產線,最低投資需1000 萬元左右;二是需要有一定的科技力量及技術工人;三是需要有符合JC/ T409 - 2001 國標質量要求的粉煤灰。由于燃煤質量、鍋爐燃燒及吸塵系統(tǒng)等因素的影響,在我國仍有相當數量的低質粉煤灰,不為建材行業(yè)所應用,更不能直接用于蒸壓粉煤灰加氣混凝土砌塊的生產。
本文的研究課題是企圖在低質粉煤灰中摻加一定數量的優(yōu)質粉煤灰或部分投正原料(又稱增強原料) ,使粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊產品質量達標。
2 武漢市葛店化工廠電廠粉煤灰的化學成分及性質
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 粉煤灰的化學組成
粉煤灰的化學組成類似于粘土,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,各地粉煤灰的化學成分波動范圍較大。
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 的分析數據來看,該電廠的粉煤灰有以下特點:
(1) 燒失量及固定碳含量偏高,從掌握的全國幾十個電廠粉煤灰資料看,屬首例。1 號、2 號樣品(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 號樣品是六年后(2003 年取樣) 的分析數據,CaO 含量幾乎相同,固定碳含量有所降低,說明鍋爐燃燒系統(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,應有較高的活性。實際上這接近于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)) 等水化產物中的CaO ,真正具有活性、對能使制品產生膠結作用的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級粉煤灰標準指標值的12 個百分點, Ⅱ級粉煤灰指標值的7 個百分點。因此,葛店化工廠電廠粉煤灰以組分看,屬于高鈣低硅低質粉煤灰,無法單獨用作粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊生產的原料。
2. 3 粉煤灰的主要礦物組分
葛化電廠的粉煤灰中除無定形相和結晶相外還含較大數量的CaCO3 從X —光衍峰(3. 042 或3. 046) 可以明顯看出。1 號、2 號、3 號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 及少量水化產物脫羥產生的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。由熱譜曲線圖上測得的總失重量[ ( - 10. 03 % + ( - 13. 20 %) ) = - 23. 03 %) ,與化學全分析的燒失量21. 87 %接近。]
2. 4 粉煤灰的物理性質
(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度。在商品粉煤灰的質量評定和生產控制中,顏色是一項重要指標,顏色越深,質量越低。葛化電廠粉煤灰由于含有一定數量的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2. 5～2. 8 。生產中,如果密度發(fā)生變化,表明其質量也發(fā)生了變化。
粉煤灰的松散干容重變化范圍為600～1000kg/m3 ,壓實容重為1300～1600kg/ m3 。葛化電廠的粉煤灰中含Fe2O3 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 ,低于全國平均數1/ 3～1/ 2.
(3) 細度
葛化電廠的粉煤灰中由于含有相當數量的CaCO3細粉在水中具有較強的電性,如粘土顆粒一樣可以相互吸附或吸附其他顆粒結成團塊,這就是葛化電廠粉煤灰結塊的主要原因。
在試驗中所測粉煤灰的細度是經人工粉碎團塊后測得的,實際并非是粉煤灰的真細度,1 號、2 號及3 號樣細度測定結果示于表2 。
(4) 需水量比
按硅酸鹽建筑制品用粉煤灰的技術指標來分級,低需水量的粉煤灰測定值為22 %～30 % ,中等需水量為30 %～40 % ,高需水量達50 %～60 % ,該粉煤灰屬高需水量的粉煤灰,其質量達不到工業(yè)上應用標準。
3 粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊的其他原料
3. 1 膠結料
(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,屬本地產的普通石灰窯生產的塊灰,經人工破碎后的粉狀灰。
(2) 水泥:湖北省華新水泥集團生產的32. 5 級保壘牌快凝硅酸鹽復合水泥。
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,整個發(fā)氣時間約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 實驗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:
本項目研制中,共設計并采用50 余個配比,做了近200 個試體,并對其進行了物理力學性能的測試。
葛化電廠高鈣低硅、低質粉煤灰蒸壓加氣混凝土制品實驗室研究結果介紹
5. 1 配比設計
可以按一般水泥———石灰———粉煤灰加氣混凝土理論配比進行設計計算,計算發(fā)現:制品的主要設計指標,鈣硅比(C/ S) 均大于1 ,距理論配比C/ S 比值0. 8相差較遠,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(標砂) ,投入10 %石英砂后料漿的C/ S 可以達到0. 8～0. 6 之間。料漿的水灰比控制0. 6～0. 7 之間,在A1 粉含量適當時,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度均很低。10 ×10 ×10cm 立方試體測試強度小于1. 0MPa ,制品強度難以達標。
5. 2 提高制品強度的途徑
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,使制品強度極低。為克服弊病,提高強度,采取了以下三條增強措施:
(1) 摻入高SiO2 含量的優(yōu)質粉煤灰
摻入荷澤熱電廠粉煤灰的制品最低強度也可達2. 8MPa 。在這些達標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,細度在100 目以下。當制品中硅粉摻入量達20 %左右,石灰摻入量達24 %～25 %時,C/ S 可控在0. 8～0. 6 之間。制品出釜強度最高可達3. 5MPa 以上,而制品密度已達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。實際生產中硅粉可采用含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至150 目以下的粉末狀。當爐渣細粉的摻入量高達25 %時,制品密度一般在700kg/ m3左右。強度3. 6MPa ,而電廠粉煤灰摻量約為30 %左右。此外,我們還對葛化電廠的干排灰及磨細灰進行了試驗研究,結果如下:當將葛化電廠干排灰、濕排灰、磨細至200 目時,制品強度可從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準衡量,不夠Ⅱ級灰標準,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 含量僅為33. 23 %(2003 年樣品) , 低于標準Ⅱ級粉煤灰要求( SiO2 ≥40 %) 的7 個百分點。而且濕排灰中部分活性SiO2 、Al2O3 已經與粉煤灰中的CaO 生成了C2S2H、C2A2H系統(tǒng)與鈣礬石等水化產物。這可從濕排灰的X - 衍射譜線上得到證實,上述水化產物較為穩(wěn)定。所以實際上,葛化電廠濕排灰中的活性SiO2 、Al2O3 遠遠低于分析數值。因此單獨用濕排灰制作的加氣混凝土制品強度極低。
(3) 為了提高加氣混凝土制品的強度,在料漿中摻加了20 %～30 %的硅質校正原料,或者摻入30 %以下的優(yōu)質粉煤灰。研究結果表明,制品強度提高了數倍。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度雖有較大提高(可達2. 0MPa) ,但也難以達標。實驗室研究表明,磨細灰加氣混凝土制品強度可達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1.67g/ cm3 (高于石英砂) 。經磨細的爐渣粉有很高活性,摻入加氣混凝土制品后強度可增高到3. 0MPa ,但由于爐渣容重較大,使制品的密度高達780kg/ m3 ,所以單摻入爐渣粉的制品也難以達標。
7 結語
(1) 以葛化電廠粉煤灰為主要原料在實驗室制作的蒸壓加氣混凝土制品強度很低,一般在1. 0MPa 以下。當優(yōu)質粉煤灰(例如青山電廠、荷澤電廠等地粉煤灰) 的摻入量過半時(占粉煤灰總量) ,實驗室制作的加氣混凝土制品強度可以達標。每1m3 原料總成本可控制在30 元以下。
(2) 在實驗室制作加氣混凝土制品中,當硅粉摻入量高達25 %～27 % ,葛化電廠粉煤灰摻入量下降至30 %左右時,制品強度可達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估計要增加5 元/ m3 左右。
(3) 葛店電廠,每年排放數十萬m3 高鈣低硅、低質粉煤灰、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濟效益。
(4) 目前葛化電廠排放的粉煤灰中含有20 %～30 %微細輕型顆粒(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,也可用作高強磚坯的充填料,如今已在實驗室成功研制出葛化灰用量達60 % ,強度高達30MPa 的粉煤灰高強磚。
