〔摘要〕本文介紹以高爐重礦渣為集料,粉煤灰為摻合料,選用硅酸鹽水泥為膠結(jié)材,配制混凝土生產(chǎn)高性能混凝土彩瓦,其工業(yè)廢渣含量可達(dá)70 % ,充分滿足國家免稅的優(yōu)惠待遇。該項技術(shù)能夠生產(chǎn)高檔的新型建筑裝飾、防水、坡屋面覆蓋材料,為高爐重礦渣及粉煤灰等開發(fā)利用開辟了新途徑。
〔關(guān)鍵詞〕工業(yè)廢渣;粉煤灰;高爐重礦渣混凝土瓦;生產(chǎn)工藝
〔中圖分類號〕TU522. 22 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕A 〔文章編號〕1009 - 0142 (2003) 01 - 0017 - 06
1 前言
本溪是我國十大鋼鐵生產(chǎn)基地,各種工業(yè)廢渣資源十分豐富。本鋼每年廢渣排放量都在幾十萬噸以上。大量的高爐重礦渣及粉煤灰急需開發(fā)利用。如果能利用高爐重礦渣及粉煤灰生產(chǎn)彩色混凝土瓦,既可以部分解決鋼鐵廠的公害問題,又開辟了利用廢渣的新的有效途徑;在彩色混凝土瓦生產(chǎn)行業(yè)利用灰渣再生資源,可降低彩色混凝土瓦生產(chǎn)成本,改善產(chǎn)品性能,節(jié)省天然資源。因此,充分開發(fā)利用高爐重礦渣及粉煤灰資源符合國務(wù)院關(guān)于“三廢”治理政策,符合利用工業(yè)廢渣發(fā)展新型建筑材料的政策方向。
隨著我國建筑業(yè)的迅速發(fā)展,人們對房屋建筑提出了更高的要求。不僅要有整潔的街道,漂亮的廣場、大片的綠地,還應(yīng)有一個豐富多彩的屋面,使城鎮(zhèn)建筑群多姿多彩,以美化環(huán)境,美化生活。根據(jù)國家政策,將大力發(fā)展坡屋面,建設(shè)部早已明文規(guī)定,今后城鎮(zhèn)建筑至少要有30 %以上的房屋應(yīng)用坡屋面的形式來改善建筑物防水、隔熱、保溫功能和美化環(huán)境。
彩色混凝土瓦不僅強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、具有防水、排水、隔熱等多功能,而且還有生產(chǎn)能耗低、使用壽命長、鋪設(shè)操作簡便等優(yōu)點,它是理想的坡屋面裝飾覆蓋材料。
從1980 年末我國從瑞典ABECE 公司引進(jìn)第一條國外彩色混凝土瓦生產(chǎn)線以來,目前全國有從意大利、英國、澳大利亞、美國、日本、韓國、德國等國家引進(jìn)的數(shù)十條生產(chǎn)線。經(jīng)過十幾年生產(chǎn)實踐,我國已經(jīng)成功地消化、吸收引進(jìn)的成套設(shè)備,使國外引進(jìn)設(shè)備成功地國產(chǎn)化。當(dāng)前,我國引進(jìn)的生產(chǎn)線以及我國成功的消化吸收的國產(chǎn)的彩色混凝土瓦生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù),為我國大面積推廣彩色混凝土瓦起到積極地推動作用。
為開辟高爐重礦渣及粉煤灰應(yīng)用新途徑,研究利用高爐重礦渣及粉煤灰生產(chǎn)新型建筑材料,生產(chǎn)高檔產(chǎn)品,提高其使用價值,遼寧省建筑材料科學(xué)研究所與本溪市山城水泥廠聯(lián)合開發(fā)研究利用高爐重礦渣及粉煤灰生產(chǎn)彩色混凝土瓦,以充分利用廢渣資源,降低成本,增加彩色混凝土瓦的花色品種,不僅拓寬了制造彩色混凝土瓦的原材料資源,適合我國國情,還促進(jìn)彩色混凝土瓦的推廣作用,為城鎮(zhèn)建設(shè)添磚加“彩瓦”,錦上添花。
2 生產(chǎn)用原材料選擇
本項研究目的是為充分利用高爐重礦渣及粉煤灰再生資源,研制彩色混凝土瓦,生產(chǎn)新型屋面防水材料。眾所周知,利用粉煤灰取代部分水泥,改善混凝土性能越來越被人們所重視,其應(yīng)用量及范圍也逐年擴(kuò)大,為降低工程造價,改善混凝土性能,已顯示出其優(yōu)越性能。
根據(jù)彩色混凝土瓦結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)工藝特點,我們利用高爐重礦渣及粉煤灰工業(yè)廢渣為原料研制彩色混凝土瓦,為最大限量應(yīng)用廢渣資源,在原材料配比設(shè)計中利用廢渣取代部分水泥及集料,并要使混凝土瓦性能達(dá)到JC746 - 1999《混凝土瓦》標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)等品要求,其廢渣用量要達(dá)30 %以上,以符合國家有關(guān)利用工業(yè)廢渣生產(chǎn)新型建筑材料免稅的優(yōu)惠政策要求。
該項試驗研究初期,我們選用了高爐重礦渣、粉煤灰、石屑、磷石膏等工業(yè)廢渣進(jìn)行試驗研究的。所選用的廢渣通過對其基本性能試驗,再根據(jù)其特點進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計,探索生產(chǎn)彩瓦可行性。
2. 1 粉煤灰
本項試驗選用本鋼發(fā)電廠排放的粉煤灰,經(jīng)檢測,其主要性能見表1 。
2. 2 高爐重礦渣
本項試驗選用本溪鋼鐵廠所排高爐重礦渣,其主要物理、化學(xué)性能試驗結(jié)果見表2 和表3 。
2. 3 石屑粉
選用本鋼破碎石灰石后的尾礦粉。其主要物理性能試驗結(jié)果見表4 。
試驗結(jié)果表明,選用混凝土配合比設(shè)計所用的石屑,其級配不合理,顆粒較細(xì),細(xì)度模數(shù)為0. 96 ,屬于特細(xì)砂范圍。生產(chǎn)彩色混凝土瓦選用石屑代砂時顆粒級配應(yīng)符合中砂條件。
2. 4 磷石膏
選用錦州西洋特肥廠排放的磷石膏,化學(xué)成份試驗結(jié)果見表5 。
2. 5 水泥
混凝土配合比試驗選用本溪水泥廠生產(chǎn)的42. 5 級普通硅酸鹽水泥。
2. 6 砂
砂選用本溪地區(qū)建筑工程使用的粗、細(xì)兩種河砂,其主要性能試驗結(jié)果見表6 。
試驗結(jié)果表明,本溪地區(qū)粗細(xì)兩種河砂,編號A 試驗結(jié)果為中砂,級配屬于2 級,含泥量少,細(xì)度模數(shù)為2. 8 ,適合制瓦工藝要求;編號B 屬于細(xì)砂,單獨使用不能滿足生產(chǎn)彩色混凝土瓦的技術(shù)要求,如與高爐重礦渣等混用,改善級配,提高細(xì)度模數(shù),是可以滿足生產(chǎn)高性能彩色混凝土瓦的。
2. 7 混凝土外加劑
選用遼寧省建筑材料科學(xué)研究所試驗廠生產(chǎn)的外加劑。
3 混凝土配合比選擇
為了使利用高爐重礦渣及粉煤灰生產(chǎn)彩色混凝土瓦灰渣利用率達(dá)30 %以上,符合國家利用廢渣生產(chǎn)建材產(chǎn)品免稅的優(yōu)惠政策要求。同時,其產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)JC746 - 1999《混凝土瓦》標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)等品要求,混凝土配比試驗是該項成果的關(guān)鍵。為尋求經(jīng)濟(jì)、適用、技術(shù)可行的最佳配合比,我們選用了本溪地區(qū)的重礦渣、石屑粉及粉煤灰等工業(yè)廢渣,本溪水泥廠生產(chǎn)的32. 5 級普通硅酸鹽水泥及混凝土外加劑等,進(jìn)行9 組混凝土配合比試驗。
試驗用機(jī)械攪拌,振動成型。試件養(yǎng)護(hù)模擬生產(chǎn)廠的養(yǎng)護(hù)工藝過程,即試件成型后靜停4 h ,放入調(diào)溫調(diào)濕箱,控制其溫度為55 ℃,試件經(jīng)8 h 恒溫養(yǎng)護(hù)后,自然降溫,拆模放入水中養(yǎng)護(hù),達(dá)24 h 后,作抗折、抗壓試驗。
其余試件分別在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù),測其7 d 及28 d 的強(qiáng)度,在此試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上,為確定工業(yè)性試驗最佳的配比提供科學(xué)依據(jù)。
利用高爐重礦渣及粉煤灰研制彩色混凝土瓦,混凝土配合比試驗結(jié)果見表7 。
為了驗證利用高爐重礦渣及粉煤灰配制的混凝土的主要力學(xué)性能與彩色混凝土瓦力學(xué)性能相比,我們選擇了沈陽華發(fā)環(huán)保實業(yè)有限公司、鎮(zhèn)江京威彩瓦有限公司及南寧正大建材有限公司等單位生產(chǎn)的彩色混凝土瓦測其抗折強(qiáng)度及混凝土瓦承載力,其結(jié)果見表8 。
從試驗結(jié)果可以看出,彩色混凝土瓦抗折強(qiáng)度要達(dá)8MPa 以上,其瓦的承載力可達(dá)3 000 N。同時,混凝土瓦的瓦脊高度也是影響其承載力的主要因素,在相同配比下,瓦脊高其承載力也相應(yīng)加高。目前各彩色混凝土瓦生產(chǎn)廠家一般均選用42. 5 級及32. 5 級水泥。
利用高爐重礦渣及粉煤灰研制彩色混凝土瓦,通過對選材的基本性能試驗、分析、混凝土配合比設(shè)計,混凝土物理力學(xué)性能的研究及綜合評價,認(rèn)為選用32. 5 級普通硅酸鹽水泥,高爐重礦渣用量在40 %～ 70 % , 粉煤灰用量10 %～25 % ,適當(dāng)摻加混凝土外加劑生產(chǎn)彩色混凝土瓦技術(shù)是可行的,具備進(jìn)行工業(yè)性試驗研究的條件。
4 工業(yè)性試驗
工業(yè)性試驗是在本溪山城水泥廠彩色混凝土瓦分廠生產(chǎn)線上進(jìn)行的。工業(yè)性試驗是在試驗室混凝土配合比試驗驗證后,證明利用高爐重礦渣及粉煤灰等原材料可以滿足生產(chǎn)彩色混凝土瓦生產(chǎn)工藝要求的情況下,針對該廠生產(chǎn)線工藝特點,在現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備不作任何變動,只對生產(chǎn)原材料、某些工藝參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整的條件下進(jìn)行的。
試驗宗旨,原材料選擇本溪地區(qū)的工業(yè)廢渣為主,其利用率要達(dá)30 %～70 %;同時,還要降低生產(chǎn)成本,改善制品性能,提高產(chǎn)品質(zhì)量;使其生產(chǎn)的產(chǎn)品達(dá)到JC746 - 1999《混凝土瓦》國家建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)等品技術(shù)規(guī)定。
4. 1 彩色混凝土瓦生產(chǎn)工藝流程
彩色混凝土瓦的生產(chǎn)工藝流程詳見圖1 。
4. 2 試驗用原材料選擇
4. 2. 1 水泥
本溪水泥廠生產(chǎn)的32. 5 級普通硅酸鹽水泥。
4. 2. 2 集料
(1) 本溪鋼鐵廠所排的經(jīng)過破碎、磁選除鐵的高爐重礦渣。
(2) 本溪地區(qū)建筑工程用河砂。
4. 2. 3 顏料
本溪市山城水泥廠彩瓦分廠生產(chǎn)用的無機(jī)顏料。
4. 2. 4 混凝土外加劑
遼寧省建筑材料科學(xué)研究所實驗廠生產(chǎn)。
4. 2. 5 輔助材料:
本溪市山城水泥廠彩瓦分廠生產(chǎn)用的輔助材料。
4. 3 彩色混凝土瓦配合比設(shè)計
這次試驗?zāi)康氖抢酶郀t重礦渣及粉煤灰研制彩色混凝土瓦,同時要使灰渣含量占產(chǎn)品質(zhì)量的30 %以上,以達(dá)到國家對建材產(chǎn)品免稅的政策要求。
在試驗室試驗的基礎(chǔ)上,選用32. 5 級普通硅酸鹽水泥、工業(yè)廢渣用量40 %～70 % ,適當(dāng)摻加砼外加劑,結(jié)合生產(chǎn)設(shè)備及工藝要求。試驗設(shè)計6 種配合比,詳見表9 利用高爐重礦渣及粉煤灰研制彩色混凝土瓦配合比設(shè)計。
4. 4 混凝土的制備
這條彩色混凝土瓦生產(chǎn)線是高壓擠壓成型工藝,一般都是采用強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)。本項試驗粉煤灰等廢渣用量較多,用它除少部分帶替水泥外還利用它替代了部分集料,為使混凝土物料攪拌均勻,要在干物料充分?jǐn)嚢杈鶆虻幕A(chǔ)上,再加水及外加劑等成份。混凝土攪拌過程是:采用投料的順序是先加高爐重礦渣,接著加河砂及粉煤灰,開動攪拌機(jī),攪拌1 min ;再加水泥,攪拌1 min ;最后加水,同時開啟攪拌機(jī),攪拌3 min (外加劑事先溶好已放入水中) 。這種工藝特點:一是使二種集料混合均勻,二是讓水泥先包裹集料表面(裹砂法) ,有利于提高混凝土強(qiáng)度。
4. 5 噴漿著色工藝
經(jīng)切割成型后的瓦坯,再經(jīng)過噴漿設(shè)備噴涂彩色料漿,由人工放置在瓦架上,送入干熱養(yǎng)護(hù)窯。噴漿的工藝過程見圖2 。
經(jīng)養(yǎng)護(hù)后,在瓦表面形成堅固的色漿附著層,它不但具有色澤鮮艷的裝飾效果,而且進(jìn)一步提高瓦體的抗?jié)B及抗大氣老化性能。
4. 6 養(yǎng)護(hù)
彩色混凝土瓦由瓦坯及彩色面層組成,為防止瓦表面泛白,以及養(yǎng)護(hù)窯頂冷凝水下滴而破壞表面裝飾效果,于是采用干熱養(yǎng)護(hù)工藝。
養(yǎng)護(hù)制度為:加工成型好的瓦上架,入窯,靜停4 h ,使窯內(nèi)溫度升到55 ℃時開始恒溫,經(jīng)過8 h 恒溫養(yǎng)護(hù)后自然降溫。正常生產(chǎn)的彩色混凝土瓦脫模后放在堆場堆放,一般14d 后其承載力達(dá)70 %就可以出廠。本次試驗脫模后,隨即測瓦干熱養(yǎng)護(hù)后的承載力,出窯后的瓦放在堆場進(jìn)行澆水繼續(xù)自然養(yǎng)護(hù),再分別測其14 、28 d 的承載力及其物理性能檢驗,其結(jié)果見表10 。
4. 7 脫模及表面處理
養(yǎng)護(hù)好的瓦片緊緊與托板粘在一起,將其放在自動分離設(shè)備上,將瓦體與托板分開。再將瓦體表面刷(噴涂) 上一層丙烯酸保護(hù)膜,使其表面具有光澤,同時,也提高了瓦的防水、抗紫外線能力,達(dá)到高檔的裝飾效果。
4. 8 堆放、儲存
彩色混凝土瓦在生產(chǎn)車間加工完畢后,按品種、色別,整齊、緊密地堆放在平整、堅實的地面上。層與層之間用草繩墊平穩(wěn),堆垛高度不超過三層。
5 彩色混凝土瓦產(chǎn)品質(zhì)量檢驗結(jié)果
從瓦的尺寸偏差和外觀質(zhì)量的檢驗結(jié)果看,由于是機(jī)械化生產(chǎn),流水作業(yè),各部位尺寸相對穩(wěn)定,偏差很小。尺寸偏差、外觀質(zhì)量、方正度及平整度等均達(dá)到國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。色澤均勻,無明顯差別。
試驗證明:以高爐重礦渣及粉煤灰生產(chǎn)的彩色混凝土瓦基層對其上面的彩色噴涂層的粘結(jié)、顏色的色度等無不利影響。也不影響其裝飾效果。
利用高爐重礦渣及粉煤灰生產(chǎn)的彩色混凝土瓦委托遼寧省建材產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站進(jìn)行鑒定檢驗,檢測結(jié)果見檢驗報告。
從檢驗結(jié)果看,其各項性能指標(biāo)均達(dá)到JC746 - 1999《混凝土瓦》國家建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)等品技術(shù)規(guī)定。
6 結(jié)論
(1) 利用高爐重礦渣及粉煤灰生產(chǎn)彩色混凝土瓦技術(shù)上是可行的,該項技術(shù)能生產(chǎn)出高檔的新型建筑裝飾、防水、坡屋面覆蓋材料,為高爐重礦渣及粉煤灰等的開發(fā)利用開辟了新途徑。
(2) 利用高爐重礦渣及粉煤灰開發(fā)研制彩色混凝土瓦符合國務(wù)院關(guān)于“三廢”治理,利用工業(yè)廢渣發(fā)展新型建筑材料方向。同時,生產(chǎn)企業(yè)降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量,又可以獲得免稅的優(yōu)惠待遇。
(3) 利用高爐重礦渣及粉煤灰生產(chǎn)彩色混凝土瓦,工業(yè)廢渣利用率高,經(jīng)濟(jì)效益顯著,社會效益突出。
(4) 通過對利用高爐重礦渣及粉煤灰生產(chǎn)彩色混凝土瓦工業(yè)性試驗產(chǎn)品進(jìn)行檢驗結(jié)果表明,該產(chǎn)品各項性能均達(dá)到JC746 - 1999《混凝土瓦》國家建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)等品技術(shù)規(guī)定。
(5) 利用高爐重礦渣及粉煤灰生產(chǎn)彩色混凝土瓦對其顏色的噴涂,涂層與基層的粘結(jié)、顏色的色度和裝飾效果無不利的影響。
(6) 當(dāng)粉煤灰用量大于20 %時,混凝土物料易結(jié)團(tuán),如果選用強(qiáng)制式攪拌機(jī),物料在進(jìn)入擠壓機(jī)前,應(yīng)進(jìn)行二次攪拌,將物料進(jìn)一步攪拌均勻,以提高混凝土的均勻性。如選用行星式強(qiáng)制攪拌機(jī)或行星式輪輾設(shè)備,尤其是輪輾不僅能使物料攪拌均勻,還能進(jìn)一步提高高爐重礦渣及粉煤灰活性、進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。
(7) 本課題的科研成果,可直接用于指導(dǎo)工業(yè)化生產(chǎn)。
