蒸壓加氣混凝土砌塊生產中粉煤灰性能的研究

1粉煤灰的原料生產蒸壓汽混凝土砌塊有三個基本條件。首先，建筑工地應有一定的投資。每年建設5萬3ml陜北蒸壓混凝土砌塊生產能力，最低投資約1000萬元。其次，我們需要一些科技能力和工程師。第三，需要滿足jc和t409-2001國家標準的碳粉。由于燃煤質量、鍋爐燃燒及吸塵系統等因素的影響,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武漢葛店化工廠粉煤灰的化學成分和性質2.1粉煤灰蒸壓焦化混凝土粉煤灰的制備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葛化電廠粉煤灰cao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(C-S-H系統)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吸熱谷和熱譜分析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(C-S-H)與水化鋁酸鈣(C-A-H)等系統礦物。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碳灰粉的性質(1)產品粉煤灰的質量評定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)粉煤灰的散濕干容重,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,如果密度發生變化,表明其質量也發生了變化。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)從粉煤灰的顆粒形成工藝流程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)粉煤灰的需水量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,其質量達不到工業上應用標準。3其他原料是用粉煤灰法壓動物混凝土砌塊的蒸汽壓結構3.1jio包裝(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材料的驅動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%。該鋁膏發氣效果好,性能穩定,發氣快,整個發氣時間約4~8min。3.3但是，穩定劑采用可溶性酸,由油酸、三乙醇胺及水,按比例混合而成。4實驗室正在研究蒸壓粉屋頂混凝土產品的工藝4.1生產過程中，向蒸汽中加水混凝土產品的生產主要工序按圖5流程圖表示。4.2測試體的設計及材料配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。5葛化大壩高鈣、低硅、低質量粉煤灰蒸汽加熱混凝土產品實驗室的結果5.1石英砂對料漿sio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降低摻加量和制品密度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濕排灰和煙氣混凝土制品(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C-S-H、C-A-H系統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其他方面的經濟效益(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