劣質(zhì)粉煤灰生產(chǎn)加氣混凝土新工藝的研究

摘要: 研究了以唐山市西窯熱電廠劣質(zhì)粉煤灰為原料生產(chǎn)加氣混凝土的新工藝。通過反復(fù)調(diào)試粉煤灰細(xì)度、石灰質(zhì)量、蒸養(yǎng)溫度, 生產(chǎn)出合格的加氣混凝土制品。

關(guān)鍵詞: 劣質(zhì)粉煤灰; 加氣混凝土; 生產(chǎn)工藝

中圖分類號: TU 528. 2　文獻標(biāo)識碼:A 　文章編號: 1672 349X (2004) 02 0084 02

　　我國是世界上粉煤灰排放量最大的國家, 目前, 因粉煤灰的活性低, 利用率僅為40% 左右[1 ]。尤其是一些坑口電站和熱電廠, 產(chǎn)生的大多是難以利用的劣質(zhì)粉煤粉, 已成為重要的廢渣污染源。劣質(zhì)粉煤灰由于開發(fā)利用的研究尚無大的突破[2, 3 ] , 利用率較低, 且由于缺乏實際生產(chǎn)經(jīng)驗, 研制劣質(zhì)粉煤灰加氣混凝土的難度較大。

1　劣質(zhì)粉煤灰的“劣質(zhì)”分析

　　唐山市時代建材有限公司是以生產(chǎn)粉煤灰加氣混凝土為主要產(chǎn)品的建筑墻體材料廠家。自20 世紀(jì)70 年代建廠以來, 一直以唐山發(fā)電總廠粉煤灰灰坑的濕排粉煤灰為原料。發(fā)電廠的粉煤灰排出量大, 質(zhì)量穩(wěn)定, 是生產(chǎn)加氣混凝土理想的原料。2000 年唐山市人民政府為了進一步改善城市環(huán)境, 在電廠粉煤灰灰坑新建污水處理廠, 占用了堆放粉煤灰的場地, 又考慮到產(chǎn)品成本因素, 決定開發(fā)西窯熱電廠的劣質(zhì)粉煤灰。

　　粉煤灰是生產(chǎn)加氣混凝土的主要原料, 也是影響其產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。西窯熱電廠劣質(zhì)粉煤灰與唐山發(fā)電總廠粉煤灰的化驗結(jié)果, 如表1 所示。從該表可以看出:

　　(1) 劣質(zhì)粉煤灰細(xì)度(0. 045 mm 方孔篩篩余) 比原來生產(chǎn)中使用的粉煤灰粗得多。由于粉煤灰平均顆粒大, 活性低,在生產(chǎn)過程中易下沉, 澆注穩(wěn)定性與保水性差, 有可能塌模,制品強度低。

　　(2) 二氧化硅含量也是評價粉煤灰活性大小的重要指標(biāo)。劣質(zhì)粉煤灰二氧化硅的含量低, 說明其中含有的玻璃體少, 活性差。

　　(3) 劣質(zhì)粉煤灰的燒失量比原來使用的原料大得多。未燃盡炭是多孔的惰性物質(zhì), 不參與水化反應(yīng)。

　　(4) 在加氣混凝土生產(chǎn)過程中, 水料比是重要的工藝條件。劣質(zhì)粉煤灰的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量高于原來使用的粉煤灰。水化反應(yīng)中, 水化產(chǎn)物需要的化學(xué)結(jié)合水是一定的。用水量越大, 加氣混凝土硬化后的空隙越多, 影響制品的強度、抗凍性和吸水率等。

　　因此, 利用劣質(zhì)粉煤灰取代唐山發(fā)電總廠的粉煤灰生產(chǎn)加氣混凝土, 必須改進生產(chǎn)工藝, 降低乃至消除粉煤灰“劣質(zhì)”因素的影響。

2　提高制品質(zhì)量的理論基礎(chǔ)

　　加氣混凝土是以無機鈣質(zhì)材料、硅質(zhì)材料、水為原料, 加入鋁粉膏或鋁粉發(fā)泡, 在高壓釜中經(jīng)蒸壓養(yǎng)護制成的一種輕質(zhì)建筑墻體材料。

　　粉煤灰是硅質(zhì)材料, 其細(xì)度是影響加氣混凝土質(zhì)量的重要因素。隨著細(xì)度的增加, 微細(xì)顆粒及其表面積劇增, 有效地擴大水熱反應(yīng)相界面。[4 ]從而提高粉煤灰活性, 在生產(chǎn)過程中較快地參與水泥水化過程并顯示火山灰效應(yīng), 提高加氣混凝土的質(zhì)量。而且當(dāng)粉煤灰的平均粒度在5～ 15 Lm 時, 混合料中的形態(tài)效應(yīng)增強, 根據(jù)Ho rsfield 填充理論[5 ] , 形態(tài)(填充) 效應(yīng)增加, 促使制品壁間結(jié)構(gòu)更加致密, 尤其是空隙率明顯降低, 制品的力學(xué)強度大幅度增加。

　　石灰是鈣質(zhì)材料, 它的品位高低直接影響加氣混凝土的質(zhì)量。在加氣混凝土制品的生產(chǎn)過程中, 石灰的主要作用是提供有效氧化鈣, 在水熱條件下與氧化硅、氧化鋁反應(yīng), 形成制品強度, 保持制品堿度, 產(chǎn)生鋁粉的發(fā)氣條件, 促進發(fā)氣反應(yīng)。而且, 石灰水化反應(yīng)過程中, 放出大量熱量, 提高漿料溫度, 加速漿料稠化過程, 有助于制品在靜停與硬化階段的自然養(yǎng)護。石灰的質(zhì)量對上述過程產(chǎn)生重要影響。

　　研究表明, 蒸養(yǎng)制度特別是蒸養(yǎng)溫度明顯影響制品生產(chǎn)過程中的水化產(chǎn)物種類和結(jié)構(gòu)形態(tài)。[6 ]低溫蒸養(yǎng)水化產(chǎn)物以水泥水化產(chǎn)物C S H 凝膠、鈣礬石和氫氧化鈣為主, 粉煤灰顆粒間主要靠水泥水化產(chǎn)物搭接在一起, 參與搭接的水化產(chǎn)物較少, 空隙多, 結(jié)構(gòu)力弱, 力學(xué)強度低。而高溫蒸養(yǎng)則以結(jié)晶較好的托貝莫來石和低鈣水化硅酸鈣為主, 粉煤灰顆粒水化形成的大量托貝莫來石和低鈣水化硅酸鈣相互穿插搭接, 孔隙少, 力學(xué)強度高。

　　基于上述理論和多年生產(chǎn)加氣混凝土的經(jīng)驗教訓(xùn), 利用工廠的現(xiàn)有設(shè)備進行實驗, 研究生產(chǎn)合格制品的新工藝。

3　新工藝及其比較

　　新工藝是對原有工藝的改進與完善, 研究的核心問題是消除劣質(zhì)粉煤灰的“劣質(zhì)”影響, 工藝的主要創(chuàng)新點與理論基礎(chǔ)相吻合。

　　(1) 提高粉煤灰的細(xì)度。強化粉煤灰的粉碎過程, 提高粉煤灰的細(xì)度, 用機械加工的方法改性激活劣質(zhì)粉煤灰, 增加其活性和懸浮性, 促進水化反應(yīng), 提高制品強度。多次實驗表明, 粉煤灰的細(xì)度在17% 以下, 效果良好。

　　(2) 嚴(yán)格控制石灰質(zhì)量。石灰是有效氧化鈣的主要來源、水化反應(yīng)的重要組分和影響制品質(zhì)量的基本因素。因此,應(yīng)十分重視石灰品質(zhì)的研究, 不僅掌握適合加氣混凝土生產(chǎn)的中速石灰的加入數(shù)量與工藝, 而且對不滿足工藝要求的高溫快灰、低溫快灰和低溫慢灰也進行過工藝嘗試。為了降低劣質(zhì)粉煤灰的“劣質(zhì)”對生產(chǎn)工藝的影響, 經(jīng)反復(fù)實驗, 決定強化分析化驗, 嚴(yán)格控制進廠石灰的質(zhì)量。有效氧化鈣含量控制在60% 以上, 氧化鎂含量控制在8% 以下。而且改進消解工藝, 消解速度控制在10 m in 左右。

　　(3) 改進蒸養(yǎng)制度。為了提高粉煤灰的保水性, 切割工序后, 快速入釜, 釜外靜停時間從原來的3～ 4 h, 縮短到1. 5～ 2. 5 h。在提高升溫速度、延長恒溫時間的同時, 縮短蒸養(yǎng)循環(huán)時間, 由原來的17 h 縮短到15 h。

　　(4) 采取措施, 提高澆注穩(wěn)定性, 減少塌模, 半成品合格率由98% 提高到99. 7%; 增加坯體的硬化質(zhì)量, 提高切割合格率和制品外觀質(zhì)量。

　　新老工藝主要參數(shù)的比較如表2 所示。顯然, 新工藝在采取上述各種措施后, 體積密度有所降低, 但評價加氣混凝土質(zhì)量最重要的指標(biāo)——強度——有了較大幅度地提高。即采用新工藝后, 用劣質(zhì)粉煤灰能夠生產(chǎn)合格的加氣混凝土制品?？梢匀〉妹黠@的經(jīng)濟效益與環(huán)保效益。

參考文獻:

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　　[3]　李述民, 吳景波, 周傳方. 嚴(yán)寒地區(qū)使用優(yōu)、劣質(zhì)粉煤灰混凝土性能影響效果分析[J]. 建筑技術(shù)開發(fā), 1997, 24(2) : 34.

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　　[6]　牟善彬, 孫振亞. 粉煤灰加氣砼的水化產(chǎn)物及其結(jié)構(gòu)的研究[J ]. 粉煤灰綜合利用, 2002, (1) : 16 18.