矿渣粉生产线（精选7篇）
矿渣粉生产线 篇1
0 引言
近年来, 矿粉生产企业迅速发展, 矿粉市场已经呈现激烈竞争的态势。降低成本、提高企业的经济效益、保持竞争优势是每个企业的重要课题。保持设备的良好状态, 减少设备的事故停机, 减少设备的维修费用是企业提高经济效益的重要手段。生产中, 通过对设备运行信号的监测, 掌握设备的运行状态, 根据设备的状态及时采取相应设备维护措施, 实现设备的动态管理, 保持设备的良好状态。本文结合工作实践, 就设备状态监测中的中控实时监测与现场点检两个方面作简单的介绍。
1 中控实时监测
1.1 中控实时监测的内容
矿粉生产线, 根据不同设备分别有振动、温度、压力、转速、电流、流量等监测点, 这些监测点有的提供矿粉生产工艺控制方面的参数, 有的提供设备运行状态方面的参数, 因此中控实时监测又分为工艺控制监测与设备运行监测两个方面。工艺控制方面的监测点, 基本满足目前矿粉生产控制方式的需要;设备运行状态的监测点, 主要集中在主机设备的重要零部件上。中控人员根据设备检测参数的变化, 及时掌握设备运行情况。
1.2 中控实时监测需要注意的问题
(1) 监测仪表是有局限的。如, 主排风机轴承都安装了温度的监测仪表, 在日常的巡检中, 当温度无大的变化时, 一般不会引起对轴承运行状态的关注。对于新安装设备, 如果轴承安装质量较差以及轴承润滑、冷却不良等问题可以通过对设备温升监测而发现。但是, 温度监测对于滚动轴承在运行中所出现的疲劳剥落、裂纹或压痕等局部性损伤, 特别是在损伤初期阶段几乎不能发现问题。当轴承在长期正常运转后出现温度升高的现象时, 一般所反应的问题已经相当严重, 而且会迅速发展造成轴承损坏故障。因此, 轴承类零件虽然有了监控措施, 对其仍然要加强日常的点检和定期检查。
(2) 监测仪器、仪表的日常维护。矿粉生产线, 一般监测仪表所处的环境都比较差, 在生产中容易产生测量数据的误差。如果偏差过大, 在生产控制方面会给操作带来误导, 系统参数无法实现精确控制, 影响系统的效能;此外检测元件的误差也不能真实反应设备的运行状态, 就会造成设备事故。 (1) 对于温度类仪表。注意检查感温元件上是否结垢或灰尘过多引起测温结果偏低;定期检查变送器信号比例是否失调, 引起温度变化不规律;检查热电偶外套管是否结皮, 引起温度反应迟钝。 (2) 对于压力类仪表。检查取样管是否被堵塞或部分堵塞引起压力值偏低;检查取样管或被检系统漏风引起的压力值是否失真;检查变送器比例是否失调引起压力变化不规律。 (3) 对于流量类仪表。检查测量元件上是否被异物粘结, 引起流量值偏大; (4) 对于电子皮带秤。由于电子皮带秤的称重传感器存在疲劳极限及疲劳周期, 客观上使用一段时间后存在较大误差, 必须进行周期的校验。
2 现场点检
由于设备故障的多样性, 单靠中控的实时监测难以反映所有设备的运行状态。由专业工程师和巡检工依靠一定的监测仪器对设备进行现场点检是目前企业主要的方法。设备状态现场点检的方法主要有以下几种。
2.1 噪音监测
即通过人的听觉功能或借助电子听诊器对设备运转时出现的异常噪声进行监测, 判断设备内部出现的松动、碰击、不平衡等隐患。
2.2 设备振动监测
一般企业现场对设备振动的点检, 主要使用简单的手持式测振仪进行简易的监测。手持式测振仪可以对设备的振动位移、振动速度、振动加速度进行检测, 有的性能较好的还能对振动频谱进行记录。用手持式测振仪, 监测设备振动时应注意对照标准的选择才能准确地判断设备的状态。通常10Hz以下的低频区, 应以位移作为振动标准;10 Hz~1 k Hz的中频区应以速度作为振动标准;1 k Hz以上的高频区应以加速度作为振动标准。具体可对照ISO237和ISO3495以及我国相关标准进行。
2.3 磨粒观察
磨粒观察适应于循环润滑的轴承和减速机, 其监测方法是在回油管道上安装磁塞或磁性过滤器, 通过对金属磨粒的多少、大小及特点判断相关零件的磨损情况。
2.4 齿轮磨损情况观察
齿轮磨损的状态较多, 主要表现为三种形式:
(1) 疲劳点蚀。齿轮受交变应力反复作用发生疲劳, 造成表面金属小片逐步剥落, 初期在靠节线处齿面的部位出现麻点状小坑, 后期可扩大到全齿面。
(2) 齿面粘着。高速或重载齿轮传动中, 当啮合处发生咬焊后, 齿面相对滑动形成咬焊撕裂的沟槽为齿面粘着。齿面粘着一般发生在靠齿顶部位。
(3) 齿轮折断。在齿轮传动中, 齿根是承受弯曲应力的, 在反复的弯曲应力作用下, 齿根部产生疲劳裂纹, 当发生过载或受到大的冲击载荷时就会产生断齿故障。
2.5 通过产品质量对设备状态进行监测
产品质量是设备工作状态的综合结果。如立磨, 当正常运行一段时间后, 在相同的工况下, 发现产品的细度合格率下降、产量降低, 说明磨盘、磨辊的磨损较大, 应进行补焊。又如排风机, 经过长期运转后发现系统风压、风量下降, 其原因可能是风叶磨损造成的, 这时就需要停机进行补焊或者更换叶轮。
2.6 系统漏风
矿粉生产线是一个负压操作的系统, 漏风会给系统带来很大的危害, 系统漏风是企业生产中存在的“慢性病”, 会造成企业长期的能源消耗增加, 降低经济效益。
(1) 静止件之间的密封。比如排风机前的阀门连接处, 磨机、收尘器、外循环风管等的法兰连接处以及磨机壳体之间均为静止部件的连接, 可以利用在石棉密封之间增加较厚的油漆涂抹层, 由于厚油漆在初期未凝固时具有柔性, 固化后又具有较强的粘附力, 因此厚油漆既能够将壳体法兰之间的所有间隙完全填充满, 又能在磨机振动时不易脱落, 有效解决磨机系统密封问题。
(2) 成品除尘器的漏风防止。检查孔和门的密封, 检查门最好用双层门, 门周边的密封要采用耐热硅橡胶。输送设备的密封, 也要加强维护, 减少和杜绝漏风现象。壳体所有连接处都要连续满焊, 不准有漏缝、开孔现象 (门孔处及清灰下料处最容易漏风) 。顶部漏气主要是盖板门框刚性较差, 在制作和安装时就已经有很大变形, 很难与检查孔形状吻合, 造成密封不严。可把盖板与检查孔改为迷宫密封条的结构, 能取得比较满意的效果。
(3) 进料双翻板阀和外循环双翻板阀的漏气。主要是加强设备制造过程中的监造工作, 杜绝制造过程中由于加工角度误差引起的漏气。
3 结语
通过设备的状态管理, 一般能在第一时间发现问题并及时得到解决。企业可以根据自身特点, 制定出行之有效、切合实际的设备管理制度与措施, 把每一项工作落实到实处, 实现企业利润最大化, 充分体现设备管理在企业生产中的重要作用。
参考文献
[1]盛兆顺, 伊琦玲.设备状态监测与故障诊断技术及应用[M].化学工业出版社, 2003.
矿渣粉生产线 篇2
目前, 国内较大规模的矿渣粉生产线大多采用立磨工艺, 规模基本上在30~60万吨之间。近年来, 由于国产立磨在生料粉磨和煤粉制备领域内的突破以及材料科学、液压技术和自动控制方面的不断发展, 逐步克服了立磨存在的振动、磨辊和磨盘磨损、除铁难等不利因素, 国产立磨在水泥粉磨、矿渣粉磨等领域中得到快速推广应用。国内已建成多条采用国产立磨的大规模矿渣粉生产线。我院近几年承担了多条矿渣粉生产线的工程设计、主机立磨供货、设备成套、设备安装以及生产线建设工程总承包等工作。本文以无锡市天裕建材有限公司年产40万吨矿渣粉生产线为例, 谈谈工程建设及调试管理的一些内容和体会。
1 工程介绍
我公司于2014年8月承接了无锡市天裕建材有限公司年产40万吨矿渣粉生产线工程设计、设备成套和生产线安装的合同, 除土建工程以外的其他工程建设施工均由我公司承担, 合作方式为包设计、包工、包料 (包括设备、材料等) 、包安全、包工期、包工程质量。总原则是必须保障矿渣粉生产线系统正常达标稳定运行。工程范围和内容如下:
1) 工艺设计界限:从矿渣受料斗开始至成品入库提升机, 含入库提升机和热风炉。工艺流程见图1。
2) 系统主机设备
系统主机设备配置见表1。
注:因本系统考虑粉磨水泥时产量高于粉磨矿渣, 所以风机和除尘器选型偏大。
3) 工程建设主要目标
进度目标:本总承包合同工程建设周期为5个月, 最长不超过5个半月, 设备生产周期为3个月, 甲方土建工程在收到土建施工图后2个月内全部完成, 安装和调试工期为2个月, 最长不超过2个半月。
质量目标:必须向业主提供合理的设计、优良的设备及优质的施工, 必须全部达到国家和行业的相关质量标准;生产线调试合格后必须达到合同约定的台时产量和产品质量指标, 即在业主保证以下原料条件的情况下, 达到产量≥55t/h (干基) 、产品比表面积≥420m2/kg、产品水分≤1%的性能指标: (1) 被粉磨物料种类为高炉水渣; (2) 最大入磨物料粒度≤20mm; (3) 平均入磨物料粒度≤10mm; (4) 最大入磨物料水分≤13%; (5) 物料易磨性指数 (Bond) ≤27k Wh/t。
2 工程进度管理措施
为实现合同确定的工程进度目标, 我单位积极做好各阶段的项目管理工作。
2.1 做好施工准备阶段的各项项目管理工作
1) 组建项目管理组织机构和配备项目部人员, 选派经验丰富、责任心强、组织协调能力强的项目经理, 明确落实项目部人员的分工和各自工作职责。
2) 按照合同工期的约定, 组织编制工程总进度计划, 并做好合理分解落实。
3) 按计划控制好工程设计、设备和材料采购的进度、设备的交货进度等。
4) 选择合格的设备安装施工单位, 严格审查各分包单位的资质、质量保证体系和安全技术措施。
5) 组织设计人员向施工单位有关人员的技术沟通。
6) 组织审核施工单位报审的施工组织设计, 重点对施工方案、劳动力、材料、机械设备的组织及保证工程质量、安全、工期和造价等方面的措施进行审核, 并向业主提出合理意见。
2.2 做好施工阶段的进度管理工作
1) 要求各施工单位严格执行既定的施工进度计划。
2) 项目部动态跟踪检查施工进度计划的实施情况, 密切注意施工进度计划的关键控制点, 做好安装进度纪录, 定期向业主书面报告工程施工实际进展情况。我单位每月25日前向业主提交当月的施工进度统计报表和下月的工程进度计划表。
3) 比较分析工程施工实际进度与计划进度, 发现实际进度滞后于计划进度时, 及时要求施工单位采取调整措施加快施工进度。
4) 严格执行工程会议制度, 除组织每周不少于一次的定期现场工程例会外, 还根据工程进展需要及时组织不定期的现场专题会议和其他协调会, 及时协调解决施工中出现的问题。
3 设备安装质量控制依据、要点和措施
3.1 设备安装质量控制依据
1) 工程建设承发包合同、招标投标文件及有关协议、文件。
2) 工程建设设计文件。
3) 经过审核批准的施工组织设计和有关文件。
4) 国家和行业现行有关验收标准、规范及承包企业的施工工艺标准。国家和企业现行有关设备安装验收标准和规范见表2。
3.2 设备安装质量控制要点
设备安装质量控制要点具体见表3。
注:按照标准和图纸要求控制。
3.3 设备安装质量控制措施
1) 严格审查施工安装单位的企业资质和人员资格。
2) 严格控制交货设备的质量。首先, 必须按设计图纸组织设备采购和订货。在设备制造过程中, 严格按照质量控制计划进行过程质量控制, 严把设备出厂前验收关。设备到场后项目部配合业主进行开箱检查和验收。
3) 根据各类设备安装的特点和质量控制点, 及时检查和审核安装单位的质量分析资料和质量控制图表。在施工过程中, 项目工程师采取旁站、测量等手段监测安装质量。
4) 参与单机试车、联动试车, 督促安装单位做好各种参数的记录。配合业主对安装工程进行正式验收, 对试车时发生的质量问题责成安装单位、制造厂家及时解决。
4 调试注意事项和解决措施
该矿渣粉生产线工程的设备安装于2014年10月28日开始, 12月26日所有设备安装完毕, 28日开始单机和联动试车。2015年1月5日调试达标。在调试过程中需要注意的事项和解决措施列举如下:
1) 立磨要有稳定的料床, 因矿渣较细, 难以形成料床, 特别是在矿渣水分含量较低时, 应适度喷水, 以便形成料层。
2) 物料平衡非常重要, 这一点矿渣立磨比生料立磨显得更为明显。产量与风量之间的关系应合适。生产时须控制回料, 回料太多磨机电流波动大, 容易引起磨机振动。如没有回料, 成品比表面积很难合格, 需要控制少许回料为宜。
3) 分离器转速不宜太高, 应该在900r/min左右, 转速过高, 磨内循环负荷大, 回的细粉也多, 易振磨。从实际情况看, 转速高能提高细度, 对比表面积影响不大。
4) 投料前中控必须与热风炉操作人员保持密切联系, 炉内温度、负压应控制好, 否则较难顺利生产, 刚起火时风拉大了易灭火, 风小了温度难以升高。一般炉内温度约650℃时开始投料。
5) 矿渣磨堵料是一个难题, 特别是在雨天矿渣较湿时经常堵料, 这主要是矿渣粉遇到水易结块, 安装时在下料溜槽处开一带翻板的长方孔, 下雨时每隔8h左右用钢钎疏通一次。
6) 矿渣磨连续生产时特别是在高产量连速运转情况下, 磨辊轴承温度高 (105℃左右) , 原因主要是入磨温度比生料磨高, 加之磨机电流高所引起。由于轴承温度高, 回油温度也高, 导致恶性循环。可加大油箱容积, 提高冷却速度。
7) 循环风门不宜开得过大。否则风环处风速降低, 磨机出口温度也随之降低。矿渣磨出口温度应在90℃左右, 出口温度高, 空气密度较小, 磨机、风机电流会下降。
5 结束语
矿渣粉生产线 篇3
广西鱼峰水泥股份有限公司生产的通用硅酸盐水泥(P.O52.5)的强度定位为60±2 MPa,属于该公司生产的最高等级水泥产品,但是其生产过程中只能掺加石灰石这一单一混合材,且掺量只有5.5%,同时生产该品种水泥的水泥磨台时产量相当低,平均为65 t/h。公司自2010年年底开始利用立磨生产粒化高炉矿渣粉,其活性达到75级,因此公司考虑将粒化高炉矿渣粉掺加到P.O52.5水泥中,以提高混合材掺量和台时产量,达到提高公司效益的目的。
2实验室试验
2.1实验室试验方案
将不同配比的已掺加石灰石生产的P.O52.5水泥与粒化高炉矿渣粉直接称量后,在样盘内混合,再放入搅拌机内搅拌成型,测定混合后水泥样品的3d、28 d强度。
2.2试验数据(见表1)
2.3数据分析(如图1所示)
从表1、图1中可以看出:①粒化高炉矿渣粉掺量为2%、5%、6%、8%、10%时,出现3d、28 d强度偏低于不掺加粒化高炉矿渣粉的P.O52.5水泥强度。②粒化高炉矿渣粉掺量为3%、4%时,3d强度基本与不掺加粒化高炉矿渣粉的P.O52.5水泥的强度持平;③粒化高炉矿渣粉掺量为4%、5%、6%、8%、10%时,出现3d强度偏低于不掺加粒化高炉矿渣粉的P.O52.5水泥的强度,且强度呈逐渐下降趋势。④粒化高炉矿渣粉掺量为2%、3%、4%、5%、6%、8%、10%时,28 d强度均比不掺加粒化高炉矿渣粉的P.O52.5水泥的强度低,且在5%掺量时出现拐点。⑤掺加粒化高炉矿渣粉后,水泥产品的3d、28 d强度均下降。
综合以上分析,可判断掺加0～10%的粒化高炉矿渣粉生产P.O52.5水泥,28 d强度仍能达到公司的定位要求。
2水泥磨试验
2.1试验方案
水泥磨在P.O52.5水泥原生产方案(掺加5.5%石灰石)的基础上进行生产,生产稳定后对掺加不同掺量粒化高炉矿渣粉生产的P.O52.5进行试验,每次试验在改变粒化高炉矿渣粉掺量后有30 min的过渡期,在过渡期期间调整粒化高炉矿渣粉下料量直至稳定后,开始取样,每30 min取样一次,取样4次后组合留样按正常检验时间进行相关检验。
2.2试验数据(见表2)
2.3数据分析
掺加不同粒化高炉矿渣粉掺量生产的水泥的1 d、3d、28d抗压强度如图2所示。
从图2可知:①粒化高炉矿渣粉掺量为0%、3%、5%、7%、9%、11%时,水泥产品的1d、3d强度呈逐渐下降趋势,尤其在掺量为11%时,水泥强度下降约3.8 MPa;但是,在掺量为9%时出现了一个拐点,强度突然上升,有可能是熟料和比表面积太大等因素造成。②粒化高炉矿渣粉掺量为3%(但已接近4%)和5%时,水泥的1 d、3d强度均比较持平,掺量为3%和5%的水泥1 d、3 d强度基本维持一致;③粒化高炉矿渣粉掺量为0%、3%、5%、7%、9%、11%时,水泥的28 d强度呈逐渐上涨趋势,且均比不掺加粒化高炉矿渣粉生产的水泥强度高。④粒化高炉矿渣粉掺量为0%、3%、5%、7%、9%、11%时,台时产量均有不同程度的上涨。因此,生产P.O52.5水泥时,可掺加掺量为11%的粒化高炉矿渣粉。
3试生产阶段
通过实验室试验和水泥磨试验分析数据后,在2010年和2011年分别进行试生产阶段,相关数据见表3、表4。
从表3和表4中的数据可以看出,掺加粒化高炉矿渣粉后,该公司生产的P.O52.5水泥的强度有上升趋势。
4结论
(1)掺加粒化高炉矿渣粉生产P.O52.5,可达到公司强度定位为60±2 MPa的要求。
(2)掺加粒化高炉矿渣粉生产P.O52.5,能够提高水泥磨台时产量和混合材掺量,达到提高公司效益的目的。
参考文献
[1]廖志明.矿渣粉在水中应用研究[A].中国硅酸盐学会.2012年中国水泥技术水平年会论文集[C].2012:265-267.
矿渣粉生产线 篇4
随着商品混凝土的发展, 混凝土行业对活性掺合料的需求日益增加, 优质矿渣粉和粉煤灰出现资源匮乏, 市场上的矿渣粉和粉煤灰良莠不齐, 限制了其在混凝土中的应用。我国是世界钢铁生产第一大国, 钢渣作为钢铁行业的主要废渣之一, 每年的排放量越来越大, 但我国钢渣的综合利用率与西方发达国家相比还有较大差距[1,2], 大量的钢渣堆积既浪费资源又污染环境[3]。很多研究表明, 钢渣中含有与硅酸盐水泥熟料相似的硅酸二钙 (C2S) 和硅酸三钙 (C3S) , 属于过烧劣质熟料, 具有潜在水硬活性[3,4,5,6], 具备用作水泥混合材和混凝土掺合料的条件[2]。但如何对钢渣进行深层次的开发和利用, 钢渣的掺入对混凝土性能有何影响, 还需要进一步的探讨。同时, 由于钢渣的生产工艺不同, 使不同钢渣企业生产的钢渣质量与成分存在差异, 致使对钢渣的开发利用呈现一定的复杂性。本试验采用昆钢工业废渣利用开发公司生产的钢渣粉, 通过钢渣粉取代矿渣粉制备不同等级的混凝土, 研究混凝土的性能, 探寻钢渣粉取代矿渣粉对混凝土性能的影响, 以实现钢渣在混凝土中的资源化应用。
1 试验用原材料
水泥:云南某建材公司生产的P·O 42.5级水泥, 3d抗压强度23.2MPa, 抗折强度5.0MPa, 28d抗压强度47.8MPa, 抗折强度8.4MPa, 比表面积340m2/kg, 密度3.08g/cm3。
钢渣粉:云南昆钢工业废渣利用开发有限公司生产的钢渣粉, 比表面积438m2/kg, 密度3.3g/cm3, 为一级钢渣粉。
其它材料:砂石、矿渣粉和粉煤灰取自昆明某混凝土有限公司, 石子为碎石, 最大粒径26.5mm, 砂子分为机砂和山砂, 细度模数分别为2.9和1.7。矿渣粉比表面积为343m2/kg, 密度2.87g/cm3, 属于S75级矿渣粉。粉煤灰比表面积157m2/kg, 密度1.96g/cm3, 45μm方孔筛筛余64%, 属于Ⅲ级灰。
1.1 原材料的化学组成
原材料的化学组成见表1。
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从原料成分看, 钢渣粉中Si O2含量与水泥接近, 低于矿渣粉和粉煤灰中的含量;Ca O含量与矿渣粉接近, 低于水泥中的含量;Mg O和Fe2O3的含量都较高。国内外对钢渣的研究, 通常用钢渣化学组成计算得到的碱度值 (用M表示) 来评价钢渣的活性, 定义钢渣碱度 。经计算, 本试验所用钢渣碱度为2.3, 中活性, 属于硅酸二钙渣[7]。
1.2 材料的粒度分析
混凝土是由多种颗粒堆聚起来的一种多物相、多孔性的复合材料。根据紧密堆积理论[8], 大颗粒堆积的体系空隙中填充粒径较小的颗粒, 再在大、小颗粒空隙中填充粒径更小的颗粒, 直至颗粒间空隙率达到最小, 这样制成的混凝土密实度才高。
1.2.1 胶凝材料的粒度分析
胶凝材料在混凝土中起着胶结作用, 胶凝材料的颗粒组成和级配对于混凝土的密实度有一定的影响。通过LS-C (Ⅱ) 型激光粒度分析仪对试验所用粉体材料进行粒度分析, 结果见图1和表2。在水泥、矿渣粉和钢渣中, 3~32μm的颗粒占很大比例, 粉煤灰颗粒度相对较大, 大于65μm的颗粒占69.05%, 各种颗粒堆积孔隙由更小的颗粒填充, 可以减少胶体材料水化后的孔隙率, 提高水泥水化后水泥石的密实度。
1.2.2 砂石的颗粒级配
砂石主要构成混凝土的骨架, 石子的表面特征、公称粒径、颗粒级配对混凝土的性能都有影响。通常用颗粒级配反映石子的粗细, 颗粒级配良好的石子, 堆积起来的孔隙小, 拌制的混凝土和易性好, 级配不好的石子, 容易发生离析。砂的粗细对混凝土材料的内部结构及性能具有明显的影响, 通常用细度模数和颗粒级配来反映砂的粗细。砂子太细, 拌制的混凝土粘聚性好, 但流动性差, 砂子太粗, 拌制的混凝土容易泌水甚至离析[9]。按照JGJ 52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》有关规定, 用标准方孔筛对试验所用砂石进行筛分析, 结果见表3和表4。
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从砂的细度模数看和累计筛余百分率看, 机制砂为中砂, 偏向于Ⅰ区砂, 山砂为细砂, 偏向于Ⅲ区砂。但两种砂的级配区属不太规则, 机砂中4.75~1.18mm筛的累计筛余区属Ⅰ区, 600~150μm筛的累计筛余偏小, 而筛下物占18.6%。当前砂石资源日益匮乏, 尤其是天然级配良好的河砂几近枯竭[10]。虽然机制砂中600~150μm之间的颗粒较少, 但筛下物占相当大的比例, 筛下物中主要是石粉, 唐鹏程[11]等研究表明:机制砂中适量的石粉对混凝土是有益的。本试验通过添加山砂来改变砂的颗粒级配, 通过按比例搭配, 混合后砂的颗粒级配接近于Ⅱ区中砂, 600μm筛累计筛余符合Ⅱ区砂区间要求, 300μm筛累计筛余与Ⅱ区砂区间接近。试验通过掺加粉煤灰、矿粉和钢渣粉, 与石粉形成梯度颗粒级配, 起到相互填充的效应, 减小颗粒间的孔隙。
普通混凝土拌合物中, 随着粗骨料粒径增大, 其比表面积将减小, 混凝土的水灰比可相应降低, 对提高混凝土强度和降低混凝土生产成本有利。但大颗粒骨料所含内在缺陷机率过高。小颗粒骨料相对致密, 较小的颗粒可提高骨料与水泥浆的粘结面积, 提高混凝土整体强度[12]。由表4可知, 本试验所用粗骨料最大粒径31.5mm, 根据GB/T 14685-2011《建设用卵石、碎石》中提供的粗骨料级配划分标准, 5~31.5mm碎石的级配组成应包括:4.75~9.5mm、9.5~19mm、19~31.5mm, 试验所用碎石的颗粒级配主要集中于9.5~26.5mm, 颗粒中19mm筛累计筛余达到61.98%, 大于国标中对该粒径颗粒累计筛余的规定 (15~45%) 。碎石表观密度为2.65g/cm3, 堆积密度为1.43g/cm3, 含泥量为0.7%, 符合Ⅲ级碎石标准。
2 试验设计与结果分析
试验配合比设计依据JGJ 55-2000《普通混凝土配合比设计规程》, 并参考昆明某混凝土搅拌站配合比设计, 按C15、C20、C30、C40设计混凝土强度等级, 试验用配合比见表5。在矿粉和粉煤灰复掺的基础上, 用钢渣粉等量取得矿渣粉, 采用GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》检测试样工作性, 采用GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》检测试样的力学性能。
2.1 钢渣掺量对和易性的影响
根据泵送混凝土的要求, 保持坍落度 (200±10) mm, 扩展度控制在 (500±20) mm范围内, 水胶比不变, 通过调整减水剂掺入量来控制混凝土的流动度。由表5可知, 钢渣粉取代矿渣粉比例小于50%时, 水胶比不变情况下, 随着钢渣粉掺入量的增加, 达到相同流动度所需要的减水剂量逐渐减少, 说明钢渣粉的掺入有利于混凝土流动度的提高。这是因为钢渣粉可以改变胶凝材料水化基体的孔隙大小与分布, 对浆体的流动性能起到积极作用[13]。另外, 钢渣粉大部分呈大小不等、光滑的圆球状细颗粒, 填充于水泥颗粒的空隙中, 形成了更为合理的级配, 钢渣粉细颗粒在新拌水泥浆中具有轴承效果, 可增大水泥浆的流动度[14]。当钢渣粉掺量达到50%, 尤其是钢渣粉全部取代矿粉后, 达到相同流动度所需要的减水剂比例在四个配比中都有不同程度的增加, 说明钢渣粉的过多掺入对混凝土的流动性稍有不利。这是因为钢渣粉的比表面积较大, 需要更多的水分来润湿粉体表面。而钢渣粉与矿粉复掺, 颗粒相互搭配排列, 有利于形成紧密堆积结构, 减少润湿所需要的水分, 对提高混凝土流动度有利。
2.2 钢渣掺量对混凝土力学性能的影响
根据GB/T 50081-2002, 试验所用粗骨料最大粒径为31.5mm, 用100mm×100mm试模成型, 插捣、振实、脱模、养护到规定龄期, 用TYE-2-00型压力试验机进行抗压强度和劈裂抗拉强度检验, 试验结果见表6和图3。成型室温度 (20±2) ℃, 湿度 (65±5) %;养护室温度 (20±3) ℃, 湿度90%。
2.2.1 钢渣粉取代矿渣粉对抗压强度的影响
从表6可以看出, 随着钢渣粉取代矿渣粉的比例逐渐增加, 混凝土各龄期的强度没有明显降低, 部分还稍有增加, 如C40混凝土, 在钢渣粉取代矿渣粉40%时, 各龄期抗压强度都表现较高。这主要与钢渣粉中微细颗粒颗粒含量较高有关。从表2颗粒分析知, 钢渣粉中小于32μm的颗粒占89.59%, 而矿渣粉中小于32μm的颗粒占64.25%, 微细颗粒在材料堆积中主要起孔隙填充作用, 可提高混凝土的结构密实度[15,16]。另外, 钢渣粉、矿渣粉在水化过程中能够相互激发, 钢渣粉、矿渣粉和粉煤灰的叠加效应, 对于混凝土强度的发展有一定的积极作用。因而, 随着钢渣粉的掺入, 虽然钢渣粉的活性不高, 但混凝土的强度没有明显降低。
2.2.2 钢渣粉取代矿渣粉对劈裂抗拉强度的影响
从表6数据可以看出, 随着钢渣粉掺入比例的增加, C15混凝土的劈裂抗拉强度先降低, 后逐渐升高, 当钢渣粉50%取代矿渣粉时, 混凝土的劈裂强度达到较高值, 说明钢渣粉与矿渣粉复掺, 可以相互激发, 对提高混凝土劈裂强度有利。C20混凝土的劈裂抗拉强度呈逐渐降低趋势, 但降低幅度不大。C30混凝土的7d劈裂抗拉强度先逐渐升高, 40%取代时达到最高值, 50%掺量时稍有降低, 100%取代量时又有所提高。28d抗拉强度先降低, 100%取代量时又有所提高。C40混凝土的劈裂抗拉强度呈逐渐升高趋势, 100%取代时, 28d劈裂抗拉强度稍有降低。从整体情况看, 钢渣粉大比例取代矿渣粉, 劈裂抗拉强度整体下降不多, 部分配比还有所升高。
2.3 钢渣粉混凝土微观形貌分析
为研究钢渣粉掺入后对混凝土内部结构的影响, 对基准混凝土和掺钢渣粉30%的混凝土微观形貌进行了观察。将混凝土试样标准养护28d后, 用无水乙醇终止水化, 烘干, 用KYKY2800B型扫描电子显微镜观察其微观形貌, 见图2。由图2可以看出, 基准混凝土和掺钢渣粉混凝土结构均较致密, 砂与硬化浆体间结合紧密, 形成连续三维空间网络结构, 砂与硬化浆体间界面粘结相对较好, 结构致密。基准混凝土和掺钢渣粉混凝土微观结构无明显差别。
2.4 钢渣粉对水化产物的影响
为进一步研究钢渣粉掺入对水化产物的影响, 分别以水泥净浆、水泥+粉煤灰+矿粉+钢渣粉净浆 (水泥:265g, 粉煤灰:40g, 矿粉:25g, 钢渣粉25g, 简称钢渣净浆) 成型试件, 标准养护到3d和28d, 用无水乙醇终止水化, 进行SEM分析, 如图3所示。
由图3 (a) 和 (b) 可以看到, 水化3d时水泥颗粒表面明显粗糙, 已有一层细小的早期水化产物相互搭接形成空间网络结构, 但结构尚不紧密。图3 (c) 和 (d) 中有极少量的针状水化产物, 颗粒边界尚较清晰, 完整的粉煤灰颗粒, 不同颗粒之间还搭接较少。图3 (e) 、 (f) 中, 水泥净浆28d时已经出现明显的水化硅酸钙产物, 还有极少量的针状钙矾石存在。图3 (g) 、 (h) 中可以看到, 28d时还有大量的针状钙矾石存在, 水化硅酸钙的比例相对较少, 粉煤灰颗粒表面仍较完整。说明钢渣粉、矿渣粉的水化较慢, 粉煤灰的水化最慢。
3 结论
(1) 比表面积达到400m2/kg以上的钢渣粉可完全替代矿渣粉作为混凝土活性掺合料的使用, 配制的C15、C20、C30、C40四个等级混凝土的工作性能和力学性能都能满足要求。
(2) 钢渣粉与矿渣粉复掺, 有利于提高混凝土的流动性。
(3) 钢渣粉的掺入, 对混凝土的微观结构没有明显改变。
(4) 钢渣粉水化速度较慢, 28d水化产物中有明显的针状钙矾石。
浅谈矿渣粉替代水泥技术的应用 篇5
矿渣粉作为一种低碳绿色的优质材料, 被广泛用于混凝土配合比中, 在商品混凝土企业中越来越得到推广应用。矿渣是炼铁过程中排出的工业废料, 每炼1 t钢铁约有0.3 t的矿渣, 经水淬急冷后的矿渣, 其中玻璃体含量很多, 潜在活性大, 但须经磨细才能使其活性发挥出来。混凝土中掺入矿渣粉能吸收水泥水化产生的Ca (OH) 2, 这就是二次水化, 改善Ca (OH) 2的结晶形态, 提高水泥石的密实程度, 从而提高了混凝土的耐久性和后期强度。为此我公司试验室人员做了许多相关的矿渣粉替代水泥的试验。
1 原材料
1) 砂:采用浙江省衢州衢江区胜达机制厂, 人工砂细度模数2.9的中砂, 含泥量为2.6%, 亚甲蓝值0.75 g/kg。
2) 碎石:采用江西省玉山县下镇镇里村采石矿5~31.5 mm连续粒级的碎石。堆积密度1 590 kg/m3, 含泥粉量为0.5%, 压碎指标为8.2%, 针片状为7.1%。
3) 外加剂:选用浙江老虎山建材有限公司聚羧酸高性能减水剂TOR807—Ⅱ, 掺量1.5~2.2%, 减水率17%~29%。
4) 矿粉:选用衢州市东深建材有限公司, 比表积为402 cm2/g的矿渣粉, 28 d活性指数102%, 流动度比99%, 技术指标符合S95级别。化学成分见表1。
%
5) 水:采用自来水。
6) 粉煤灰:采用浙江巨化Ⅱ级粉煤灰, 45μm方孔筛筛余量23%, 烧失量7.1%, 需水量比100%, 28 d活性指数72%。
2 试验研究
2.1 矿粉掺和料对水泥性能的试验
矿渣粉掺量对水泥性能的试验见表2。
从表2可知, 矿粉掺合料能起到填充、滚珠润滑等作用, 所以掺量越大水泥胶砂流动度就越大;矿渣粉掺合料还能明显延缓水泥凝结时间, 对于大体积混凝土非常有利, 可防止水化热的集中释放, 降低水化热带来的不利影响;水泥试件安定性的膨胀值也在相应下降, 水泥安定性合格;矿渣粉比水泥的需水量小, 对水泥胶砂具有一定的减水效应。
2.2 矿渣粉不同掺量对胶砂强度的试验
矿渣粉不同掺量对胶砂强度的试验见表3。
从表3可知:掺入矿渣粉后, 早期3 d强度明显下降, 并随着矿粉掺量的增加强度反之;但后期 (28、60 d) 水泥胶砂强度比没有掺矿粉的强度更高, 30%掺量增强效果最佳, 但掺量到40%时, 早期、后期强度呈显下降趋势。试验结果表明矿粉掺量30%左右为最佳掺量。
2.3 掺矿渣粉C45混凝土配合比的试验
掺矿渣粉C45混凝土配合比的试验见表4。
2.3.1 对混凝土拌合物性能的影响
混凝土坍落度及坍落度经时损失。坍落度是混凝土和易性的主要指标, 坍落度损失的大小是直接影响混凝土工作性 (运输、泵送和施工性能) , 在相同用水量的情况下, 对基准混凝土与掺矿渣粉混凝土的塌落度损失进行对比试验。见表5。
从表5可知:掺加矿渣粉后, 与水泥试验结果相吻合, 说明掺合料加入后混凝土坍落度增加, 坍落度经时损失减少。
2.3.2对混凝土拌合物其他性能的影响
混凝土的粘聚性、泌水性、凝结时间和含气量等指标是影响混凝土性能的重要指标, 是对混凝土的综合性能的评定。试验结果见表6。
从表6可知: (1) 随掺量增加, 混凝土拌合物坍落度增加, 流变性能改善, 混凝土粘聚性、匀质性有所改善; (2) 含气量降低, 空隙率和密实程度增加; (3) 压力泌水减少, 相对泌水率呈下降趋势, 有利于泵送施工; (4) 混凝土的初、终凝时间随掺量增加而延长, 应注意早期强度发展情况。
2.3.3 对混凝土抗压强度的影响
不同掺量矿粉混凝土立方抗压强度结果见表7。
从表7可知:掺加矿粉后, 混凝土的早期强度 (3 d和7 d) 有所降低, 矿粉掺量提高混凝土强度下降越明显, 混凝土后期强度 (28 d) 随着矿粉掺量提高混凝土强度增加, 都超过纯水泥混凝土的强度。
2.3.4 对抗渗性能的影响
抗渗性能实验采用掺矿渣粉混凝土与掺纯水泥混凝土进行抗渗对比试验。试验结果见表8。
使用矿渣粉替代部分水泥后, 混凝土的抗渗性能比纯水泥抗渗性能好, 说明S95矿粉的掺加增加了混凝土的密实程度, 改善了混凝土中的孔结构, 使混凝土的抗渗性能有所提高。
3 应用效果
通过以上的试验, 矿渣粉开始用于混凝土建筑工程, 混凝土标号从C20~C50等级中, 掺量为20~30%。掺矿粉的工程有:衢州市颐高数码、衢江区东方广场、衢州市碧桂园等工程, 经检测, 混凝土性能、结构强度等各方面都符合建筑设计要求。
4 总结
1) 矿渣粉能改善混凝土的和易性。掺加矿粉掺合料后, 混凝土拌合物的流动性明显改善, 坍落度损失减少, 混凝土黏性降低, 更易于混凝土的泵送和施工现场结构的浇筑。混凝土匀质性好, 施工现场结构表面光滑, 混凝土成型质量好。
2) 矿渣粉对混凝土有增强作用。矿渣粉等量取代部分水泥后, 其强度比仅使用水泥的混凝土强度增长更大;当矿渣粉掺量超过30%时, 随着矿渣粉掺量的增加, 混凝土早期及后期强度都有所降低, 所以矿渣粉掺量以20%~30%等量取代水泥较适宜。在浇筑混凝土时, 应加强湿润养护, 冬期施工应尽量采取保温措施。
3) 降低了混凝土单方成本。由于可等量取代部分水泥用量, 矿粉与水泥每吨之间的差价有50~100元, 而矿渣粉本身的需水量比水泥小, 有一定的减水效果, 使外加剂的掺量也可降低, 通过计算, 不同强度等级的混凝土可降低材料成本5~10元/m3。对混凝土公司起到节能增效的作用。
4) 矿粉是大体积高强混凝土首选优质的掺和料。大体积混凝土的施工, 对混凝土凝结时间、温升速度的控制等要求非常严格, 它能适当延缓混凝土凝结时间, 降低水泥用量的同时, 能有效降低混凝土内部因水化热引起的温升的优点, 减少温度应力造成的混凝土裂缝, 确保大体积混凝土工程的质量。
论超细矿渣粉对混凝土的影响 篇6
从1969年起, 英国、德国的几个发达国家就开始了超细矿渣粉在混凝土中作为矿物掺合料的应用。自上世纪90年代起, 我国开始了超细矿渣粉的应用研究工作。2000年, 国家标准《用于水泥和混凝土的粒化高炉矿渣粉》GB/T18046-2000正式颁布。2002年, 国家标准《高强、高性能混凝土用矿物外加剂》颁布实施。在该标准中, 正式将超细矿渣粉命名为矿物掺合料。从此, 超细矿渣粉作为一个独立的新产品被广泛地接受。
1 超细矿渣粉在混凝土中的作用
随着城市化的发展, 建筑物的高层化和超高层化、大跨度桥梁等各种新型构筑物将不断出现, 使用高性能混凝土是现代建筑发展的必然趋势。采用活性矿物细掺合料与高效减水剂复合效应来配制高性能混凝土已成为当前混凝土技术的又一重要技术措施。高性能混凝土以高强度、高工作性、高体积稳定性和高耐久性等技术指标为设计目标。配制高性能混凝土除满足强度、施工性能和耐久性能以外, 还应考虑其经济性。对超细矿渣粉末的高性能混凝土进行试验, 确定了主要水平因子和最佳配合比;通过对高性能混凝土的耐久性试验及高性能混凝土的体积稳定性试验, 确定检测高性能混凝土耐久性指标的最佳方法及高性能混凝土的热胀冷缩率和体积稳定性;通过对高性能混凝土的成本分析, 确定掺超细矿渣粉的高性能混凝土其经济效益和社会效益非常显著。总之在大量的实验基础上, 对不同掺量的超细矿渣粉高性能混凝土的强度、体积稳定性、抗冻性等耐久性进行了全面的分析。除了原材料的质量外, 混凝土结构物中最为薄弱的环节 (或部位) 主要有两个:一是骨料与水泥的过渡区。二是水泥水化产物 (或二次水化产物) 之间的空隙。那么, 凡是能够改善混凝土结构薄弱环节 (或部位) 的措施, 能够改善混凝土的性能。我们所论述的超细矿渣粉在混凝土中的应用, 正是由于改善了混凝土结构中“水泥水化产物 (或二次水化产物) 之间的空隙”的薄弱环节 (或部位) , 混凝土的各种性能 (拌合物性能、力学性能和长期耐久性能等) 自然能够得以改善。
1.1 改善混凝土的微结构
主要是通过改善混凝土细微颗粒的级配, 及改善粉体材料在混凝土中的粒度分布, 产生密实堆积填充效应, 使混凝土的孔结构优化 (大孔数量减少, 小孔数量增加, 平均孔径降低, 分布更为合理) , 孔隙率降低 (特别是水泥水化产物之间的空隙) , 微结构更为密实。
1.2 减水作用
超细矿渣粉用于混凝土施工时, 它具有微珠润滑效应, 有明显的减水作用, 随着超细矿渣粉量的增加, 混凝土水胶比W/C在减小。当掺量在45%时, 减水率高达20%。随着超细矿粉掺量的增加, 混凝土各龄期抗压强度都有增长。所以, 掺超细矿渣粉虽然可以生产高强度混凝土, 但一定要掌握好掺加比例, 经试验证明掺加比例不宜超过50%。
1.3 减小塌落度损失
坍落度损失是混凝土施工中一个很重要的指标。塌落度损失小, 混凝土的流动性好, 便于施工。由下表可知, 混凝土中随着超细矿渣粉掺量的增加, 混凝土塌落度损失可以得到有效的改善。
1.4 降低混凝土的水泥用量和水化热
国家标准规定:混凝土中心温度与表面温度的温差不得超过25°C。在混凝土强度一定的情况下, 掺加超细矿渣粉, 可大幅减少水泥用量, 同时可推迟热峰的出现时间。
1.5 提高混凝土的抗冻性
大量研究表明:混凝土的胶凝材料用量、水胶比、引气性能等是影响混凝土抗冻性的主要因素。混凝土水胶比大时, 其游离态有害水多, 硬化后内部孔结构差、空隙率大, 则受冻融循环破坏的几率大。当混凝土中引入大量的、细微的、均匀的汽泡时, 这些细微气泡即细微空间可以作为体积膨胀的“缓冲阀”, 降低和避免其他物理和化学反应引起的破坏。经试验表明, 掺入超细矿渣粉的混凝土, 其抗冻性明显高于普通混凝土。
1.6 提高混凝土的抗裂性
混凝土在硬化过程中, 由于化学减缩、冷缩和干缩的原因会引起体积收缩, 其收缩值为自生体积的0.04%左右。这些收缩会给混凝土的体积稳定性带来很大的危害。经试验表明, 掺入超细矿渣粉的混凝土, 会产生适度的膨胀。在钢筋和骨料的约束下, 可产生一定的预压应力, 以抵消混凝土在硬化过程中产生的拉应力, 补偿部分水化热引起的温度应力, 减少和避免混凝土裂缝的产生。
1.7 提高混凝土的耐腐蚀性
超细矿渣粉中含有丰富的活性Si O2等, 能够与水泥的水化产物Ca (OH) 2进行二次水化反映, 从而降低混凝土硬化后水泥胶体与SO42-反映生成钙矾石的机会, 一定程度上应制了SO42-等离子的侵蚀破坏。这种钙矾石由于体积膨胀产生的应力受到硬化后混凝土的约束, 因此其破坏力最强。另外, 掺加超细矿渣粉减少了水泥用量, 即减少了水泥引入的碱含量, 从而降低混凝土发生碱-集料反映的可能性。
1.8 延长混凝土结构的使用寿命
Me hta (美特) 整体论模型指出:“一个不透水但存在微裂缝且多孔的混凝土-经侵蚀冷热循环、干湿循环-混凝土结构微裂缝增加、相连-水的掺入, 有害物质侵蚀-混凝土膨胀、钢筋锈蚀、碱骨料反应、水结冰、硫酸盐侵蚀、使混凝土强度和刚度降低-开裂破坏与整体性丧失。”模型清楚的表明:混凝土的不透水性是任何物理、化学破坏过程中的第一道防线。因此, 超细矿渣粉在混凝土中的应用对混凝土的可持续发展 (即节约利用混凝土原材料, 提高混凝土结构耐久性) 有着非常重要的意义。
2 超细矿渣粉的最佳应用范围
高强度等级混凝土配制C50混凝土, 采用目前的水泥有相当的难度。那么, 配制C60、C70甚至C80混凝土, 就必须掺加超细矿渣粉以及混凝土外加剂才能够完成。大体积混凝土可以降低水泥用量和水化热, 推迟热峰的出现时间, 有效防止诸如裂缝等问题。根据大量试验证明, 超细矿渣粉的使用对于混凝土, 特别是高标号、大体积混凝土能够显著改善混凝土的工作性能, 提高经济效益, 降低施工难度, 明显提高混凝土构件的外观质量。
参考文献
[1]杭美艳.掺超细矿渣粉高性能混凝土的研究[D]西安建筑科技大学, 2003.
矿渣粉生产线 篇7
关键词：硅酸钙板,矿渣粉,黄姜渣,蒸压养护
0前言
硅酸钙板是以钙质材料、硅质材料及增强纤维为主要材料, 经成型、蒸压养护制成的无机建筑板材, 具有强度高、涨湿率小、导热系数低、防火性能好等优点[1]。在房屋建筑领域, 硅酸钙板主要应用于室内隔墙墙面、吊顶、天花板、地面铺设[2~3]。在工业建设领域, 由于此种板材具有防火耐高温的特性, 可以用于发电厂烟道、锅炉、化工保温管道、工业用干燥窑炉等设备的炉壁以及轮船的隔舱板等[4]。先前主要以高标号水泥作为胶凝材料来制备硅酸钙板[5], 如今正逐步转向以工业废渣部分替代水泥[6,7,8]。高炉炉渣是炼钢过程中产生的一种工业废渣。矿渣粉由粒化高炉炉渣粉磨而成, 主要成分为硅酸盐玻璃体, 另含有钙镁铝黄长石和很少量的硅酸一钙或硅酸二钙, 具有微弱的自身水硬性[9]。矿渣粉作为胶凝材料部分替代水泥已在各种混凝土中得到了普遍应用[10], 但未见直接作为制备硅酸钙板原料的报道。黄姜渣是提取黄姜皂素时产生的固体废弃物, 主要成分为纤维素和半纤维素。由于随意堆放和焚烧, 黄姜渣曾一度成为黄姜皂素生产地的重要污染源。人们为将其利用亦开展了较多研究[11,12]。本文以矿渣粉作为胶凝材料, 黄姜渣作为增强纤维开展了制备硅酸钙板的试验研究, 为资源化利用这两种工业废渣拓展了新渠道。
1 实验
1.1 原料
矿渣粉 (S95, 武汉武新新型建材有限公司) ;黄姜渣 (取自湖北竹山某皂素有限责任公司) , 消石灰 (市售, 有效Ca O≥60%) ;水泥 (P·C32.5, 华新水泥厂) ;石英砂 (市售, 中砂, Si O2≥95%) ;无水硫酸钠 (市购, 湖北宜化集团, 质量符合GB/T6009-2003) ;减水剂 (FDN-2型, 萘系减水剂, 武汉浩源外加剂公司) 。
1.2 实验步骤
所采取的实验步骤为: (1) 将各种原料于80℃干燥24 h以上; (2) 按照设计配比 (见表1) 称量干燥后的原料, 干拌10 min, 然后按照0.15的水灰比加入自来水, 继续拌和5min; (3) 以20 MPa成型压力, 将拌和料压制成40 mm×80 mm×10 mm的板材; (4) 室温下自然养护24 h后放入蒸压釜以50℃/h速率升温至150℃, 然后保温一定时间; (5) 自然冷却后取出样品在80℃烘干, 进行容重、抗折强度、吸水率等性能指标的测试, 测试方法参照JC/T 564.1-2008《纤维增强硅酸钙板》第1部分:无石棉硅酸钙板进行。每一配方的每一性能指标至少取6块试样的测试结果平均, 并计算其标准偏差。
说明: (1) 无水硫酸钠均按胶凝材料的0.5wt%添加; (2) 水灰比定义为掺水量与胶凝材料与石英砂总质量的比值, 均取0.15; (3) 按照胶凝材料总质量的0.8%添加减水剂。
2 结果与讨论
2.1 灰砂比的影响
灰砂比在此指矿渣粉与石灰 (胶凝材料) 质量合计与石英砂 (集料) 质量之比, 与表1中A组实验配比对应。图1给出了不同灰砂比所制备硅酸钙板材样品抗折强度、容重和吸水率的平均值, 同时还标出了测试值的标准偏差。所有样品的蒸压养护时间均为6h。从图1可以看出样品A1→A5, 随着灰砂比减小样品吸水率渐次增大。灰砂比100∶8.5时, 吸水率11.9%;灰砂比100∶43.5时, 吸水率14.4%, 增长了17.4%, 也就是吸水率随着胶凝材料减少而增大, 但不存在比例关系。图中样品抗折强度、容重随灰砂比变化的规律是一致的。当灰砂比为100∶25时, 抗折强度与容重达到最大, 分别为5.2MPa和1.83 g/cm3。灰砂比高于或低于此值, 强度和容重都随之减小, 即存在最佳灰砂比, 其值为100∶25。抗折强度与容重之间变化规律一致反映了有效承载面积与强度之间的关系, 容重大有效承载面积大, 强度高。从图1中的标准偏差看, 除个别样品吸水率指标标准偏差较大之外, 测试数据的标准偏差都不大, 说明样品均匀性较好, 测试数据的均值具有较高代表性。后续测试结果与此类似, 不再一一叙述。
2.2 蒸压养时间的影响
图2是按照A3配比进行配料, 但在150℃下保温时间不同所制备样品的性能测试结果, 图中D1为不保温样品, D2保温2 h, D3保温6 h。从测试结果看, 保温2 h样品的抗折强度最低, 保温6 h样品最高, 不保温样品居中;吸水率与强度正好相反, 而容重则变化很小:1.81~1.83 g/cm3。强度并未随蒸压养时间延长持续增大的原因可能是:在预养护和蒸压养升温过程中, 胶凝材料形成了初步的网络结构 (类似于水泥初凝) , 但150℃保温2 h后这种初始结构遭到了破坏, 而真正的胶凝材料网络尚未形成, 因而强度最低, 吸水率最高。蒸压养护6 h后, 真正的胶凝材料网络结构形成, 强度显著提升。
2.3 水泥掺量的影响
图1~2的结果显示, 以矿渣粉和消石灰作为胶凝材料在150℃蒸压养护所制备的板材其强度最高为5.2 MPa, 不能达到JC/T 564.1-2008规定的强度要求。为了提高所制备板材强度, 开展了矿渣仅替代部分水泥的实验 (表1中B组配方) 。考虑到水泥水化会产生一定量的Ca (OH) 2, 而理论上一致认为所生成的这部分Ca (OH) 2若单独结晶将降低制品强度, 若能与其他钙质原料反应生成水化硅酸钙, 则可提高强度。因此实验配方中没有再另行加入消石灰。图3是不同水泥掺量样品的性能指标测试结果。随着水泥掺量减少, 样品抗折强度和容重渐次降低, 吸水率渐次增大。当胶凝材料中水泥掺量为70%时, 抗折强度12.5MPa;当水泥掺量60%时抗折强度9.3 MPa, 容重1.921 g/cm3, 吸水率9.81%, 达到了JC/T 564.1-2008规定的各项指标要求。
2.4 黄姜渣掺量的影响
黄姜渣主要成分是纤维和半纤维素。在此添加黄姜渣的主要目的是实现纤维增强, 图4是添加不同量黄姜渣所制备样品的性能指标测试结果, 样品编号与表1的C组相对应。从实验结果看, 黄姜渣的添加量存在最佳值, 当掺量为胶凝材料的1.5%时, 抗折强度最高为12.5 MPa。
2.5 样品成分、结构分析
图5为所制备板材样品的X射线衍射图谱分析所制备板材的X射线衍射图谱 (见图5) 表明:无论胶凝材料中添加水泥与否, 样品中均由石英、托勃莫来石、C-S-H (I) 以及部分无定形物相组成。无定形物相表现为在2θ=10°~20°区间存在明显的弥散峰。但没有添加水泥的试样, 其托勃莫来石、C-S-H (I) 的含量明显低于有水泥的试样, 这说明按照本文的制备工艺, 矿渣粉加消石灰已反应生成了水化硅酸钙产物, 但是数量不足, 因而无水泥样品的强度不能达到国家标准的要求。当以矿渣粉部分替代水泥后, 水化硅酸钙产物明显增多, 强度也显著增长。
(a-矿渣粉、消石灰为胶凝材料的样品;b-水泥60wt%、矿渣粉40wt%为胶凝材料的样品)
图6是板材样品断面的扫描电镜照片, 比较图6 (a) 和图6 (b) 可以发现, 仅以矿渣、消石灰为胶凝材料的样品 (a) 其结构比较松散, 没有形成连续致密整体, 存在较多大空隙, 在颗粒的周围有一些细小的结晶, 但是含量很少;而以水泥和矿渣粉为胶凝材料的样品 (b) , 其结构比较致密、均匀, 在基体中嵌布着一些纤维, 整体孔隙较少。也因为两者结构上显著的差异使得二者的强度、吸水率以及容重都存在明显不同。添加水泥后样品水化硅酸钙增多, 结构更致密, 因而强度也就更高, 吸水率更低。
3 结论
通过以上分析讨论, 可得到结论如下:
1) 以部分矿渣粉和32.5标号水泥共同作为胶凝材料, 通过150℃6 h的蒸压养护, 获得了符合国家标准要求的硅酸钙板;
2) 最佳配比为:灰砂比100∶25、胶凝材料中水泥与矿渣粉的最佳比例60∶40, 黄姜渣掺入量为胶凝材料的1.5%, 蒸压养护保温时间6h;
3) 在本文所述试验条件下, 单纯用高炉矿渣和消石灰作为胶凝材料难以获得符合国家标准的硅酸盖板。为了提高制品中水化硅酸钙产量, 在更高温度蒸压养护或许可行。
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参考文献
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