粉煤灰蒸压砖

2024-10-20

粉煤灰蒸压砖（精选7篇）

粉煤灰蒸压砖篇1

摘要：以黄河泥砂、粉煤灰为主要原料, 采用化学激发方法生产蒸压砖。通过正交试验, 确定了蒸压砖的最佳配比为m (泥砂) ∶m (粉煤灰) =1∶2、骨料掺量20%、水固比1∶4、困料时间10 h、成型压力16 MPa, 其性能达到JC 239—2001《粉煤灰砖》规定的MU20级砌墙砖的要求。

关键词：黄河泥砂,粉煤灰,化学激发,正交试验,蒸压砖,抗压强度

黄河以泥砂多而闻名于世。据统计黄河中游向下游的年平均输砂量为16亿t左右, 其中有4亿t沉积在下游河床, 致使下游河床平均每年升高10～12 cm[1]。目前, 黄河下游大部分河段出现“二级悬河”, 主河槽过洪能力也大幅度降低, 黄河泥砂的淤积存在着巨大的洪涝溢决隐患, 严重危及黄河两岸人民群众生命财产的安全, 极大地制约了黄河流域经济建设的发展[2]。

据统计, 我国粉煤灰年排放量高达2亿t[3], 且每年都在递增, 是工业废渣中产量最大的一种废渣。这些粉煤灰的堆放不仅占用大量耕地, 消耗大量冲灰用水, 而且粉煤灰的二次扬尘对周围的生态环境造成严重的危害。

利用黄河泥砂和粉煤灰制砖不仅可以疏通河道、防患水害、变害为利, 而且还可推进我国的墙改工作。目前, 砌墙砖的生产方法主要有烧结法、蒸压法。烧结法要消耗大量能源, 而且存在废气排放带来的环境污染问题。蒸压法因无须高温煅烧、生产工艺过程简单、无废气排放、节能等诸多优点而逐渐成为砌墙砖生产的主要方法。本文介绍了黄河泥砂-粉煤灰蒸压砖的研制。

1 试验

1.1 原料

试验主要原料黄河泥砂取自洛阳市境内孟津段, 粉煤灰为洛阳市首阳山电厂产, 炉渣来自洛阳市宜阳龙羽电厂, 这3种原料化学成分见表1。化学激发剂为石灰和石膏。

1.1.1 黄河泥砂

黄河泥砂颗粒粒径分布如表2所示。

粉煤灰砖因原料颗粒太细, 且粒径相差较小, 级配不好而导致混合料中含气量较高, 在压制过程中常因排气困难而产生水平层裂[4]。黄河泥砂-粉煤灰蒸压砖原料之一黄河泥砂中粒径d不小于0.05 mm的颗粒占了1/2以上, 能有效提高坯体及成品质量。

1.1.2 粉煤灰

粉煤灰主要由结晶体、玻璃体组成。在结晶体中有石英和莫来石。玻璃体的主要成分是Al2O3和Si O2。铝硅玻璃体 (SiO2与Al2O3总含量在60%以上) 是粉煤灰的主要成分, 也是粉煤灰活性的主要来源。粉煤灰能与生石灰、石膏等在一定条件下反应生成水化硅酸盐和水化铝酸盐等, 而使砖坯获得强度[5]。

细粉煤灰表面积大, 产生的可溶性SiO2、Al2O3多, 相应生成的水化物就多, 这有利于提高砖坯强度, 但也不能太细, 否则生产时排气效果不好。根据电厂生产粉煤灰砖的经验, 粉煤灰细度以0.08 mm方孔筛筛余10%～25%时比较合适。试验采用的粉煤灰, 细度为0.08 mm方孔筛筛余23.67%。

1.1.3 炉渣

采用洛阳市宜阳龙羽电厂的炉渣, 粉碎至粒径为2～5mm, 黄河泥砂-粉煤灰混合料中掺入足够的炉渣做集料, 以增加透气性, 使得砖坯在压制时, 避免产生分层裂缝[6]。

1.1.4 生石灰

生石灰主要化学成分是CaO, 其次是MgO。石灰组成中有游离CaO和结合CaO。游离氧化钙中又分活性Ca O和非活性CaO。非活性CaO在普通消解条件下不能同水发生反应, 但有可能转化为活性CaO (如磨细后) 。活性CaO则在普通消解条件下能同水发生反应。石灰的反应能力实际上取决于活性CaO的含量。生石灰粉表面积越大, 和水的接触面积越大, 水化反应速度越快。

生石灰质量的优劣直接影响到砖的质量和成本。应当选用活性CaO含量高、消解速度快、MgO含量较低的生石灰。试验用的石灰有效CaO为93.0%, 0.08 mm方孔筛筛余小于10%。经试验确定其适宜掺量为10%。

石灰掺量不能太大, 否则砖在蒸压时会产生裂缝。

1.1.5 石膏

在一定条件下, 石膏能与石灰反应生成钙矾石, 从而提高砖的强度, 并对石灰的消化起抑制作用, 可以控制石灰消化时产生的体积膨胀。但石膏掺量也不能太大, 否则砖在蒸压时因生成较多的钙矾石, 会产生裂缝。试验采用偃师珍珠粉厂生产的脱硫石膏, 经试验确定其适宜掺量为2%。

1.2 试验方法

采用正交试验法确定蒸压砖生产的最佳工艺参数, 之后进行工业试验, 并对产品进行性能检测。

影响黄河泥砂-粉煤灰蒸压砖性能的主要因素有:黄河泥砂与粉煤灰质量比, 激发剂掺量, 骨料掺量, 水固比, 成型压力, 困料时间等。根据前期及前人试验情况, 确定上述除激发剂掺量外5个工艺参数并分别选取5个水平按L25 (55) 进行正交试验。因素水平见表3。

试验过程:将原料破碎、粉磨至要求细度, 按设计配比配料, 经搅拌、困料、压制成型、蒸压后得到产品。

2 试验结果

2.1 试验结果 (见表4)

表4正交试验结果显示, 强度较大的配方为A4B4C2D5E3。由表4还可知, 因素C的极差最大, 其次是D、B、E、A。即水固比是影响黄河泥砂-粉煤灰蒸压砖砖强度的主要因素, 其次是困料时间、骨料掺量、成型压力、黄河泥砂与粉煤灰的质量比。由极差分析可得较好组合为A3B4C2D5E5, 按此配比制备的砖的抗压强度为22.0 MPa。

2.2 产物组成

按最优配比A4B4C2D5E3制备的砖的XRD图谱见图1。

图1显示, 黄河泥砂-粉煤灰经蒸压生成了托勃莫来石、水化硅酸钙、水化石榴石等水化产物, 这些水化产物将未反应粗料粘结在一起, 组成以粗颗粒为骨架的混凝土式结构, 使得制品具有一定强度。

3 工业试验

选取配方A4B4C2D5E3, 在洛阳市偃师四方砖厂进行工业试验。蒸压参数如下:

(1) 升温:2～3 h;

(2) 恒温压力1.4 MPa、温度175～185℃、恒温时间4～6 h。

(3) 降温2～3 h。

产品经洛阳金鉴工程质量检测中心检测, 达到JC 239—2001《粉煤灰砖》规定的MU20级要求, 放射性检验为A类建筑材料。

4 结论

(1) 影响黄河泥砂-粉煤灰蒸压砖强度的主要因素是水固比, 其次是困料时间、骨料掺量、成型压力、黄河泥砂与粉煤灰的质量比。最优配比为m (泥砂) ∶m (粉煤灰) 1∶2、骨料掺量20%、水固比1∶4、困料时间10 h、成型压力16 MPa。

(2) 利用黄河泥砂及粉煤灰在蒸压条件下可以制得强度等级达MU20的砌墙砖。

(3) 黄河泥砂-粉煤灰蒸压砖放射性检验为A类建筑材料。

参考文献

[1]罗升庚, 钟临风, 程革坚.解决黄河泥砂问题的一个设想———再谈“上出下入, 分段治理黄河”[J].水电站设计, 2007, 23 (2) :53-55.

[2]童丽萍, 李少兰.利用黄河淤泥废料开发烧结承重多孔砖的研究[J].中国建材, 2007 (6) :82-84.

[3]郝小非, 饶先发, 李明周.我国粉煤灰综合利用现状与展望[J].矿山机械, 2006, 34 (10) :6-8.

[4]陶有生.蒸压粉煤灰砖及蒸压灰砂砖生产技术及发展[J].砖瓦, 2005 (7) :9-13.

[5]何水清.粉煤灰制砖工艺[J].新型建筑材料, 2001 (4) :32-34.

[6]李庆繁, 李光复, 罗维滨.原料及其配合比对蒸压粉煤灰砖耐久性的影响[J].粉煤灰, 2004 (4) :24-27.

粉煤灰蒸压砖开裂的典型案例分析篇2

1 砖断裂现象的表现

本企业是一个新建企业, 具有年产20万m3粉煤灰加气砌块、2亿块标砖的生产能力。加气砌块生产线于去年年底投产, 标砖生产线于今年初投产, 两条生产线共用配汽、蒸压系统。使用的蒸汽为过热蒸汽。初期气源压力为0.7 MPa~0.8 MPa。主要原料为:粉煤灰、电石泥、骨料、添加剂。标砖生产线试产之初, 由于产量较低, 蒸压制度均按加气砌块生产线蒸压制度执行, 压力0.8 MPa, 升温2 h, 降温1.5 h, 0.8 MPa下保压7 h, 总用时10.5 h。在此蒸压养护制度下, 试产之初, 前期制品不论是抗压、抗折强度方面还是外观上, 均能达到《粉煤灰砖》JC 239-2001标准要求, 抗压达MU15级, 成品破损率<1%。但是随着产量的提高, 蒸汽压力也由0.8 MPa提升至1.1 MPa。问题也逐步显现, 制品开裂现象愈加严重, 且非常典型。突出表现为:制品码放11层, 在制品从上往下码放的第二层和第三层制品发生严重开裂, 尤以第二层最严重, 三层次之。以下各层均有发生 (但最上一层均不存在此现象) 。每层码放144块, 仅第二层明显开裂就达80%以上, 每次卸完车后, 废品成堆, 令人心痛。

2 断裂现象成因分析

针对上述制品开裂情况, 我们首先对可能出现开裂的环节进行排除分析。由于开裂情况较为特殊, 主要集中于坯车上部分2~3层, 通过对由原料制备到砖坯成型静停环节的仔细观察和析查, 逐个排除制品在静停之前各环节导致制品严重开裂的可能性。

2.1 操作方法对制品开裂的影响

首先, 对蒸压制度和操作工的操作方法进行了分析: (1) 蒸汽压力由0.8 MPa上升到1.1 MPa, 送气时间仍然为原来的2 h, 从温度曲线来说后者比前者略陡, 就其他地方的实际经验来看, 只要把握前慢后快的原则, 一般情况下制品不会出现大的问题; (2) 对操作工的操作方法进行了解和观察, 三个班的操作工在送气时间和方法上均存在较大差异, 其中一些操作人员在送气之初即将阀门开至最大, 最快送气时间约1.2 h即达到1.1 MPa, 操作人员或多或少均没有严格按操作规范进行操作。究其原因, 主要原因是操作工都是新手, 没有养成良好的遵章守制习惯, 仍然按照生产加气砌块的操作方式在进行操作, 这有可能是造成制品典型开裂的原因。

2.2 对裂纹进行分析

对砖的具体开裂情况进行具体分析, 并结合制品抗压抗折试验结果进行研究。标砖开裂情况见图1、图2。

图1为开裂严重的制品, 上裂口约2 mm宽, 裂口长度沿砖面长约3 cm~5㎝不等。图2中制品出现了隐形裂纹, 属暗伤。有些细裂纹眼睛能看到, 而有些裂纹眼睛看不出来, 但在装车过程中稍一碰撞, 即在隐形裂纹处断为两半, 而且该批次砖的抗折强度也非常差。

另外, 在对开裂制品的检查和与其他砖的对比中还发现一个显著的不同点:凡是出釜严重开裂的制品, 其砖体表面中部均有明显的水印, 而开裂较少的出釜砖其砖体表面出现水印较少或基本无明显水印。

经过认真观察分析与判断, 上述问题的出现完全可以用一些基本的热工知识和热工理论去分析和说明这种典型开裂的成因, 并有针对性的采取相应举措来消除制品所暴露出来的问题。经过分析, 个人认为主要由以下几点原因造成制品开裂。

a.在热传导过程中, 热交换不平衡导致坯体内部产生冷凝水所致。由于坯体的两个小断面快速受热, 坯体外侧的水分由于受热较快, 其坯体外侧的水分转化为热蒸汽, 也向外析出和向内扩散。而在坯体中部, 由于坯体温度较低, 且有上层坯体的覆盖, 其外侧传导的热量与坯体水分相遇后, 加热后的坯体水分不能及时散发出去, 因而变成冷凝水, 冷凝情况较为严重时, 会在坯体中部产生蠕变, 使中部部分坯体强度变低, 成为坯强度最薄弱的部分。

b.初期升温过快, 应力变化过大所致。在坯体由常温加热到蒸压的最高温度 (≈190℃) 的过程中, 坯体不断吸热, 渗透到坯体的毛细孔内部, 由于温度的升高, 加快了水化反应的过程, 生成水化硅酸钙、铝酸钙、硫铝酸钙等新物质。如果在升温的初始阶段 (0.4 MPa) 升温过快, 坯体内的水分吸热后在升温过程中产生体积膨胀。同时, 由于急速升温, 制品内外温差导致坯体内部各部位发生不同的应力变化, 导致制品结构破坏。而上述坯体中部由冷凝水造成的坯体蠕变部位就成了坯体的最薄弱部位, 因而更进一步加速了坯体开裂, 轻则导致坯体强度降低, 重则导致坯体严重开裂, 以致塌车。

c.坯体水分过大也是影响制品质量的原因之一。因坯体含水率较高时, 热交换过程中的坯体, 冷凝现象加重, 这可能也是导致制品开裂的原因之一。

d.为何开裂要发生在第二层, 第三层次之, 而第一层不发生开裂, 其原因从两方面予以分析: (1) 砖坯的码放方式, 最上层砖坯有三个暴露面, 虽然送汽伊始上部温度最高, 坯体接触面大, 坯体吸热快, 坯体各部位应力变化也较小。在吸热快的同时, 其热交换也较快, 坯体内的水分在接触到热蒸汽之后, 来不及形成大量冷凝水就转化为蒸汽, 所以最上一层制品不会出现砖坯体开裂现象; (2) 第二层及三层开裂的主要原因:在坯体的受热面上, 除最上一层为三个受热面外, 其余各层在送气初期均只有两个面受热, 受热面在向坯体内部热传导过程中, 由于温差过大而形成冷凝, 应力变化导致该两层开裂情况最为严重。至于愈向下愈少, 则可以用蒸压釜内断面温度分层来解释, 蒸压釜中上部温度高, 中部次之, 下部又次之, 也就是说在蒸压釜中部和下部, 即便是在快速送气中, 其温度压力上升都较为平缓, 因而其余各层均开裂较少。

3 消除裂纹措施

经过上述对砖开裂的成因分析之后, 为了很好地解决这一问题, 并验证成因分析判断正确与否, 我们又设计了一套新的蒸压养护方案如下。

a.保证静停的时间不低于3 h (视季节气温变化做相应调整) 。增进水化反应, 提高坯体强度。

b.在釜内增加一个预养时段, 压力为0.35 MPa, 温度75℃, 时间为1 h。

c.在升压阶段, 当压力升至0.6 MPa~0.7 MPa时保压0.5 h后继续升温至1.1 MPa。

d.在降温阶段, 因存在倒汽措施, 因此排汽至0.6 MPa~0.7 MPa时有一停顿阶段, 故这一阶段未做变更。

按该方案组织实施后, 制品未再发生二、三层开裂问题, 整个制品质量明显提高, 成品率达99.5%以上, 在此基础上我们又对设计方案过于保守的环节进行了调整, 仍然保证了产品的成品率99.5%以上。

4 结束语

通过对制品典型开裂现象的成因分析判断到设计解决方案, 使开裂问题最终得到圆满解决。可以归纳为以下几个方面。

a.加强职工培训, 不仅强调操作工遵章守规, 也应该加强职工知识面的培训, 使操作人员不但知其然, 还要知其所以然, 认识规范操作的重要性。

b.制定合理的静停和蒸压养护制度, 使蒸压养护制度科学化、规范化。

c.加强企业管理, 制定一套从原料到制品, 从设备到人员都较为严谨而合理的质量管理体系, 做到人有其岗, 岗有其责, 使各生产环节都严密控制在质量管理体系内。

粉煤灰蒸压砖篇3

造纸厂按工序排出三股废水:一是制浆蒸煮废液, 即造纸黑液;二是分离黑液后纸浆的洗、选、漂水, 也称中段水;三是抄纸机上的白水, 白水是可以处理后回用的。实际上中段水是黑液提取不完全所剩下的部分, 一般占总量的10%以内, 而黑液中所含的污染物占全部污染排放总量90%以上, 因此, 造纸黑液是造纸厂污染的主要部分。

造纸工业废水是世界公认的主要环境污染源。全世界每年排放的造纸废水超过274亿t, 我国造纸废水污染仅次于冶金、石化而居第三位[2]。黑液是造纸废水中最主要的污染源, 约占整个造纸工业污染的90%, 其含有难降解的木质素及其衍生物, 是一种高碱性的复杂污染体系, 易引起水体污染和生态环境的严重破坏。因此, 如何治理造纸黑液是一项困扰造纸企业的重大难题。长期以来人们一直在积极寻找和探索造纸黑液的治理利用方法, 并开展大量研究工作。目前, 国内外治理、利用造纸黑液的主要方法有:碱回收、水煤浆 (复合) 添加剂、酸析法、生化法、电渗析法、絮凝沉淀氧化法、膜处理技术、水煤浆技术和成膜技术等。

在对造纸黑液进行处理利用的众多方式中, 根据工艺过程特点的不同, 可将这些技术划分为以下几种类型:

治理型技术——包括膜处理、酸析、絮凝沉淀氧化、生物化学及活性炭吸附等方法。这类技术侧重于对黑液的处理。但由于受技术水平限制, 或者在处理过程中又易形成了二次污染, 因此处理量小。

利用型技术——这类技术以从黑液中提取有用成分并以利用为主要目的, 基本没有考虑或很少考虑对剩余废液的治理。因此环境污染问题不能得到根本解决。

治理利用循环型——以回收碱为主要目的, 并将其回用于制浆工艺中, 以实现循环利用, 在回收碱的同时也对黑液进行有效的处理。受资金和技术力量限制, 采用碱回收技术处理黑液难以维持。

资源化综合治理利用型——用水煤浆技术处理造纸黑液是一种资源化利用方式。这种技术能将黑液作为燃料全部燃烧掉, 具有处理量大的优点, 基本上可解决黑液对环境的污染。

造纸黑液用于制备蒸压砖未见报道。

碱法制浆的造纸黑液中含有一定量残碱, 而粉煤灰蒸压砖制备过程中需用碱性激发剂来激发粉煤灰活性, 如果能将造纸黑液用于粉煤灰蒸压砖的制备中, 将为造纸黑液的合理利用寻找一条新途径。

我国粉煤灰年排放量高达2亿t[3]。且每年都在递增, 是工业废渣中产量最大的一种废渣。这些粉煤灰的堆放不仅占用大量耕地, 消耗大量冲灰用水, 而且粉煤灰的二次扬尘对周围的生态环境造成严重的危害。

黄河以泥砂多而闻名于世。据统计黄河中游向下游的年平均输砂量为16亿t左右, 其中有4亿t沉积在下游河床, 致使下游河床平均每年升高10 cm~12 cm[4]。目前, 黄河下游大部分河段出现“二级悬河”, 主河槽过洪能力也大幅度降低, 黄河泥砂的淤积存在着巨大的洪涝溢决隐患, 严重危及黄河两岸人民群众生命财产的安全, 极大地制约了黄河流域经济建设的发展[5]。

本文研究的是用造纸黑液代替水用作蒸压砖制备中的成型水分, 把造纸黑液作为一种资源用于粉煤灰蒸压砖的制备中, 不但可以使造纸黑液得到有效利用, 还可以节约水资源;在原料中添加黄河泥砂代替部分瘠性原料粉煤灰, 可以改善蒸压砖的成型质量。

1 试验

蒸压粉煤灰砖所用原材料主要有硅铝质材料、钙质材料、石膏和集料等, 在高温水化条件下钙质材料与硅质材料中的Si O2和Al2O3反应生成水化硅酸盐等水化产物, 从而使制品具有强度[6]。

1.1 原料

试验主要原料黄河泥砂 (硅质材料) 取自洛阳市境内孟津段, 粉煤灰 (硅铝质材料) 来自洛阳市首阳山电厂, 炉渣 (集料) 来自洛阳市宜阳龙羽电厂, 化学激发剂为石灰 (钙质材料) 和石膏。试验用的石灰有效Ca O为83.1%, 0.08 mm方孔筛筛余2.02%。石膏中Ca SO473.83%, 0.08 mm方孔筛筛余量3.02%。原料化学成分见表1。

细粉煤灰表面积大, 产生的可溶性Si O2、Al2O3多, 相应生成的水化物就多, 这有利于提高砖坯强度, 但也不能太细, 否则生产时排气效果不好。试验采用的粉煤灰, 细度为0.08 mm方孔筛筛余18.17%。

粉煤灰砖因原料颗粒太细, 且粒径相差较小, 级配不好而导致混合料中含气量较高, 在压制过程中常因排气困难而产生水平层裂。黄河泥砂-粉煤灰蒸压砖原料之一黄河泥砂中粒径大于0.05 mm的颗粒占了1/2以上, 能有效提高坯体成型质量。黄河泥砂颗粒分布见表2。

造纸废液为碱法造纸蒸煮黑液。废液中OH-浓度为0.4165 mol/L。

采用洛阳市宜阳龙羽电厂的炉渣, 粉碎至粒径为2.5 mm。黄河泥砂-粉煤灰混合料中掺入足够的炉渣做集料, 以增加透气性, 使得砖坯在压制时, 避免产生分层裂缝[7]。炉渣粒径分布见表3。

1.2 试验过程

通过正交试验确定适宜工艺参数, 之后选取合适工艺参数制备蒸压砖, 并进行产物鉴定和性能检测。

影响蒸压砖性能的因素主要有:粉煤灰与黄河泥砂的比例、炉渣掺量、石灰掺量、石膏掺量、液固比、成型压力、静停时间、蒸压制度等。

根据前期研究经验, 蒸压砖性能较好时的工艺参数为:粉煤灰与黄河泥砂比例为3:1、炉渣掺量约为23%, 石灰掺量为12%, 石膏为1.0%, m (废液) :m (固体) 为1:8, 成型压力为20 k N、静停时间5 h、升温时间为2.0 h~2.5 h, 恒温压力控制在1.3 MPa (175℃~185℃) ;保温时间7 h~8 h;降温应缓慢进行, 控制在2~3 h内, 把釜内压力降至“零”, 待釜内温度低于100℃后, 方可打开釜门。

实验时根据前期研究经验, 固定液固比、成型压力、静停时间、蒸压制度等工艺参数, 做粉煤灰与黄河泥砂的比例、炉渣掺量、石灰掺量、石膏掺量四因素三水平正交试验, 原料经配料、消化、碾练、成型、静停、蒸压制得蒸压砖。因素水平表见表4。

2 试验结果

2.1 试验结果

正交试验结果见表5。

正交试验结果显示:当m (粉煤灰) :m (泥砂) 为3:1, 炉渣含量为22%, 石灰含量为12%, 石膏含量为1.3%时制得的蒸压砖抗压强度最大。以此工艺参数分别用水和造纸黑液制备蒸压砖并进行性能测试, 结果见表6。

2.2 产物鉴定

造纸黑液做拌和液制得蒸压砖的XRD图谱如图1。

图1显示:黄河泥砂——粉煤灰经蒸压砖中生成了托勃莫来石、水化硅酸钙、水化石榴石等水化产物——与水做拌和液制得的黄河泥砂-粉煤灰蒸压砖的水化产物一致[8], 这些水化产物将未反应粗料粘结在一起组成以粗颗粒为骨架的混凝土式结构, 使得制品具有一定强度。

2.3 黄河泥砂——粉煤灰经蒸压砖的性能

黄河泥砂——粉煤灰经蒸压砖的性能见表6。

可见造纸黑液做拌和液制得的黄河泥砂-粉煤灰蒸压砖可以达到JC 239-2001《粉煤灰砖》规定的MU25级要求[9]。

3 实验结论

实验结果表面, 利用造纸黑液作为黄河泥砂-粉煤灰蒸压砖的拌和液是可行的。

蒸压砖适宜的工艺参数为:m (粉煤灰) :m (泥砂) 为3:1, 炉渣含量为22%, 石灰含量为12%, 石膏含量为1.3%, m (废液) :m (固体) (E) 为1:8, 成型压力为20 k N, 静停时间为2 h, 升温时间为2.5 h~3 h, 蒸压温度为180℃, 保温时间为7 h~8 h, 降温时间为2 h~3 h。

利用造纸黑液和粉煤灰、黄河泥砂制备的蒸压砖可以达到JC 239-2001《粉煤灰砖》规定的MU25级的质量要求。

参考文献

[1]刘晓坤, 张曦乔.造纸黑液的回收与综合利用[J].环境研究与检测, 2008, 21 (3) .

[2]兰泽全, 马汉鹏.造纸黑液治理利用技术现状[J].工业水处理, 2008, 28 (7) .

[3]郝小非, 饶先发, 李明周.我国粉煤灰综合利用现状与展望[J].矿山机械, 2006, 34 (10) .

[4]罗升庚, 钟临风, 程革坚.解决黄河泥砂问题的一个设想[J].水电站设计, 2007, 23 (2) .

[5]童丽萍, 李少兰.利用黄河淤泥废料开发烧结承重多孔砖的研究[J].中国建材, 2007 (6) .

[6]李庆繁, 高连玉, 赵成文.高性能蒸压粉煤灰砖生产工艺技术综述[J].新型墙材, 2010 (7) .

[7]李庆繁, 李光复, 罗维滨.原料及其配合比对蒸压粉煤灰砖耐久性的影响[J].粉煤灰, 2004 (4) .

[8]张新爱, 田文杰, 袁媛等.黄河泥砂-粉煤灰蒸压砖的研制[J].新型建筑材料, 2009, 36 (5) .

粉煤灰蒸压砖篇4

新疆地处地震高发区,同时具备气候干燥,年温差、日温差大等特点,在推广应用蒸压粉煤灰砖的过程中必须考虑本地的地理、气候条件。在采用其替换烧结普通砖时,如不在设计、施工方面采取相应技术措施,将导致工程事故发生。本文以新疆地区一蒸压粉煤灰墙体开裂事故分析为背景,比较蒸压粉煤灰砖与烧结普通砖的砌体性能差异,对使用蒸压粉煤灰砖作为砌体材料的工程设计、施工技术措施进行探讨,以便为蒸压粉煤灰砖的进一步推广应用提供理论依据。

1 工程事故概况

新疆某市单层库房为砖混结构,库房长60 m,宽6 m,墙体高4.2 m。中间无任何内隔墙,370外纵墙上每隔6 m有一外凸壁柱(370 mm×370 mm),两壁柱间墙上离地面3 m高处设两个高窗(1.5 m×1.2 m),窗上设一道圈梁,山墙上开有两个2.1 m×2.4 m大门。屋盖为钢筋混凝土V型折板,上铺珍珠岩保温层,采用二毡三油防水层,上铺小豆石。地勘报告提供地基为戈壁石,地基承载力标准值180 KN/m2,基础采用C25毛石混凝土基础。库房施工刚刚结束,准备办理交工手续时,发现墙体出现裂缝,裂缝大多从窗下口开始,大致垂直向下发展,370外墙由外向里裂透,并不断增多、增宽,最大裂缝宽度达2.1 mm,一般为1 mm左右,裂缝发展3个月后基本稳定。经现场调查,裂缝属于温度、收缩变形引起,事故原因有如下几点:

a.本工程原设计采用MU10烧结普通砖,由于种种原因,各方协商后改用MU10蒸压粉煤灰砖进行了等强代换。但由于对蒸压粉煤灰砖受力性能缺乏深入认识,设计和施工方没有采取相应措施。

b.本工程所用砖在砖厂堆放3 d～5 d就运送到施工现场,甚至有的没有经过堆放便运至工地。施工人员不懂蒸压粉煤灰砖特点,考虑到当地气候干燥,施工时对其进行了大量的浇水处理,使砖的干燥时间大为延长。

c.施工期间时值7、8月间,白天天气炎热,昼夜温差大,加大了砖的干缩变形。

2 蒸压粉煤灰砖与烧结砖砌体性能比较分析

上述事故原因表明,要应用蒸压粉煤灰砖作为砌体材料替代烧结普通砖,必须透彻认识该砖的各项性能,不能简单的等强代换。笔者结合相关规范对蒸压粉煤灰砖与烧结砖进行比较分析。

2.1 砌体承载力比较

2.1.1 抗压强度

根据《砌体结构设计规范》[3]可以看出蒸压粉煤灰砖砌体的抗压强度设计值与烧结普通砖的抗压强度设计值相同,不同点是蒸压粉煤灰砖的强度等级没有MU30。同时,在确定蒸压粉煤灰砖的强度等级时应乘以自然碳化系数,当无自然碳化系数时可取人工碳化系数的1.15倍。以上是施工质量控制等级为B级时的情形。《砌体结构设计规范》中的B级即相当我国目前一般施工质量水平,当采用其他等级时应对砌体的强度指标进行调整。

2.1.2 抗拉、弯曲抗拉、抗剪强度

蒸压粉煤灰砖和烧结普通砖抗拉、弯曲抗拉、抗剪强度的设计值见表1。

综上所述,当块体的强度等级和砂浆的强度等级相同时,蒸压粉煤灰砖和烧结普通砖两种砌体的抗压强度设计值是相同的,但蒸压粉煤灰砖砌体的抗拉、弯曲抗拉、抗剪强度均比烧结普通砖砌体低,大约只有63%～73%。因此,《砌体结构设计规范》中将蒸压粉煤灰砖砌体的抗剪强度设计值取烧结普通砖砌体抗剪强度的0.7倍。此外,蒸压灰砂砖砌体的抗剪强度与含水率有很大关系,含水率过高过低都会降低其抗剪强度。由于两种砌体抗拉、弯曲抗拉、抗剪强度值不同,实际工程中两种砌体的承载力也就不同,原因主要有以下两方面:

a.受压承载力影响系数不同导致相同尺寸和材料强度等级时承载力不同:

将(3)式代入(2)式得

式中φ—高厚比β和轴向力的偏心距e对受压构件承载力的影响系数;

f—砌体抗压强度设计值;

A—构件截面面积;

α—砂浆强度影响系数;

γβ—高厚比修正系数。

(1)式为砌体受压构件承载力计算公式,若两种砖砌体的强度,截面尺寸以及受力相同时,承载力大小主要取决于φ,由(4)式可知,φ的大小主要取决于墙体高厚比修正系数γβ。《砌体结构设计规范》规定:烧结普通砖γβ取1.0,蒸压灰砂砖γβ取1.2。由此可见,蒸压粉煤灰砖砌体受压承载力影响系数比烧结普通砖砌体低,所以其受压承载力也较烧结普通砖低。

b.复合应力状态下承载力不同

当存在轴向偏心距e时(规范规定:e≤0.6y),构件受力形式就可能存在由受压向弯曲受拉(远离轴向力一侧受力形式)发展,这时砌体的受力将不是轴心受压,而是压、拉、弯、剪同时存在的复合应力状态。由于蒸压粉煤灰砖砌体的抗拉、弯曲抗拉、抗剪强度均比烧结普通砖砌体低,故蒸压粉煤灰砖砌体的承载力将低于烧结普通砖砌体。因此,对于砌体作为承重结构的空旷房屋,纵墙较长时应慎用蒸压粉煤灰砖。

以上两点说明,当砌体尺寸相同、材料强度等级相同时,蒸压粉煤灰砖砌体的承载力比普通烧结砖低。

2.2 砌体抗裂性能比较

由《砌体结构设计规范》可以看出蒸压粉煤灰砖砌体的线膨胀系数、收缩率要大于烧结普通砖砌体(见表2)。因此,蒸压粉煤灰砖砌体受外部温度、湿度影响更大。

外部环境温度变化引起的砌体温度变形和材料收缩性能导致的收缩变形,在受到其他结构构件约束时砌体内将产生附加内力,附加内力大于砌体的抗拉强度、抗剪强度时便会形成裂缝[5]。计算这种附加内力时,砌体的线膨胀系数、收缩率是重要的参数。砌体的受力形式、内力计算公式都相同,由于蒸压粉煤灰砖的线膨胀系数、收缩率大于烧结砖砌体,当同等出厂时间和温度变化条件时,蒸压粉煤灰砖砌体的附加内力更大。此外,如前述分析知蒸压粉煤灰砖砌体的抗拉、抗剪强度低,因此,蒸压砖砌体的变形裂缝要比烧结粘土砖砌体严重得多。新疆地区气候干燥,年温差、日温差大,导致砌体温度变形、收缩变形较大,更应重视从设计、施工等方面对砌体房屋采取抗裂措施。

2.3 砌体抗震性能比较

新疆地处地震高发区,在房屋结构设计中必须考虑抗震设计,因此,此处对蒸压粉煤灰砖砌体和烧结普通砖砌体房屋抗震性能进行比较分析。《砌体结构设计规范》给出了砌体弹性模量(见表3)。可见当材料强度等级相同时,蒸压粉煤灰砖砌体的弹性模量比烧结普通砖砌体小。

注:f为砌体的抗压强度设计值。

在多层砌体结构房屋的抗震分析中,对于现浇钢筋混凝土楼盖由于其本身刚度很大,可认为刚性楼盖,地震剪力V的分配主要和墙体侧移刚度K有关墙体在单位水平力作用下变形由弯曲变形:(G为砌体剪切模量,取G=0.4E)组成。由于蒸压粉煤灰砖砌体的弹性模量比烧结普通砖砌体小,其弯曲与剪切变形值比烧结普通砖砌体大,当截面尺寸、层高相同时,蒸压粉煤灰砖砌体比烧结普通砖砌体的侧移刚度小(侧移刚度),抵抗地震作用的能力就差。此外,由于蒸压粉煤灰砖表面比较光滑、摩擦力小,以及砖表面在蒸压过程中产生的粉末阻碍了砂浆与砖的粘结,砌体的抗剪强度较低。综上,为了满足抗震要求,蒸压粉煤灰砖砌体房屋抗震设计时应采取更加严格的措施。

3 设计、施工配套技术措施

蒸压粉煤灰砖砌体房屋的设计与施工,可遵循烧结普通砖的各项有关规范、规程进行。这些规范、规程主要有:《砌体结构设计规范》GB50003-2001、《建筑抗震设计规范》GB50011-2001、《砌体工程施工质量验收规范》GB50203-2002。通过对蒸压粉煤灰砖和烧结砖砌体性能的比较分析,发现蒸压粉煤灰砖砌体在承载力、抗裂能力以及抗震能力上均弱于烧结砖,因此必须在设计和施工中应采取相应的技术措施确保工程质量。

3.1 抗裂措施

为了防止墙体产生裂缝,可采取以下措施:

a.对蒸压粉煤灰砖宜选用较大灰膏比或掺有磨细粉煤灰的粘结性较好的砂浆或专用砂浆。

b.合理设置伸缩缝。蒸压粉煤灰砖砌体房屋伸缩缝的最大间距应取烧结普通砖砌体房屋伸缩缝的最大间距的0.8倍,以减少温度应力带来的危害。

c.在应力集中的部位如各层门窗过梁上方及窗台下的砌体中应设焊接钢筋网片来抵抗砖收缩产生的应力。另外这类墙体当长度大于5 m时也容易被拉开,因此也应适当配筋。具体的做法是:在各层门窗过梁上方的水平灰缝内及窗下第一和第二道水平灰缝内设置焊接钢筋网片或2ф6钢筋,其伸入两边窗间墙内不小于600 mm;当实体墙的长度大于5 m,在每层墙高中部设置2～3道焊接钢筋网片或3ф6的通长水平钢筋其竖向间距为500 mm。

3.2 抗震措施

a.《建筑抗震设计规范》GB50011-2001第7.1.1注2:6、7度时采用蒸压粉煤灰砖砌体的房屋,当砌体的抗剪强度不低于烧结普通砖砌体的70%时,房屋的层数应比烧结普通砖砌体房屋减少一层,高度应减少3 m,且钢筋混凝土构造柱应按增加一层的层数所对应的普通砖砌体房屋设置,其他要求可按普通砖砌体房屋的相应规定执行。

b.圈梁、构造柱的设置:根据房屋的层数以及设防烈度,构造柱设置位置应符合《砌体结构设计规范》表10.1.8要求;当6度8层、7度7层和8度6层时,应在所有楼(屋)盖处的纵横墙上设置混凝土圈梁,圈梁的截面尺寸不应小于240 mm×180 mm,圈梁主筋不应少于4ф12,箍筋ф6@200。

3.3 施工技术措施

a.砌体施工质量控制等级应按《砌体工程施工质量验收规范》GB50203-2002执行。

b.在砌筑前砖应放置一定时间,使之进行自由收缩,以减少由于上墙后的收缩引起的墙体裂缝。在窗台、门、洞口等部位,适当增设钢筋减少这些部位的裂缝。

c.宜用较大灰膏比的混合砂浆砌筑,并做到灰缝饱满。如有可能应采用专用粘结砂浆。同一楼层中不宜与其他品种的砖混砌。

d.禁止用干砖或饱和水的砖砌墙。严格按照施工要求浇水和除去表面粉末。冬季、雨季施工应采取防冻、防雨措施。在干湿交替和冻融部位应做表面粉刷。

e.为防止或减轻房屋由于砌体材料干缩变形引起的墙体开裂,应控制块材的龄期和相对含水率。蒸压粉煤灰砖出釜停放期不宜低于28 d,上墙含水率宜为5%～8%,天气干燥时需淋水,应提前1 d进行。

4 结语

采用蒸压粉煤灰砖替代烧结普通砖时,必须认识其在承载力、抗裂能力以及抗震能力方面与烧结普通砖的差异,在设计、施工中要采取相应的措施才能充分发挥蒸压粉煤灰砖的性能,使结构安全可靠。文中提出的措施可供设计和施工中参考。

摘要：以新疆地区一例蒸压粉煤灰墙体开裂事故分析为背景,比较分析蒸压粉煤灰砖与烧结普通砖的砌体性能差异。结合新疆地处地震高发区具有气候干燥,年温差、日温差大等特点,对使用蒸压粉煤灰砖作为砌体材料的房屋结构设计、施工技术措施进行探讨,以便为蒸压粉煤灰砖的进一步推广应用提供理论依据。

关键词：蒸压粉煤灰砖,质量事故,砌体性能,技术措施

参考文献

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[8]砌体工程施工质量验收规范GB50203-2002[S].北京:中国建筑工业出版社,2003.

粉煤灰蒸压砖篇5

首先需要说明的是, 蒸压磷渣硅酸盐砖, 是指以磷渣为主要原料, 以磷石膏为基本组分, 以石灰或水泥为激发剂, 掺加含硅集料和适量外加剂, 经坯料制备、多次排气压制成型、高压饱和蒸汽养护而成的硅酸盐砖 (以下简称:磷石膏-磷渣砖) 。

贵州开磷集团和重庆大学, 自2001年开始合作共同研发成功的、具有自主知识产权的一种新型墙体材料——磷石膏-磷渣砖已取得成功, 其各项性能可以达到国家现行有关标准的要求, 一期工程年产1亿块标砖的生产线已于2007年9月投产, 至此磷石膏砖生产取得了重大突破, 图1和图2分别为开磷集团, 于2008年建成的开磷集团研发中心和单身职工宿舍大楼——利用磷石膏-磷渣砖建筑的样板楼。贵州省政府为认真贯彻落实《国务院关于加快发展循环经济的若干意见》 (国发[2005]22号) 和《国务院关于加强节能工作的决定》 (国发[2006]28号) 精神, 促进贵州省磷化工业又好又快发展, 就推广使用磷石膏砖, 于2006年8月, 由省政府办公厅发布了黔府办发[2008]66号《贵州省人民政府办公厅关于在全省推广使用磷石膏砖的通知》的文件, 《通知》要求:“各地人民政府和各部门要从自身做起, 带头使用磷石膏砖等建筑节能材料, 充分发挥表率作用, 搞好示范试点工作, 引导公众树立使用磷石膏砖等节能型环保材料理念”。并要求“认真做好宣传工作。各地人民政府和有关部门要充分发挥舆论的导向与监督作用, 通过广播、电视、报纸等新闻媒体, 广泛开展形式多样的磷石膏砖推广应用宣传工作。大力宣传我国能源、土地资源现状与磷石膏砖推广应用的重大意义;对拒不执行有关政策和法规, 造成浪费资源、严重污染环境的现象, 要予以曝光, 努力营造磷石膏砖推广应用的良好氛围。要及时总结和推广成功经验和做法, 通过典型示范, 加快磷石膏砖的普及推广, 促进资源节约型和环境友好型社会建设”。该科技成果, 于2009年6月通过由中国石油和化学工业协会组织的科技成果鉴定, 鉴定会上由中国工程院院士任主任委员的鉴定委员会认为:“该项成果总体技术达到国际先进水平, 其中直接利用二水磷石膏制备建筑用砖技术达到国际领先水平”。磷石膏-磷渣砖的研发成功, 不仅提供了具有满足节地、环保、利废、节能减排和发展循环经济要求的新型墙体材料, 而且对于治理磷化工副产品——磷石膏和磷渣的污染具有重要意义。贵州开磷集团总投资2.88亿元, 建成的年产10亿块标砖新型磷石膏-磷渣砖二期工程项目已建成投产。

另外贵州大学、瓮福 (集团) 有限责任公司、华中科技大学环境科学与工程学院、马鞍山科达机电有限公司等单位都进行了利用磷石膏生产蒸压砖的研究工作, 亦取得了可喜成果。

磷石膏-磷渣砖的最大特点是, 可以大量应用磷石膏生产性能优良的蒸压硅酸盐砖。如据互联网介绍, 2009年的某发明专利“蒸压石膏砖 (即磷石膏-磷渣砖) 是由重量配比为二水石膏40%~70%, 磷渣粉或水泥15%~45%, 石灰2%~6%, 骨料10%~25%, 物料加水搅拌至水分8%~10%, 制成坯料送入自动液压压砖机的模具压制成砖坯, 经0.8 MPa~1.3 MPa的饱和蒸汽养护而成。蒸压石膏砖软化系数在0.80以上, 抗压强度达MU15或以上, 干缩值在0.35 mm/m以下, 抗冻性符合墙体材料的标准要求, 具有优良的物理力学性能和耐久性”。

对于磷石膏-磷渣砖, 有关刊物和互联网载文, 称之为“磷石膏蒸压砖”、“高掺量磷石膏耐水蒸压砖”、“蒸压石膏砖”、“高强耐水石膏砖”、“蒸压二水石膏砖”或简称“磷石膏砖”等等, 笔者认为不尽合理。此类称呼, 无疑将磷石膏-磷渣砖的属性定义为石膏制品。由于建筑石膏制品的强度低、不耐水, 其墙体材料不能用于承重墙和外墙已在业内取得共识。尽管对该砖冠以“高强”、“耐水”等称谓, 仍会让人们怀疑, 而影响其推广应用。实际上磷石膏-磷渣砖并非是建筑石膏制品, 因而才可具有高强耐水的性能。为此, 本文拟就磷渣和磷石膏的产生及组成、磷石膏-磷渣蒸压砖的水化反应机理、磷石膏-磷渣砖的科学研究与生产实践及其命名等有关问题给予介绍和进行讨论, 以利于磷石膏-磷渣砖的推广应用。

2 磷渣和磷石膏的产生及组成

2.1 磷渣

2.1.1 磷渣的产生

磷渣是用磷矿石制取黄磷后排出的工业副产物。在密封式的电弧炉中, 用焦炭和硅石分别作为还原剂和成渣剂, 使磷矿石中的钙和Si O2结合, 所得到的以硅酸钙为主要成分的熔融物, 在炉前经高压水骤冷淬细形成粒化电炉磷渣, 简称磷渣。若自然慢冷, 则形成块状磷渣。图3、图4分别为熔融状态下的磷渣和磷渣堆场。

2.1.2 磷渣的主要化学成分和矿物组成

国内外磷渣的主要化学成分见表1, 全国23个黄磷厂所排磷渣的化学成分分析结果统计值见表2。磷渣的主要化学成分为Ca O、Si O2、Al2O3等化合物, 此外还有少量的Fe2O3、Mg O、P2O5、F、K2O、Na2O等, 其中Ca O和Si O2总量一般在85%以上, 且Ca O的含量大于Si O2。磷渣中Al2O3的含量大多小于5%。受黄磷生产工艺的影响, 我国磷渣中的P2O5含量一般小于3.5%, 但很难小于1%。不同产地的磷渣化学组成不同, 这主要取决生产黄磷时所用的磷矿石、硅石、焦炭的化学组成和配比关系。磷矿石中Ca O含量的高低直接决定了磷渣的Ca O含量, 硅石和原矿石的配比量主要影响磷渣的Si O2和Si O2/Ca O值。受黄磷生产工艺的影响, 各地磷渣的化学组成具有很好的相似性。

注:K※是磷渣的质量系数, K值的计算公式见2.1.2小节。

2.1.3 磷渣的矿物组成

磷渣的矿物组成与磷渣的产出状态密切相关。块状磷渣的主要矿物组成为环硅灰石、枪晶石、硅酸钙, 副矿物有磷灰石、金红石等。粒状电炉磷渣的主要矿物组成是硅酸盐和铝酸盐玻璃体, 玻璃体含量在85%~90%, 另外还含有少量细小晶体, 结晶相中有假硅灰石、石英、方解石及氟化钙等。

块状磷渣结构稳定, 活性极低, 而粒状磷渣的玻璃体结构使其具有较高的潜在活性。磷渣的活性是磷渣在建筑材料中得以应用的主要基础。

2.1.4 磷渣主要化学成组成对其活性的影响及作用

氧化钙Ca O:Ca O属碱性氧化物, 是磷渣的主要化学成分, 具有较高的含量, 他在磷渣中化合成具有活性的矿物, 如:硅酸二钙等。氧化钙是决定磷渣活性的主要因素, 在一定范围内, 其含量越高, 磷渣的活性越好。一般认为氧化钙含量超过51%后, 黄磷炉渣的活性会下降。由于Ca O含量高, 除掺入少量石灰或水泥做碱性激发剂外, 可以不掺石灰或水泥作为钙质材料, 或者少掺以补充钙质的不足, 而有利于降低产品成本。

氧化硅Si O2:Si O2为酸性氧化物, 是磷渣的活性成分和形成玻璃体结构的重要组分, 如硅酸二钙。

氧化铝Al2O3:Al2O3属酸性氧化物, 是磷渣中较好的活性成分, 其含量较高时有利于磷渣活性的提高。但磷渣中的Al2O3含量一般小于5%, 开磷集团的只有2.25%, 含量过低。通常水淬高炉矿渣中的Al2O3含量约15%左右, 而粉煤灰中Al2O3的含量在8%~38%之间。过低的Al2O3含量影响黄磷炉渣的活性。然而恰恰由于其Al2O3含量低, 避免了AFt的大量生成, 才得以在磷石膏-磷渣砖中大量掺入磷石膏, 以治理磷石膏的污染。

氧化镁Mg O:Mg O比Ca O的活性要低, 在磷渣中呈稳定的化合物或玻璃体, 不会产生安定性不良的现象。氧化镁可以增加熔融矿物的流动性, 有助于提高磷渣粒化质量和提高磷渣活性。

五氧化二磷P2O5和氟F:P2O5和F是磷渣中有害成分, P2O5以可溶磷的形式存在的磷组分, P2O5和F可减缓早期水化速度。但由于其含量少, 并无不利影响或影响很小。

磷渣可用作水泥的混合材、混凝土的掺和料或骨料, 亦可用于生产硅酸盐制品。

“磷渣”即“粒化电炉磷渣”同“粒化高炉矿渣”一样, 均为“以硅酸钙与铝酸钙为主要成分的熔融物, 经淬冷成粒的废渣”。国家标准《墙体材料术语》 (GB/T18968-2003) 将“粒化高炉矿渣”定义为“硅质材料”, 显然“磷渣”亦应为“硅质材料”而“能与氢氧化钙反应生成以水化硅酸钙为主的胶结料”, 因此, 磷石膏-磷渣砖才被胶结为整体并获得强度及所需要的性能。

2.2 磷石膏

磷石膏 (见图5) 是湿法磷酸生产过程中产生的工业废渣, 是化学工业中排放量最大的固体废物之一。其主要成分是二水硫酸钙 (Ca SO4·2H2O) , 其含量为64%~96%。除此之外, 还含有磷酸、氟, 以及游离水和不溶性残渣等, 是带酸性的粉状物料。贵州开磷集团磷石膏的化学成分见表3。国家标准中对磷石膏的技术性能指标要求见表4。

注1:根据不同用途, 也可由供需双方协商确定。

由表3和表4可知, 开磷集团的磷石膏性能优异。磷石膏在磷石膏-磷渣蒸压砖中, 主要用作细集料起填充作用, 极少量作为磷渣的硫酸盐激发剂。

3 关于磷石膏-磷渣砖水化反应机理的探讨

磷石膏-磷渣砖的主要原料有磷渣、磷石膏、石灰、集料、其他外加剂和水等。主要生产工艺过程有粉磨、配料、搅拌、陈化、轮碾、压制、蒸压等工序。这里仅就磷石膏-磷渣砖水化反应进行讨论。

3.1 磷渣的水化反应

3.1.1 磷渣的活性激发

组成磷渣玻璃体的基本单元有硅氧四面体、铝氧四面体等多种网络形成体, 具有较高聚合度, 玻璃体结构牢固, 活性较低。因此, 其自身不能水化硬化, 而不具有胶凝作用, 但受到某些激发作用后, 就呈现出水硬性。

常用的激发方式有两大类, 一是物理激发, 二是化学激发, 另外还有高温激发。

物理激发:

改善水淬质量:提高磷渣的质量系数和水淬时熔渣的温度、水压, 或以碱容易淬渣, 都可以提高磷渣的潜在水硬性。

机械活化:也就是采用粉磨的方法, 磷渣在粉磨过程中, 随着粉磨的进行, 比表面积增大, 使磷渣的强度贡献有所提高。这是因为随比表面积的增加, 一方面加强了磷渣的填充效应, 降低结构的孔隙率;另一方面, 磷渣玻璃体中产生的断裂键增多, 从而加速了硅质材料与石灰或水泥熟料水化产生的Ca (OH) 2的反应速度。

化学激发:

化学激发方式, 可分为:碱激发、硫酸盐激发等多种激发形式。

磷渣单独与水拌和时, 反应极慢, 得不到足够的强度;但在Ca (OH) 2溶液中就能够发生水化, 而在饱和的Ca (OH) 2溶液中反应更快, 并产生一定的强度。这说明磷渣潜在能力的发挥, 必须以含有Ca (OH) 2的液相为前提。这种能造成Ca (OH) 2液相以激发矿渣活性的物质称之为碱性激发剂。它生成碱性溶液能破坏磷渣玻璃体表面结构, 使水分易于渗入并进行水化反应, 造成磷渣颗粒的分散和解体, 产生有胶凝性的水化硅酸钙与水化铝酸钙。

常用的碱性激发剂是碱、强碱弱酸的盐类等, 常用的有石灰和硅酸盐水泥熟料等。

在含有Ca (OH) 2的碱性溶液中, 加入一定数量的硫酸盐, 就能使磷渣的潜在活性较为充分地发挥出来, 产生比单独加碱性激发剂高得多的强度, 这一类物质称之为硫酸盐激发剂。

RSO可以作为活性激发剂, 是因为形成高分散度活性的次生石膏Ca SO4·2H2O, 次生石膏Ca SO4·2H2O同水化铝酸钙生成AFt, 从而进一步促进水化。

常用的硫酸盐激发剂有:二水石膏 (天然石膏及磷石膏、脱硫石膏等工业副产石膏) 、半水石膏和无水石膏。因此, 磷石膏在砖中可作为磷渣的硫酸盐激发剂, 在磷石膏-磷渣砖中不需要再掺加其他硫酸盐。

磷渣只有在碱性溶液和硫酸盐溶液中, 通过碱性激发、硫酸盐激发, 降低聚合度, 方可以水化成为水硬性胶凝材料。激发剂仅能激发磷渣的活性, 加快磷渣的水化反应速度, 提高制品的早期强度, 并不能改变磷渣水化产物的组成。

养护:

硬化时的外界温度对磷渣胶凝材料硬化速度的影响较大。因此, 采用湿热处理可加速磷渣的水化, 提高早期强度。

在蒸压养护条件下, 由于高温高压的激发作用, 以石英硅和晶态硅状态存在的Si O2, 都不同程度地被激发, 发挥活性, 可以加快磷渣与钙质材料水化生成的Ca (OH) 2的反应速度, 提高水化产物的结晶度, 有利于提高制品的耐久性能和强度。

3.1.2 磷渣的水化反应

磷渣的主要矿物组成是硅酸盐和铝酸盐玻璃体, 玻璃体含量在85%~90%, 另外还含有少量细小晶体, 结晶相中有假硅灰石、石英、方解石、氟化钙等。其中硅酸盐、铝酸盐以及磷石膏中存在的一定量的Si O2亦将参与二次水化反应。

为了便于探讨磷渣在磷石膏-磷渣砖高压蒸饱和汽养护过程的水化反应, 首先介绍磷渣 (硅酸盐) 水泥的水化过程。

3.1.2. 1 磷渣水泥的水化

磷渣水泥的水化, 首先是熟料的水化, 然后是磷渣在熟料的水化产物Ca (OH) 2相与外加剂的作用下, 解聚并发生化学反应, 然后是水化产物的聚合。

通过磷渣水泥的水化产物的研究表明, 磷渣水泥的水化产物与普通硅酸盐水泥的水化产物相似, 主要是S-C-H凝胶和AFt相, 而没有Ca (OH) 2相或很少, 这主要是由于磷渣和Ca (OH) 2发生反应, 消耗掉了大部分甚至全部。由于水化产物中Ca (OH) 2很少, 这是磷渣水泥的耐硫酸盐侵蚀好于硅酸盐水泥的一个重要原因。

磷渣水泥的水化反应过程表明, 在磷渣中存在活性Si O2和Al2O3, 而使Ca (OH) 2消耗掉了大部分甚至全部。

3.1.2. 2 磷渣在磷石膏-磷渣砖中的水化反应及其水化产物

磷渣水化, 首先是碱性激发剂——石灰或水泥熟料的水化, 提供了OH-, OH-进入到磷渣玻璃体空穴中, 促进磷渣玻璃体的分散和分解, 然后是磷渣在碱性激发剂的水化产物Ca (OH) 2相与硫酸盐激发剂——磷石膏共同作用下, 解聚并发生和加速化学反应过程。

磷渣中的硅酸盐玻璃体的主要矿物成分为硅酸二钙 (2Ca O·Si O2) , 少量的铝酸三钙 (3Ca O·Al2O3) , 它们首先发生水化反应, 其水化反应方程式如下:

3Ca O·2Si O2·3H2O系水化硅酸钙凝胶记作C-S-H, 其既有高碱的又有低碱的多种不同类型的水化硅酸钙凝胶。

磷渣中的活性Si O2和Al2O3以及磷石膏中的Si O2, 在碱性环境中, 与Ca (OH) 2发生二次水化反应, 反应式如下:

由式 (3) 生成的低碱水化硅酸钙凝胶C-S-H, 其主要有结晶度较差的呈纤维状的Ⅰ型水硅酸钙CSH (Ⅰ) , 具有较高的强度, 是硅酸盐混凝土中最主要的水化产物之一, 是对强度贡献最大的水化产物。在蒸压时间较长的情况下, 半结晶的CSH (Ⅰ) 可以逐渐转变为结晶良好的托勃莫来石C5S6H5, 亦是硅酸盐混凝土最主要的水化产物, 其强度比CSH (Ⅰ) 低, 但是, 在细小晶体的CSH (Ⅰ) 中穿插一些托勃莫来石, 其强度比单一CSH (Ⅰ) 试件高出约一倍。

由式 (4) 生成的水化铝酸钙, 初期阶段常以C3AH6形式存在, 其与式 (2) 生成的C3AH6, 在大量石膏存在的条件下, 很容易转化为三硫型水化硫铝酸钙, 即钙矾石AFt:

钙矾石具有微膨胀作用, 适量钙矾石的产生, 有利于提高砖的密实度和物理力学性能。

当溶液中的Ca (OH) 2消耗殆尽, 溶液碱度降低, 由硅酸二钙水化生成的强度低的高碱水化硅酸钙, 就要继续水化转化为低碱水化硅酸钙凝胶C-S-H和析出Ca (OH) 2, 析出的Ca (OH) 2则重复式 (3) 的二次水化反应, 生成水化硅酸钙凝胶C-S-H和托勃莫来石。高碱水化硅酸钙转化为低碱水化硅酸钙凝胶C-S-H和生成新的水化硅酸钙凝胶C-S-H及托勃莫来石, 而有利于砖强度的提高。

因此, 磷渣水化的主要水化产物有:托勃莫来石、低碱C-S-H凝胶和钙矾石等。还可能含有水石榴石, 但含量会很少。

3.2 磷石膏的相转变

磷石膏不具有胶凝作用, 在砖中除极少量的用作激发剂, 绝大部分作为填料——细集料用于砖中。由于砖在蒸压养护过程中, 磷石膏发生的相转变, 使其性能有了很大的变化, 从而使磷石膏-磷渣砖的性能得到了保证。下面就磷石膏的脱水相转变进行讨论。

3.2.1 磷石膏的形态及脱水后的产物

磷石膏为二水石膏Ca SO4·2H2O, 目前, 在Ca SO4·2H2O系统中一般公认的石膏相有五种形态、七个变种, 它们是:二水石膏 (Ca SO4·2H2O) ;α-半水石膏与β-半水石膏 (α-Ca SO4·1/2H2O与β-Ca SO4·1/2H2O) ;α-Ⅲ型硬石膏与β-Ⅲ型硬石膏 (α-Ca SO4Ⅲ与β-CaSO4Ⅲ) ;Ⅱ型硬石膏 (Ca SO4Ⅱ) ;Ⅰ型硬石膏 (Ca SO4Ⅰ) 。

二水石膏既是脱水物的原始材料, 又是脱水石膏再水化的最终产物。

半水石膏有α型与β型两个变种。当二水石膏在加压的水蒸气条件下, 或在酸和盐溶液中加热时, 可以形成α-半水石膏。如果二水石膏的脱水过程是在干燥环境中进行, 则可以形成β-半水石膏。

Ⅲ型硬石膏也称为可溶性无水石膏。也存在α型和β型两个变种。它们分别由α-半水石膏与β-半水石膏加热脱水而成。

Ⅱ型硬石膏是难溶的或不溶的无水石膏, 它是二水石膏、半水石膏和Ⅲ型硬石膏经高温脱水后在常温下稳定的最终产物。

Ⅰ型硬石膏只有在温度高于1 180℃时才可能存在, 如果低于此温度, 它会转化为Ⅱ型硬石膏。所以Ⅰ型硬石膏在常温下是不存在的。

3.2.2 石膏的脱水转变

石膏胶凝材料的制备过程主要是二水石膏加热脱水转变为不同脱水石膏的过程。二水石膏转变为脱水相的温度, 由于各种条件的变化, 不同的研究者提出不同的参数。在实验室要得到某一个纯净的石膏相是很困难的, 因为半水石膏和Ⅲ型硬石膏是介稳状态化合物, 并且没有十分明确的相变点。在实验室的理想条件下, 二水石膏的脱水转变可以参考如图5所示的温度进行。

在如图5所示的转变温度下, 所需时间较长。而在工业生产中总希望用最低的能耗和尽可能短的时间来完成所需的相转变。因此在工业上石膏的实际煅烧温度要超过实验室的温度, 但很容易出现其他相的混合。如图6所示为一般工业上常见的脱水转变温度。

3.2.3 磷石膏在砖中的脱水产物

从一些资料上看, 利用磷石膏生产蒸压砖, 在不同养护制度下, 转变为不同的脱水石膏相。例如:1、当养护蒸汽温度为200℃、压力为1.55 MPa时, 磷石膏脱水全部转变为硬石膏 (见图7) ;2、养护蒸汽压力为0.8 MPa、温度为174℃时, 大部分转变为硬石膏, 少部分仍为二水石膏 (见图8) 。

为了提高蒸压砖水化产物的结晶度, 需要较高的饱和蒸汽养护温度和压力, 且应有足够的养护时间, 这样磷石膏就可以在较长的时间内、在加压水蒸汽条件下, 进行相转变。因此, 磷石膏在砖蒸压养护过程中的相转变路径, 应遵循图5所示的在加压水蒸汽条件下, 进行二水石膏的脱水转变, 对此, 上述两例足以证明。

例1的养护温度为200℃, 超出图5所示由α-可溶型硬石膏转变为Ⅱ型硬石膏的转变温度177℃, 因此, 所转化的硬石膏应以Ⅱ型硬石膏为主, 属难溶或不溶的无水石膏, 具有较好的耐水性。

例2的养护温度为174℃, 低于177℃, 因此, 所转化的硬石膏应以可溶型硬石膏为主。

3.3 小结

磷石膏-磷渣砖在高压饱和蒸汽养护过程中, 磷渣在激发剂和高温激发的作用下发生水化反应, 产生一系列具有胶凝作用的水化产物——托勃莫来石、C-S-H凝胶和钙矾石等胶结料。随着水化反应的进行, 水化产物不断增加, 结构逐渐致密, 形成了具有强度的结晶结构网, 将磷石膏和集料包裹其中并胶结在一起.形成牢固的整体结构。为磷石膏-磷渣砖获得所需要的物理力学和耐久性能奠定了基础, 并起到决定性作用。随着磷渣掺量的增加或磨细, 水化产物增加, 砖的强度和耐久性能随之提高。

磷石膏则在加压水蒸汽中, 二水石膏发生相转变, 由于砖的养护时间较长, 其相转变应遵循图5所示在加压水蒸汽条件下的路径。当养护温度超过180℃, 则二水石膏将会转变为Ⅱ型硬石膏, 而使砖的耐水性能得到进一步保证。

因此, 砖的蒸压养护工艺制度的制定, 不仅要满足提高硅酸盐水化产物结晶度的需要, 亦要注重提高磷石膏脱水转化产物的耐水性的要求, 以保证和提高磷石膏-磷渣砖的耐水性能及物理力学性能。

这里应该说明的是, 磷石膏得以在磷石膏-磷渣砖中大量的掺入和有效的治理其污染, 得益于磷渣中Al2O3含量的低下。

在Ca O-Al O-Ca SO-HO系统中, 通常可形成两种物质, 三硫型硫铝酸钙即钙矾石AFt (3Ca O·Al2O3·3Ca SO4·31H2O) 和单硫型硫铝酸钙AFm (3Ca O·Al2O3·Ca SO4·12H2O) 。此两种物质在常温下很容易形成, 具有良好的物理力学性能, 其中钙矾石形成时, 其固相体积增大1.27倍, 能够使制品产生微膨胀。若数量太多, 则能使制品崩裂而损坏。

如石膏在蒸压粉煤灰砖生产中起着加速水化反应、提高水化产物结晶度、提高砖的早期强度, 特别是抗折强度等作用, 还可减少砖坯的收缩开裂。但要求石膏掺量应控制在不超过3%, 笔者认为最主要原因, 在于粉煤灰的Al2O3含量高, 过多的掺加石膏, 会生成数量太多的钙矾石, 而使制品崩裂。

正由于磷渣中Al2O3含量极低, 才可掺入大量的磷石膏, 而不会生成太多得钙矾石AFt, 使砖受到损坏。

4 磷石膏-磷渣砖的科学研究与生产

为了使人们对磷石膏-磷渣砖有更好的了解, 下面就有关磷石膏-磷渣砖的科学研究和生产实践, 简介如下。

4.1“高掺量磷石膏耐水蒸压砖”的研究

由贵州大学和瓮福 (集团) 有限责任公司, 联合进行的“通过高温蒸压的方法, 使石膏相转变为无水硫酸钙, 同时设法在制品中形成一定的水硬性物质并交互错生在无水硫酸钙的微观结构中, 从而制备出高掺量磷石膏耐水蒸压砖”。的试验研究, 混合料配合比为:磷石膏∶磷渣粉=75∶25 (激发剂外掺3%) , 蒸压养护温度为200℃、压力约为1.55 MPa。

试验研究表明, 磷渣粉水化产物有“水化硅酸钙和托勃莫来石, 同时, 磷石膏中的二水石膏全部转变为Ca SO4 (见图7a) , 有效地防止了水对制品的侵蚀作用, 软化系数增大”。从样品的SEM照片 (图7b) 可知, 成纤维状水化硅酸钙、托勃莫来石等水硬性水化产物包裹在硬石膏周围, 它们之间通过接触点相连接, 形成结晶连生体致使制品的强度增大。

试验还对磷渣粉细度对试块强度及耐水性能的影响进行了研究, 研究表明:随着磷渣粉细度的增大, 磷石膏蒸压砖的抗压强度及软化系数都呈增大趋势, 这是由于磷渣粉颗粒尺寸越小, 反应体系比表面积越大, 反应界面和扩散截面也相应增加, 同时按威尔表面说, 随着颗粒尺寸减小, 强键分布曲线变平, 弱键比例增加, 使反应和扩散能力增强。故而物料水化反应速率增大, 有利于磷石膏蒸压砖中水硬性水化产物大量生成, 从而提高制品的抗压强度及软化系数。但是, 当磷渣粉细度增大到650 m2/kg左右时, 制品的抗压强度与软化系数的增长呈缓慢趋势。因此, 磷渣粉的细度控制在650 m2/kg左右比较适宜。

蒸压砖的主要性能检测指标:平均抗压强度12.10 MPa、平均抗折强度3 MPa、吸水率12.6%、软化系数0.84以及抗冻性抗压强度损失率8.26%、单块砖质量损失率1.56%。

4.2“磷石膏蒸压砖”的研究

华中科技大学环境科学与工程学院进行了“磷石膏蒸压砖制备工艺及强度机理研究”。研究表明:“以磷石膏掺量为40%, 消石灰掺量为15%, 复合外加剂掺量为1%, 石硝和粉煤灰质量比为2∶1制备的墙砖, 其抗折强度达到4 MPa以上, 抗压强度达到23 MPa以上, 抗冻性优良, 可用作承重墙”。

为了研究蒸压砖强度形成机制, 对该墙砖进行了XDR和SEM分析 (见图8) 。由图8X衍射图可见:“石英的衍射峰最强, 这主要是由于石硝石英含量过高所致;硬石膏衍射峰很强, 这说明了在0.8 MPa蒸汽养护条件下墙砖中大部分Ca SO4·2H2O完全脱水生成Ca SO4, 在d=11.3魡处有C5S6Hn (托勃莫来石) 的衍射峰, 说明在0.8 MPa蒸汽养护条件下磷石膏墙砖形成了高强托勃莫来石晶相”。

由图8SEM图可见:“团状物质被一层一层的板状物质所包围, 这些板状物质是托勃莫来石, 它属于结晶良好的C-S-H凝胶, 具有良好的物理力学性能, 是形成磷石膏墙砖强度的主要物质”。

磷石膏墙砖中的托勃莫来石主要是由消石灰中的Ca (OH) 2与粉煤灰、石硝表层的活性Si O2反应生成, 该反应在高压蒸汽养护中得到促进, 生成的结晶相包围着石膏晶体和石硝, 形成了非常致密的结构, 使水分难以进入, 从而使磷石膏墙砖的强度很高、抗冻性非常优良。

试验研究就粉煤灰掺量对砖的强度的影响进行了研究 (见图9) , 从图9可以看出, 粉煤灰掺量, 由10%增加到20%, 抗压强度缓慢增加, 抗折强度有所降低;由20%增加到30%, 抗压和抗折强度均明显降低, 因此, 研究认为“粉煤灰的适宜掺量为10%~20%”。

粉煤灰的活性要明显好于石硝, 那么随着粉煤灰掺量的增加 (不超过30%) , 石硝的减少, 水化硅酸钙凝胶的生成量应有所增加, 砖的强度并没有随之提高, 却反而降低, 笔者认为其原因在于粉煤灰中Al2O3含量高, 随着粉煤灰掺量的增加, AFt生成量随之增加, 当增加到某一数值, 由于其膨胀作用而使砖产生微裂纹, 致使砖的强度下降, 由此亦可体现出, 磷渣Al2O3含量低, 对大量应用磷石膏生产蒸压硅酸盐砖所作的贡献。

另外, 试验研究还表明, 砖的抗压强度和抗折强度, 随着磷石膏掺量的减少和消石灰掺量的增加而提高。

4.3“高强耐水石膏砖”的生产实例

开磷集团利用贵州开磷集团与重庆大学共同研发成功的专利技术, 投资2.88亿元, 建成的年产10亿块标砖蒸压砖生产线, 于2009年7月建成投入生产, 主要设备有福建海源1280型液压成型机12台、Φ2.5m×39 m蒸压釜22台 (见图10) 。图11为成型好的砖坯。目前, 开磷集团将磷石膏-磷渣砖命名为“高强耐水石膏砖”。

“高强耐水石膏砖”, 主要以磷石膏、磷渣、工业废水为原料, 并充分利用黄磷生产尾气和硫酸生产的余热蒸汽。至此, 开磷集团算了一笔账:10亿块磷石膏砖项目达产后, 每年可综合利用磷石膏165万t、黄磷炉渣75万t、工业废水40万t, 可减少SO2排放42.12 t、CO2排放4.3万t, 节约标准煤2.8万t。

4.3.1 工艺流程示意简图 (见图13)

4.3.2 工艺流程简述

磷石膏和磷渣都含有一定水分, 磷石膏在堆存过程中经自然干燥, 应使含水率降至15%以下, 在由轮碾机将压实的硬料块破碎至10 mm以下;磷渣经立式烘干机烘干, 烘干后与复合激发剂分别采用球磨机粉磨, 细度要求达到180~200目。

配料要求均匀, 对所有原材料均采用电子量秤计量;搅拌采用高速双轴搅拌机加水搅拌混合, 加水量 (包括磷石膏的含水量) 一般为总加水量的70%~80%;搅拌后由地面消化库消解, 使混合料在堆积过程中借助毛细管和蒸气压的作用, 水分更加均匀分布, 从而可使磷石膏颗粒因水分减少自动粉化, 消化后的物料呈松散而稍带湿润的状态;消化后的混合料, 经轮碾机碾练, 补充水分, 调整至成型所需的均匀分布的湿度, 碾练主要起压实、活化和混合均化作用, 可以提高混合料的成型性能有利于提高砖的质量;自动成型机压制成型;蒸压釜高压蒸汽养护。

磷渣烘干介质采用磷业公司黄磷厂的尾气余热, 高压蒸汽养护采用磷化工基地生产压力约为1.1 MPa的余热蒸汽, 水采用经净化处理回收的工业废水。

原料的配合比为:磷渣∶磷石膏∶细集料=25~40∶40~60∶10~30, 外加复合激发剂约3%。细集料可采用粒状磷渣、破碎后的块状磷渣或天然砂等。

前面已就磷渣、磷石膏的作用作了说明, 细集料的作用则是增加透气性, 使砖坯在压制时, 减少或避免产生分层裂缝, 同时可改善砖坯成型时的其他性能, 提高砖的强度, 特别是它的抗折强度。集料应具有合理的颗粒级配, 以利于减少胶结料用量、需水量, 提高硬化体的强度与均匀性等。集料的种类和掺量直接影响砖的强度特别是抗折强度及收缩值。

5 关于磷石膏-磷渣砖的属性、命名和定义

如前述, 相关资料将磷石膏-磷渣砖称之为“高掺量磷石膏耐水蒸压砖”、“蒸压石膏砖”、“磷石膏蒸压砖”、“高强耐水石膏砖”或“蒸压二水石膏砖”等, 笔者认为不尽合理, 那么应如何确定“磷石膏蒸压砖”等的属性并对其定义和命名, 不仅是砖的推广和应用的需要, 也是生产企业今后发展的需要。为此, 应尊重科学和生产实践, 遵循科学的表述方法, 以实事求是的科学态度确定其属性并为其定义和命名。下面就此进行讨论。

5.1 非烧结墙材制品的分类

非烧结墙体材料基本为混凝土制品, 也就是用混凝土生产的墙材制品。所谓混凝土, 是指由胶凝材料 (无机、有机或复合胶凝材料) 、水、集料, 必要时还有外加剂和矿物掺和料等组分按一定比例合理配料, 经成型、硬化后制成的人造石材。简单地说, “混凝土是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称”。

生产非烧结墙材制品的混凝土, 所采用的胶凝材料基本是无机胶凝材料, 主要有:水泥、硅质-钙质材料和建筑石膏等无机胶凝材料, 其应为混凝土的主要原材料。非烧结墙材制品类别或者说属性一般以胶凝材料划分, 分别称为水泥混凝土制品 (简称:水泥制品或在不会引起误会的情况下称作混凝土制品) 、硅酸盐混凝土制品 (简称:硅酸盐制品) 和石膏混凝土制品[简称: (建筑) 石膏制品]等。由于它们所用的胶凝材料不同, 水化产物有明显的不同, 在生产工艺和产品性能上亦有所区别。

水泥制品是以水泥为胶凝材料。其无论是自然养护、常压蒸汽养护, 还是高压蒸汽养护其产品性能均能得到保证。水泥的水化产物, 既有低碱和高碱水化硅酸钙, 又含有一定比例的水泥石稳定、混凝土耐久的标志性矿物—Ca (OH) 2, 因此具有较好的耐久性能。

硅酸盐制品是以硅质和钙质材料以一定的工艺方法, 生成以水化硅酸钙、水化铝酸钙为主要胶结料的建筑制品。其只有经高压蒸汽养护工艺方法, 所生成的水化产物, 才能使硅酸盐混凝土制品的理化性能得到保证。

建筑石膏制品是以建筑石膏[《建筑石膏》国家标准GB/T 9776-2008, 将建筑石膏重新定义为:“天然石膏或工业副产石膏经脱水处理制得的, 以β半水硫酸钙 (β-Ca SO4·1/2H2O) 为主要成分, 不预加任何外加剂或添加物的粉状胶凝材料”]为胶凝材料。其在空气中凝结、干燥、硬化, 不需要蒸汽养护。强度低、耐久性能差。可做内隔墙、天花板和装饰制品等。其水化产物是以由β半水硫酸钙水化生成的二水石膏为主。

在上述三种制品的产品标准定义中, 均明确其所采用的胶凝材料, 如“石膏砌块”的定义为以建筑石膏为主要原料, 经加水搅拌、浇注成型和干燥制成的轻质建筑石膏制品。生产中允许加入纤维增强材料或轻集料, 也可加入发泡剂。

在建筑应用技术规范和规程中, 允许采用的非烧结承重墙体材料主要是前两种, 即水泥制品和蒸压硅酸盐制品;建筑石膏制品只能用作自承重内墙墙体, 即非承重填充墙。

5.2 磷石膏-磷渣砖的属性

由磷石膏-磷渣砖的水化反应过程可知, 磷石膏-磷渣砖之所以能成为具有一定理化性能的整体——砖, 完全是由于在高温高压养护过程中, 磷渣中所含硅、钙质组分即硅质和钙质原料, 经水热合成反应, 生成的以水化硅酸钙为主要的胶结料, 将在高压饱和蒸汽中经脱水转变的没有胶凝作用的二水石膏脱水产物及其他集料包裹并胶结在一起的结果。这完全符合“混凝土是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称”的定义, 因此, 磷石膏-磷渣砖首先应属混凝土制品。同时又完全符合国家标准《硅酸盐建筑制品》 (GB/T 16753) , 关于硅酸盐建筑制品定义:“硅酸盐制品是以硅质和钙质材料以一定的工艺方法, 生成以水化硅酸钙、水化铝酸钙为主要胶结料的建筑制品”的规定, 因此, 磷石膏-磷渣砖应属硅酸盐混凝土制品, 即硅酸盐制品, 非属石膏制品。

5.3 磷石膏-磷渣砖的命名和定义

目前之所以将磷石膏-磷渣砖称之为:“高掺量磷石膏耐水蒸压砖”、“蒸压石膏砖”等等, 笔者认为, 完全是出于砖中所用磷石膏的量最大, 以及从发展循环经济、资源综合和技术创新的利用角度来考虑的, 这显然与制品的属性不符。极易让人们将实为蒸压硅酸盐制品的砖, 误认为建筑石膏制品。由于在建筑应用技术规范和规程中, 允许采用的非烧结承重墙体材料主要是前两种, 即水泥制品和蒸压硅酸盐制品;建筑石膏制品只能用作自承重内墙墙体, 即非承重填充墙, 这样会严重影响磷石膏-磷渣砖的推广应用。因此, 应对其名称进行正确的命名和定义, 以利于推广和应用。

前面已明确磷石膏-磷渣砖应属硅酸盐制品。硅酸盐制品的产品名称, 一般以所用的硅质材料命名, 如在国家标准《硅酸盐建筑制品术语》中有:粉煤灰硅酸盐砖 (简称:粉煤灰砖) 、煤矸石硅酸盐砖 (简称煤矸石砖) 、煤渣硅酸盐砖 (简称煤渣砖) 、矿渣硅酸盐砖 (简称矿渣砖) ……等等。更为了与建筑应用技术标准对接, 以便于砖的推广应用。因此, 可考虑将其名称命名为“蒸压磷渣硅酸盐砖”。

但是, 由于磷渣本身所具有的Al2O3含量极低的特点, “蒸压磷渣硅酸盐砖”既可以大量掺入磷石膏同时用作集料和激发剂, 又可少量掺入仅用作激发剂。那么前者和后者所用砌筑砂浆就应有所区别, 由于前者有大量石膏即硫酸盐存在, 其所用砂浆应具有耐硫酸盐的特性, 宜采用磷渣水泥, 或用磷渣做砂浆的掺和料;后者则可采用通常的蒸压硅酸盐砖, 如蒸压粉煤灰砖所用的专用砂浆。为了使人们在建筑应用过程中, 能够正确区分两者的不同, 以便正确的选择砂浆。因此, 既为了区别于仅用磷石膏做激发剂的蒸压磷渣砖, 又要体现出磷石膏在砖中的大量应用, 宜将其命名为“石膏基蒸压磷渣硅酸盐砖”。

因此, 将磷石膏-磷渣砖——“石膏基蒸压磷渣硅酸盐砖”的定义表述为:“以磷渣为主要原料, 以磷石膏为基本组分 (其掺量不应小于40%) , 以石灰或水泥为激发剂, 可掺加含硅集料和适量外加剂, 经坯料制备、多次排气压制成型、高压饱和蒸汽养护而成的硅酸盐砖”。

6 结束语

磷石膏-磷渣砖的成功开发, 生产新型节能墙体材料, 为利用磷石膏、磷渣开辟了一条新的途径。利用磷石膏、磷渣生产建筑节能用砖, 不但减少了工业废渣对环境造成的污染, 而且能够有效节约天然矿产资源, 实现节能减排。加快磷石膏-磷渣砖的推广应用, 有利于进一步加大资源保护和开发力度, 合理开采、有效利用矿产资源;有利于节约能源、节省耕地、保护环境和改善建筑功能, 对于提高资源利用率, 改善生态环境, 促进循环经济发展具有重要作用。

参考文献

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[5]杨家宽, 谢永中等.磷石膏蒸压砖制备工艺及强度形成机理[J].建筑材料学报, 2009 (3) .

粉煤灰蒸压砖篇6

1 蒸压釜排出冷凝水中的热能量

由于蒸压釜是以压力饱和蒸汽为载热载湿工作介质的, 所以在蒸压釜蒸养坯体过程中, 蒸汽会不断地把自身热量传递给正在升温的坯体、蒸压釜釜壁和小车等等, 使它们的温度由表及里上升到所需温度, 而蒸汽由于自身温度下降而变成100℃以下的冷凝水, 逐渐积聚在釜底。冷凝水如不及时排放出釜外, 不但会造成釜内上下温度差过大使釜体产生有极大破坏力的“香蕉效应”和使养护出来的制品“夹生”, 而且还会使釜底遭到化学腐蚀, 所以要求随时随地排放出釜内的冷凝水。那么每蒸压养护一釜砖会排出多少冷凝水呢, 据有关资料报道:德国对直径为2 m、长为21 m、工作压力为16 bar (1 bar=0.987 rgf/cm2) 的蒸压釜, 每蒸压养护一次排放出的冷凝水量作了测试。其冷凝水流量曲线如图1所示。

从图1上可以看到, 在整个蒸压养护中, 升温阶段刚开始送蒸汽时, 每小时约有1 000 L冷凝水产生, 在达到允许操作压力之前, 最高生产冷凝水量可达4 500 L。而在恒温阶段, 只要釜体保温绝热良好, 每小时生产冷凝水量只有50 L或更少。据此可以推算出蒸压釜 (φ2 m×21 m) 每个蒸压养护周期内排放出的冷凝水量:

如果把100℃以下的冷凝水中的热量利用回收到只有25℃的水时, 则可回收的总热量Q收

折算成标准煤G

如果以φ2 m×21 m的蒸压釜为例:每釜可养护蒸压砖 (普通砖) 2.0万块来计算, 仅釜内冷凝水的热量利用每万块蒸压砖可节约标准煤约54.05 kg。

既然釜内冷凝水的热量如此之大, 如何加以利用呢, 现介绍如下几种方法:

a.简接吸收冷凝水的热量来加热锅炉给水的温度, 这样既利用了冷凝水的余热, 也提高了锅炉进水温度, 从而稳定了釜内压力和降低了锅炉煤耗。例如生产1 t蒸汽, 通过废热把水温由70℃提高到95℃, 温差25℃, 当燃煤热值为5 000 kcal/kg时, 锅炉热效率是85%, 则每吨蒸汽可节省燃煤5.88 kg。即1000×25/5000×0.85=5.88 kg (折合标煤4.2 kg) 。其简接加热方式如图2。

b.也可简接吸收冷凝水的热量来加热生活用水及搞副业 (如养非洲鱼等等) 。

c.还可把釜内冷凝水直接用热水泵送至一次搅拌机用的水箱内储存, 以作搅拌机用水。这样不但节约了用水, 也提高了混合料的温度, 加速混合料中石灰消化, 缩短消化时间和减少过火石灰的不良影响, 同时还能充分利用冷凝水中含有溶解的Ca O、Si O2、K2O、Na2O及水化物, 能促进钙、硅、铝、水的反应和结晶过程, 提高产品强度, 是一件一举多得的好事。

2 蒸压釜保温绝热不良时, 釜体釜盖散热损失量

有一些蒸压砖厂对蒸压釜的保温绝热, 减少热损失以节约能源的认识不足, 导致对蒸压釜的保温绝热工作做得很差。为了节省投资, 选用保温绝热效果差的材料作蒸压釜体保温, 结果使蒸压釜在蒸压养护时大量散热, 白白浪费燃煤。现以φ2×21m蒸压釜釜内温度为200℃时, 釜体保温不良时的散热为例进行散热损失的能量计算:

釜体的散热表面积:

釜盖散热表面积:

蒸压釜总的散热表面积:

如蒸压釜体表面不保温绝热, 则每蒸压养护一个周期, 升温阶段的釜体表面散热损失Q升:

恒温阶段的釜体表面散热损失Q恒:

式中K—蒸压釜釜壁的传热系数。平均取K=3.4kcal/m2·h·℃;

t2—蒸压釜内达到的最高蒸汽温度, 200℃;

t1—室温, 25℃;

T升—升温阶段的时间, 2 h;

T恒—恒温阶段的时间, 7 h;

Q总=Q升+Q恒=84 490+591 430=675 920 kcal (折合标煤96.56 kg) 。

由于釜的保温不良所引起的散热损失30%时:

把所散失的热量折算成标准煤为=28.968kg, 折算到每万块蒸压砖的煤耗上, 由于釜体保温不良, 有30%的散热损失时每万块砖要增加标准煤耗14.5 kg。

由上计算可知, 要使蒸压釜体表面散热损失减少, 必须使蒸压釜处于良好的保温绝热状态。也就是说必须选用导热系数极小的, 如岩棉、玻璃棉、矿棉及保温块等优良保温绝热材料, 按所要求的厚度极其仔细地包裹釜的所有外露表面层。

仅从以上两个热能损耗的分析, 说明蒸压砖企业在降低蒸压釜的养护能耗方面还有很大潜力。只要充分利用蒸压釜排放出的蒸汽和冷凝水的余热及使釜体外露表面处于良好的保温绝热状态, 就可以使每万块蒸压砖在现有耗煤的基础上再节约标准煤达68.55 kg以上, 这样不但为国家节约了燃煤, 也降低了蒸压砖生产成本, 增加了企业的经济效益, 值得所有蒸压砖企业重视。

参考文献

[1]吴正直.灰砂砖的生产与应用[M].中国建材工业出版社.