〔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材,配制混凝土生產高性能混凝土彩瓦,其工業廢渣含量可達70 % ,充分滿足國家免稅的優惠待遇。該項技術能夠生產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利用開辟了新途徑。
〔關鍵詞〕工業廢渣;粉煤灰;高爐重礦渣混凝土瓦;生產工藝
〔中圖分類號〕TU522. 22 〔文獻標識碼〕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基地,各種工業廢渣資源十分豐富。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利用。如果能利用高爐重礦渣及粉煤灰生產彩色混凝土瓦,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行業利用灰渣再生資源,可降低彩色混凝土瓦生產成本,改善產品性能,節省天然資源。因此,充分開發利用高爐重礦渣及粉煤灰資源符合國務院關于“三廢”治理政策,符合利用工業廢渣發展新型建筑材料的政策方向。
隨著我國建筑業的迅速發展,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,還應有一個豐富多彩的屋面,使城鎮建筑群多姿多彩,以美化環境,美化生活。根據國家政策,將大力發展坡屋面,建設部早已明文規定,今后城鎮建筑至少要有30 %以上的房屋應用坡屋面的形式來改善建筑物防水、隔熱、保溫功能和美化環境。
彩色混凝土瓦不僅強度高、質量輕、具有防水、排水、隔熱等多功能,而且還有生產能耗低、使用壽命長、鋪設操作簡便等優點,它是理想的坡屋面裝飾覆蓋材料。
從1980 年末我國從瑞典ABECE 公司引進第一條國外彩色混凝土瓦生產線以來,目前全國有從意大利、英國、澳大利亞、美國、日本、韓國、德國等國家引進的數十條生產線。經過十幾年生產實踐,我國已經成功地消化、吸收引進的成套設備,使國外引進設備成功地國產化。當前,我國引進的生產線以及我國成功的消化吸收的國產的彩色混凝土瓦生產設備和技術,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用新途徑,研究利用高爐重礦渣及粉煤灰生產新型建筑材料,生產高檔產品,提高其使用價值,遼寧省建筑材料科學研究所與本溪市山城水泥廠聯合開發研究利用高爐重礦渣及粉煤灰生產彩色混凝土瓦,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,還促進彩色混凝土瓦的推廣作用,為城鎮建設添磚加“彩瓦”,錦上添花。
2 生產用原材料選擇
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,其應用量及范圍也逐年擴大,為降低工程造價,改善混凝土性能,已顯示出其優越性能。
根據彩色混凝土瓦結構及其生產工藝特點,我們利用高爐重礦渣及粉煤灰工業廢渣為原料研制彩色混凝土瓦,為最大限量應用廢渣資源,在原材料配比設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到JC746 - 1999《混凝土瓦》標準優等品要求,其廢渣用量要達30 %以上,以符合國家有關利用工業廢渣生產新型建筑材料免稅的優惠政策要求。
該項試驗研究初期,我們選用了高爐重礦渣、粉煤灰、石屑、磷石膏等工業廢渣進行試驗研究的。所選用的廢渣通過對其基本性能試驗,再根據其特點進行混凝土配合比設計,探索生產彩瓦可行性。
2. 1 粉煤灰
本項試驗選用本鋼發電廠排放的粉煤灰,經檢測,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、化學性能試驗結果見表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果見表4 。
試驗結果表明,選用混凝土配合比設計所用的石屑,其級配不合理,顆粒較細,細度模數為0. 96 ,屬于特細砂范圍。生產彩色混凝土瓦選用石屑代砂時顆粒級配應符合中砂條件。
2. 4 磷石膏
選用錦州西洋特肥廠排放的磷石膏,化學成份試驗結果見表5 。
2. 5 水泥
混凝土配合比試驗選用本溪水泥廠生產的42. 5 級普通硅酸鹽水泥。
2. 6 砂
砂選用本溪地區建筑工程使用的粗、細兩種河砂,其主要性能試驗結果見表6 。
試驗結果表明,本溪地區粗細兩種河砂,編號A 試驗結果為中砂,級配屬于2 級,含泥量少,細度模數為2. 8 ,適合制瓦工藝要求;編號B 屬于細砂,單獨使用不能滿足生產彩色混凝土瓦的技術要求,如與高爐重礦渣等混用,改善級配,提高細度模數,是可以滿足生產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研究所試驗廠生產的外加劑。
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彩色混凝土瓦灰渣利用率達30 %以上,符合國家利用廢渣生產建材產品免稅的優惠政策要求。同時,其產品質量達JC746 - 1999《混凝土瓦》標準優等品要求,混凝土配比試驗是該項成果的關鍵。為尋求經濟、適用、技術可行的最佳配合比,我們選用了本溪地區的重礦渣、石屑粉及粉煤灰等工業廢渣,本溪水泥廠生產的32. 5 級普通硅酸鹽水泥及混凝土外加劑等,進行9 組混凝土配合比試驗。
試驗用機械攪拌,振動成型。試件養護模擬生產廠的養護工藝過程,即試件成型后靜停4 h ,放入調溫調濕箱,控制其溫度為55 ℃,試件經8 h 恒溫養護后,自然降溫,拆模放入水中養護,達24 h 后,作抗折、抗壓試驗。
其余試件分別在標準養護室養護,測其7 d 及28 d 的強度,在此試驗結果的基礎上,為確定工業性試驗最佳的配比提供科學依據。
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性能與彩色混凝土瓦力學性能相比,我們選擇了沈陽華發環保實業有限公司、鎮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的彩色混凝土瓦測其抗折強度及混凝土瓦承載力,其結果見表8 。
從試驗結果可以看出,彩色混凝土瓦抗折強度要達8MPa 以上,其瓦的承載力可達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加高。目前各彩色混凝土瓦生產廠家一般均選用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、混凝土配合比設計,混凝土物理力學性能的研究及綜合評價,認為選用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 % ,適當摻加混凝土外加劑生產彩色混凝土瓦技術是可行的,具備進行工業性試驗研究的條件。
4 工業性試驗
工業性試驗是在本溪山城水泥廠彩色混凝土瓦分廠生產線上進行的。工業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彩色混凝土瓦生產工藝要求的情況下,針對該廠生產線工藝特點,在現有的生產設備不作任何變動,只對生產原材料、某些工藝參數進行適當的調整的條件下進行的。
試驗宗旨,原材料選擇本溪地區的工業廢渣為主,其利用率要達30 %～70 %;同時,還要降低生產成本,改善制品性能,提高產品質量;使其生產的產品達到JC746 - 1999《混凝土瓦》國家建材行業標準優等品技術規定。
4. 1 彩色混凝土瓦生產工藝流程
彩色混凝土瓦的生產工藝流程詳見圖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過破碎、磁選除鐵的高爐重礦渣。
(2) 本溪地區建筑工程用河砂。
4. 2. 3 顏料
本溪市山城水泥廠彩瓦分廠生產用的無機顏料。
4. 2. 4 混凝土外加劑
遼寧省建筑材料科學研究所實驗廠生產。
4. 2. 5 輔助材料:
本溪市山城水泥廠彩瓦分廠生產用的輔助材料。
4. 3 彩色混凝土瓦配合比設計
這次試驗目的是利用高爐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品質量的30 %以上,以達到國家對建材產品免稅的政策要求。
在試驗室試驗的基礎上,選用32. 5 級普通硅酸鹽水泥、工業廢渣用量40 %～70 % ,適當摻加砼外加劑,結合生產設備及工藝要求。試驗設計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計。
4. 4 混凝土的制備
這條彩色混凝土瓦生產線是高壓擠壓成型工藝,一般都是采用強制式混凝土攪拌機。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,要在干物料充分攪拌均勻的基礎上,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,攪拌1 min ;再加水泥,攪拌1 min ;最后加水,同時開啟攪拌機,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度。
4. 5 噴漿著色工藝
經切割成型后的瓦坯,再經過噴漿設備噴涂彩色料漿,由人工放置在瓦架上,送入干熱養護窯。噴漿的工藝過程見圖2 。
經養護后,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,而且進一步提高瓦體的抗滲及抗大氣老化性能。
4. 6 養護
彩色混凝土瓦由瓦坯及彩色面層組成,為防止瓦表面泛白,以及養護窯頂冷凝水下滴而破壞表面裝飾效果,于是采用干熱養護工藝。
養護制度為:加工成型好的瓦上架,入窯,靜停4 h ,使窯內溫度升到55 ℃時開始恒溫,經過8 h 恒溫養護后自然降溫。正常生產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70 %就可以出廠。本次試驗脫模后,隨即測瓦干熱養護后的承載力,出窯后的瓦放在堆場進行澆水繼續自然養護,再分別測其14 、28 d 的承載力及其物理性能檢驗,其結果見表10 。
4. 7 脫模及表面處理
養護好的瓦片緊緊與托板粘在一起,將其放在自動分離設備上,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,達到高檔的裝飾效果。
4. 8 堆放、儲存
彩色混凝土瓦在生產車間加工完畢后,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,堆垛高度不超過三層。
5 彩色混凝土瓦產品質量檢驗結果
從瓦的尺寸偏差和外觀質量的檢驗結果看,由于是機械化生產,流水作業,各部位尺寸相對穩定,偏差很小。尺寸偏差、外觀質量、方正度及平整度等均達到國家行業標準要求。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的彩色混凝土瓦基層對其上面的彩色噴涂層的粘結、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的彩色混凝土瓦委托遼寧省建材產品質量監督檢驗站進行鑒定檢驗,檢測結果見檢驗報告。
從檢驗結果看,其各項性能指標均達到JC746 - 1999《混凝土瓦》國家建材行業標準優等品技術規定。
6 結論
(1) 利用高爐重礦渣及粉煤灰生產彩色混凝土瓦技術上是可行的,該項技術能生產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利用開辟了新途徑。
(2) 利用高爐重礦渣及粉煤灰開發研制彩色混凝土瓦符合國務院關于“三廢”治理,利用工業廢渣發展新型建筑材料方向。同時,生產企業降低生產成本,提高產品質量,又可以獲得免稅的優惠待遇。
(3) 利用高爐重礦渣及粉煤灰生產彩色混凝土瓦,工業廢渣利用率高,經濟效益顯著,社會效益突出。
(4) 通過對利用高爐重礦渣及粉煤灰生產彩色混凝土瓦工業性試驗產品進行檢驗結果表明,該產品各項性能均達到JC746 - 1999《混凝土瓦》國家建材行業標準優等品技術規定。
(5) 利用高爐重礦渣及粉煤灰生產彩色混凝土瓦對其顏色的噴涂,涂層與基層的粘結、顏色的色度和裝飾效果無不利的影響。
(6) 當粉煤灰用量大于20 %時,混凝土物料易結團,如果選用強制式攪拌機,物料在進入擠壓機前,應進行二次攪拌,將物料進一步攪拌均勻,以提高混凝土的均勻性。如選用行星式強制攪拌機或行星式輪輾設備,尤其是輪輾不僅能使物料攪拌均勻,還能進一步提高高爐重礦渣及粉煤灰活性、進一步提高產品質量。
(7) 本課題的科研成果,可直接用于指導工業化生產。
