摘要: 研究了以唐山市西窯熱電廠劣質粉煤灰為原料生產加氣混凝土的新工藝。通過反復調試粉煤灰細度、石灰質量、蒸養溫度, 生產出合格的加氣混凝土制品。
關鍵詞: 劣質粉煤灰; 加氣混凝土; 生產工藝
中圖分類號: TU 528. 2 文獻標識碼: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, 產生的大多是難以利用的劣質粉煤粉, 已成為重要的廢渣污染源。劣質粉煤灰由于開發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經驗, 研制劣質粉煤灰加氣混凝土的難度較大。
1 劣質粉煤灰的“劣質”分析
唐山市時代建材有限公司是以生產粉煤灰加氣混凝土為主要產品的建筑墻體材料廠家。自20 世紀70 年代建廠以來, 一直以唐山發電總廠粉煤灰灰坑的濕排粉煤灰為原料。發電廠的粉煤灰排出量大, 質量穩定, 是生產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, 又考慮到產品成本因素, 決定開發西窯熱電廠的劣質粉煤灰。
粉煤灰是生產加氣混凝土的主要原料, 也是影響其產品質量的重要因素。西窯熱電廠劣質粉煤灰與唐山發電總廠粉煤灰的化驗結果, 如表1 所示。從該表可以看出:
(1) 劣質粉煤灰細度(0. 045 mm 方孔篩篩余) 比原來生產中使用的粉煤灰粗得多。由于粉煤灰平均顆粒大, 活性低,在生產過程中易下沉, 澆注穩定性與保水性差, 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。劣質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, 不參與水化反應。
(4) 在加氣混凝土生產過程中, 水料比是重要的工藝條件。劣質粉煤灰的標準稠度用水量高于原來使用的粉煤灰。水化反應中, 水化產物需要的化學結合水是一定的。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, 利用劣質粉煤灰取代唐山發電總廠的粉煤灰生產加氣混凝土, 必須改進生產工藝, 降低乃至消除粉煤灰“劣質”因素的影響。
2 提高制品質量的理論基礎
加氣混凝土是以無機鈣質材料、硅質材料、水為原料, 加入鋁粉膏或鋁粉發泡, 在高壓釜中經蒸壓養護制成的一種輕質建筑墻體材料。
粉煤灰是硅質材料, 其細度是影響加氣混凝土質量的重要因素。隨著細度的增加, 微細顆粒及其表面積劇增, 有效地擴大水熱反應相界面。[4 ]從而提高粉煤灰活性, 在生產過程中較快地參與水泥水化過程并顯示火山灰效應, 提高加氣混凝土的質量。而且當粉煤灰的平均粒度在5～ 15 Lm 時, 混合料中的形態效應增強, 根據Ho rsfield 填充理論[5 ] , 形態(填充) 效應增加, 促使制品壁間結構更加致密, 尤其是空隙率明顯降低, 制品的力學強度大幅度增加。
石灰是鈣質材料, 它的品位高低直接影響加氣混凝土的質量。在加氣混凝土制品的生產過程中, 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, 形成制品強度, 保持制品堿度, 產生鋁粉的發氣條件, 促進發氣反應。而且, 石灰水化反應過程中, 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護。石灰的質量對上述過程產生重要影響。
研究表明, 蒸養制度特別是蒸養溫度明顯影響制品生產過程中的水化產物種類和結構形態。[6 ]低溫蒸養水化產物以水泥水化產物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物搭接在一起, 參與搭接的水化產物較少, 空隙多, 結構力弱, 力學強度低。而高溫蒸養則以結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, 力學強度高。
基于上述理論和多年生產加氣混凝土的經驗教訓, 利用工廠的現有設備進行實驗, 研究生產合格制品的新工藝。
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粉煤灰的“劣質”影響, 工藝的主要創新點與理論基礎相吻合。
(1) 提高粉煤灰的細度。強化粉煤灰的粉碎過程, 提高粉煤灰的細度, 用機械加工的方法改性激活劣質粉煤灰, 增加其活性和懸浮性, 促進水化反應, 提高制品強度。多次實驗表明, 粉煤灰的細度在17% 以下, 效果良好。
(2) 嚴格控制石灰質量。石灰是有效氧化鈣的主要來源、水化反應的重要組分和影響制品質量的基本因素。因此,應十分重視石灰品質的研究, 不僅掌握適合加氣混凝土生產的中速石灰的加入數量與工藝, 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。為了降低劣質粉煤灰的“劣質”對生產工藝的影響, 經反復實驗, 決定強化分析化驗, 嚴格控制進廠石灰的質量。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, 縮短蒸養循環時間, 由原來的17 h 縮短到15 h。
(4) 采取措施, 提高澆注穩定性, 減少塌模, 半成品合格率由98% 提高到99. 7%; 增加坯體的硬化質量, 提高切割合格率和制品外觀質量。
新老工藝主要參數的比較如表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量最重要的指標——強度——有了較大幅度地提高。即采用新工藝后, 用劣質粉煤灰能夠生產合格的加氣混凝土制品?？梢匀〉妹黠@的經濟效益與環保效益。
參考文獻:
[1] O. E. M anz. 全球粉煤灰大規模利用現狀[J ]. 國際電力, 2000, (2) : 57 60.
[2] 李紀青, 秘結芳. 劣質粉煤灰的改性激活及高強度粉煤灰砌塊的研究[J]. 粉煤灰綜合利用, 2000, (2) : 1 3.
[3] 李述民, 吳景波, 周傳方. 嚴寒地區使用優、劣質粉煤灰混凝土性能影響效果分析[J]. 建筑技術開發, 1997, 24(2) : 34.
[4] 章春梅, 黃敬東, 秦鴻根. 超細粉煤灰在高性能混凝土中的應用研究[J]. 混凝土與水泥制品, 1999, 6 (1) : 1517.
[5] 馮乃謙. 石云興. 超細粉對水泥漿體的流化與增強效應[J]. 混凝土與水泥制品, 1997, (2) : 4 7.
[6] 牟善彬, 孫振亞. 粉煤灰加氣砼的水化產物及其結構的研究[J ]. 粉煤灰綜合利用, 2002, (1) : 16 18.
