劣质粉煤灰生产加气混凝土新工艺的研究

摘要: 研究了以唐山市西窑热电厂劣质粉煤灰为原料生产加气混凝土的新工艺。通过反复调试粉煤灰细度、石灰质量、蒸养温度, 生产出合格的加气混凝土制品。

关键词: 劣质粉煤灰; 加气混凝土; 生产工艺

中图分类号: TU 528. 2　文献标识码:A 　文章编号: 1672 349X (2004) 02 0084 02

　　我国是世界上粉煤灰排放量最大的国家, 目前, 因粉煤灰的活性低, 利用率仅为40% 左右[1 ]。尤其是一些坑口电站和热电厂, 产生的大多是难以利用的劣质粉煤粉, 已成为重要的废渣污染源。劣质粉煤灰由于开发利用的研究尚无大的突破[2, 3 ] , 利用率较低, 且由于缺乏实际生产经验, 研制劣质粉煤灰加气混凝土的难度较大。

1　劣质粉煤灰的“劣质”分析

　　唐山市时代建材有限公司是以生产粉煤灰加气混凝土为主要产品的建筑墙体材料厂家。自20 世纪70 年代建厂以来, 一直以唐山发电总厂粉煤灰灰坑的湿排粉煤灰为原料。发电厂的粉煤灰排出量大, 质量稳定, 是生产加气混凝土理想的原料。2000 年唐山市人民政府为了进一步改善城市环境, 在电厂粉煤灰灰坑新建污水处理厂, 占用了堆放粉煤灰的场地, 又考虑到产品成本因素, 决定开发西窑热电厂的劣质粉煤灰。

　　粉煤灰是生产加气混凝土的主要原料, 也是影响其产品质量的重要因素。西窑热电厂劣质粉煤灰与唐山发电总厂粉煤灰的化验结果, 如表1 所示。从该表可以看出:

　　(1) 劣质粉煤灰细度(0. 045 mm 方孔筛筛余) 比原来生产中使用的粉煤灰粗得多。由于粉煤灰平均颗粒大, 活性低,在生产过程中易下沉, 浇注稳定性与保水性差, 有可能塌模,制品强度低。

　　(2) 二氧化硅含量也是评价粉煤灰活性大小的重要指标。劣质粉煤灰二氧化硅的含量低, 说明其中含有的玻璃体少, 活性差。

　　(3) 劣质粉煤灰的烧失量比原来使用的原料大得多。未燃尽炭是多孔的惰性物质, 不参与水化反应。

　　(4) 在加气混凝土生产过程中, 水料比是重要的工艺条件。劣质粉煤灰的标准稠度用水量高于原来使用的粉煤灰。水化反应中, 水化产物需要的化学结合水是一定的。用水量越大, 加气混凝土硬化后的空隙越多, 影响制品的强度、抗冻性和吸水率等。

　　因此, 利用劣质粉煤灰取代唐山发电总厂的粉煤灰生产加气混凝土, 必须改进生产工艺, 降低乃至消除粉煤灰“劣质”因素的影响。

2　提高制品质量的理论基础

　　加气混凝土是以无机钙质材料、硅质材料、水为原料, 加入铝粉膏或铝粉发泡, 在高压釜中经蒸压养护制成的一种轻质建筑墙体材料。

　　粉煤灰是硅质材料, 其细度是影响加气混凝土质量的重要因素。随着细度的增加, 微细颗粒及其表面积剧增, 有效地扩大水热反应相界面。[4 ]从而提高粉煤灰活性, 在生产过程中较快地参与水泥水化过程并显示火山灰效应, 提高加气混凝土的质量。而且当粉煤灰的平均粒度在5～ 15 Lm 时, 混合料中的形态效应增强, 根据Ho rsfield 填充理论[5 ] , 形态(填充) 效应增加, 促使制品壁间结构更加致密, 尤其是空隙率明显降低, 制品的力学强度大幅度增加。

　　石灰是钙质材料, 它的品位高低直接影响加气混凝土的质量。在加气混凝土制品的生产过程中, 石灰的主要作用是提供有效氧化钙, 在水热条件下与氧化硅、氧化铝反应, 形成制品强度, 保持制品碱度, 产生铝粉的发气条件, 促进发气反应。而且, 石灰水化反应过程中, 放出大量热量, 提高浆料温度, 加速浆料稠化过程, 有助于制品在静停与硬化阶段的自然养护。石灰的质量对上述过程产生重要影响。

　　研究表明, 蒸养制度特别是蒸养温度明显影响制品生产过程中的水化产物种类和结构形态。[6 ]低温蒸养水化产物以水泥水化产物C S H 凝胶、钙矾石和氢氧化钙为主, 粉煤灰颗粒间主要靠水泥水化产物搭接在一起, 参与搭接的水化产物较少, 空隙多, 结构力弱, 力学强度低。而高温蒸养则以结晶较好的托贝莫来石和低钙水化硅酸钙为主, 粉煤灰颗粒水化形成的大量托贝莫来石和低钙水化硅酸钙相互穿插搭接, 孔隙少, 力学强度高。

　　基于上述理论和多年生产加气混凝土的经验教训, 利用工厂的现有设备进行实验, 研究生产合格制品的新工艺。

3　新工艺及其比较

　　新工艺是对原有工艺的改进与完善, 研究的核心问题是消除劣质粉煤灰的“劣质”影响, 工艺的主要创新点与理论基础相吻合。

　　(1) 提高粉煤灰的细度。强化粉煤灰的粉碎过程, 提高粉煤灰的细度, 用机械加工的方法改性激活劣质粉煤灰, 增加其活性和悬浮性, 促进水化反应, 提高制品强度。多次实验表明, 粉煤灰的细度在17% 以下, 效果良好。

　　(2) 严格控制石灰质量。石灰是有效氧化钙的主要来源、水化反应的重要组分和影响制品质量的基本因素。因此,应十分重视石灰品质的研究, 不仅掌握适合加气混凝土生产的中速石灰的加入数量与工艺, 而且对不满足工艺要求的高温快灰、低温快灰和低温慢灰也进行过工艺尝试。为了降低劣质粉煤灰的“劣质”对生产工艺的影响, 经反复实验, 决定强化分析化验, 严格控制进厂石灰的质量。有效氧化钙含量控制在60% 以上, 氧化镁含量控制在8% 以下。而且改进消解工艺, 消解速度控制在10 m in 左右。

　　(3) 改进蒸养制度。为了提高粉煤灰的保水性, 切割工序后, 快速入釜, 釜外静停时间从原来的3～ 4 h, 缩短到1. 5～ 2. 5 h。在提高升温速度、延长恒温时间的同时, 缩短蒸养循环时间, 由原来的17 h 缩短到15 h。

　　(4) 采取措施, 提高浇注稳定性, 减少塌模, 半成品合格率由98% 提高到99. 7%; 增加坯体的硬化质量, 提高切割合格率和制品外观质量。

　　新老工艺主要参数的比较如表2 所示。显然, 新工艺在采取上述各种措施后, 体积密度有所降低, 但评价加气混凝土质量最重要的指标——强度——有了较大幅度地提高。即采用新工艺后, 用劣质粉煤灰能够生产合格的加气混凝土制品。可以取得明显的经济效益与环保效益。

参考文献:

　　[1]　O. E. M anz. 全球粉煤灰大规模利用现状[J ]. 国际电力, 2000, (2) : 57 60.

　　[2]　李纪青, 秘结芳. 劣质粉煤灰的改性激活及高强度粉煤灰砌块的研究[J]. 粉煤灰综合利用, 2000, (2) : 1 3.

　　[3]　李述民, 吴景波, 周传方. 严寒地区使用优、劣质粉煤灰混凝土性能影响效果分析[J]. 建筑技术开发, 1997, 24(2) : 34.

　　[4]　章春梅, 黄敬东, 秦鸿根. 超细粉煤灰在高性能混凝土中的应用研究[J]. 混凝土与水泥制品, 1999, 6 (1) : 1517.

　　[5]　冯乃谦. 石云兴. 超细粉对水泥浆体的流化与增强效应[J]. 混凝土与水泥制品, 1997, (2) : 4 7.

　　[6]　牟善彬, 孙振亚. 粉煤灰加气砼的水化产物及其结构的研究[J ]. 粉煤灰综合利用, 2002, (1) : 16 18.