免烧粉煤灰建筑陶粒的研制.doc

360文档中心 word文档下载网站/本文档下载自360文档中心，更多免费文档请访问网址/doc/info-ea3a212ab4daa58da0114a1b.html免烧粉煤灰建筑陶粒的研制第14卷第1期北方工业大学学报Vol.14No.12002年3月J.NORTHCHINAUNIV.OFTECH.Mar.2002免烧粉煤灰建筑陶粒的研制朱宏军高振林姜德民(北方工业大学工学院,100041,北京石景山)摘要介绍了用热电厂废渣粉煤灰生产免烧粉煤灰建筑陶粒的研究.提出了利用有关化学物质对粉煤灰的潜水硬性进行激发,并配以一定的其他材料可使粉煤灰制成的球粒在自然养护或低热蒸汽养护下产生强度,代替高耗能烧结法生产建筑陶粒的方法.关键词粉煤灰;免烧;陶粒分类号TU522.35年代,研究出以粉煤灰为主要原料用烧结法生1前言随着国民经济的发展,我国电力工业中热电装机容量正以每年1500万kW的递增速度增长.由此,到2000年电厂排放的粉煤灰将达1亿吨.从80年代中期,我国政府对粉煤灰的利用就予以很大的重视,并陆续颁布了有关粉煤灰利用的优惠政策.有关科研单位,大专院校,生产企业在粉煤灰利用开发研究方面进行了大量的工作,在用粉煤灰生产水泥,作混凝土掺和料方面及其粉煤灰建筑砌块方面取得了较大的进展.但由于各种原因,粉煤灰利用与我国热电工业发展仍不平衡.到目前为止,全国粉煤灰平均利用率仍不到50%,而且利用情况各地区很不平衡,每年仍有近5000万吨粉煤灰需占用土地或河、湖、海域,给环境造成了严重污染.因此,加强粉煤灰利用,开拓粉煤灰利用的新途径仍是一个十分紧迫的任务.建筑陶粒是生产陶粒混凝土、陶粒砌块、陶粒墙板等轻质墙体材料的主要原料.70年代以前主要以粘土页岩为原料,用烧结法生产.70收稿日期:20010524第一作者简介:朱宏军,教授.研究方向:材料科学与工程.产陶粒,但烧结法生产陶粒存在着建厂投资大,耗能高的问题.10万m3陶粒生产线需投资近10001200万元,每m3陶粒耗用标准煤约80kg100kg,由于生产成本高,因此,目前陶粒的价格每m在120140元左右,不仅约束了陶粒建筑制品的应用,而且也很不利于陶粒生产企业的发展.据调查,目前大多数陶粒生产企业的税后利润十分微薄,甚至有严重亏损现象.虽然,建筑市场特别是墙体改革对陶粒需求看好,但陶粒生产并无大的起色.作者多年从事粉煤灰利用的研究,曾研制成功免烧粉煤灰建筑砖.能否通过激发粉煤灰的潜水硬性在常温或蒸养条件下生产陶粒,作者进行了系统的研究,并取得了初步的成果.32原材料选择1.1粉煤灰粉煤灰采用2种:(1)北京粉煤灰公司的干排粉煤灰;(2)山东德州电厂的湿排粉煤灰,2种粉煤灰的化学成分及有关技术参数如表1.北94方工业大学学报第14卷表1粉煤灰化学成分及有关参数化学成分代号Si2BFDF53.4552.81CaO6.957.67Al2O326.0325.86Fe2O25.945.23MgO1.972.15细度0.08mm筛筛余%7.429.15烧失量%3.126.23等级12注:BF北京粉煤灰公司干排粉煤灰;DF山东德州电厂湿排粉煤灰.2.2其他原料其他原料为化工商店和有关企业购得的化学纯或工业化工原料.表2T01与M01两种激发剂对粉煤灰激发效果粉煤灰掺量858514d抗压强度28d抗压强度MPaMPa2.523.35T0115%0115%1.942.67M激发剂掺量3试验研究3.1两种激发剂对粉煤灰的激发效果比较要免烧法生产粉煤灰“陶粒”,关键是要在自然养护或低温蒸汽(拟用热电厂75的余热蒸汽)养护的条件下使粉煤灰为主要原料的粒状体产生强度,即要使粉煤灰的潜水硬性得到激发而活化.在粉煤灰免烧砖的研制过程中,主要是使用以Ca(OH)2为主要成分的碱性激发剂,但由于粉煤灰免烧砖是半干法压制成型,成型压力为150MPa200MPa,因此可以使砖十分致密而产生较高的强度.而“陶粒”是要用成球设备在无压状态下滚动成型,其强度应完全依靠粉煤灰的水硬性胶凝作用产生强度,因此必须要采用更有效的激发剂,使粉煤灰的潜水硬性更有效地得到激发.经几十次对比试验研究,确定了一种强化激发剂T01的配方.用T01激发剂与免烧砖用激发剂(M01)进行了对比试验,在用一种粉煤灰制成的净浆强度对比中,14天净浆硬化体强度用T01者可高出30.4%,28天强度高出25.3%,具体结果见表2.注:(1)W/C为0.29,振动成型,试块为160mm160mm40mm;(2)粉煤灰采用干排原状粉煤灰3.2粉煤灰质量对粉煤灰活性的影响大量研究证明,粉煤灰的潜水硬性决定于粉煤灰质量,所谓质量包括粉煤灰的化学成份,成灰温度,玻璃体含量,细度及烧失量.一般说来同一种煤在热电厂燃烧工艺形成粉煤灰时,干排灰的细度较细,玻璃体含量较高,因此潜水硬性较好.本研究选用的北京粉煤灰公司干排灰(代号BF)和山东德州热电厂湿排灰(代号DF)对比试验结果如表3.表3干排灰与湿排灰水硬性比较粉煤灰种类BFDF粉煤灰掺量8585T01掺量1515抗压强度(MPa)14d2.522.1828d3.352.76注:试验方法,条件同表2.3.3粉煤灰细度对粉煤灰活性的影响为了进一步增加免烧粉煤灰陶粒的强度,研究了粉煤灰细度对粉煤灰活性的影响,研究中分别将两种原状粉煤灰烘干磨至一定细度,同上述方法进行对比研究,研究结果见表4.表4粉煤灰细度对粉煤灰活性影响粉煤灰种类粉煤灰细度(0.08mm方孔筛余%)7.42(原状)4.362.31抗压强度(MPa)14d2.522.913.012.182.652.8728d3.353.783.962.763.483.67BFDF第1期朱宏军高振林姜德民:免烧粉煤灰建筑陶粒的研制953.4免烧粉煤灰“陶粒”实验室试制在上述研究的基础上,进行了免烧粉煤灰陶粒的实验室试制.(1)配比:粉煤灰85%,激发剂10%15%,轻矿粉05%;(2)粉煤灰细度:粉磨至0.08mm方孔筛筛余2%4%;(3)养护方法:?自然养护,为使试验结果有可比性,以标准养护(20、3RH>90%)代表自然养护;?低热蒸汽养护:采用50和75二种温度,养护时间为12h;(4)成球方法:人工成球盘成球,雾化水喷淋.测定“陶粒”性能时筛除小于?3mm和大于?20mm的“陶粒”,试验结果见表5.(2)激发剂的掺量对陶粒的性能有很大的影响.在本研究的范围内,不论粉煤灰的种类和养护方法,随着激发剂掺量的增加,陶粒的各项性能也随之改善.需要说明的是,本研究所用的激发剂是在粉煤灰免烧砖研究的基础上经多次试验比较而研究制得的,激发剂不完全依靠传统的碱性激发和硫酸盐激发,而是根据粉煤灰微观结构和颗粒分布的特点.一方面强化对粉煤灰中硅铝玻璃体结构的破坏而增强粉煤灰的水化活性,另一方面则使粉煤灰的颗粒分散度增加,使激发剂与粉煤灰反应的几率增大.激发剂中还含有少量粘结剂和塑化剂,用以改善粉煤灰可塑性,粘聚性.这样不仅有利于粉煤灰的成球,而且有利于球坯强度和陶粒的早期强度.从而可在此后的生产中提高成球率和球的完好率.(3)从研究结果还可以看出,蒸汽养护的效果明显优于自然养护的效果.这与粉煤灰免烧砖研制的结果类似.尤其是湿排粉煤灰,由于其烧失量较高,颗粒较粗,水化反应活性较低,在较高温度的条件下养护,可以使粉煤灰的潜水硬性得到更强的激发.水化反应加速,而且温度越高,强度越高,吸水率越低.说明反应程度随温度增加而增加,但考虑今后实际生产中产品成本和对热电厂低热废蒸汽的利用,本研究试验的最高蒸汽温度为75.筒压强度MPa5.164.854.655.325.054.985.955.635.215.034.754.535.685.325.125.895.435.12松散容重kg/m3886862833875858829870842808898873845889868832874855826吸水率 .121.521.918.919.117.817.217.016.921.222.022.519.620.420.918.719.120.64结果讨论从上述研究结果可以看出,不论是干排粉煤灰还是湿排粉煤灰,在适宜的激发剂配比下,用自然养护法和蒸汽养护法都可以制出符合国家标准GB283881的建筑陶粒,且有以下规律:(1)在一定的配比范围内,不论是何种养护方法,粉煤灰的质量仍是决定陶粒性能的关键因素之一.在本研究所用的2种粉煤灰中,干排粉煤灰陶粒的性能优于湿排粉煤灰陶粒的性能.粉煤灰细度%3.783.783.783.783.783.783.783.783.783.953.953.953.953.953.953.953.953.95配合比(%)粉煤灰858585858585858585858585858585858585激发剂151210151210151210151210151210151210轻矿粉035035035035035035表5粉煤灰“陶粒”的物理力学性能试验编号BF-a-1BF-a-2BF-a-3BF-b-1BF-b-2BF-b-3BF-c-1BF-c-2BF-c-3DF-a-1DF-a-2DF-a-3DF-b-1DF-b-2DF-b-3DF-DF-DF-c-1c-2c-3养护方法自然养护28d55蒸汽养护12h75蒸汽养护28d自然养护28d55蒸汽养护12h75蒸汽养护12h软化系数0.810.820.810.890.850.840.910.880.860.830.810.810.860.840.810.900.870.86北96方工业大学学报第14卷量,激发剂掺量及养护方法的影响,改变配比和5结论利用热电厂废渣粉煤灰配以适当的激发剂可以用自然养护或蒸汽养护的方法,生产出免烧型建筑陶粒.粉煤灰免烧陶粒物理力学性能受粉煤灰质养护方法,可以生产不同等级的免烧粉煤灰陶粒.免烧粉煤灰陶粒耗用粉煤灰量可达70%80%,而且建厂投资仅为烧结法的40%50%,生产成本较烧结法低15%20%,社会效益和经济效益较好.参考文献1金卓仁.非蒸养粉煤灰砖研制.新型建,1995,(2)2赵述智.实用建材试验手册.北京:建筑工程出版社,1999StudyonNon-burningFlyashBuildingCeramisiteZhuHongjunGaoZhenlinJiangDemin(CollegeofArch.,NorthChinaUniv.ofTech.,100041,Beijing,China)AbstractThisarticleintroducestheresearchofproducingnon-burningflyashbuildingceramisiteusingthewastesfrompowerplants.Awayofpromotingthehydraulicityofflyashisdevelopedbyusingcertainchemicals.Addacertainamountofothersubstancestostrengthentheflyashgrainswhilebeingcuredundernormalconditionsorinlow-temperaturesteam.Thismethodisagoodsubstituteforproducingbuildingceramisitebyhighenergyconsumptionsinteringprocess.KeyWordsflyash,non-burning;ceramisite科技简讯利用电厂废料研造高能效建材美国橡树岭国家实验室正在开发一种新型建筑材料,它是利用电厂废弃的粉煤灰制成,不仅重量轻、能效高,而且也有利于环保.该材料实际上是一种高压蒸养加