（木材科学与技术专业论文）半干法粉煤灰水泥刨花板生产工艺的研究.pdf

摘要 粉煤灰水泥刨花板是以粉煤灰、水泥和木质或非木质刨花和一些添加剂为原料加工成 的一种新型建筑建材。与其它建筑材料相比粉煤灰水泥刨花板具有众多优点，如质轻、高 强、环保、抗震、隔热、耐水等等。因此，它能广泛应用于建筑领域，也是水泥刨花板良 好的替代品，具有广阔的市场前景。 目前，我国对该板种生产工艺的研究较落后，研究过程中提高了水泥的等级，而且， 热养护时间较长( 1 2 h ) ，能耗较大，因此增加了生产成本。本试验采用了二次回归正交旋 转设计，目的是通过改进粉煤灰水泥刨花板的生产工艺在不提高水泥等级的情况下选择合 适的粉煤灰替代水泥比例、添加剂的数量以及热养护时间。从而达到在保证板材物理力学 性能的前提下最大程度地利用粉煤灰和缩短生产周期的目的。 试验结果表明，在试验设计的数值范围内，粉煤灰替代水泥量对粉煤灰水泥刨花板的 性能( m o r 、m o e 、i b 、t s ) 的影响特别明显，合适的替代量是3 0 0 , 6 ：板密度、硅酸钙和氯 化钙的用量对粉煤灰水泥刨花板的性能( m o r 、m o e 、i b 、t s ) 的影响明显，合适的密度和 添加剂的用量分别是1 2 0 0 k g m 3 、3 5 和2 6 ；水胶比对板材性能的影响不明显，合适 的水胶比是0 5 5 ；灰木比对t s 的影响特别显著，对m o r 、m o e 、i b 的影响较显著，合适 的灰木比是3 0 3 1 ：热养护时间能被缩短4 h ，经济合理的热养护时间是8 h 。 关键词：半千法；粉煤灰水泥刨花扳：生产工艺；物理力学性能：热养护 t h e s t u d y o nt h ep r o d u c t i o nt e c h n o l o g yo f a s h - c o a lc e m e n tp a r t i c l e b o a r db y s e m i - d r yp r o c e s s i n g a b t r a c t a s h - c o a lc e m e n t p a r t i c l e b o a r d ，w h i c hp r o c e s s e d w i t h a s h - c o a l ，c e m e n t ，w o o d e n o r n o n - w o o d e np a r t i c l ea n ds o m ea d d i t i v e s i sak i n do fn e wc o n s t r u c t i o nm a t e r i a l s c o m p a r e d w i t ho t h e rc o n s t r u c t i o nm a t e r i a l s ，i th o l d sl o t so f m e r i t s ，s u c h 鹋l i g h tw e i g h t ，h i g hi n t e n s i t y , l o w p o l l u t i o n ，p r o o fa g a i n s ts h o c k ，p r o o fa g a i n s th e a t ，p r o o fa g a i n s tw a t e ra n ds oo n s oa s h - c o a l c e m e n t p a r t i c l e b o a r de , a nb ee x t e n s i v e l yu s e di nc o n s t u c t i o nf i e l d ，i ti sak i n do fg o o ds u b s t i t u t e o f t h ec e m e n t p a r t i c l e b o a r d a sw e l l ，a n dh a se x p a n s i v em a r k e t p r o s p e c t n o w a d a y s ，i n c h i n at h e s t u d y o nt h e p r o d u c t i o nt e c h n o l o g y o fa s h - c o a lc e m e n t p a r t i c l e b o a r dl a g sb e h i n d c o m p a r e dw i t ht h es t u d yo fc e m e n tp a r t i c l e b o a r d ，t h es t u d yo ft h e a s h - c o a lc e m e n tp a r t i c l e b o a r d h i g h t e n st h eg r a d eo fc e m e n t ，w h a t sm o r e ，t h et i m eo fh e a t c u r i n gi sl o n g e r ( 1 2h o u r s ) ，t h ee n e r g yc o n s u m p t i o ni sm o r e ，t h e r e f o r ep r o d u c t i o nc o s ta d d s n 把e x p e r i m e n t w h i c hp r o c e s s e dw i t hm a t h e m a t i c a l m o d e lo f “q u a d r a t i c a l o r t h o g o n a l r o t a t o i o n a lc o m b i n a t i o n d e s i g n , w a s t oc h o s ea d e q u a t ep r o p o r t i o nw h i c ha s h - c o a ls u b s t i t u t e f o rc e m e n ta n dt h ea p p r o p r i a t ek i n d s 、a m o u n to fa d d i t i v e sa n dt h et i m eo fh e a tc u r i n gb y i m p r o v i n gp r o d u c t i o nt e c h n o l o g yo fa s h - c o a lc e m e n tp a r t i c l e b o a r db u td i dn o th i g h t e nt h e g r a d eo fc e m e n t t ot l l ee f f e c tt h a tw e c a nf u r t h e s tm a k eu s eo fa s h - c o a la n ds h o r t e np r o d u c t i o n c y c l ew i t ha s s u r i n gi t sp h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s n l er e s u l t so f e x p e r i m e n t ss h o w e d ：i n 也en u m e r a l r a n g eo f e x p e r i m e n td e s i g n e d t h ee f f e e t o f p e r c e n t a g ew h i c ha s h - c o a ls u b s t i t u t ef o rc e m e n to nb o a r dp r o p e r i t i e s ( m o r ，m o e ，i b ，t s ) i s e s p e c i a l l ys i g n i f i c a n t ，t h ea d e q u a t ep e r c e n t a g ei s3 0 ；n 峙e f f e c t so ft h ed e n s i t yo fb o a r d a n dt h ea m o u n to f n a 2 s i 0 3a n dc a c l 2o nb o a r dp r o p e r i t i e sa r es i g n i f i c a n t , t h ea d e q u a t ed e n s i t y a n du m o u n ta r e 1 2 0 0 k g , m 3 ，3 5 a n d2 6 r e p e c t i v e l y ；乃ee f f e c to ft h er a t i oo f w a t e f f ( a s h c o a l + c e m e n t ) o nb o a r dp m p e r i t i e si si n s i g n i f i c a n t t h ea d e q u a t er a t i oi s0 5 5 ；t h e e f f e c to ft h er a t i oo f ( a s h - c o a l + c e m e n t ) w o o do nt si s e s p e c i a l l ys i g n i f i c a n t ，t h ee f f e c to n m o r 、m o e 、i bi sm o r e s i g n i f i c a n t ，t h ea d e q u a t er a t i oi s3 0 - - 3 1 ；t h et i m eo f h e a tc u r i n gc a nb e s h o r t e n4h o u r s ，t h ee c o n o m i c a la n d a d e q u a t et i m e a l e8h o u r s k e y w o r d s ：s e m i - d r yp r o c e s s i n g a s h c o a lc e m e n t p a r t i c l e b o a r d p r o d u c t i o n t e c h n o l o g yp h y s i c a la n d m e c h a n i c a l p m p e d t i e s h e a t c u r i n g 致谢 y 7 4 3 3 了3 本论文是在恩师华毓坤教授的悉心帮助和指导下完成的。三年 来，华老师平易近人的品格，严谨的治学态度，学术中孜孜以求的 精神，使我受益匪浅，为我今后的工作学习树立了楷模。在此，谨 致以衷心的感谢和致意，衷心的祝福导师全家永远幸福安康。 论文的审稿和修订过程中还得到了南京蛛业大学木材工业学 院的周定国教授徐永兰教授、卢晓宁教授、张洋教授以及安徽农 业大学王传贵教授等的指导和帮助，在此，一并表示最真诚的谢意。 试验的材料的加工得到了江苏省建湖县轻工机械厂徐涛工程 师等的大力帮助，在此表示虑谢。 感谢三年来南京林业大学木材工业学院和研究生部各位领导 和老师的谆谆教诲和无私帮助。 感谢三年来在我读研期阃给予我支持和帮助的各位同学和朋 友。 特别感谢我的家人三年来给予我的深切关怀和支持。 李新功 2 0 0 5 年6 月于南京 1 前言 1 1 研究背景 改革开放以来，我国国民经济得到了稳步快速的发展，国民经济的发展推动了建筑业 的迅猛发展，建筑材料的需求也迅速猛增。我国是一个人均占有耕地面积较少的国家，多 年来建筑材料以粘土砖为主的状况远远不适应我国的国情。粘土砖的烧制不仅破坏了大量 的可耕农田，而且烧制粘土砖过程中耗用了大量煤炭等能源，释放出来的废气又污染了环 境。根据建设部预测，我国“十五”期间( 截至2 0 l o 年) 每年的建筑竣工面积将达1 1 8 5 亿0 ，而墙体构成中墙体材料约占7 0 ，这就意味着“十五”期间，每年需2 0 7 亿m 2 的墙体 材料。随着高层建筑、框架建筑、大开问住宅建筑的推广，对建筑板材的发展提出了更高 的要求，也为建筑板材提供了广阔的市场和发展空间。水泥刨花板，是低能耗、高价值的 绿色建材，它不仅具有防火、防水、防腐、吸音、隔热等良好的物理性能，而且可锯、钉、 钻，可直接进行各种表面装饰处理，便于施工，更重要的是避免了有害气体的释放。因此， 水泥刨花板是一种大有发展前途的新型建筑材料，必将成为我国今后墙体材料的发展方向 f 4 s 口 水泥刨花板是一种无机人造板，它以木材( 或其它非木质材料) 为增强材料，以无机 物水泥作为胶凝剂制成的，是我国建筑人造板的发展重点板种“3 。作为建筑材料它具有其 它人造板无法比拟的特点。主要表现在： ( 1 ) 质量轻，强度高。质量仅为砖和混凝土的5 0 左右，便于运输和减轻建筑自重。 国产厚度为1 2 m m 的水泥刨花板内结合强度为0 “0 6 m p a ，抗拉强度为3 5 5 0 m p a 。抗压 强度为1 0 0 , - - 1 5 o m p a ，抗折强度为9 0 1 2 0 m p a “； ( 2 ) 耐久性和耐候性好，水泥刨花板吸水厚度膨胀率只有普通刨花板的1 7 1 3 。 板材抗冻性能好，冻循环( 2 0 ) 5 0 次性能不变“； ( 3 ) 水泥刨花板不存在细菌和霉菌的腐蚀问题； 一 ( 4 ) 耐火和耐热性能好，耐火极限大于3 0 m i n 耐火等级为b 。级。水泥刨花板的导热 系数约为0 1 5 w m ，与木材相近。3 ，为混凝土的1 1 0 。德国研究表明，在稳定传热的 情况下3 5 m m 的水泥刨花板相当于2 5 8 m m 后的整体砖砌墙。若将水泥刨花板两面复合，空 腔填以保温材料，其隔热保温性能更好： ( 5 ) 隔音性能好，8 - 2 8 m m 后的板材其隔音性能达到3 2 3 7 d b 。我国对住宅分户墙的 隔音性能做了如下规定：一级隔声5 0 d b ，二级隔声9 4 5d b ，三级隔声 - - - 4 0 d b 。由两层 1 2 m 后的水泥刨花板组成空间间距为l o o m m 的复合板，起形成的隔声为4 5 d b 。”： ( 6 ) 可装饰性能好，板材具有很好的机械加工性能，可对其进行钻、锯、磨、钉、 胶结等加工，板材表面可贴装饰纸、喷灰浆和油漆等“1 ； ( 7 ) 具有环保功能。以无机物水泥作为胶凝剂，板材生产和使用过程中不存在游历 甲醛和酚等污染，符合人们的健康要求； ( 8 ) 水泥刨花板具有防静电功能。 水泥刨花板的优良性能决定了它在建筑上具有广泛的用途“1 。它能广泛地应用于： ( 1 ) 高低层建筑的外墙板。以钢件做承重件，用水泥刨花板做围护t 房屋具有安装 简便迅速、维修方便、不需深挖地基、造价低、抗震性能好等优点。用做高层建筑墙体可 满足防火要求，且大大减轻楼房自重。 ( 2 ) 做建筑物外承重墙，也可以做内墙、吊顶等。水泥刨花板用做活动隔墙非常适 宜，而且可制成具有贮存功能的隔墙，既省去做家具用的木材，又减少墙体在室内所占空 间，真可谓一举两得。 ( 3 ) 做防火门、室外家具及地下工程材料。它能很好地满足防火、防潮、防霉的要 求。 ( 4 ) 水泥刨花板良好的吸音性能使其适宜用于机场、音乐厅、停车场、会场等场合 的装修和做屋面材料。 ( 5 ) 水泥刨花板可以用作电脑房等场所的防静电地板。 水泥刨花板优良性能及其广泛的用途为它的发展提供了广阔前景。目前，国家已把水 泥刨花板列入墙体改革发展计划中，为了鼓励发展水泥刨花板，全国范围内限制烧制粘土 砖，并规定截止2 0 0 3 年6 月3 0 日在全国1 6 0 个城市实现禁止使用实芯粘土砖。同时，国 家还出台了一系列的优惠政策。1 9 9 3 年底，由国家税务局颁布的部分墙体材料免征增值 税的通知中增列了水泥刨花板这一产品“1 。 1 2 研究现状 1 2 1 水泥刨花板发展现状 水泥刨花板是以一定的水泥和木质刨花( 或非木质材料) 为主要原料，辅之以其它化 学成分经过一系列特定的工艺处理，维持在受压状态下完成水泥和木质材料( 或非木质材 料) 的水化固结而加工成的一种人造板n 】。如上所述，由于它具有质轻( 相对于混凝土制 品) 、高强、环保、隔热、抗震、耐水、抗蛀以及可锯、可钉、可砂光、可装饰、不含污 染挥发性刺激物、不吸收静电和可快速安装等众多优点。它可广泛应用于工业性生产和建 筑行业中制作隔墙板、吊顶板、建筑模板、活动房屋及固定家具等，被认为是一种新型绿 色环保型建筑材料。同时，它是水泥深加工和木材或农作物秸杆综合利用的新途径。 水泥刨花板起源于荷兰，3 0 年代初有两个名叫德弗利斯( d ev r i e s ) 和缪塞拉尔 ( m u y s e l a e r ) 的荷兰木鞋匠，他们用自己木鞋厂的废料制造了水泥刨花板。后来，他们 将这一技术传到比利时。在比利时，奥格斯特谢尔( a u g u s ts c h n e l l ) 和阿赖克斯勃 沙德( a l e xb o s s h a r d ) 于1 9 3 8 年进一步发展了这一工艺技术，后来他们又将这一工艺技术 带到了瑞士。6 0 年代美国进一步发展了水泥刨花板工艺。瑞士d u r i s o l 公司将水泥刨花 板生产实现了工业化。1 9 7 0 年在瑞士建成了第一条较大规模的水泥刨花板工厂。现在全 世界水泥刨花板生产线共有4 0 多条，年产量约为1 4 0 万m 3 ，主要分布在美国、日本和德 国等2 0 多个国家和地区m 。 我国水泥刨花板生产源于7 0 年代初期，广州西村木材厂当时采用手工铺装批量生产 水泥刨花板。8 0 年代，北京、江西、福建先后进行水泥刨花板工业性生产研究，1 9 8 0 年 底，中国林科院木材工业研究所和北京市建筑研究所在北京单店合作设计了国内首家水泥 刨花板生产线( 年产1 0 0 0 0m 3 ) 。9 0 年代，吉林省浑江市天成集团公司从德国b i s o n 公司 引进一条年产3 0 0 0 0m 3 水泥刨花板生产线，1 9 9 5 年底投入生产。1 9 9 6 年，由哈尔滨林机 厂提供的成套设备在山东沂源县经改造建成，这是我国国产第一条水泥刨花板生产线( 年 产f n 3 立方米) 。目前，我国水泥刨花板年产量约5 0 0 0 0m 3 “1 5 】。 1 9 9 6 年1 2 月全国墙改工作会议规划非承重新型材料将以发展各种轻质板材为主。为 建设一批高质量、高水平的新型轻板生产线，我国安徽、黑龙江、江西、湖北、河南和四 川等省相继立项预引进法国、德国和荷兰等国家的成套设备，生产水泥刨花板。但是，高 起点引进线因设备投资过大，产品价格过高以及产品应用有待与进一步开发等原因，未有 一家能如愿。例如，吉林省浑江市天成集团公司从德国b i s o n 公司引进一条年产3 0 0 0 0 m 3 水泥刨花板生产线，近几年实际年产量不足3 0 0 0m 3 ，几乎处于停产状态。 随着我国建筑业的发展，对新型建筑材料的需求不断加大。我国水泥刨花板生产工艺 和设备的研究和开发掀起了高潮。国内十几家人造板设备生产厂家均已开始研制水泥刨花 板生产工艺和成套设备。 现在，全世界水泥刨花板生产线共有4 0 多条，其生产工艺按加热方式主要有两种， 即热压法和冷压法。热压法是在水泥、木质刨花板等原料混合后经铺装成板坯，板坯送入 多层热压机或单层热压机中进行加压蛳。工艺流程与如图i - i 。该工艺简化了生产流程， 卸压后无需保压夹紧模具，不用设置硬化热养护窑，大大减少了钢垫板的数量，简化了压 机的结构，并且节省了垫板回送等装置，缩小了生产场地，缩短了生产周期。 刨花制备 齐边砂光l _ _ 一干燥 _ i 刨花计量i 一 水泥计量卜_ 一 一混合搅拌m j 叵h 热压成h 自然养i 护 k 和添加剂计量i 一 图卜l 热压法水泥刨花板工艺流程图 f i g 1 1t e c h n o l o g y f l o w c h a r t o f c e m e n t p a r t i c l e b o a r d b y h o t - p r e s s i n g 冷压法常称为半干法。半干法生产水泥刨花板的技术是在1 9 6 2 年由美国加州 e l m o n d o r f 公司的一项专利所提出。这一技术的主要特点是将水泥水化必须的水加入到木 质( 或非木质) 刨花之中，使其表面湿润，然后将干的水泥粉粘在湿刨花的表面，这种混 合料显得松散，易于铺撤成板“1 。主要工序包括刨花的制备、各物料的计量混合及搅拌、 铺装、冷压、养护、干燥、砂光和齐边等唧口0 1 。其工艺流程如图卜2 。 图1 - 2 冷压法水泥刨花扳生产工艺流程图 f i g 1 - 2t e c h n o l o g yf l o w c h a r to f c e m e n t p a r t i c l e b o a r db yc o l d - p r e s s i n g 半干法生产工艺首先是在混合搅拌机中加入除保证水泥水化所需的水量外，另外加入 尽可能少的水使混合坯料成为半千性状态料，然后通过铺装机将半干性状态料铺在钢垫板 上，再通过堆垛装置将垫板连同坯料堆垛后送入冷压机处的锁紧架锁模。锁模后进入养护 室进行热养护。板坯在养护室初步硬化后开模，板坯再自然养护一段时间进行后干燥，使 之含水率达到平衡含水率，以减少水泥刨花板的使用收缩性，提高板材的尺寸稳定性。最 后进行齐边和砂光处理，确保板材的幅面质量和厚度尺寸要求。冷压法工艺具有对木质材 料材性要求高、占地面积大、生产周期长、生产辅助设施多等众多特点“ 】【“。 尽管热压法生产周期较冷压法短，但该工艺目前很少采用。因为热压法在热压时大都 需要向板坯喷射c0 ：气体。“”，这样增加了压机的技术含量和生产成本。而且，该工 艺生产的板材增加了板材的碳化度，对水泥刨花板后期强度的增加不利，增大了板材的脆 性。因此新建水泥刨花板生产线采用热压法应慎重。据报道，匈牙利水泥刨花板热压生产 线己停产改造。冷压法工艺目前是较为成熟可靠的，发展至今在生产设备的机电一体化， 生产程序的控制，准确计量和厚度控制以及铺装成型质量提高上都有了很大提高，能生产 8 40i n n l 厚的板材，荷兰甚至还生产出6 i i - i i n 厚的板材。所以，目前世界上大多数水泥 刨花板生产线都采用了冷压法工艺m 】【”，。 1 2 2 粉煤灰水泥刨花板的发展现状 粉煤灰是火力发电厂燃煤锅炉废气中收集下来的粉状灰，是一种工业废料。粉煤灰是 空气将煤粉高速吹进锅炉燃烧后生成的。煤粉在温度高达1 5 0 0 ( 2 左右的炉里，处于悬浮状 态的含碳成分立即燃烧掉。其残留组分，如页岩和粘土( 主要成分为二氧化硅以及铝和铁的 氧化物) 在高温下熔化。当熔化的物质随烟道气一起排出，在空气中急速冷却时，就凝固成 极细的球形颗粒。通过收尘得到的这些工业废弃物质就是粉煤灰。随着电力工业及城市供 暖事业的发展，我国粉煤灰的排放量也在逐年增加，据不完全统计，每年我国平均排放粉煤 灰超过1 亿t ，累计堆存超6 亿t ，占地面积也近2 6 万公顷，而且对自然环境造成了严重 的污染。因此开发多种粉煤灰资源综合利用途径是“功在当代，利在千秋”的大事“2 ” 1 ”。 当前，粉煤灰的利用引起世界各国的关注。一些发达国家都把粉煤灰的再利用摆在非 4 常重要的地位，成立了专门研究机构，如美国的全美利用粉煤灰协会、英国的国家工业废渣 综合利用协会等。这些国家都将粉煤灰列为一种新的资源进行重点开发，因而其利用率大 大提高，用途从过去的筑路、填方等低级用途发展为生产新型建材等高级用途。我国利用 粉煤灰目前也已经十分普遍，主要仍在筑路、填方、粉煤灰墙体材料以及水泥混凝土混合 材等方面。但总的来说粉煤灰利用率偏低。 水泥刨花板生产中以一定的粉煤灰替代一定比例的水泥生产出来的板材称之为粉煤 灰水泥刨花板“。合格的粉煤灰水泥刨花板力学性能和水泥刨花板相差无几。从日本和我 国目前的研究结果看，粉煤灰水泥刨花板强度完全可以达到或超过“水泥木屑板”标准( 我 国暂时没有水泥刨花板行业标准) 。因此，粉煤灰水泥刨花板的各项物理力学性能很大程 度上可以满足现代建筑的要求，完全可以代替水泥刨花板在建筑工程上的应用。同时，与 水泥刨花板相比，粉煤灰水泥刨花板具有更大的优势。粉煤灰水泥刨花扳生产的主要原料 之一为粉煤灰这一电厂废弃物，生产原料成本较水泥刨花板低。粉煤灰水泥刨花板生产中 粉煤灰的替代量一般为2 0 - 4 5 左右，如一条年产3 0 0 0 0 一粉煤灰水泥刨花板生产线每年约 需要无机胶凝剂( 粉煤灰和水泥) 2 7 0 0 0 t ，生产中假设3 0 的无机胶凝荆由粉煤灰来代替， 每年可处理粉煤灰8 1 0 0 t 。目前，南京市场上4 2 5 # 硅酸盐水泥为每吨3 0 0 元人民币，i 级 粉煤灰每吨1 2 0 元。这样计算，每年仅粉煤灰替代水泥节约的生产成本就达1 4 5 8 万元人 民币，经济效益非常显著。另一方面，粉煤灰水泥刨花板生产还具有明显的环保效益，它 为处理粉煤灰这一废弃物找到了新的途径。因此，粉煤灰水泥刨花板更加符合国家的产业 政策，它将享受更多的国家优惠政策，具有更广阔的发展前景。所以，粉煤灰水泥刨花板 生产工艺的研究具有重要的现实意义和广阔的市场前景。 粉煤灰水泥刨花板是近些年来新出现的一种无机人造板，其生产工艺与水泥刨花板基 本相似，主要生产设备基本不变，生产工艺需作部分改动。但是，粉煤灰这种废料具有火 山灰质活性，加水后本身不会硬化，但在激发剂的作用下，与水泥等混合加水搅拌后既能 在水中，也能在空气中硬化，并产生胶凝性能。但这种水化反应后的自硬性极慢，也就是 说，粉煤灰制品早期强度很低。因此粉煤灰水泥刨花板生产工艺条件较水泥刨花板复杂。 粉煤灰水泥刨花板生产具有“利废”的优点，生产成本较水泥刨花板低，而且，合理 生产工艺生产的粉煤灰水泥刨花板性能并不比水泥刨花板差。因此，世界各国都十分关注 这种新型材料。世界上日本对该板材的生产工艺研究比较深入。据报道，在同本新上项目 大都是粉煤灰水泥刨花板生产线，基本上没有新的水泥刨花板生产线上马。目前，粉煤灰 水泥刨花板工艺及设备的研究在我国已启动。2 0 0 2 年底我国第一条粉煤灰水泥刨花板生 产线已落户江苏南京，笔者有幸参加了该生产线的设计、安装和调试工作。 粉煤灰水泥刨花板生产不宜采用热压工艺。笔者采用向板坯中加入干冰的方法压制 了几种不同成分配比粉煤灰水泥刨花板，结果均不理想。冷压法( 半干法) 比较适宜粉煤 灰水泥刨花板的生产。日本粉煤灰水泥刨花板生产大都采用该方法。半干法粉煤灰水泥刨 花板生产工艺流程见图卜3 。 图卜3 半干法粉煤灰水泥刨花板工艺流程简图 f i g 1 - 3t e c h n o l o g yf l o wc h a r to f a s h c o a lc e m n tp a r t i c l e b o a r db ys e m i - d r yp r o c e s s i n g 如果条件允许的话，半干法生产工艺可在自然养护和干燥两工序问增加蒸汽养护工 序“”o “ j 7 o 这样可大幅度的缩短生产周期，从而提高生产效率。笔者做过试验，蒸汽养 护后的粉煤灰水泥刨花板含水率只有3 0 0 , 6 左右( 热养护后的板材含水率超过4 0 ) ，因此， 干燥时间可以缩短。增加蒸汽养护工序生产的粉煤灰水泥刨花板干燥后可以直接使用，无 需自然养护m 1 。但是，设备的投资也相应增加。 目前，我国粉煤灰水泥刨花板生产主要借鉴日本的生产技术。我国从事粉煤灰水泥 刨花板生产工艺研究的科技工作者较多，从相关期刊经常能读到有关文章。研究和生产中 粉煤灰替代水泥比例约为2 0 - - 4 5 “”，为保证的力学性能，生产中提高了普通硅酸盐水泥 的标号。如普通水泥刨花板生产用标号为4 2 普通硅酸盐水泥，而粉煤灰水泥刨花板生产 采用了标号为5 2 5 普通硅酸盐水泥。如此虽然能保证产品的质量，但无形中提高了生产成 本。如南京市5 2 5 。普通硅酸盐水泥目前市场价为每吨3 8 0 元人民币，比4 2 5 。高8 0 元左右， 年产3 0 0 0 0i n 3 粉煤灰水泥刨花板生产线每年约需要普通硅酸盐水泥1 8 9 0 0 t 。如果选用4 2 5 普通硅酸盐水泥每年可节约原料成本约1 5 1 2 万元。而且，传统的生产工艺热养护时间较 长，热能耗较大，生产周期长。因此，迸一步的研究粉煤灰水泥刨花板生产工艺非常必要。 综上所述，粉煤灰水泥刨花板是水泥刨花板良好的替代品，它能广泛应用于建筑领 域，是一种新型绿色建材，具有广阔的市场前景。但是，其生产工艺的研究在我国仍然比 较落后。因此，进一步研究粉煤灰水泥刨花板生产工艺，降低粉煤灰水泥刨花板生产成本， 缩短生产周期势在必行。 1 3 研究目标及意义 本课题研究的目标是：在不提高硅酸盐水泥标号的前提下( 仍然采用4 2 5 普通硅酸 盐水泥) ，通过选择合适的粉煤灰替代水泥的比例、合适的添加剂的种类与数量、密度、 灰木比以及水灰比等，压制合格的粉煤灰水泥刨花板，达到在保证板材力学性能的前提下 最大程度地利用粉煤灰，降低生产成本。 6 另一方面，目前，粉煤灰水泥刨花板热养护时间长达1 2 h 。本课题研究拟采用改进 热养护的传热方式，缩短热养护时间，减少热能耗，降低生产成本，提高生产效率和经济 效益。 1 4 研究步骤 本研究主要参照半干法水泥刨花板生产工艺方法。本研究分两大步进行。第一步通 过试验得出最优化的粉煤灰水泥刨花板工艺参数；第二步利用已得到的最佳工艺参数压制 粉煤灰水泥刨花板，试验过程中改进养护的传热方式，增加传热率，研究养护时间与板材 初力学性能的关系，通过改变传熟方式缩短养护时间，从而提高生产率，降低生产成本。 2 半千法粉煤灰水泥刨花板生产工艺的研究 2 1 试验总体设计 本试验设计分两批进行，第一批试验在前期预备性试验和参考文献的基础上初步选 定一些工艺参数，研究粉煤灰的替代量和添加剂的种类及用量对粉煤灰水泥刨花板性能 的影响。第二批试验在第批试验的基础上利用回归正交旋转组合设计研究密度、灰木比、 水灰比对板材性能的影响，得出各因子与性能关系的回归方程，并最终确定粉煤灰水泥刨 花板的最佳工艺。 2 2 试验主要设备 ( 1 )单卡轴旋切机 ( 2 )筛环打磨机 ( 3 )单层压机 ( 4 )电子台秤 ( 5 )压力锅 ( 6 )烘箱 ( 7 )木材万能力学试验机 ( 8 )锯机 ( 9 )蒸汽发生器 2 3 试验原料 ( 1 ) 木质刨花。 规格：长度约为l o - 3 0 m m ，宽度约为l - 6 m ，厚度约为0 2 - 0 4 m t 7 】。 树种：杨木树龄7 年，采自江苏省建湖县。木质刨花加工在江苏省建湖县轻工机械 厂进行。 加工方法：先用单卡轴旋切机旋切厚度约为0 2 , - - 0 4 m 的单板，再用筛环打磨机将 单板打碎，最后再筛选成所需的规格刨花。 7 刨花加工注意事项：第一、选择非此期间砍伐的杨木( 须储存至少三个月后方能使用) ， 这样可以尽量降低木材中含糖量，减少“水泥毒性”。因为木材中糖粉将造成水泥缓凝， 影响试验的进行。木料选用原木必须保证无腐烂与菌袭现象。第二、杨木含水率需适中。 含水率太低，木材脆性太大，不易能加工出合格的工艺刨花。含水率太高不仅加工困难， 加工能耗大，而且给后续的配料带来麻烦。第三、杨木晟好剥皮，因为树皮内纤维量低， 相互交接力差，较严重影响粉煤灰水泥刨花板的内接合强度和抗水性。3 。旋切前进行剥皮 处理。 ( 2 ) 水泥4 2 5 。普通硅酸盐水泥购于南京金陵水泥厂。 、 ( 3 ) 粉煤灰i 级，购于南京热电厂，其成分指标为：细度8 8 ，需水量9 5 ，烧 失率3 9 ，含水率0 5 5 ，三氧化硫0 2 ，二氧化硅5 7 8 9 ，三氧化二铝2 7 ， 氧化钙3 2 5 ，三氧化二铁6 4 7 ，氧化镁1 1 2 ，符合g b l 5 9 6 - 9 1 作掺和料的 粉煤灰成品i 级灰的指标要求。 ( 4 ) 氯化钙( c a c l 。) 级别化学纯 分子量1 0 0 9 9 纯度9 6 ( 5 ) 硅酸钠( n a ：s i 吼) 液状工业用水玻璃 固体含量4 2 ( 6 ) 水饮用水标准 2 4 制板工艺流程 制板在南京林业大学木材工业学院实验室和信阳木工机械股份有限公司粉煤灰水泥 刨花板实验室内进行，压制板材尺寸3 0 0 x 3 0 0 x 1 2 m l 。采用有厚度规冷压法。试验工艺流 程如图2 - 1 。 原料计量卜手工搅拌卜手工铺装卜预压斗冷压- 热养护 检测+ 一试件截取一干燥一自然养护+ j 图2 - 1 粉煤灰水泥刨花板试验工艺流程图 f i g 2 _ te x p e r i m e n tt e c h n o l o g yf l o wc h a r to f a s h - c o a lc e m e n t p a r t i c l e b o a r d 2 5 制板工艺简介 将筛选合格的刨花、水泥、粉煤灰、氯化钙、硅酸钠和水等原料也分别计量。人工将 分别计量完毕的刨花、水泥、粉煤灰、氯化钙、硅酸钠和水按照特定的顺序混合后搅拌。 搅拌一定要耐心，一定要保证搅拌的均匀性。搅拌不均匀，各组分没有充分混台，将影响 板材的接合强度。搅拌均匀后选择规格为5 0 0 x 5 0 0 x 2 m m 的垫板，手工将混合料均匀的铺装 8 在垫板上。一次铺装三块板坯，将三块板坯连同垫板叠放在一起送入冷压机进行冷压。面 压为5 o m p a 。板坯压缩至厚度规后，向板坯通蒸汽，调节蒸汽压力保证养护温度应在 6 0 8 0 。c 保压热养护1 2 h 。养护完毕，开启锁紧夹将半成品堆放自然养护2 8 d 后送入烘箱 干燥，烘箱温度控制在7 0 9 0 ，将板子干燥到含水率为1 0 左右。干燥后的板材用锯 边锯锯解成一定规格的板块并编上序号，板块作为检测粉煤灰水泥刨花板力学性能的材 料。 2 6 板材性能的检测 2 6 1 检测的主要力学性能 本研究检测的主要力学性能包括静曲强度 3 0 0 0 0 3 5 f 0 o 占( 9 ，1 1 ) = 2 9 结果表明，回归方程是显著的。 再看各回归系数的显著性 e = 击= 3 7 4 ( 1 ，1 1 ) 咄8 4 e = q q “2 f e = 0 5 2 f 0 m ( 1 ，1 1 ) = 4 8 4 巧= q q e ，f e 3 = 0 0 0 0 9 f o * ( 1 ，1 1 ) = 4 8 4 = 器0 9 4 9 嘣1 ) = 螂4 e ，= 器= 0 1 2 2 ( 1 1 1 ) = 4 - 8 4 r 。盏= 2 3 7 ( r 0 5 ( 1 1 1 ) = 4 8 4 经上述检验说明z 、z t 。以及z z 的回归系数在显著水平a = o 0 5 下是显著的，而z 。、 z a 、z t ：、z m z ”以及z ，的回归系数在显著水平a = 0 0 5 下是不显著的。对于经检验不显 著的回归系数可以直接从回归方程中剔除，于是得到下列的回归方程 y = 9 1 7 + 1 3 1 z l - 0 4 8 6 z 厂0 8 9 4 z 。2 上面检验回归方程和回归系数的计算过程也可以在表上进行( 表4 - 4 ) 。 表4 4方差分析表 来源平方和自由度均方和 f 显著性 2 3 3 12 3 33 4 7 木木 z i 次z 20 3 2 7 10 3 2 70 5 2 3 项 z 30 0 0 0 6 10 0 0 0 60 0 0 0 9 交z l z 20 5 9 2 10 5 9 2 0 9 4 9 互 z i z 30 0 7 6 10 0 7 6 0 1 2 2 项 z 2 2 30 0 2 8 l0 0 2 80 0 4 4 z 3 7 5 13 7 56 0 2 木 次 z 2 1 2 7l1 2 72 0 4 术木 项 z 3 1 4 8l1 - 4 82 3 7 回归平方和4 2 3 g4 7 7 5 4 木 剩余平方和6 8 l lo 6 2 总和4 9 1 2 2 f oo s ( 1 ，1 1 ) = 4 8 4f 0 0 ；( 9 ，1 1 ) = 2 9 将z 。= ( x l - 1 2 0 0 ) 5 0 ，z 。= ( x 2 - 3 ) 0 5 ，z 。= ( - 0 5 5 ) 0 0 5 代入 y = 9 1 7 5 + 1 0 0 8 z ，+ o 8 4 1 z z 一0 6 4 6 z 。一0 5 2 z 2 - 0 5 3 6 z 。中，得到静曲强度的回归方程 y = 一3 3 4 3 9 + 0 4 9 2 7 6 x + 2 1 4 5 6 x 。一0 0 0 0 1 9 4 x l 3 5 7 6 x 2 2 从以上分析可以看出，对静曲强度影响最为显著的是粉煤灰水泥刨花板的密度( x 。) ， 其次是灰木比( x ：) 。水灰比( k ) 对静曲强度有影响，但较小。 静曲强度随板材密度的增加而增加，其原因是：粉煤灰水泥刨花板的强度主要由三 部分形成，即灰料与刨花之间的胶接强度，灰料本身的胶接强度以及刨花的强度”1 。当板 材密度增大时，粉煤灰、水泥与刨花间接触更为密实，各材料间接触点多，板坯孔隙率低， 粉煤灰和水泥结晶体的形成与发展较容易，结晶体的数量和强度大“”，从而增加了灰料与 刨花之间的胶接强度和灰料本身的胶接强度，进而提高了粉煤灰水泥刨花板的静曲强度。 但是，粉煤灰水泥刨花板的密度不能太大。太大的密度一方面增加了板材的生产成本，另 一方面，使板材的使用和运输受到限制。 一定灰木比范围内，静曲强度随灰木比的增加而增加，但灰木比继续增加静曲强度 反而下降。粉煤灰和水泥在板材中是胶凝材料，刨花作为填充及增强材料两者起的作用不 同。一定比例的粉煤灰和水泥是板材强度的基础，但粉煤灰和水泥比例过大，势必减少了 板材中的增强材料刨花的比例， 从而降低了板材的静曲强度。刨花比例的增加有助于板 材强度的增加，但比例过大，板材中的胶凝材料不足，其内部胶接强度不够，因此板材的 静曲强度也下降。 在一定范围内，随水灰比增加板材静曲强度先增加后减少，尽管这种影响不显著。 这是因为起胶合作用的粉煤灰和水泥只有在一定量水的作用下，才能充分发生水化反应， 2 1 表现出必要的胶接强度。但是，水灰比在0 5 - 0 6 内其变化对板材的强度影响不大。因 为粉煤灰水泥刨花板在长达1 2 h 的热养护期间，如果扳坯中的水分不足，它可以不断从环 境里吸取水分，这一点笔者实验过程得到证实。将热养护前后的板块分别称重可以发现热 养护后的板块有明显的吸水现象。 然而，水灰比过小或过大都将显著影响板材的静曲强度。因为板坯吸水需要一定的 过程，水灰比过小，将减慢粉煤灰和水泥的水化过程，影响整体胶接强度。另外，水灰比 过小将影响板坯的铺装的均匀性，特别是机械化铺装，造成板材内部强度不均匀，而且对 生产环境的清洁非常不利“1 。水灰比过大，同样将影响板坯的铺装的均匀性，甚至使机械 化铺装难以进行，同时给混合料的运输和运输设备的清理带来不便。而且，压板过程中可 能出现物料滑移现象，达不到预定的厚度，使板材的静曲强度降低“。 4 2 2 弹性模量( m o e ) 的回归分析 1 、试验结果和计算结果如表4 - 5 。 弹性模量的b 。、q 。和b j 的计算和静曲强度的计算完全相同，计算过程本节从略。 表4 - 5 试验结果分析( m o e ) 试验号厶z i厶 z 1z t 矗 z i z l五晶 z z tz 3 y ( u p a ) llllllll0 4 0 60 4 0 60 4 0 63 6 5 8 21ll- 1ll- 1o 4 0 60 4 0 6o 4 0 63 6 1 5 3ll- i1- 11- 1o 4 0 6o 4 0 6o 4 0 62 9 2 1 4ll- 11- 1- 1l0 4 0 60 4 0 60 4 0 62 9 8 5 51- 111- 1- 1lo 4 0 60 4 0 60 4 0 62 5 5 5 6l-