（材料学专业论文）蒸压硅酸盐制品硅铝质材料研究.pdf

摘要 摘要 本文研究的蒸压硅酸盐制品硅铝质材料包括煤粉炉渣、粉煤灰、砂及砂岩。 利用x 射线衍射、红外光谱、扫描电镜、活性s i o 。、a 1 。0 。的测定以及玻璃相含 量测定等方法研究这几种材料在蒸压条件下反应活性，及对蒸压制品强度的影 响。 回一厂的煤粉炉渣在蒸压条件下的反应活性高于粉煤灰，煤粉炉渣部分或完 全取代粉煤灰可提高蒸压硅酸盐制品抗压强度。本实验条件下提高的幅度可达 6 2 。玻璃相含量越高其反应活性也越高；活性s i o 。、a 1 ：0 。的含量也可间接反映 粉煤灰及煤粉炉渣在蒸压下的反应活性；粉煤灰及煤粉炉渣红外光谱强吸收区的 s i o 伸缩振动频率越低，s i - o 键键强越弱，键的破坏和重新组合也越容易，反 应活性越高。对具体的粉煤灰及煤粉炉渣需从三方面综合评价。煤粉炉渣颗粒形 态区别于粉煤灰，大部分呈不规则性。由于形态效应的缘故，煤粉炉渣用作水泥 混合材时效果差于粉煤灰。因而煤粉炉渣用于蒸压硅酸盐制品更具有优势。 煤粉炉渣比表面积对蒸压制品抗压强度有一定影响，随着煤粉炉渣比表面积 的增大，蒸压制品抗压强度增大。比表面积从1 3 9m 2 k g 提高至2 1 0 m 2 k g ，抗压 强度提高了约1 9 2 6 ；比表面从2 1 0i l l 2 k g 提高至3 5 0m 2 k g ，其蒸压硅酸盐 制品抗压强度仅提高了约5 6 。综合电耗，用于生产蒸压硅酸盐制品的煤粉 炉渣比表面积应控制控制在一定范围内。 砂岩的活性s i 0 。含量远高于砂，活性a 1 ：0 。含量也高于砂，砂岩的反应活性 高于砂。在本实验条件下以砂岩取代砂的蒸压硅酸盐制品抗压强度最多可提高 4 3 ；砂岩盼易磨性优于砂，以砂岩取代砂，不仅可以提高蒸压硅酸盐制品强度， 还可以降低能耗。 砂和砂岩的比表面积对蒸压制品强度有影响。砂的比表面积从1 3 5 m 2 k g 提 高1 8 8 m 2 k g 蒸压硅酸盐制品抗压强度提高了3 2 ，增幅较明显，比表面积从 1 8 8 m 2 k g 提高至3 0 3 m 2 k g 蒸压制品抗压强度仅提高5 6 。砂岩的比表面积从1 4 0 h i 2 k g 增加到2 0 5 m 2 k g 蒸压制品的抗压强度提高了2 7 ，增幅较明显；比表面积 从2 0 5 m 2 k g 增加到3 4 0 m 2 k g 蒸压制品的抗压强度提高了1 4 6 。综合粉磨电耗 考虑，甩于生产蒸压硅酸盐制品的砂及砂岩比表面积控制控制在一个合适的范 围。 关键词：煤粉炉渣：蒸压条件；反应活性；砂岩 a b s t r a c t s i l i c o n a l u m i n u mm a t e r i a l ，c o n t a i n i n gc i n d e ra n df l ya s h ，s a n da n d g r i t s t o n e a r ea ss u b j e c ti n v e s t i g a t e d i nt h isp a p e r u s i n g x r a y d i f f r a c t i o n ( x r d ，i n f r a r e ds p e c t r u m ( i r ) ，s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ( s e m ，t h em a s sf r a c t i o n so fa c t i v es i 0 2a n da 12 0 3a n dc o n t a i n i n gp r o p o r t i o n o fv i t r e o u sp h a s eo ff l ya s h e sa n dc i n d e r ，s t u d yt h er e a c t i v i t yo ft h e s e v e r a lm a t e r i a l sa b o v ei na u t o c l a v e dc o n d i t i o na n dt h ei n f l u e n c eo ft h e c o m p r e s s i v es t r e n g t ho fa u t o c l a v e ds i l i c a t ep r o d u c t s t h er e a c t i v i t yo fc i n d e ri sh i g h e rt h a nt h er e a c t i v i t yo ff l ya s hi n s a m e f a c t o r y ，a n d t h e c o m p r e s s i v es t r e n g t h o fa u t o c l a v e ds i l i c a t e p r o d u c t sw i t lb ei m p r o v e d ，w h e nc i n d e ri ss u b s t i t u t e df o rf 1 ya s h ，t h e r a t eo fr i s eo fc o m p r e s s i v es t r e n g t hc o l i dr e a c h6 2 i nt h i se x p e r i m e n t t h eh i g h e rc o n t a i n i n gp r o p o r t i o no fv i t r e o u sp h a s e ，t h eh i g h e ro ft h e r e a c t i v i t yo ff l ya s ha n dc i n d e r t h em a s sf r a c t i o n so fa c t i v es i 0 2a n d a 1 2 0 3c a ni n d i r e c t l yr e f l e c tt h er e a c t i v i t yo ff 1 ya s ha n dc i n d e ri n a u t o c l a v e dc o n d i t i o n t h er e a c t i v i t yo ff 1 ya s h a n dc i n d e rc a nb ea n a l y z e d b ys i 一0s t r e t c h i n gv i b r a t i o nw a v e n u m b e ri ns t r o n ga b s o r p t i o nr e g i o no f i r m o r et h ew a v e n u m b e ro ff l ya s ha n dc i n d e ri s1 0 w ，m o r et h er e a c t i b i l i t y o ff l ya s ha n dc i n d e ri ss t r o n g t h em o r t a rs t r e n g t hw i l lb ed e s c e n d e dw h e n c i n d e ru s e da sb l e n d e dm a t e r i a lf o rc o n c r e t eb e c a u s ei t ss h a p ee f f e c t s oc i n d e ru s e di na u t o c l a v e ds i l i c a t ep r o d u c t si sb e t t e rt h a nt h a tu s e d a sb l e n d e dm a t e r i a lf o rc o n c r e t eo rc e m e n tm i x t u r e t h e n ，c i n d e rc a ng e t ab e t t e r u t i l i z e dw a y t h es u r f a c ea r e ao fc i n d e rc o u l di n f l u e n c et h ec o m p r e s s i v es t r e n g t h o fa u t o c l a v e ds i l i c a t ep r o d u c t s w i t ht h ea u g m e n to fs u r f a c ea r e a ，t h e c o m p r e s s i v es t r e n g t ho fa u t o e l a v e ds i1i c a t ep r o d u c t sb ei m p r o v e d t h e s u r f a c ea r e a g o u p f r o m 1 3 9m z k gt o2 1 0 m 2 k g ，t h er a t eo fr i s eo f c o m p r e s s i v es t r e n g t ho fa u t o c l a v e ds i l i c a t ep r o d u c t sc o u l dr e a c h1 9 2 6 ，t h ea m p l i t u d ei so b v i o u s t h es u r f a c ea r e ag o u pf r o m2 1 0m 2 k gt o 3 5 0 m 2 k g ，t h er a t eo fr i s eo fc o m p r e s s i v es t r e n g t ho fa u t o c l a v e ds i l i c a t e p r o d u c t sc o u l dr e a c h5 6 t a k i n gi n t oa c c o u n te l e c t r i cw a s t a g e t h e s u r f a c ea r e ao fc i n d e rm u s tb ec o n t r 0 1 1 e di ns o m er a n g e t h em a s sf r a c t i o n so fa c t i v es i 0 2a n da 12 0 3o fg r i t s t o n ei sf a rh i g h e r t h a nt h em a s sf r a c t i o n so fa c t i v es i 0 2a n da 12 0 3o fs a n d s ot h er e a c t i v i t y l l l 华南理工大学硕士学位论文 o fg r i t s t o n ei sh i g h e rt h a n t h er e a c t i v i t yo fs a n d t h ec o m p r e s s i v e s t r e n g t ho fa u t o c l a v e ds i l i c a t ep r o d u c t sw i l lb ei m p r o v e d ，w h e ng r i t s t o n e iss u b s t i t u t e df o rs a n d ，t h er a t eo fr i s eo fc o m p r e s s i v es t r e n g t hc o u l d r e a c h4 3 i nt h i se x p e r i m e n t t h eg r i n d a b i l i t yo fg r i t s t o n ei sm o r e f a c i l i t yt h a n t h eg r i n d a b i l i t yo fs a n d s og r i t s t o n eu s e di na u t o c l a v e d s i l i c a t ep r o d u c t sh a v ea na d v a n c e di nn o to n l yi m p r o v i n gt h ec o m p r e s s i v e s t r e n g t ho fa u t o c l a v e ds i l i c a t ep r o d u c t sb u ta l s oe c o n o m i z i n ge l e c t r i c w a s t a g e t h e n ，g r i t s t o n ec a ng e tab e t t e r u t i l i z e dw a y t h es u r f a c ea r e ao fs a n da n dg r i t s t o n ec o u l di n f l u e n c et h ec o m p r e s s i v e s t r e n g t ho fa u t o c l a v e ds i l i c a t ep r o d u c t s t h es u r f a c ea r e ao fs a n dg ou p f r o m1 3 5m 2 k gt o1 8 8 m 2 k g ，t h er a t eo fr i s eo fc o m p r e s s i v es t r e n g t ho f a u t o c l a v e ds i l i c a t ep r o d u c t sc o u l dr e a c h3 2 ，t h ea m p l i t u d ei so b v i o u s t h es u r f a c ea r e ao fs a n dg ou pf r o m1 8 8m 2 k gt o3 0 3 m 2 k g ，t h er a t eo fr i s e o fc o m p r e s s i v es t r e n g t ho fa u t o c l a v e ds i1i c a t ep r o d u c t sc o u l dr e a c h5 6 t h es u r f a c ea r e ao fg r i t s t o n eg o u pf r o m 1 4 0m 2 k gt o2 0 5 m 2 k g ，t h er a t e o fr i s eo fc o m p r e s s i v es t r e n g t ho fa u t o c l a v e d s i l i c a t ep r o d u c t sc o u l d r e a c h2 7 ，t h ea m p l i t u d ei so b v i o u s t h es u r f a c ea r e ao fg r i t s t o n eg ou p f r o m2 0 5m 2 k gt o3 4 0 m 2 k g ，t h er a t eo fr i s eo fc o m p r e s s i v es t r e n g t ho f a u t o c l a v e ds i l i c a t ep r o d u c t sc o u l dr e a c h1 4 6 t a k i n gi n t oa c c o u n t e l e c t r i c w a s t a g e ，t h e s u r f a c ea r e ao fs a n da n dg r i t s t o n em u s tb e c o n t r o l i e di ns o m er a n g e k e yw o r d s ：c i n d e r ，a u t o c l a y i n gc o n d i t i o n ，r e a c t i v i t y ，g r i t s t o n e 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：0 编驰 日期：御中年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借协。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 保密豳，在立_ 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名：捌瞻耗 导师签名：砻连柱 日期：垆i | 年占月，日 日期：o 口尸年月，日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 中国二十一世纪议程一一中国2 1 世纪人口、环境与发展白皮书中指出： “中国资源消耗高，二次资源利用率低，有相当一部分资源变为污染物。中国每 单位国民生产总值所消耗的矿物原料比发达国家高2 4 倍，也高于印度、巴西； 中国总的二次资源利用率只相当于世界先进水平的1 4 1 3 。大量的废旧物资 未得到回收利用。中国再生工业体系发展缓慢，科学技术比较落后，工艺技术不 能适应本领域发展需求，导致废旧物资直接利用率低”。到2 0 5 0 年要实现的中期 目标是“建立完整的废旧物资弃置监督管理体制，建立一系列法规与配套规章。 在全社会开展废 日物资弃置最小量化工作，使废旧物资弃置量减少8 0 。” 今天，人类在享受现代化带来物质文明的同时，承受着工业生产中固体、液 体和气体废物排出所造成的环境污染和生态平衡的破坏。早在上世纪初，许多有 识之士就已经预见到与工业化社会结伴而来的资源危机和环境恶化的发展趋势。 上世纪下半叶，一些工业发达国家迫于资源危机和环境恶化的巨大压力，开展了 固体废物开发利用的研究，并把它视为第二矿业。 我国固体废物污染控制工作开始于上世纪8 0 年代。进入9 0 年代以后，面对我 国经济建设的巨大需求与资源供应严重不足的紧张局面，把回收利用再生资源作 为重要的发展战略。中国2 1 世纪议程指出：“中国认识到固体废物问题的严重 性，认识到解决该问题是改变传统发展模式和消费模式的重要组成部分一一总目 标是完善固体废物法规体系和管理制度；实施废物最小量化；为废物最小量化、 资源化和无害化提供技术支持，分别建成废物虽小量化、资源化和无害化示范工 程。” 在中华人民共和国固体废物污染环境防治法第一章第三条中明确了固体 废物污染环境的防治原则是“国家对固体废物污染环境的防治，实行减少固体废 物的产生、充分合理利用固体废物和无害化处置固体废物的原则”，即减量化、 资源化和无害化管理三原则。 7 0 年代出现的能源危机，增强了人们对固体废物资源化的紧迫感。欧洲国 家把固体废物资源化作为解决固体废物污染和能源紧张的方式之一，将其列为国 民经济政策的一部分，投入巨资进行开发。日本由于资源贫乏，将固体废物资源 化列为国家的重要政策，当作紧迫课题进行研究。美国把固体废物引入资源范畴， 将固体废物资源化作为废物处理的替代方案。 材料作为经济发展的基础与先导，为社会带来了巨大的物质财富，推动了人 类文明的进程。然而从资源、能源和环境的角度分析，材料的提取、生产、使用 和废弃过程又是一个不断消耗和破坏人类赖以生存的空间的过程。据统计，我国 华南理下大学硕二e 学位论文 单位数量产品的能耗与资源消耗比先进国家高得多，资源再利用率低，社会最终 产品只是原料投入的3 0 ，大部分原料变成了废弃物。既消耗了宝贵的资源、能 源，又严重污染了环境。 建筑材料作为建筑业的物质基础，在国民经济中占有重要地位。在所有人造 材料中，建筑材料是产量最大、使用最多的材料，是目前资源和环境负荷最重又 具有巨大节约潜力的材料，而且是可以利用工业和生活废弃物，使之成为再生资 源的材料。其生产与使用的各个过程都与人类的生活和工作息息相关。同时，在 它的寿命周期的各个环节中，从原材料的开采、选择，到产品的制备、使用、废 弃以及回收利用，无不显示出它们与资源、能源和环境有着密切而广泛的关系。 因此建筑材料很容易对人类的生存环境、健康安全造成损害和威胁。建材工业至 今仍是地球上矿产资源消耗最多，绿色土地破坏最多，能源消耗最多，环境污染 最为严重的行业之一。 因此，如何在生产建筑材料和同时节约自然资源，降低能耗，保护生态环境 是每个建材生产厂家必须考虑的问题。推行废弃物资源化，例如利用各种废弃物 发展生态水泥工业等，不仅可以减少自然资源的开发，还可以治理环境，维持生 态系统良性循环，对可持续发展有着重大的现实意义。本课题主要研究利用粉 煤灰、粉炉渣等电厂等废弃物及目前还没有被充分利用砂岩生产蒸压硅酸盐制品 等新型墙体材料。 1 2 新型墙体材料 1 2 1 新型墙体材料的使用现状 国内墙体材料中，粘土实心砖一直占据着主导地位”3 。但是，随着可持续发 展战略的提出，人们越来越重视人类和自然的协调。在这一战略思想的促动下， 为了保护耕地、保护环境、节约能源，人们向传统材料和技术发起了挑战；一些 新的建筑材料应运而生，正越来越多的替代着拥有2 0 0 0 多年历史的秦砖汉瓦。 早在2 0 世纪5 0 年代末到6 0 年代初，国内就有一些地区丌始研制新型墙体 材料，并小批量生产烧结多孑l 砖，进入8 0 年代以后，基于国家建筑节能的要求， 多孔砖和空心砖的生产和应用有了一些进展，但新型墙体材料发展的速度还不 快。 1 9 8 8 年1 1 月以来，国家建材局、建设部、农业部、国家土地局联合成立了 墙体材料革新与建筑节能领导小组，采用系统工程的方法先后在哈尔滨、成都市、 江苏省进行了试点，随后又通过自我研制开发与引进国外生产技术和设备，建立 了一大批新墙材生产企业，生产了许多品种的新墙材，已初步形成砖、砌块和板 材三大类新型墙体材料的产品结构。1 9 9 6 年全国新型墙体材料产量约合1 4 0 0 亿 第一章绪论 块标准砖，占墙体材料总量的2 0 ，比1 9 7 9 年提高了1 7 个百分点”1 。截至1 9 9 9 年，全国有蒸压硅酸盐制品生产线约2 0 0 条，形成生产能力1 0 0 0 万m3 ，1 9 9 8 年 生产蒸压硅酸盐制品近4 0 0 万m3 。在混凝土小型空心砌块方面，近年来全国总 产量约3 0 0 0 万m3 ，约占新型墙体材料总量的1 5 ，其中各种轻集料混凝土小砌 块盼年产量约为5 0 0 万m3 ，约占全国混凝土小砌块总产量的2 0 。蒸压灰砂砖在 8 0 年代中期共建生产线4 0 0 多条，年生产4 0 多亿块标准砖。1 。9 0 年代从德国引 进了4 0 0 t 双面加压液压机的设计制造技术，该机投放市场后使我国蒸压灰砂砖 生产技术装备水平上一新台阶。其它如空心砖、烧结粉煤灰砖、煤矸石砖、烧结 页岩砖在9 0 年代的生产、应用技术走向成熟，装备技术有了较快发展，品种增 多，质量上档次。全国新型墙体材料产量占墙体材料的总量的比例从1 9 9 0 的4 6 提高到2 0 0 0 年的2 8 “1 ，去年新型墙材的产量已达到2 1 0 0 亿块标准砖。从1 9 9 0 年至1 9 9 9 年，累计使用新墙材的建筑面积共计3 3 亿m2 。 墙体材料革新经过十几年的努力，有了一定的进展。尽管如此，但发展过程 并不平衡，在很多地区新型墙体的推广应用还有很大阻力。粘土实心砖仍然占据 着墙体材料的统治地位”3 。 1 2 2 新型墙体材料的使用意义 发展新型墙体材料，取代传统粘土实心砖，有利于保护耕地，保护环境。 性能好的新型墙体材料可以更好地满足建筑对材料功能的要求。新型墙体材 料可作承重墙和非承重墙材料，其强度、耐久性、绝热性、隔音性、防火性、装 饰性等基本能适应各类建筑的要求“1 。 新型墙体材料的自重一般较粘土砖墙要轻，故可减轻建筑荷载，有利于防震。 新型墙体材料可用于建造中层或高层建筑，且建筑寿命长。与粘土砖相比， 可节约砌筑砂浆5 0 左右；墙面抹灰砂浆比砖墙抹灰节约2 0 以上。 用新型墙体材料砌墙比用砖墙一般可省工5 0 左右“1 。 用新型墙体材料代替粘土砖建房的墙体厚度一般较粘土砖墙体薄，故可增大 房屋的使用面积( 非取暖区增大2 3 ，取暖区增大4 5 ) 。 因此研究开发应用新型墙体材料有着重大的现实意义。 1 3 粉煤灰的利用及研究现状 粉煤灰的主要用途是用作混凝土掺合料、水泥混合材及粉煤灰蒸压制品的原 材料等。除此之外，粉煤灰还用于：工业和水处理废物的固化、贵重金属的提取、 矿区的土地稳定、烟气脱硫的吸附、防火材料、改良土壤、用于不同产品生产的 过滤材料、陶瓷应用以及沸石的合成等“5 “1 。王立久教授利用粉煤灰生产微晶玻 璃获得成功”1 。 华南理工大学硕士学位论文 半个世纪以前粉煤灰得到综合利用以来，无数研究者对粉煤灰进行了大量研 究。除粉煤灰的形成”1 、颗粒形貌”、物理特性、矿物组成等的基础研究外， 粉煤灰的研究侧重于粉煤灰的水化，包括常温水化和蒸压水热反应两个方面的研 究。 混凝土中粉煤次的水化以常温水化为主。对混凝土中粉煤灰的大量研究主要 集中不同粉煤灰的火山灰活性“及其常温水化特性。 粉煤灰混凝土的水化产物与普通混凝土的基本相似1 。粉煤灰水泥系统的水 化与纯水泥水化在四个方面有差异：熟料相水化速度；氢氧化钙含量由于粉煤灰 的稀释与火山灰作用而降低：水泥熟料水化产物；粉煤灰的水化产物。粉煤灰的 掺入降低了水化产物c s h 的钙硅比。一般来说，粉煤灰的掺入，明显降低了混凝 土温度升高趋势，这对混凝土是有利的。高钙粉煤灰混凝土的水化热明显高于低 钙粉煤灰混凝土。 对于粉煤灰水化活性，依然存在不同的看法。h e m m e r t g e n 和o l d e r 研究了 几种含高铝的c a o a 1 ：0 。一s i 0 ：系统的合成玻璃相，认为合成玻璃相的不同活性取 决于化学成分“”。大量研究者认为，对粉煤灰的火山灰活性影响，粉煤灰的矿物 组成比化学成分更重要“”。如粉煤灰中具有非常相近的化学成分，其性质也有 较大差异“”1 。但矿物组成并不能判断粉煤灰的水化活性“”。如，同为粉煤灰中 游离c a o ，有时在煤粉高温燃烧过程表现为紧密结合晶体结构，在混凝土中粉煤 灰具有低水化活性并出现后期的体积膨胀”“。而大多数褐煤和次烟煤燃烧形成的 粉煤灰游离c a o 含量较高，不需要添加氢氧化钙就具有良好的胶凝性能“。 王立久教授等人根据前人研究成果给出了粉煤灰胶凝系数，其影响因素主要 是粉煤灰细度、需水量比和烧失量“”。s c h r e i t e r 认为，能在浓盐酸中溶解的颗 粒活性比不能在该酸中溶解的活性高，因而将玻璃微珠分为活性玻璃微珠和惰性 玻璃微珠“。s d i a m o n d 等人认为，粉煤灰的水化行为取决于其晶体与非晶体 的溶解度，影响着粉煤狄的火山狄活性和胶凝性能。黄士元等人认为粉煤灰在 水中悬浮液的p h 值可以表征其化学活性的一个指标”“。 我国对于水泥混合材和混凝土掺合料的粉煤灰，可以根据中华人民共和国国 家标准用于水泥和混凝土中的粉煤灰g b t1 5 9 6 - 9 1 通过水泥胶砂强度比进 行测定。 不少研究者对用于混凝土的粉煤灰进行活化研究”2 。“。利用n a o h 进行活化 ”“，温度高于9 0 ，n a o h 浓度大于4 m o l 时，强度和活化度随着n a o h 浓度的增 加而增加，在较低n a o h 浓度较低水灰比，即使密实度增加，强度较低。利用硅 酸钠在水化过程中形成的氢氧化钠同样可以激发粉煤灰的活性，提高浆体的强度 ”“。通过磨细提高粉煤灰比表面积同样可以提高粉煤灰水泥砂浆强度活性系数 ”5 】 4 第一章绪论 粉煤灰通过蒸压处理，可以加快其反应速度“”，这是生产粉煤灰蒸压制品的 生产原理。 粉煤灰蒸压制品的研究主要集中在蒸压养护制度、水化产物对粉煤灰蒸压制 品性能的影响”“，以及碳化对粉煤灰蒸压制品的影响”1 。 崔崇等人利用外加剂对粉煤灰加气混凝土进行了研究，获得了较高的蒸压制 品强度”“3 “。用于混凝土中的减水耕等外加剂并不适合用于粉煤狄蒸压制品1 。 不同粉煤灰的品质波动很大。钱觉时在文献 1 4 中引用了s l o s s 等人的研究 资料表明，即使同一电厂，粉煤灰品质也有很大波动。 粉煤灰蒸压制品中，粉煤灰是主要的化学活性物质，其品质的稳定性对其蒸 压制品的性能影响较混凝土中粉煤灰的影响更大，我国已有加气混凝土生产厂家 因为粉煤灰品质不稳定而被迫下马的情况。粉煤灰具有良好的蒸压活性或水热反 应能力对蒸压制品性能的稳定和产品成本的下降、企业经济效益的提高都有好 处。如何控制粉煤灰的品质，提高粉煤灰蒸压活性对粉煤灰蒸压制品的质量保证 具有重要意义。在燃烧煤粉的过程中来控制粉煤灰的品质对使用粉煤灰的生产厂 家是不现实的，但保证稳定品质的粉煤灰进厂则很有必要。 j k t i s h m a c k 等人”认为，化学分析或矿物学分析并不能用于预测给定粉 煤灰的反应能力。如何评价蒸压条件下粉煤灰的水热反应能力，目前还没有一个 较权威的方法，是一个需要解决的大问题。 在实际生产中，尤其是粉煤灰蒸压制品的生产过程中，时常由于粉煤灰品质 原因造成产品性能下降，使企业的效益受到影响。因此，对粉煤灰有必要进行深 入的研究。 1 4 煤粉炉渣的利用及研究现状 煤粉炉渣是煤粉在炉膛中经过瞬时悬浮燃烧后的灰分熔融粘结起来的部 分，由煤粉炉底部收集后，再由流渣口排出经水淬急冷而形成的渣粒。其形成温 度、造灰、造渣工艺与粉煤灰存在差异，所以其颗粒形态区别于粉煤灰口”。煤粉 炉渣在现阶段主要应用在下面几个方面。 1 煤粉炉渣用于废水处理系统 煤粉炉渣其结构膨大，有蜂窝状细孔，不溶于水，经筛选洗净后可用作过滤 材料，可以滤除肉眼可见的颗粒材料，它对水中臭气、悬浮物和显色物质的吸附 作用良好，是一种廉价的过滤、吸附材料。 2 煤粉炉渣移动床吸附系统 该系统采用移动床原理将过滤与吸附融为一体，由煤粉炉渣过滤吸附池、斗 式提升机、空压机、压缩空气提渣装置、煤粉炉渣粉碎筛分装置等组成，形成一 独立的预处理单元操作系统。这套系统为连续性操作系统，可同时进煤粉炉渣和 出煤粉炉渣，；劳动强度小。经煤粉炉渣过滤吸附后的废水水质好，并且对于排 华南理工大学硕士学位论文 出的煤粉炉渣仍可用于制砖或其他建筑材料，不存在二次污染问题。 3 煤粉炉渣用于建筑业 利用粉煤灰和煤粉炉渣生产空心墙体砖，这是一种新型复合墙体材料，体轻、 强度高、保温、隔音效果好，节能和免土等，并且生产过程中不用烧制，这也大 大节约能源。利用其渗水性能好，生产彩色地砖即保护水土流失又起美化作用。 还可用来生产高档瓷砖。煤粉炉渣还可用作水泥混合材、混凝土掺合料等，但效 果差于粉煤灰。 4 煤粉炉渣用于农业 煤粉炉渣用于填坑造田，使耕地面积增大，节约土地使用。用于一些特殊农 作物培植。 5 煤粉炉渣用于其他方面 煤粉炉渣还可以用于护岸绿化，防止水土流失。利用煤粉炉渣的保温性能制 造防热损失的炉具来节能，同其他材料配合用于各种保温制品、特种制品，直接 用于农畜业除臭味等等。 至今很少有煤粉炉渣在蒸压硅酸盐中的应用这方面的报道。本论文主要研 究煤粉炉渣在蒸压硅酸盐制品中的综合利用，提高煤粉炉渣的利用率和对于环境 保护和废弃物资源化都具有重要的现实意义。 1 5 燕压硅酸盐制品 1 5 1 发展简史 灰砂砖的诞生距今已有一个半世纪。1 6 5 4 年德国医生伯恩哈德在莱比锡的一 个手工作坊里，用木制杠杆压力机压制了世界上第一批灰砂砖，采用自然养护。 1 6 8 0 年，米哈伊尔博士把成型的灰砂砖放入高压的蒸汽中养护，大大缩短了冗 长的自然硬化过程。1 6 8 0 年1 0 月5 目，他获得了在1 3 0 3 0 0 0 c 的温度下于适 宜的设备中用高压蒸汽读氢氧化钙、氢氧化钡或氢氧化锶同砂子或含硅酸赫材料 的混合物进行热处理生产人工石的方法的专利。同时期研究蒸压硅酸盐制品的 还有法国的列勃林和谢纳尔蒙，美国的劳林德和俄国的赫鲁谢夫等。通过这些研 究，断定了坚硬的人造石材不仅可以在类似陶瓷工业那样的高温条件下煅烧制 得，而且有可能在水或者水蒸汽的参与下，在较低的温度下制得。这种工艺的效 果受到了重视，十九世纪末，在许多国家涌现出了不少研究报告和发明。 在我国，灰砂砖的应用有近百年的历史。第一座灰砂砖建筑是清朝末年，即 2 0 世纪初建造的，建于现在的北京动物园。灰砂砖是从英国进口的，该建筑至 今仍完好。1 9 6 0 年，我国建成了第一家灰砂砖生产企业，即现在的北京市第二 蒸压硅酸盐制品厂灰砂砖车间”“。 6 第一章绪论 蒸压硅酸盐制品是一种新型建筑材料制品。它于本世纪初诞生于瑞典”。我 国于1 9 6 5 年从瑞典的希波列克斯公哥引进成套生产技术和设备建成了北京蒸压 硅酸盐制品厂”。目前我国的蒸压硅酸盐制品生产企业已达1 5 0 余家，年产量达 数百万立方米。 1 5 2 蒸压工艺的研究现状 自俄国著名学者k l 珏赫鲁晓夫于十九世纪中叶首次在高温和高压水蒸气 下进行水热合成以来，蒸压材料工艺已经经历了一百多年的历史“。 随着近几十年来研究者对蒸压材料不断广泛的研究，蒸压硅酸盐制品在全球 范围内得以应用，蒸压材料工艺也日趋成熟。 蒸压硅酸盐制品在蒸压处理过程中的水热反应，本质上是在水的作用下，石 灰水化产物一c a ( 伽 。与硅酸盐材料的化合反应。 影响蒸压硅酸盐制品性能的因素很多，概括地讲，包括三个方面：蒸压材料、 成型工艺以及养护工艺等。 蒸压硅酸盐制品的成型工艺主要包括压力成型和浇注成型。不同的成型工艺 所获得的蒸压硅酸盐制品性能不同。 养护工艺包括蒸压养护制度，蒸汽参数，蒸压处理前静停时间和静停条件， 制品带模或不带模蒸压等。蒸压养护制度包括：升温和升压速度，最高温度下恒 压养护时间，以及从最高压力降到大气压的降压条件。 在成型工艺和养护工艺相同的情况下，影响蒸压硅酸盐制品性能的主要因素 就是蒸压用材料。蒸压用材料主要包括两大类：钙质材料一石灰( 氢氧化钙、氧 化钙或能够通过水化提供氢氧化钙的硅酸盐水泥等) 和硅铝质材料。 单一的硅质材料作为蒸压材料，如石英砂等，已经进行了较为系统的研究。 然而，实际工业生产以及固体废物中可以用作蒸压材料的，绝大部分属于( c a o 一) s i o 。一a i 。0 。系统盼材料。由于这类材料复杂、多变，需要通过大量的实验才 能掌握其蒸压水化特性，目前的研究并不全面。 1 5 3 蒸压硅酸盐砌块 蒸压硅酸盐砌块是以粉煤灰和砂、水泥、石灰、石膏为主要原料，以铝粉为 发气剂，混合后，经蒸压养护而制成”。 1 5 3 1 蒸压硅酸盐制品的技术经济特点 作为一种新型建筑材料，蒸压硅酸盐制品制品以其质轻、保温、抗震、利废、 经济等优点，在建筑材料市场竞争中占有一席之地，尤其与传统地建筑材料粘土 华南理工大学硕士学位论文 砖相比，有着与之不可比拟的优点，主要有以下方面： 1 质量轻蒸压硅酸盐制品的容重一般为4 0 0 7 0 0 k g m 3 ，相当于粘土砖的 1 3 左右，也低于一般轻骨料混凝土“。因而采用蒸压硅酸盐砌块作为墙体材料 可以大大减轻建筑物自重，进而也就可以减小建筑物的基础以及梁、柱等结构件 的尺寸，可以节约建筑材料和工程费用，还可以减少建筑物的地震力。表卜1 为 几种常用建筑材料容重。 表卜1 几种常用建筑材料容重 t a b l ei - 1t h ev o l u m e t r i cw e i g h to fs e v e r a lk i n d so fb u i l d i n gm a t e r i a l s i nc o m m o nu s e 2 性能好蒸压硅酸盐制品内部含有大量气泡和微孔，因而有很好的保温 性能。容重4 0 0 7 0 0 k g m 3 的蒸压硅酸盐制品其导热系数通常为0 0 9 0 1 7 w ( m k ) ，保温能力为粘土砖的3 4 倍，为普通混凝土的4 8 倍。实践证明， 我国北方地区用2 0 c m 厚的蒸压硅酸盐制品外墙，其保温效果与4 9 c m 砖墙差不多， 从而大大改善居住条件，节约冬季取暖用煤，并且增加建筑物的使用面积。表 卜2 为几种常用建筑材料的导热系数。 表1 2 几种常用建筑材料的导热系数 t a b l e l 2t h ec o e f f i c i e n to ft h e r m a lc o n d u c t i v i t yo fs e v e r a lk i n d so f b u i l d i n gm a t e r i a l si nc o m m o nu s e 3 有可加工性蒸压硅酸盐制品不仅可以在工厂内生产出多种规格，还可 以象木材一样进行锯、刨、钻、钉，因而能在使用现场根据实际需要进行加工， 十分方便。 4 原料来源广，生产效率高，生产耗能少蒸压硅酸盐制品可以用砂子、 矿渣、粉煤灰、尾矿、煤矸石、生石灰、水泥等多种原料进行生产，可以根据当 地的实际条件确定品种和生产工艺。在有条件的地方可以进行高度自动化大规模 生产，在条件较差的地方，也可以量力而行，简易上马，因而可以在各种不同条 8 第一章绪论 件的地区进行生产。一般来说蒸压硅酸盐耕品的生产效率比较高。蒸压硅酸盐制 品消耗的能源比较少，其单位制品的生产耗能仅为同体积粘土砖所耗能源的1 1 ， 与其他建筑材料相比也是较低的。 1 量3 2 各种原料在蒸压硅酸盐制品中的作用及影响： 1 粉煤灰在加气混凝土中的作用及影响 粉煤灰在加气混凝土中的作用主要是为制品提供强度。 粉煤灰自身只具备潜在活性，在没有外加剂的情况下一般不会产生自凝结现 象。粉煤灰的活性主要靠碱性激发剂激发。粉煤灰中参与水化反应的成分是活性 s i0 2 和a 1 。o 。活性成份与石灰消解、水泥水化所生成的c a ( o h ) 。发生反应；生 成水化硅酸钙和水化铝酸钙。这些水化产物硬化后提供了蒸压制品的强度“”。 粉煤灰的活性除受物相结构、化学成份的影响外，不容忽视的还有比表面积 因素，在一定范国内，粉煤灰越细、比表面积越大，活性也越高”“，其蒸压制品 的强度就越高。由于表表面积增大，参与化学反应的作用面增多，在相同条件下 水化速度加快、水化产物的量增多。 2 砂在蒸压硅酸盐制品中的作用及影响 在蒸压硅酸盐制品中，砂及砂岩的作用除了主要提供氧化硅，与氧化钙反应 生成水化硅酸钙外，尚未反应完的砂及砂岩颗粒残核在蒸压硅酸盐制品气泡壁起 到骨架和集料的作用。 在普通混凝土中，砂及砂岩不参加化学反应，只起骨架作用，因此，其颗粒 大小及级配对混凝土的物理力学性能和水泥用量等很大影响。在蒸压硅酸盐制品 中，砂及砂岩不仅仅是集料，更重要的是参与水化反应，是生成新的胶凝物质一 一水化硅酸钙的重要组分。在蒸压硅酸盐制品生产中，由于生产工艺的需要，砂 及砂岩要全部经过磨细，因此，砂及砂岩的自然粒径意义不大。 砂及砂岩的主要作用是提供s i 0 2 ，砂及砂岩中的s i 0 ：一部分以石英状态存 在，一部分以长石和其它矿物成分存在。无论是石英态的s i o 。还是化合态的s i 0 ：， 在常温下都具有稳定的晶体结构，呈化学惰性。石英态s i 0 。在常温水中的溶解 度仅0 0 0 6 9 l ，可认为是基本不溶解物质，因而也不可能有效地与c a o 反应， 当温度升高到1 7 5 ，s i 0 。的溶解度大大增加，其溶解度为0 1 6 9 l ，继续提高 温度，溶解度及溶解速度都将进一步增加。因此，生成水化硅酸钙的反应速度和 反应产物也会相应增加。 3 石灰在蒸压硅酸盐制品中的作用及影响 石灰是生产蒸压硅酸盐制品的主要钙质材料，其主要作用是向蒸压硅酸盐制 品提供有效氧化钙，使之在水热条件下与硅铝质材料中的s i o ：，a l ：o 。作用，生 成水化硅酸钙与水化铝酸钙，从而使制品获得强度。 4 水泥在蒸压硅酸盐制品中的作用及影响 华南理工大学硕士学位论文 水泥是生产蒸压硅酸盐制品的重要的钙质材料之一“。水泥可以作为钙质材 料在蒸压硅酸盐制品中单独使用，也可以与石灰一起作为混合钙质材料。 水泥与水拌合后，水泥熟料中的四种矿物便开始水化。水泥的水化速度与其 比表面积都有密切的关系，并受环境温度的影响。水泥颗粒越细，比表面积越大， 与水接触越充分，因而水化反应也越快。水泥的水化反应也要求有适当的温度， 一般来说，当温度低于0 时，水化反应实际上停止；在5 以下时水化速度极 慢。温度高一些，水化反应就会快一些，所以，在蒸压硅酸盐制品制品厂目前大 多采用加热的办法来促使水泥水化反应的加速进行，以提高生产效率。 当水泥作为单一钙质材料单独在蒸压硅酸盐制品生产中使用时，它是蒸压硅 酸盐制品料浆中c a ( o h ) ：主要来源”。水泥的凝结硬化作用使蒸压硅酸盐制品料 浆逐渐稠化并最终凝结硬化形成蒸压硅酸盐制品坯体。水泥水化施放出来的 c a ( o h ) 。在蒸压过程中与硅铝质材料中的s i 0 。和a 1 。0 。反应生成水化硅酸钙和水化 铝酸钙。在使用蒸压硅酸盐制品获得强度方面起着重要的作用。 当水泥与石灰混合使用时，如果水泥用量与石灰相比只占很小的比例，石灰 仍然是c a o 的主要提供者，水泥的作用主要是保证浇注稳定并可加速坏体的硬 化，改善坯体的性能和制品性能。当水泥用量大而石灰用量小时( 如石灰仅占总 量1 0 以下) ，水泥将在浇注蒸养各阶段发挥主要的作用。而石灰主要是发挥其 能够大量提供c a 0 的特点，补充水泥在这方面的不足，甚至还可以相对减少水泥 用量。 5 石膏在蒸压硅酸赫制品中的作用及影响 石膏在蒸压硅酸盐制品料浆中主要有以下几个方面的作用： ( 1 ) 可抑制石灰的消化，使其消化时间延长，并降低其最终的消化