（材料加工工程专业论文）利用红砂岩和粉煤灰制备高档烧结砖的研究.pdf

桂林理工大学硕士学位论文 摘要 千百年来，高硅红砂岩( 紫砂岩) 作为弃方，未能成为制砖、陶的主要原料， 根本原因没有文献报道。高石英原料烧制品易开裂，是制品强度不高的根本原因， 这个问题一直未解决。本论文立足于在实验室探索解决高硅砖的强度问题。本试 验在系统研究各个工艺过程的基础上，制备高强度红砂岩烧结砖。此工艺过程成 本低，在实际生产中可利用。在此基础上，进一步研究利用红砂岩和粉煤灰制备 高档承重装饰砖及利用红砂岩制备低导热高硅砖。红砂岩( 紫砂岩) 的利用，对 开拓砖、陶新原料意义重大。高档承重装饰砖的研制，对提高建筑整体寿命、避 免短期重复建设具有重要意义；低导热高硅砖的研制，对建筑节能有重大意义。 本文通过大量可塑性研究试验、高档承重装饰砖和低导热高硅砖制各方西大 量的试验研究，得出以下规律及结论： 1 、红砂岩不能作为制砖、陶的原料的原因是烧结过程中玻璃相形成，以及 大颗粒石英相变，这二者均产生较大裂纹。本论文在系统研究各个工艺过程的基 础上，采用磨细的方式，使形成更小的裂纹，较大幅度提高红砂岩烧结砖强度。 红砂岩中的铁质以浸染物的形式存在，致使红砂岩的外观呈现红色基调。因此， 利用红砂岩和粉煤灰制备高档承重装饰砖是可能的。 2 、采用二次烧成技术可制德有较低导热系数的红砂岩( 高硅) 砖。由于一 次烧成没有充分生成玻璃相，导热系数较高；二次烧结技术能使玻璃相生成充分， 导热系数有降低趋势。 3 、砖坯的可塑度随粒径的变小，先升高后有所下降；砖坯的可塑度随含水 率的升高，先升高而后降低，砖坯含水率为3 0 时，可塑度最高；砖坯的可塑度 随陈纯时间的延长而增大；砖坯的可塑度随球粘含量的增加丽升高，从成型和 减少粘土用量考虑，球粘土添加量为5 较为适宜。 4 、随着坯料中红砂岩含量的增加，陶瓷体物相意以单一的盯石英为主晶褶， 逐渐变为以0 【一方石英较多、a 一石英较少，由这两相构成主晶相。随着坯料中红 砂岩含量的增加，高档承重装饰砖的抗压强度增大。红砂岩含量7 5 、粉煤灰2 0 、 球粘土5 的砖体具有最佳的抗压强度，在l1 8 0 。c 保温l h 烧制砖体的抗压强度为 7 3 2 m p a ，优于烧结砖国家标准m u 3 0 。 5 、砖体的外观颜色随着红砂岩含量的减少，即铁含量的减少，颜色逐渐由 深红色变成浅红色，样品颜色均适合高档装饰砖；砖体的外观颜色随着烧成温度 的升高，颜色由浅红变深红，后又变棕红，通过控制烧成温度使颜色可调，适合 制备不同颜色的高档装饰砖；砖体的外观颜色随着保温时间的延长，颜色由浅红 桂林理工大学硕士学位论文 色变成深红色，在较窄的温度范围内颜色可调，适合制备不同颜色的高档装饰砖。 关键词：红砂岩；高档承重装饰砖：导热系数；二次烧成 i i 桂林理工大学硕士学位论文 a b s tr a c t t h o u s a n d so fy e a r s ，h i 曲s i l i c o nr e d s a n d s t o n e s ( p u r p l es a n d s t o n e s ) w e r e c o n s i d e r e da sw a s t e ，s ot h e yc o u n d n tb e c o m et h em a i nr a wm a t e r i a lo fp r o d u c i n g b r i c k sa n dc e r a m i c n ol i t e r a t u r er e p o r t st h ef u n d a m e n t a lr e a s o n s 。u s i n gh i g hp u r i t y s i l i c aa sr a wm a t e r i a l ，t h es i n t e r i n gp r o d u c ti sp r o n et oc r a c k i n g t h a ti st h ee s s e n t i a l r e a s o nw h yt h ei n t e n s i 移o f p r o d u c ti sn o th i g 囊确ep r o b l e ma l w a y sd o e s n tb e r e s o l v e d t 1 1 i st h e s i si se s t a b l i s h e di ne x p l o r i n gt h es o l u t i o no ft h ep r o b l e mo ft h e i n t e n s i t yo fh i g hp u r i 留s i l i c ab r i c k s 。t 毯se x p e r i m e n tm a k e sc r a c k st h i na n d d i s p e r s i v e ，a n dm a k e st i n yc r a c k sc o r i a c e o u sv i as i m p l et e c h n o l o g y t h ec o s to ft h e t e c h n o l o g i c a lp r o c e s si ss ol o wt h a ti tc o u l db ea p p l i e dt oa c t u a lm a n u f a c t u r i n g a c t i v i t i e s b a s e do nt h a t ，p r e p a r a t i o no fh i g h g r a d eb e a r i n gf a c i n gb r i s k su s i n gr e d s a n d s t o n e sa n dc o a la s h e sa n dp r e p a r a t i o no fl o w h e a t c o n d u c t i o nh i g h p u r i t y - q u a r t z b r i c k su s i n gr e ds a n d s t o n e sa r ef u r t h e rr e s e a r c h e d t h eu s i n go fr e ds a n d g t o n e si s s i g n i f i c a n tt o d e v e l o pt h em a r k e to fb r i s k sa n dc e r a m i c s t h ed e v e l o p i n go f h i g h 。g r a d eb e a r i n gf a c i n gb r i s k si ss i g n i f i c a n tf o rr a i s i n gt h et o t a ll i f eo fc o n s t r u c t i o n s 。 t h ed e v e l o p i n go fl o w - h e a t - c o n d u c t i o nh i g h p u r i t y - q u a r t zb r i c k si s s i g n i f i c a n tf o r s a v i n ge n e r g yo f c o n s t r u c t i o n s t h r o u g ht h ee x p e r i m e n to ft h ep l a s t i c i t yo fr a wm a t e r i a l s ，t h ee x p e r i m e n to f p r e p a r i n gh i g h - g r a d eb e a r i n gd e c o r a t i o nb r i s k sa n dt h e e x p e r i m e n to fp r e p a r i n g l o w _ h e a t c o n d u c t i o nh i g h 巾谳t y - q u a r t zb r i c k s ，t h i st h e s i sc o m e so u ts o m er u l e sa n d c o n c l u s i o n sb e l o w ： f i r s t l y , t h er e a s o n sw h yc o u l dn o tu s er e ds a n d s t o n e sa r ef o r m i n gb i g 登a r t i c l e q u a r t zw i t hp h a s ec h a n g ea n df o r m i n gt o om u c hg l a s sp h a s e ，w h i c hl e a dt o l a r g eb i g c r a c k s i n t h i st h e s i s ，t h ei n t e n s i t yo fr e ds a n d s t o n e si s i m p r o v e dt h r o u g hf o r m i n g s m a l l e rc r a c k sb yt h ew a yo f r u b b e d i n gt h i n n e r t h ei r o nc o n t e n ti nt h e r e ds a n d s t o n e e x i s t si nf o r mo fd i s s e m i n a t i o nt om a k et h ea p p e a r a n c eo fr e ds a n d s t o n ep r e s e n tr e d t o n e s o ，i ti sp o s s i b l et op r e p a r eh i g h c l a s sb e a r i n gf a c i n gb r i s k su s i n gr e ds a n d s t o n e s a n dc o a la s h e s s e c o n d l y , l o w e rh e a tc o n d u c t i v i t yc o e f f i c i e n tr e ds a n d s t o n e ( h i g h p u r i t y - q u a r t z ) b r i c k sc o u l db em a d e t h r o u g hs e c o n ds i n t e r i n gt e c h n o l o g y t h e r ei sn o te n o u g hq u a r t z p h a s e st of o r mi nt h ef i r s ts i n t e r i n gp r o c e s s ，s ot h eh e a tc o n d u c t i v i t yc o e f f i c i e n ti s h i g h ；b u it h e r ea r ee n o u g hq u a r t zp h a s e st of o r mi nt h es e c o n ds i n t e r i n gp r o c e s s s o t h eh e a tc o n d u c t i v i t yc o e f f i c i e n tr e d u c e s 。 i i i 桂林理工大学硕士学位论文 t h i r d l y , w i t ht h er e d u c t i o no ft h ea t o m i cd i a m e t e r , t h ep l a t i s i t yo f b r i c k sr i s e sa n d t h e nr e d u c e s w i t hr i s i n go ft h eh y d r a t a t i o nr a t e ，t h ep l a t i s i t yo fb r i c k sr i s e sa n dt h e n r e d u c e s 。w h e nt h eh y d r a t a t i o nr a t eo fb r i s k sr e a c h e s3 0 ，t h ep l a t i s i t ya c h i e v e st h e l l i 曲e s t w i t ht h ep r o l o n g i n go f t h ek e e p i n gt i m e ，t h ep l a t i s i t yo fb r i c k sr i s e s w i t ht h e r i s i n go f t h ec o n t e n to fb a l lc l a y , t h ep l a t i s i t yo fb r i c k sr i s e s 。c o n s i d e r i n gt h em o l d i n g a n dr e d u c i n gc l a yc o n t e n t ，i ti sa p p r o p r i a t et oc o n t r o lt h ec l a yc o n t e n ti n5 f o u r t h l y , w i t ht h ei n c r e a s i n go fr e ds a n d s t o n ec o n t e n ti nb l a n k ，t h em a i nc r y s t a l p h a s eo fc e r a m i cp h a s ev a r i e sf r o m 仅一q u a r t zt om o r e 仪一c r i s t o b a lit ea n d l e s s 口一q u a r t z w i t ht h ei n c r e a s i n go fr e ds a n d s t o n ec o n t e n t i nb l a n k ，t h e c o m p r e s s i o ns t r e n g t ho fh i 曲一c l a s sb e a r i n gf a c i n gb r i c k sr i s e s t h eb r i c k sc o n t a i n i n g 7 5 r e ds a n d s t o n e ，2 0 c o a la s ha n d5 b a l lc l a yh a v et h eb e s tc o m p r e s s i o ns t r e n g t h w i t hk e e p i n gw a r mo n eh o u ri n118 0 。c ，t h ec o m p r e s s i o ns t r e n g t ho fb r i c k sr e a c h e s 7 3 2 m p at h a ta c c o r d i n gw i t hn a t i o n a lb a k e db r i c ks t a n d a r dm u 3 0 l a s t l y , w i t ht h ed e c r e a s i n go ft h e c o n t e n to fr e ds t a n d s t o n e ，n a m e l yt h e d e c r e a s i n go ft h ec o n t e n to fi r o n ，t h ec o l o ro ft h eb r i c ka p p e a r a n c ev a r i e sf r o md e e p r e dt os h a l l o wr e d ，w h i c ha d a p tt of a c i n gb r i c k s w i 搬t h er i s i n go fs i n t e r i n g t e m p e r a t u r e , t h ec o l o ro ft h eb r i c ka p p e a r a n c ev a r i e sf r o ms h a l l o wr e dt od e e pr e d ， t h e nt or e db r o w n ，w h i c ha d a p tt of a c i n gb r i c k si nw i d e r e rs i n t e r i n gt e m p e r a t u r e w i t h t h ep r o l o n g i n go ft h eh o l d i n gt i m e ，t h ec o l o ro ft h eb r i c ka p p e a r a n c ev a r i e sf r o m s h a l l o wr e dt o d e e pr e d ，w h i c ha d a p tt of a c i n gb r i c k s i nn a r r o w e rs i n t e r i n g t e m p e r a t u r e k e y w o r d s ：t h er e ds a n d s t o n e ；t h eh i 曲- g r a d eb e a r i n gf a c i n gb r i c k ；t h eh e a t c o n d u c t i v i t yc o e f f i c i e n t ；t h es e c o n ds i n t e r i n gp r o c e s s i v 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权书 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 学位论文作者( 签字) ：毯盔羞 签字日期：麴2 ：复：2 2 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，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本，允许论文被查阅和借阅。 本人授权( 学校) 可以将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、汇编学位论文。同时授权中国科学技 术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社 会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：欲谨芳 签字日期：石年芗月厅e l 桂林理工大学硕士学位论文 1 1 红砂岩简介 第1 章前言 我国南部省区广泛存在的泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩及页岩等沉积岩 类的岩石，因含有丰富的氧化物呈红色、深红色或褐色，这类岩石统称为红砂岩 “。红砂岩主要呈粒状碎屑结构和泥状胶结结构两种典型结构形式，因胶结物质 和风化程度的差异，其强度的变化大。多数红砂岩在挖掘或爆破出来后，受大气 环境的作用可崩解破碎，甚至泥化，故其岩块的大小及颗粒级配将随干湿循环的 时间过程而变化，其物理力学性质也将产生变化“。 1 1 1 红砂岩的分类 红砂岩按强度和崩解特性划分为如下3 种类型：一类红砂岩，岩块天然单 轴抗压强度小于1 5 m p a ，在1 0 5 c 温度下烘干后浸水2 4 h 内，呈现渣状、泥状或 粒状崩解；二类红砂岩，岩块天然单轴抗压强度小于1 5 m p a 或稍大于1 5 m p a ， 在1 0 5 温度下烘干后浸水2 4h 内，呈块状崩解；三类红砂岩，岩块天然单轴 抗压强度大于1 5 m p a ，不崩解，特性与普通砂岩无区别r 。1 。 1 1 2 红砂岩的天然结构特征及其矿物成分和化学成分 红砂岩的天然结构主要有粒状碎屑结构和泥状结构2 种，按岩石学划分，可将 红砂岩分为2 大类一1 1 ：碎屑岩类，包括泥质砂岩、泥质粉砂岩、泥质细砂岩、 粉砂岩、砂岩和砾岩等；粘土岩类，包括泥岩、页岩、砂质泥岩及砂质页岩等。 红砂岩中，含铁氧化物大多以浸染物形式出现，碎屑颗粒间主要有孔隙式胶结、基 底式胶结以及铁质碳酸盐胶结等形式。由于铁质在多数岩石中不是以胶结物的形 式存在，故主要影响岩石的外观状态，对岩石的工程性质没有明显的影响。粒状碎 屑岩类中粘土矿物的含量一般约5 1 0 ，这种红砂岩虽然因胶结形式和粘土矿 物含量的差异，其工程性质有一定的变化，但多数与普通风化岩类相差不大，其工 程性质与风化程度有关。泥状结构粘土岩类中，粘土矿物的含量一般约1 5 - - 5 0 ， 其中伊利石含量为5 - - 3 0 ，蒙脱石含量为3 - - - 1 0 。这种类型岩石的水稳定性 差，极易崩解软化，其工程性质主要由粘土矿物的含量，尤其是亲水性强的蒙脱石 和伊利石的含量决定。当粘土矿物中蒙脱石和伊利石的含量较高时，该类岩土的 工程性质极差，非常容易产生路基病害。红砂岩的主要化学成分为9 种，其中s i o ： 的含量占主要部分，其次有a 1 ：0 。、c a o 、f e ：0 3 等，其余5 种化学成分均不超过4 ， 两种典型红砂岩的主要化学成分比例如下：两种典型红砂岩的主要化学成分比例 桂林理工大学硕士学位论文 ( ) 结构特征s i o 。、a 1 ：0 2 、c a o 、f e ：0 。粒状碎屑结构4 6 5 3 7 5 1 2 、1 1 4 3 - - 1 6 4 4 、 o 1 1 1 6 7 、2 8 6 - - 6 8 8 ，泥状结构2 3 2 4 6 4 2 8 、8 o 2 0 7 8 、0 0 9 - - - 3 1 8 9 、 2 2 1 0 6 5 3 ，红砂岩的崩解特性及颗粒级配泥状结构的粘土岩类红砂岩一般易 崩解软化，随干湿循环软化时间增加，颗粒不断碎化，最后呈渣状或泥状，其颗粒 级配也在变化。 试验表明，随着暴露时间和干湿循环次数增加，岩块不断崩解碎化，经过5 0 - 6 0 d ( 干湿循环为8 次) 变化即可达到稳定状态，红砂岩经过一定时间后不再崩解 变化。粒状碎屑结构的红砂岩一般呈块状崩解，崩解后的块状颗粒基本稳定或碎 化速度非常缓慢，粒径小于0 5 m m 的颗粒极少。 1 1 3 红砂岩的力学性质 各类红砂岩击实试件的抗剪强度指标和渗透性指标测试项目：内摩擦角 ( 度) 、凝聚力( k p a ) 、渗透系数( c m s ) 、天然岩块抗压强度( m p a ) “一。一类岩2 7 。2 。、 1 0 5 4 、4 ：1 7 1 0 、4 4 3 。二类岩2 6 。5 0 、7 5 3 7 、4 1 7 1 0 、6 9 。三类岩2 3 。1 6 、 9 2 8 、4 1 7 1 0 。通过现场试验表明，红砂岩压实后透水性很差，对于压实度 达到重型击实标准9 0 以上的红砂岩，表面积水一般难以下渗，仅对表层土体的 含水量产生影响，二类红砂岩压实体的防渗性能不低于粘土。对于水稳定性差的 一类红砂岩，在路基表面及两侧采取一定的隔水措施很有必要，可以防止表层一 定厚度的红砂岩浸水后软化，强度降低，以及产生膨胀变形。对红砂岩进行了 室内c b r 试验，其中一、二红砂岩各类岩取1 6 组数据的平均值。按标准重型击 实( 9 8 击) 、5 0 击和3 0 击分别浸水试验，可以看出9 8 击一类岩和3 0 击二类岩随 浸水时间的增加，c b r 有所降低；而5 0 击和9 8 击二类岩的c b r 随浸水时间的增 加无明显的变化。根据测试结果可知，呈块状崩解的二类岩水稳定性较好，而一 类岩的水稳定性很差，若受水的长期浸泡，其强度变得很低。各类红砂岩试件室 内c b r 值随浸水时间变化的试验结果，试件浸水时间( d ) ：1 、2 、3 、4 、7 、2 8 。 一类岩( 9 8 击) ：9 0 、9 8 5 、8 2 、7 7 4 、8 8 、6 9 5 。二类岩( 9 8 击) ：5 6 4 、5 3 4 、 6 0 3 、5 3 8 、5 0 o 、7 2 0 。二类岩( 3 0 击) ：2 1 8 、1 7 3 、1 6 9 、1 9 1 、1 3 3 、 1 4 5 。二类岩( 5 0 击) ：3 4 4 、2 8 遗、2 9 5 、3 0 5 、2 6 8 、3 2 3 。 1 2 粉煤灰简介 1 2 1 粉煤灰现状及形成 我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。近年来，我国的能源 工业稳步发展，发电能力年增长率为7 3 ，电力工业的迅速发展，带来了 粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加， 2 桂林理工大学硕士学位论文 1 9 9 5 年粉煤灰排放量达1 2 5 亿吨，2 0 0 0 年约为1 5 亿吨，到2 0 1 0 年将达 到2 亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。另一方面， 我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为 宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决 我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所 面临解决的任务之一。经过开发，粉煤灰在建工、建材、水利等各部门得 到广泛的应用“一“。 2 0 世纪7 0 年代，世界性能源危机，环境污染以及矿物资源的枯竭等强烈地 激发了粉煤灰利用的研究和开发，多次召开国际性粉煤灰会议，研究工作日趋深 入，应用方面也有了长足的进步。粉煤灰成为国际市场上引人注目的资源丰富、 价格低廉，兴利除害的新兴建材原料和化工产品的原料，受到人们的青睐“。 目前，对粉煤灰的研究工作大都由理论研究转向应用研究，特别是着重要资源化 研究和开发利用。利用粉煤灰生产的产品在不断增加，技术在不断更新。国内外 粉煤灰综合利用工作与过去相比较，发生了重大的变化，主要表现为：粉煤灰治 理的指导思想已从过去的单纯环境角度转变为综合治理、资源化利用：粉煤灰综 合利用的途径以从过去的路基、填方、混凝土掺和料、土壤改造等方面的应用外， 发展到目前的在水泥原料、水泥混合材、大型水利枢纽工程、泵送混凝土、大体 积混凝土制品、高级填料等高级化利用途径u “。 第一阶段，粉煤在开始燃烧时，其中气化温度低的挥发分，首先自矿 物质与固体碳连接的缝隙间不断逸出，使粉煤灰变成多孔型炭粒。此时的 煤灰，颗粒状态基本保持原煤粉的不规则碎屑状，但因多孔型性，使其表 面积更大。 第二阶段，伴随着多孔性炭粒中的有机质完全燃烧和温度的升高，其 中的矿物质也将脱水、分解、氧化变成无机氧化物，此时的煤灰颗粒变成 多孔玻璃体，尽管其形态大体上仍维持与多孔炭粒相同，但比表面积明显 地小于多孔炭粒。 第三阶段，随着燃烧的进行，多孔玻璃体逐渐融收缩而形成颗粒，其 孔隙率不断降低，圆度不断提高，粒径不断变小，最终由多孔玻璃转变为 一密度较高、粒径较小的密实球体，颗粒比表面积下降为最小。不同粒度 和密度的灰粒具有显著的化学和矿物学方面的特征差别，小颗粒一般比大 颗粒更具玻璃性和化学活性。 最后形成的粉煤灰( 其中8 0 , - - - - 9 0 为飞灰，1 0 - - 2 0 为炉底灰) 是外观 相似，颗粒教细而不均匀的复杂多变的多相物质。飞灰是进入烟道气灰尘 桂林理工大学硕士学位论文 中最细的部分，炉底灰是分离出来的比较粗的颗粒，或是炉渣。这些东西 有足够的重量，燃烧带跑到炉子的底部。 1 2 2 粉煤灰的组成及结构 r ，亡1 我邈火电厂粉煤灰的主要氧化物组成“为：s i 0 2 、a l 2 0 3 、f e o 、f e 2 0 3 、 c a o 、t i 0 2 、m g o 、k 2 0 、n a 2 0 、s 0 3 、m n o 等，此外还有p 2 0 5 等。其中氧 化硅、氧化钛来自黏，岩页；氧化铁主要来鼠黄铁矿；氧化镁和氧化钙 来自与其相应的碳酸盐和硫酸盐。 粉煤灰的蠢素组成( 质量分数) 为：04 7 8 3 ，s ill 。4 8 - - - 3 1 1 4 ，a 1 6 4 0 - - 2 2 9 1 ，f e1 9 0 - - 1 8 5 i ，c a0 3 0 篱2 5 1 0 ，k0 2 2 3 1 0 ， m g0 0 5 - - - 1 9 2 ，t i0 4 0 - - 1 8 0 ，s0 0 3 - - , 4 7 5 ，n a0 。0 5 - - 1 4 0 ， p0 。0 0 9 6 - 0 。9 0 ，c 10 0 0 , - - - 0 1 2 链，其他0 5 0 - - 2 9 1 2 蔼。 由于煤的灰量变化范围很广，而且这一变化不仅发生在来自世界各地 或同一地区不同煤层的煤牛，甚至也发生在同一煤矿不同的部分的煤中。 因此，构成粉煤灰的具体化学成分含量，也就因煤的产地、煤的燃烧方式 和程度等不同两有所不同。其主要化学组成见下表。 表1 1 我隧电厂粉燥灰化学组成 粉煤灰的活性主要来自活性s i o ：( 玻璃体s i o 。) 和活性a 1 ：0 。( 玻璃体 a 1 ：0 。) 在一定碱性条件下的水纯作用。因此，粉煤灰中活性s i o 。、活性矗l 。氇 和f - c a o ( 游离氧化钙) 都是活性的的有利成分，硫在粉煤灰中一部分以可溶 性石膏( c a s o 。) 的形式存在，它对粉煤灰早期强度的发挥有一定作用，因此 粉煤灰中的硫对粉煤灰活性也是有利组成。粉煤灰中的钙含量在3 左右， 它对胶凝体的形成是有利的。国外把c a o 禽量超过1 0 的粉煤灰称为e 类灰， 而低与1 0 的粉煤灰称为f 类灰。类灰其本身具有一定的水硬性，可作水 泥混合材，f 类灰常作混凝土掺和料，它比c 类灰使用时的水化热要低。 粉煤灰中少量的m g o 、n a 。0 、k 2 0 等生成较多玻璃体，在水化反应中会促 进碱硅反应。但m g o 含量过高时，对安定性带来不利影响。 粉煤灰中的未燃炭粒疏松多张? “。，是一种惰性物质不仅对粉煤灰的活 性有害，而且对粉煤灰的压实也不利。过量的f e 。o 。对粉煤灰的活性也不利。 4 桂林理工大学硕士学位论文 由于煤粉各颗粒间的化学成分并不完全一致，因此燃烧过程中形成的 粉煤灰在排出的冷却过程中，形成了不同的物相。比如：氧化硅及氧化铝 含量较高的玻璃珠在铁矿，另外，粉煤灰中晶体矿物的含量与粉煤灰冷却 速度有关。一般来说，冷却速度较快时，玻璃体含量较多：反之，玻璃体 容易析晶。可见，从物相上讲，粉煤灰是晶体矿物和菲晶体矿物的混合物。 其矿物组成的波动范围较大。一般晶体矿物为石英、莫来石、磁铁矿、氧 化镁、生石灰及无水石膏等，非晶体矿物为玻璃体、无定形碳和次生褐铁 矿，其中玻璃体含量占5 0 以上。 粉煤灰的结构是在煤粉燃烧和排出过程中形成的，比较复杂。在显微镜 下观察，粉煤灰是晶体、玻璃体及少量来燃炭组成的一个复合结构的混合 体。混合体中这三者的比例随着煤燃烧所选用的技术及操作手法不同而不 同。其中结晶体包括石英、莫来石、磁铁矿等；玻璃体包括光滑的球体形 玻璃体粒子、形状不规则孔隙少的小颗粒、疏松多孔且形状不规则的玻璃 体球等；未燃炭多呈疏松多孔形式。 1 2 3 粉煤灰的性质及存在形态 粉煤灰的物理性质包括密度、堆积密度、纲度、比表面积、需水量等， 这些性质是化学成分及矿物组成的宏观反映。由于粉煤灰的组成波动范 围缀大，这就决定了其物理性质的差异也很大。粉煤灰既表面积研究和褶 关数据报告中，只有采用b e t 方法检测出来的结果才是真实可靠的，因为 国内外制定出来的毙表蕊积测定标准都是以b e t 测试方法为基础的。( g b t 1 9 5 8 7 - 2 0 0 4 ) 一气体吸附b e t 原理测定固态物质比表面积的方法。比表面积 测定分柝有专用的比表露积测试仪，星内比较成熟的是动态氮吸附法，现 有国产仪器中大多数还只能进行直接对比法的，北京金埃谱科技公司的 f s o r b2 4 0 0 比表面积分析仪是真正能够实现b e t 法检测功能的仪器( 兼备 直接对比法 ，更重要酶北京金埃谱科技公司的f - s o r b2 4 0 0 眈表面积分 析仪是迄今为止国内唯一完全自动化智能化的比表面积检测设备，其测试 结果与函际一致性穰高，稳定性也很好，同时减少人为误差，提嵩测试结 果精确性。 粉煤灰的基本物理性质见表。 表i 2 粉煤灰的基本物理特性 粉煤灰的基本物理特性 项目范围均德 撇( g c m 3 ) 1 9 一- , 2 9 2 1 垄篓燕壅! ! 垒垄燮垒：塑! = ! ：茎垒! 垒：三璺垒 5 桂林理工大学硕士学位论文 粉煤灰的物理性质中，细度和粒度是比较重要的影响因素。它直接影响着粉 煤灰的其他性质，粉煤灰越细，细粉占的比重越大，其活性也越大。粉煤灰的细 度影响早期水化反应，而化学成分影响后期的反应“。 粉煤灰是一种人工火山灰质混合材料，它本身略有或没有水硬胶凝性能，但 当以粉状及水存在时，能在常温，特别是在水热处理( 蒸汽养护) 条件下，与氢氧 化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物， 成为一种增加强度和耐久性的材料。 粉煤灰是以颗粒形态存在的，且这些颗粒的矿物组成、粒径大小、形 态各不相同。人们通常将其形状分为珠状颗粒和渣状颗粒两大类。根据北 京科技大学宋存义等用扫描式电子显微镜的观察表明，粉煤灰由多种粒子 构成，其中珠状颗粒包括空心玻珠( 漂珠) 、厚壁及实心微珠( 沉珠) 、铁珠( 磁 珠) 、炭粒、不规则玻璃体和多孔玻璃体等五大品种。其中不规则玻璃体是 粉煤灰中较多的颗粒之一，大多是由似球和非球形的各种浑圆度不同的粘 连体颗粒组成。有的粘连体断开后，其外观和性质与各种玻璃球形体相同， 其化学成分则略有不同。多孔玻璃体形似蜂窝，具有较大的表面积，易黏 附其他碎屑，密度较小，熔点比其他微珠偏低，其颜色由乳白至灰色不等。 在扫描式电子显微镜下可以比较容易地观察到不规则玻璃体的存在。渣状 颗粒包括海绵状玻璃渣粒、炭粒、钝角颗粒、碎屑和粘聚颗粒等五大品种。 正是由于这些颗粒各自组成上的变化，组合上的比例不同，才直接影响到 粉煤灰质量的优劣。 。 从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰称为粉煤灰；粉煤灰是燃煤电厂 排出的主要固体废物。 粉煤灰的燃烧过程：煤粉在炉膛中呈悬浮状态燃烧，燃煤中的绝大部 分可燃物都能在炉内烧尽，而煤粉中的不燃物( 主要为灰分) 大量混杂在高 温烟气中。这些不燃物因受到高温作用而部分熔融，同时由于其表面张力 的作用，形成大量细小的球形颗粒。在锅炉尾部引风机的抽气作用下，含 有大量灰分的烟气流向炉尾。随着烟气温度的降低，一部分熔融的细粒因 受到一定程度的急冷呈玻璃体状态，从而具有较高的潜在活性。在引风机 将烟气排入大气之前；上述这些细小的球形颗粒，经过除尘器，被分离、 收集，即为粉煤灰。 6 桂林理工大学硕士学位论文 粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，现阶段我国年排渣量己 达3 0 0 0 万吨。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。 大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气：若排入水系会造成河 流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。因此，粉煤 灰的处理和利用问题引起人们广泛的注意。 1 2 4 粉煤灰的优点及用途 在混凝土中掺加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料；减少了用水量； 改善了混凝土拌和物的和易性；增强混凝土的可泵性；减少了混凝土的徐 变；减少水化热、热能膨胀性；提高混凝土抗渗能力；增加混凝土地修饰 性 1 0 。 国标一级：采用优质粉煤灰和高效减水剂复合技术生产高标号混凝土 的现代混凝土新技术正在全国迅速发展。 国标二级：优质粉煤灰特别适用于配制泵送混凝土、大体积混凝土、 抗渗结构混凝土、抗硫酸盐混凝土和抗软水侵蚀混凝土及地下、水下工程 混凝土、压浆混凝土和碾压混凝土。 国标三级：粉煤灰混凝土具有和易性好、可泵性强、终饰性改善、抗 冲击能力提高、抗冻性增强等优点。 粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质混合材料“一“。它 是燃烧煤的发电厂将煤磨成1 0 0 微米以下的煤粉，用预热空气喷入炉膛成 悬浮状态燃烧，产生混杂有大量不燃物的高温烟气，经集尘装置捕集就得 到了粉煤灰。粉煤灰的化学组成与粘土质相似，主要成分为二氧化硅、三 氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙和未燃尽碳。目前，粉煤灰主要用来生产 粉煤灰水泥、粉煤灰砖、粉煤灰硅酸盐砌块、粉煤灰加气混凝土及其他建 筑材料，还可用作农业肥料和土壤改良剂，回收工业原料和作环境材料。 粉煤灰在建筑制品中的应用：蒸制粉煤灰砖，以电厂粉煤灰和生石灰或其 他碱性激发剂为主要原料，也可掺入适量的石膏，并加入一定量的煤渣或 水淬矿渣等骨料，经过加工、搅拌、消化、轮碾、压制成型、常压或高压 蒸汽养护后而形成的一种墙体材料：烧结粉煤灰砖，以粉煤灰、粘土及其 他工业废料为原料，经原料加工、搅拌、成型、干燥、培烧制成砖；蒸压 生产泡沫粉煤灰保温砖，以粉煤灰为主要原料，加入一定量的石灰和泡沫 剂，经过配料，搅拌、烧注成型和蒸压而成的一种新型保温砖；粉煤灰硅 酸盐砌块，以粉煤灰、石灰、石膏为胶凝材料，煤渣、高炉矿渣等为骨料， 加水搅拌、振动成型、蒸汽养护而成的墙体材料；粉煤灰加气混凝土，以 7 桂林理工大学硕士学位论文 粉煤灰为原料，适量加入生石灰、水泥、石膏及铝粉，加水搅拌呈浆，注 入模具蒸养而成的一种多孔轻质建筑材料：粉煤灰陶粒，以粉煤灰为主要 原料，掺入少量粘结剂和固体燃料，经混合、成球、高温培烧而制的一种 人造轻质骨料；粉煤灰轻质耐热保温砖，是用粉煤灰、烧石、软质土及木 屑进行配料而成，具有保温效率高，耐火度搞，热导率小，能减轻炉墙厚 度、缩短烧成时间、降低燃料消耗、提高热效率、降低成本。粉煤灰作农 业肥料和土壤改良剂：粉煤灰具有良好的物理化学性质，能广泛应用于改 造重粘土、生土、酸性土和盐碱土，弥补其酸瘦板粘的缺陷，粉煤灰中含 有大量枸溶性硅钙镁磷等农作物所必需的营养元素，故可作农业肥料用。 回收工业原料：回收煤炭资源，利用浮选法在含煤炭粉煤灰的灰浆水中加 入浮选药剂，然后采用气浮技术，使煤粒粘附于气泡上浮与灰渣分离；回 收金属物质粉煤灰中含有f e ：0 。、a 1 ：o 。、和大量稀有金属：分选空心微珠， 空心微珠具有质量小、高强度、耐高温和绝缘性好，可以用于塑料的理想 填料，用于轻质耐火材料和高效保温材料，用于石油化学工业，用于军工 领域，坦克刹车。作环保材料：利用粉煤灰可制造分子筛、絮凝剂和吸附 材料等环保材料；粉煤灰还可用于处理含氟废水、电镀废水与含重金属例 子废水和含油废水，粉煤灰中含有的a l ：0 。、c a 0 等活性组分，能与氟生产 配合物或生产对氟有絮凝作用的胶体离子，还含有沸石、莫来石、炭粒和 硅胶等，具有无机离子交换特性和吸附脱色作用。 1 3 烧结装饰砖简介 1 3 1 国内外烧结装饰砖发展现状 国外，早在千百年前就开始使用外墙承重装饰砖，我国一般称为承重装饰砖 或清水砖，在全世界统一的英文名字为“f a c i n gb r i c k s 。经过千百年来的事 实证明，这种砖自然的装饰性并不是主要特点，它良好的保温、隔热、隔音、抗 冻融等特性是其他材料不能替代的“。 外国人烧砖的历史比我国短的多。据史料记载，烧结砖最早起源于两河流域， 后流传到欧洲。有证可查的是距今3 0 0 0 年前的古罗马角斗场遗址上的砌筑砖， 质地非常坚硬，也没有严重风化的现象，经过了3 0 0 0 多年仍然很完整。令人惊 奇的是，到欧洲旅游时能看到许多具有千百年历史的精美古教堂，它们的外墙 砌筑材料只有石头或烧结砖，而那些建筑砖大多完好如初。 更不同的是今天在国外发达国家，烧结砖行业已经进入高度自动化生产， 制砖生产线的控制技术与计算机发展同步。这说明烧结砖在西方不仅是建筑材料， 更是经济基础雄厚的产业和工业化程度十分高的专业。 8 桂林理工大学硕士学位论文 东方龙泉装饰砖厂“”是双鸭山东方墙材工业公司与德国凯乐公司合作于 2 0 0 2 年开始建设，主导产品为清水墙装饰砖、+ 广场地砖和薄形装饰砖( 面砖) ， 2 0 0 4 年正式投产。年产量为6 0 0 0 万块( 折标砖) ，产品分为三大系列：承重装 饰砖、广场地砖、薄型装饰砖。引进2 l 世纪初世界先进水平的技术装备，全 线采用计算机控制。产品具有较好的环保渗水、呼吸性能、保湿宜居、强度 高、使用寿命长等特点。 烧结装饰砖技术在世界处于领先地位的国家有德国、法国、美国。烧结装饰 砖主要技术：窑炉焙烧不仅采用自动化控制，而燃料均采用油和气( 煤气和天然气 外燃焙烧。烧结装饰砖目前在欧美各国十分流行。使用这种制品可以设计砌筑成 返朴归真的自然田园式建筑，还可以设计砌筑成现代高档别墅类欧式建筑，以及 其他多种多样、丰富多彩的中、西式房屋建筑。 目前，我国年生产各种烧结砖达6 0 0 0 多亿块，但是能做承重清水墙的烧结装 饰砖为数甚少。一般的建筑外墙饰面做法：高档的商贸楼及公共建筑一般采用干 挂花岗岩、铝塑复合板、幕墙玻璃；高层住宅主要采用建筑涂料，部分用瓷砖； 多层住宅一般是采用瓷砖与建筑涂料，即在砖或混凝土砌块墙体表面先抹砂浆后 贴瓷砖或喷刷涂料。大部分砖混结构建筑都要进行内外墙装修，这不仅增加了建 筑造价，延长了施工周期而且砖质量下降还是对资源和能源的极大浪费。 1 9 9 1 年国家墙材革新对我国砖瓦工业的发展提出了新的要求，“要生产高利 废、高孔洞率、高强度、高保温性能，同时还要满足装饰效果的砖瓦产品。为 此大连太平洋制品有限公司从美国引进了先进的设备和技术，建成了年产7 5