（材料学专业论文）系列赤泥质陶瓷清水砖的研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 由于大量堆积并不断增加的各种工业固体废弃物对人类环境破坏的日益加剧，固体废 弃物的处理变得越来越重要。本研究以氧化铝工业的固体废弃物赤泥为主要原料，以粉煤 灰、煤矸石和页岩等为主要辅助原料，并加入一些改善材料成型及烧成性能的添加剂，分 别采用半干压成型和真空挤出成型两种技术，制备了性能优良的系列赤泥质陶瓷清水砖， 实现了对多种工业固体废弃物的综合开发和利用。 利用t g d t a 、s e m 、x r d 和x r f a 等测试手段，分析了工业固体废弃物赤泥、粉煤 灰、煤矸石和低品位粘土页岩的特性、微观形貌和物相组成。结果表明，赤泥作为清水砖 的主要原料，其组成中s i 0 2 和a 1 2 0 3 含量低而c a o 含量高，不满足制砖的化学组成要求； 而从化学组成上看粉煤灰、煤矸石和页岩则满足制砖的要求。 采用t g d t a 、s e m 、x r d 和e p m a 等测试方法，对赤泥质陶瓷清水砖样品的性能 和微观结构进行了分析测试。结果表明，赤泥的添加量超过7 0 时，样品性能大幅下降。 通过调节其它原料比例制备出了性能较好的赤泥质清水砖，典型配方l - 4 于1 0 8 0 下烧成 样品的吸水率w a 为2 1 5 0 ，气孔率p a 为3 8 5 6 ，体积密度d 为1 , 7 9 9 c m ，抗折强度 为o b 为3 3 9 3 m p a ，抗压强度o c 为8 6 9 5 m p a ( m u 3 0 ) ，热导率 为 1 3 3 3 x 1 0 。w e m 1 k “( 1 酽w - c m - i k “) ，抗冻融性为6 6 3 5 m p a 。在改进的陶瓷清水砖配 方烧结法赤泥拜耳法赤泥系统探索中，在加入了添加剂后，赤泥的含量达到了9 0 。典型 配方b n 7 于1 1 2 0 下烧成样品的w a 为1 5 6 7 ( 或o ) ，p a 为2 4 6 9 ，d 为1 5 8 ：g c m ， o h 为4 7 1 i m p a ，o c 为1 2 2 6 8 m p a ( m u 3 0 ) ，抗冻融性为1 1 8 6 5 m p a ， 为 2 1 9 3 x 1 0 。w c o l - 1 k 1 。半干压成型制备的赤泥质陶瓷清水砖样品的各项性能参数达到或超 过了烧结普通砖g b 5 1 0 l 一2 0 0 3 的各项指标参数。 对陶瓷清水砖进行了系统的挤出成型实验研究。重点讨论了挤出成型对坯料化学组成 的基本要求、泥料的可塑性研究，空心砖坯体的干燥机理、影响空心砖保温性能的因素以 及在挤出实验中遇到的问题及解决方案等问题。实验发现，陈腐时间为2 d 坯料的可塑性最 好，可塑性指标达2 0 - , - 3 7 c m k g ；加入增塑剂能提高泥料的可塑性指标，多孔砖的选型对 其强度和保温性能的影响明显等，并制订了合理的赤泥质陶瓷烧结空心砖的坯体干燥温度 制度和烧成制度。制备出的三孔空心砖的抗压强度达到了1 6 。3 6 m p a ，超过了国家m u l o 的空心砖强度标准。 对赤泥陶瓷清水砖反应机理探讨发现，在烧结法赤泥制备陶瓷清水砖系统中，由于c a o 含量较高，这一系统在高温烧成中虽有a 1 s i 尖晶石中间相( 生成莫来石的中间相) 生成，但 倾向优先生成含钙矿物如钙长石、硅灰石等。而在烧结法一拜耳法赤泥系统中，由于c a o 含量降低，这一系统中主晶相为石英，虽也有钙长石生成，但已出现添加剂h 脱水产物顽 火辉石，又有倾向生成莫来石的中间相a 1 s i 尖晶石出现，若进步提高烧成温度将会生 成莫来石，继而生成堇青石等主晶相。烧结法赤泥系统中由于c a o 含量高，由添加剂h 游离出的m g 存在于系统的玻璃相中，而添加拜耳法赤泥后，系统中的a 1 2 0 3 含量增加， 而随着c a o 含量减少，便出现添加剂h 脱水生成的顽火辉石相，系统的高温反应符合 m g - k ( n a ) - a i s i 系统规律。 关键词：赤泥，陶瓷清水砖，组成、性能和微观结构，反应机理 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ev s r l o u sk i n d so fl n d u s t r i a ls o l i dw a s t e sh a v ed o n eg r e a th a r mt ot h e e n v i r o n m e n t , a n dt h e i ra m o t m t sk e e pg r o w i n g s o ，t h ed i s p o s a lo ft h e mb e c o m e s m o r ea n dm o r ei m p o r t a n t r e dm u di so f l eo f t h el a r g e s tp o l l u t a n t s i no r d e rt ou t i l i z e t h i si n d u s t r i a ls o l i dw a s t e ，t h eh i g l lp e r f o r m a n c e sc e r a m i cs i m p l eb r i c k s ( h o l l o w b r i c k s ) b a s e dr e dm u dh a v eb e e nm a d ef r o mf l ya s h ，p o o rc l a ys h a l e ，g a n g u ea n d s o m ea d d i t i v e sa sm i n o rm a t e r i a l si nt h i sp a p e r e s p e c i a l l y , t w ok i n d so fm a k i n g t e c h n i q u e ss e m i - d r yp r e s s i n gw e r eu s e di nt h i ss t u d y t h ep r o p e r t i e sm i c r os t r u c t u r ea n dc r y s t a lp h a s e so ft h er a wi n d u s t r i a ls o l i d w a s t e sh a v eb e e nt e s t e db yt g d t a 、s e m 、x r da n dx r f a t h er e s u l t si n d i c a t e d t h a tt h er e dm u di sn o ts u i tf o rb r i c k sp r e p a r a t i o ni n d i v i d u a l l yb e c a u s eo fi t s c o m p o s i t i o n s b u tf l ya s h , p o o rc l a ys h a l ea n dg a n g u ec a l lb ep r e p a r a t e ds i m p l e b r i c k si n d i v i d u a l l y b yt h et e s to fp e r f o r m a n c e sa n dm i c r o s t r u c t u r eo ff u l lw a s t e ss a m p l e s ，i tw a s f o u n dt h a tt h es a m p l e sw e r ed e f o r m e dn o t a b l ew h e nt h ec o n t e n to ft h er e dm u dw a s m o l lt h a n7 0 i nf u l lw a s t e ss a m p l e s t h ep e r f o r m a n c e so ft h es a m p l e sw e r e m e a s u r e db yt g - d t a 、s e m 、x r da n de p m a t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ef u l l w a s t e ss a m p l e sc o u l db ep r e p a r a t e dw i t hh i g hp e r f o r m a n c e s ，w h e nt h ea d d i t i o no f r e dm u di s5 0 - 7 0 a n da l s os h o w e dt h a tt h eb r i c k sw i t ht h eb e s tp e r f o r m a n c e sa n d m i c r o s t r u e t u r e ( w a t e ra b s o r p t i o n ( w a ) o fl - 4i s2 1 5 0 ，p o r o s i t ya b s o r p t i o n ( p a ) i s 3 8 5 6 ，d e n s i 哆( d ) i s1 7 9 9 e m ，t h eb e n d i n gs t r e n g t hi s3 3 9 3 m p aa n dt h e c o m p r e s s i o ns t r e n g t hi s8 6 9 5 m p a , t h e r m a lc o n d u c t i v i t y ( x ) i s1 3 3 3 1 0 。w c m - i , k 1 、 c o u l db ep r e p a r a t e dw h e nt h ec o n t e n to ft h er e dm u di s6 5 i nt h eb a y e r - s i n t e r e d r e dm u ds a m p l e so ft h es i m p l eb r i c k s ，t h ec o n t e n to ft h er e dm u di si n c r e a s e dt o 6 0 9 0 a n dt h eh i g hp e r f o r m a n c e ss i m p l eb r i c k s ( w ao fb n 一7i s1 5 6 7 ，p ai s 2 4 6 9 ，di s1 5 8 9 c m 3 ，t h eb e n d i n gs t r e n g t hi s4 7 11 m p aa n dt h ec o m p r e s s i o n s t r e n g t hi s1 2 2 6 8 m p a , 九i s2 1 9 3 x 1 0 。w c m - ! k 1h a v eb e e np r e p a t a t e d t h ee x t r u s i o n t e c h n i q u e i sa n o t h e f m a k i n g m e t h o do ft h ec e r a m i c i i 武汉理工大学硕士学位论文 m a n u f a c t u r i n gp r o c e s s e s i nt h i st h e s i s ，i t h a sa l s ou s e dt op r e p a r a t e dt h es i m p l e b r i c k s t h e r ea 托a b o u tf o u ra s p e c t s s u c ha st h er e q u i r eb ye x t r u s i o nt e c h n i q u eo n t h ec o m p o s i t i o n so fb i l l e t ，t h er e s e a r c ho nt h eb o d yp l a s t i c i t y , t h ef a c t o r sa f f e c t i n g t h eh e a t - i n s u l a t i n gp r o p e r t yo fh o l l o wb r i c k sa n dt h em a i np r o b l e m sd u r i n gt h e e x t r u d i n gp r o c e s s ，e e t i ti sf o u n dt h a tt h ep l a s t i c i t yo ft h eb o d yw e r et h eb e s tw h e n t h ea g e i n gt i m e sw e r e2d a y s , t h ep l a s t i c i t yc o u l db em a r k e d l yi n c r e a s e db ya d d i n g t h el i g n o s u l p h o n a t ei n c o r p o r a t i o n , t h et y p eo ft h eh o l l o wb r i c ki sa f f e c t i n gt h e s t r e n g t ha n dt h eh e a t - i n s u l a t i n gp r o p e r t yo f i tm a r k e d l y t h ec o m p r e s s i o ns u e n g t ho f t h eh o l l o wb r i c kw h i c hh a sb e e np r e p a r a t e di nt h i sr e s e a r c hi s1 6 3 6 m p aa n dm o r e ，i t s u r p a s s e st h en a t i o n a ls t a n d a r do f t h eh o l l o wb r i c km u l 0 i nc e r a m i cs i m p l eb r i c ks y s t e m , w h e nc a o w a sh i g h w h i c hw o u l dc a u s ei t w a sp r i o rg e n e r a t es o m ec a c o n t a i n e dm i n e r a ls u c ha sa n o r t h i t ea n dw o l l a s t o n i t e ， t h o u g ha 1 一s is p i n e l ( t h em o s o p h a s eo fm u l l i t e ) w o u l da l s ob eg e n e r a t e b u ti n s i n t e r i n gr e dm u d b a y e rr e dm u ds y s t e m ，c a o w a sl o w e r , i nw h i c hs y s t e mt h e m a i np h a s ew a sq u a r t z ，t h ee n s t a t i t ef r o md e h y d r a t er e s u l t a n to ft a l ch a da p p e a r e d , t h o u g ht h e r ew a sa l s oa n o r t h i t e a n dt h e r ew a sa l s oat e n d e n c yt og e n e r a t ea 1 一s i s p i n e l ( i n t e r m e d i a t ep h a s eo f m u l l i t e ) i ff u r t h e ri n c r e a s e df i r i n gt e m p e r a t u r e ，m u l l i t e w o u l db eg e n e r a t e d ，t h e ns u c hm a i np h a s ea sc o r d i e r i t ew o u l db eg e n e r a t e d b e c a u s e o ft h eh i 【g hc o n t e n to fc a oi ns i n t e r i n gr e dm u ds y s t e m ，m gd i s s o c i a t e df r o mt a l c e x i s t e di ng l a s s - p h a s eo ft h es y s t e m , a n dw h e nb a y e rr e dm u dw a sa d d e d ，a 1 2 0 3 i n c r e a s e dw h i l ec a o d e c r e a s e d ，t h e nt a l cw o u l dd e h y d r a t et og e n e r a t ee n s t a t i t e t h er e a c t i o nm e c h a n i s mi nh i g ht e m p e r a t u r eo ft h i ss y s t e mc o r r e s p o n d e dt ot h er u l e o f m g k ( n a ) 一a i s is y s t e m k e yw o r d s ：r e dm u d ；c e r a m i cs i m p l eb r i c k s ；c o m p o s i t i o n s ，p e r f o r m a n c e sa n d m i c r o s t r u e t u r e ；r e a c t i o nm e c h a n i s m 1 1 1 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性工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文字特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 研究生签名：丁硌 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留、送交 论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用 影印、缩印或其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 研究生签名：j 盔导师签名 日期：丝空堑 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 本课题研究的目的及意义1 随着我国的可持续发展战略的提出及要求环保的呼声越来越大，充分利用 工业固体废弃物，使其资源化，发展新型墙体材料，并用之取代耗能高、大量 吞噬良田的粘土砖是我国建材行业的发展趋势。 赤泥是氧化铝冶炼工业生产过程中排出的固体粉状废弃物。目前，氧化铝 生产方法有三种：拜耳法、烧结法和联合法，三种不同的方法产生的赤泥成分、 性质、物相各异。拜耳法产生的赤泥中2 0 3 、f e 2 0 3 、碱金属含量高；烧结法 和联合法产生的赤泥c a o 含量高，碱和铁含量较低。 随着氧化铝生产规模的日益扩大，赤泥己成为一种主要的环境污染源。据 不完全统计，全世界每年排放赤泥约6 0 0 0 万t 。我国是世界第4 大氧化铝生产 国，目前仅山东、山西、河南、贵州、广西5 大氧化铝厂年排出赤泥量就达到 3 0 0 万t ，而全国每年的赤泥排放量已超过了7 0 0 万t ，且呈大幅增长的趋势。 但是，目前赤泥的利用率仅为1 5 左右，迄今为止还尚未找到大量利用赤泥的 有效途径。大量的赤泥露天堆存，占据农田和山丘，尘土飞扬，造成环境和大 气污染，赤泥中的碱液随雨水渗入地层造成地下水源的污染。 近年来，赤泥的综合利用引起了国内外的普遍重视，有关赤泥应用的研究 包括：用赤泥作橡胶、塑料的填料；用赤泥作为铺路材料；制备免烧赤泥粉煤 灰砖；制碱矿渣一赤泥水泥：将赤泥应用于水泥混凝土的研究。除制碱矿渣一赤 泥水泥外，其它大多数的研究都是因为利用量少、效率不高或经济成本高而难 以投入产业化。但是，赤泥中碱性氧化物含量高，融点较低，在高温时其微粒 表面形成部分熔融状态，互相粘连并促进各矿物成分的反应，使新的矿物与生 成物迅速结晶长大，在坯体内形成网络结构，从而使制品有较高的强度，同时 由于其具有粒度细、质软，塑性较强等特点，通常被称为亚粘土，因此可作为 粘土的替代物用于烧结砖生产。 粉煤灰是燃煤电厂排放的废弃物，用于生产建筑材料是其开发利用的主要 途径。当其用于烧结砖的生产时，由于对粉煤灰的质量要求较低、吃灰量大、 武汉理工大学硕士学位论文 产品质量可靠、易被用户接受等原因，在近年来得到广泛应用。但用粉煤灰生 产烧结砖，存在的主要问题是仍要使用粘土，掺加量在2 0 5 0 不等，依然存 在取土毁田的问题。因此，很多研究者用赤泥代替粘土与粉煤灰按适当的配比 来制备烧结砖，并取得了良好的效果。 煤矸石是煤炭生产和加工过程中产生的固体废弃物，目前我国煤炭年产量 约1 2 亿t ，居世界第一，全国现有煤矸石山1 5 0 0 多座，累计堆存煤矸石3 0 多 亿t ，占地约1 2 万公顷，并且以每年1 2 1 5 亿t 的速度增长。 这三种工业固体废弃物的长期堆存，不仅占用大量土地，而且造成自燃、 扬尘和渣液渗滤，从而污染大气和地下水质。 本论文基于以上三种废弃物的资源合理化利用及可持续发展的要求，研究 将山铝烧结法及拜耳法赤泥、粉煤灰、煤矸石作为主要原料，外加其它助剂或 添加剂制备性能达到或超过国家相关标准的赤泥质陶瓷清水砖，达到实现对多 种工业废弃物的综合利用的目的。据目前本课题研究结果表明，在制备赤泥质 陶瓷清水砖时，不论是粉煤灰或是其它掺加剂加入量的多少，赤泥的含量最高 只能达到6 6 左右，且为拜耳法赤泥，否则制品难以烧成，性能严重降低，因 此，本实验的研究目的之一就是提高烧结法赤泥在烧结砖中的利用量，使山铝 赤泥含量超过5 0 仍能制备出性能优良的清水砖，采用烧结法、拜耳法赤泥混 合使用提高赤泥的添加量；其次，在成型方法上，本实验通过模压成型以及挤 出成型实验，探讨在不同成型方法下，赤泥质陶瓷清水砖配方组成的变化以及 成型方法的选择对样品微观结构及性能的影响。 此外，赤泥质陶瓷清水砖作为新型墙体材料有着广泛的应用前景；它既可 以使赤泥、粉煤灰和煤矸石等固体废弃物得到有效利用，节约土地、改善环境， 又可为社会提供就业机会，成为新的经济增长点。本研究利用多种工业废弃物 制备出具有承重功能或填充功能并具有装饰应用前景的高附加值的陶瓷清水 砖，为推动清水砖的发展，进而推动我国新型墙体材料的发展添加了新的品种， 同时也为工业废弃物的综合利用及资源化开辟了新的，可持续发展的途径。因 此，将它们作为新型墙材的研究与开发具有较高的社会效益、环境效益和经济 效益，对我国工业可持续发展具有重要意义。 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状分析 我国自上世纪五十年代己开始在建筑用混凝土、砂浆中掺合粉煤灰；上世 纪六十年代开始将粉煤灰利用在墙体材料中，研制生产粉煤灰砖等，先后在上 海、北京等地建成示范性工厂；此外我国页岩制砖开始于上世纪六十年代，赤 泥的应用起步虽然较晚，但发展非常迅速。目前，经过几十年的努力，国内的 科研人员在研制节能、节土、利废的新型墙体材料方面已经取得了很大的进步。 从原料方面，张彦娜口垮利用x r d 、t g - d t a 、i r 等方法对未经任何加热 处理的常温赤泥进行分析表明，经露天长久放置的陈赤泥中结晶态物质主要为 碳酸钙和钙钛矿；同时分析了不同温度下赤泥的物理化学特征，得出的结论是 在加热处理过程中，赤泥中吸附水和结晶水的脱除于6 0 0 之前基本完成；6 2 0 7 6 0 发生碳酸钙的分解；7 0 0 时1 3 - c 2 s 开始形成；8 0 0 后大量形成；钙钛矿 在整个加热处理过程中的表现为惰性，认为赤泥属于团聚性物质。张钟陵1 4 1 等 通过对高掺量粉煤灰砖的试制，将粘土、粉煤灰及其它助剂利用压制成型的方 法成型，分别于9 4 0 、1 0 0 0 、1 0 2 0 、1 0 6 0 、1 1 0 0 下烧成，认为随着 粉煤灰的掺入，混合料的密度下降，产品的体积密度也明显减小，故粉煤灰的 掺入量不宜超过5 0 。 从成型方面，刘兴亮【5 】通过对全废渣砖的成型和烧成实验，认为利用赤泥、 粉煤灰、煤矸石全废渣按一定配比采取硬塑成型，一次码烧工艺，烧成温度范 围1 0 5 0 1 1 0 0 烧制建筑用砖是可行的，充分利用粉煤灰、煤矸石的热量，热 量基本平衡，能够实现全内燃生产的结论。江嘉运【6 】等人通过对全煤矸石烧结 多孔砖的硬塑成型进行试验，认为在坯料的含水率 1 5 ，可获得烧成温度低， 烧成范围宽且性能优良的清水砖产品，s i 0 2 在低温下主要起减粘作用，降低坯 体的收缩，利于干燥，防止变形；在高温下则参与反应，熔解在长石玻璃相中， 提高粘度，一部分残存下来，一部分转化为方石英，构成骨架，提高强度。由 于赤泥中s i 0 2 含量较少，因此在赤泥高掺量的情况下，配方组成中s i 0 2 含量很 低，并且赤泥添加量达7 0 的坯体在干燥和烧成过程中均会产生不同程度的体 积膨胀，对制品的尺寸稳定以及强度都产生负面影响，所以赤泥添加量的增加 不利于产品生产。此外，赤泥中a 1 2 0 3 含量相当低，配方组成中a 1 2 0 3 量过高， 烧成温度提高，但实验中发现a 1 2 0 3 1 5 ，样品虽烧成温度低，但样品变形， 不易获得合格样品。但是，为了达到最大程度提高赤泥的利用率的目的，赤泥 的大量掺入不可避免。 表3 3l 系列实验配方组成( 雠) t a b l e3 - 3b a t c hf o r m u l ao f s e r i e sl ( w t 、 藉驾嚣页岩粉煤灰煤矸石添加nh 黎鞯熟料 l - 16 02 05l o 因此，考虑上述诸因素并结合实验情况，研究中采取提高页岩添加量以及 添加适量添加剂调节配料中的化学组成，以期改善成型及烧成性能。改进设计 的l 配方如表3 3 及3 4 所示。 样品的烧成制度如下：1 0 0 、2 0 0 、3 0 0 、4 0 0 c 及5 0 0 各保温0 5 h ， m m m m m m m m m m - - 5 5 5 5 - - m - 5 - 5 5-5m_ 5 - 5 5 5 m - “5 5 5 5 5 5 5 加m m m m m m m：2 m mm“啪 武汉理工大学硕士学位论文 升温速率为5 c m i n ；7 0 0 、9 0 0 、1 0 0 0 及最高烧成温度保温1 h ；升温速 率为2 m i n 。最高烧成温度的确定以烧成样品不掉粉，不变形，有一定强度为 宜1 3 针。图3 2 为样品烧成温度曲线图。 表3 4l 系列配方化学组成( 吼) t l b l e3 4t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o n so f s e r i e sl ( w t 1 3 7 2 81 5 4 11 1 2 50 1 92 8 8 02 7 41 2 83 0 51 0 0 3 9 2 01 5 3 l1 1 。2 l0 1 92 8 7 31 0 41 2 83 0 51 0 0 3 4 0 31 4 1 01 1 6 90 1 9 3 2 6 2 2 7 11 2 3 3 4 31 0 0 3 9 9 4 1 6 0 l1 1 6 4 0 1 9 2 6 5 41 0 21 2 33 4 31 0 0 3 5 6 41 3 0 71 1 2 00 1 03 2 9 22 6 01 0 03 4 69 9 9 9 3 6 6 11 2 5 41 0 7 00 1 03 2 5 22 5 41 3 33 6 61 0 0 3 9 8 91 3 8 31 0 2 5o 1 02 8 7 02 5 71 3 83 2 8 1 0 0 3 8 2 l1 4 3 81 0 2 70 1 0 2 8 7 4 3 2 5 1 6 l3 4 39 9 9 9 4 0 6 31 3 o l1 0 2 60 1 02 8 7 l3 2 51 0 03 0 39 9 9 9 4 1 4 91 4 1 1l o 1 l0 0 92 8 3 5o 8 61 5 93 4 01 0 0 p - 魁- 赠 时间，1 1 图3 - 2 样品的烧成温度曲线图 f i g 3 2f i r i n gc u l w eo f t h es a m p l e s 3 l 三： “ ：3 m w 聃 武汉理工大学硕士学位论文 3 2 坯体及烧成样品的性能测试 3 8 - 4 3 】 3 2 1 坯体的干燥性能测试 坯体是否能安全干燥可用干燥敏感性系数( k ) 表征。 n k 2 霹v p w 焉p - w 耳a o 。 式中，v p - - 干燥前试样体积( 锄3 ) v d 一干燥后试样体积( c m 3 ) w 。一干燥前试样重量( 曲 w d 一干燥后试样重量( g ) 一般，k 1 ，坯体的干燥敏感性适宜；l k 2 ，坯体易产生干燥裂纹。 表3 5 为不同种类砖的干燥收缩率和干燥敏感性的要求范围。 表3 5 坯体的干燥指标要求范围 t a b l e3 - 5t h er e q u i r e m e n to f d r y i n gq u o t a 实心砖 多孔砖 空心砖 1 l 1 ，l 8 l 9 l 1 0 ，说明在赤泥含量相同的情况下，添加剂j 对吸水 武汉理工大学硕士学位论文 率，气孔率的减小的作用最为明显。此外，在低于1 0 6 0 时，l 3 和l 1 0 的吸 水率、气孔率数值减小明显，说明添加剂j 在相对低温时有很好的助熔效果， 产生足够多的液相填充气孔。 对比l - 4 、l 5 、l 6 及l 7 可知，l 4 的吸水率、气孔率为最小，不仅仅是 因为赤泥含量较其它三个配方要少5 ，更重要的是在l - 4 中添加了三种添加 剂，说明这三种添加剂的复合使用能有效的减小样品的气孔。另外，l 5 、l 0 6 及l 7 三个配方为任意两种添加剂复合使用，其中添加剂s 和添加剂j 复合掺 入的l 7 的两项指数最低，添加剂h 和添加剂j 复合掺入的l 6 次之，添加剂 h 和添加剂s 复合掺入的l 5 指数最大，说明在两种复合使用的情况下，添加 剂s 和添加剂j 的复合效果最好，同时也说明添加剂j 的助熔效果为最佳，这 与l l 、l - 2 及l 3 比较所得结果一致。 对比l 7 和l 1 0 可知在相同温度点，l 7 的吸水率和气孔率均比l l o 小， 说明添加剂s 和添加剂j 复合使用比添加剂j 的单独使用要好。 综上所述，单独添加添加剂时，由于能提供起助熔作用的k 、n a 元素，添 加剂j 的助熔效果最好；复合添加添加剂时添加剂s 和添加剂j 的复合使用效 果最好。 3 4 3 影响样品强度的因素4 5 4 9 】 样品干燥强度( 西) 的高低取决于以下几个方面：( 1 ) 坯体原料的种类。干燥 强度取决于所使用原料的可塑性的好坏。可塑性高的原料越多，干燥强度也越 大。( 2 ) 成型原料的粒度及粒度分布。一般干燥强度与粒度的大小成反比，即粒 度越小，干燥强度越大。( 3 ) 添加剂及水分的影响。添加剂的可塑性越好，坯体 水分分布越均匀，则干燥强度越高。( 4 ) 成型压力的选择。在允许压力范围内， 压力越高，理论上千燥强度越高，生坯体积密度越大。基本上千燥强度与生坯 体积密度呈线性关系。( 5 ) 干燥工序的合理选择。干燥工序选择越好，则干燥效 果越好，样品的干燥强度就越高，对烧成效果的好坏起直接作用。 样品烧成强度( a b ) 的高低则取决于以下几个方面：( 1 ) 坯体原料的种类。助 熔性原料多，则烧成后样品强度大。佗) 干燥工序的合理选择。干燥工序选择合 理，则干燥效果好，产生的微裂纹少，烧成过程总产生的缺陷就少，强度越高： 反之亦然。( 3 ) 添加剂的影响。添加剂的助熔效果越好，产生的液相越多，填充 武汉理工大学硕士学位论文 气孔的效果越好，制得样品的烧成强度越高。( 4 ) 成型压力。成型压力越大，颗 粒越密实，烧成后气孔越小，强度越大。( 5 ) 烧成温度。在烧成温度范围内，烧 成温度越高，则样品烧成强度越高，基本上呈线性关系；但如果超过了烧成温 度范围，发生过烧现象，则强度会迅速降低。 d 、p 、x 及l 系列样品的强度测试结果如表3 1 3 所示。结合实验研究情 况，本文对坯用原料及添加剂和烧成温度对样品强度的影响进行了详细讨论。 表3 1 3 坯体的干燥强度和烧成后样品的抗折强度测试结果 t a b l e3 - 1 3t h e b e n d i n gs t r e n g t ho f t h es a m p l e sa f t e rd r y i n g a n da tt h er e l e v a n tf i r i n gt e m p e r a t u r e 5 8 武汉理工大学硕士学位论文 3 4 3 1 坯用原料对强度的影响 由表3 1 3 可知，随粉煤灰掺入量的增加( o 3 0 ) ，干燥、烧成抗折强度随 之降低，如d 系列中d 1 d 7 的粉煤灰含量逐渐减少，而o + 和o b 分别从 3 5 4 m p a 、2 0 4 1 m p a 增加到4 9 4 m p a 、2 9 0 0 m p a ，主要由于粉煤灰的主要相组 成为玻璃相和莫来石晶相，属瘠性料，可塑性差，并且颗粒形貌呈圆球状，不 利于强度的提高；随着煤矸石的加入，坯料的可塑性改善，干燥、烧成抗折强 度均有提高。随赤泥添加量的增加，o + 和o b 呈减小趋势，可能原因是因为烧结 法赤泥中含有大量的c a 2 + ，在压制成型的过程中水化为c “0 8 ) 2 并在干燥的过 程中可能生成c a c 0 3 颗粒存在于坯体中，导致坯体内部应力分布不均，降低了 坯体的干燥强度；而由于赤泥在烧成中提供的液相量较少故烧成强度随赤泥含 量的增加而减小。 此外页岩的加入量也能起到增加强度的作用，分别比较相同赤泥含量下不 同的页岩加入，如p 系列配方p i m p 7 的a + 和o b 较之p 8 p 1 2 要低，页岩 含量增加1 0 ，强度由3 9 6 m p a ( p 7 ) 增加到4 7 1 m p a ( p 1 2 ) ，而其它加入2 0 页岩的配方的o + 明显好于加入1 0 页岩的配方，说明页岩作为一种低品位粘土 可增加坯体的o + ，起到粘土的作用；另外页岩作为粘土类物质，在烧成过程中 能提供烧成样品的液相量，提高其强度。 3 4 3 2 添加剂对样品强度的影响 对于l 配方样品来说，由于分别加入了一些添加剂，使得该系列配方的强 度即使在赤泥含量增加的时候，仍然能保持较好的强度。由表3 1 3 ，对比l 1 、 l - 2 、l 0 3 和l 8 、l 9 、l 1 0 可知，赤泥含量为6 0 和7 0 ，于1 0 8 0 烧成， 样品强度大小关系为l - 3 l - 2 l 1 ，l 8 l 1 0 ( 2 7 3 4 m p a ) ，因此认为在坯体制备过程中，压力、水 分等影响坯体强度的因素也能对烧成起到影响。综上所述，在赤泥含量相同的 情况下，添加剂j 对强度增大作用最为明显，说明添加剂j 在低温时有很好的 助熔效果，并且随着温度的升高，伴随有大量液相生成，填充气孔，增加了颗 粒与颗粒之间的结合程度，减少了气孔对样品强度的负面影响，增大了样品的 强度。 对比l - 4 、l 5 、l 6 及【广7 可知，l - 4 的o b ( 3 3 9 3 m p a ) 最大，不仅仅是因为 武汉理工大学硕士学位论文 赤泥含量较其它三个配方要少5 ，更重要的是在l 4 中添加了三种添加剂，说 明这三种添加剂的复合使用能有效的增加样品的o b 。另外，l 5 、l 6 及l 7 三 个配方为任意两种添加剂复合使用，其中添加剂s 和添加剂j 复合掺入的l 7 的0 5 ( 3 0 2 1 m p a ) 稍高，添加剂h 和添加剂j 复合掺入的l - 6 ( 2 7 6 5 m p a ) 次之，添 加剂h 和添加剂s 复合掺入的l 5 的o 。( 2 6 8 7 m p a ) 最小，说明在两种复合使用 的情况下，添加剂s 和添加剂j 的复合效果最好，同时也说明添加剂j 的助熔 效果为最佳，这与l - 1 、l 2 及l 3 比较所得结果一致。 对比l - 7 和l 1 0 可知在相同烧成温度，l 7 的o h ( 3 0 2 1 m p a ) 比 l 1 0 ( 2 7 3 4 m p a ) 大，说明添加剂s 和添加剂j 比添加剂j 的单独使用要好。 因此在单独使用时，添加剂j 的助熔效果最好，样品的强度最大；复合使 用时添加剂s 和添加剂j 的复合使用效果最好；且添加剂s 和添加剂j 的复合 使用较添加剂j 的单独使用效果更佳。 3 4 3 3 烧成温度对样品强度的影响 4 5 4 0 3 5 星3 0 j2 5 2 0 1 5 l o 9 8 01 0 0 0 1 0 2 0 1 0 4 0 1 0 6 0 1 0 8 0 1 1 0 0 1 1 2 0 t 图3 2 7d 系列配方的抗折强度与烧成温度关系图 f i g 3 2 7r e l a t i o n s h i po f b e n d i n gs t r e n g t ha n dt h e f i r i n gt e m p e r a t u r eo f ds a m p l e s 对于d 系列配方( 图3 - 2 7 ) 来说，各样品烧成温度在1 0 0 0 1 1 0 09 c 变化过程 中，其o b 都经历先变大后变小的过程，在某一温度点会达到其最大值，且o b 增大的速率不明显，但各配方样品出现最大值的烧成温度不相同。在1 0 8 0 后 各配方样品的a b 都开始快速下降，这是由于超出了配方的合理烧成范围，在1 1 0 0 时坯体开始发生过烧膨胀，气孔增多，同时发生二次再结晶，个别晶粒异常 长大，增加了样品的各向异性，使样品o b 降低。 武汉理工大学硕士学位论文 对于l 系列配方( 图3 - 2 8 ) 来说，样品的o b 随烧成温度的升高呈增大趋势。 但基本上都在1 0 8 0 时出现一个拐点而下降，说明