蒸压粉煤灰砖生产工艺及性能的探讨

蒸压粉煤灰砖生产工艺及性能的探讨

1生产工艺生产过程一般包括原料处理、混合搅拌、加工（陈化）、轮作、砖瓦制造、工艺改进、产品处理等。它的基本工艺流程见图1。1.1原料处理1.1.1灰的脱水处理生产蒸压粉煤灰砖可采用干排灰亦可采用湿排灰。采用干排灰时，可不进行处理，进厂后可直接贮存于料仓中待用。采用湿排灰时，根据其含水量大小，选用不同脱水方法进行处理，使其含水率达到要求。电厂湿法排出的粉煤灰浆含水率很高，粉煤灰与水的质量比（固液比）高达1∶20～1∶40，即含水率为95%～98%。要使水分达到制砖要求，含水率应为30%～33%，需经过两级脱水。蒸压粉煤灰砖在年产量为5000万块左右规模时，可采用浓缩-真空过滤法进行脱水处理。1.1.2原料破碎、磨细采用块状生石灰时，需经破碎和磨细，其细度应达到一定要求见表1。生石灰颗粒越细，与粉煤灰颗粒之间的反应越快，水化生成物也越多，产品的强度高，性能好；但也不宜磨得过细，因粉末耗电量大，使成本增加。对于不同消化工艺，细度要求可有所不同，因地面消化时间长，因而磨细度要求可适当放宽。采用天然石膏，因其为块状，亦需破碎、磨细后使用。其细度要求为0.080mm筛孔筛余量≤15%。石膏可经破碎后按比例配料，再与石灰一起磨细。也可按细度要求单独磨细。石灰破碎、磨细时应注意以下几点：a.石灰极易受潮消化，因此，生石灰入厂后应注意防潮，不应该露天堆放。破碎、磨细过程中也要注意防潮。b.石灰破碎、磨细时，粉尘很大，应注意防尘。c.石灰粉磨经常发生“粘磨”现象，研磨体表面会被一定厚度的石灰粉包裹而降低研磨效果，为防止此种现象发生，可掺入石灰量10%左右的碎砖（破碎的蒸压粉煤灰砖块）作为助磨剂，这不但可消除或减轻“粘磨”现象，而且由于碎砖起晶坯作用，有利于提高砖的强度。1.1.3渣、矿渣等工业废弃物作细集料采用砂、细石屑为细集料时应剔除杂物及粘土，有时应进行清洗。采用煤渣、矿渣等工业废渣作细集料时，渣中有时含有钢铁屑等夹杂物，在破碎前应剔除。通常采用磁选方法将钢铁屑除去。经磁选后符合表5要求的集料，当颗粒不能满足需要时，再经破碎后筛分，选用符合要求者作细集料。1.2物料的均匀性蒸压粉煤灰砖的强度及各种性能均是由各种原料相互作用、生成一定的水化产物，组成一定的结构而获得，因此，在生产过程中，要使各组分按规定的配合比进行配料。配料的目的就是要使各种原料能均匀、准确地按配合比例相互混合。为此，选择合适的计量方法和计量精确的设备与配料方式，保证物料的准确是必要的，而如何保证物料的均匀性，也应作为选择配料方式的不可缺少的必要条件，尤其是对那些数量较少的原料的配料，例如石膏的配料问题。在选用石灰、石膏混磨工艺时，如果石灰采用机械连续喂料，而石膏采用人工间歇喂料的配料方式，则加入石膏时，不但要称量准确，而且要做到加料时间间隔足够短，保证石灰、石膏在磨中能混合均匀。否则，即使数量是正确的，但可能是不均匀的，将会造成石灰中石膏掺量有时不足，有时过量的现象，这必然影响产品的性能。1.2.1设备的精度要求配料中，各种原料计量的允许误差应达到表2的要求。1.2.2连续式计量船计量的设备特点配料方式有间歇式和连续式两种。间歇式是以原料质量进行计量的，其称量较精确，当原料发生改变，原料配比需要改变时，易于调整。但由于是间歇称量，效率较低。常用设备有磅秤或电子秤等。在使用时，原料对磅秤刀口的沾污和灰尘对电子秤元件的损坏严重，需加强维修。否则，会影响正常生产。对于湿粉煤灰，由于粘性大，计量秤料斗不易下料，因此，不宜采用自动计量秤计量。连续式则根据计量设备不同有体积计量和质量计量两种。体积计量是以原料体积进行计量的，其设备简单，但受材料含水率、粒度等因素的影响大，计量精确度差。而且配比改变时，调整也困难。常用的设备有调速螺旋给料机、电磁振动给料机、圆盘给料机、叶轮给料机和胶带给料机。连续计量是采用电子皮带秤。用其计量，对磨细石灰和细集料等干物料而言，计量误差能控制在1%左右，湿粉煤灰计量误差在3%左右。1.3搅拌时间及加水量混合料搅拌的作用是使混合料混合均匀，这是使产品获得预期质量和稳定质量的基础。搅拌方式有连续和间歇两种。选用哪种方式，应从整个生产过程是否协调考虑和确定。当生产中采用间歇式搅拌时，多选用质量配料法，用自动计量秤计量。连续搅拌，可选用双轴搅拌机、快速双轴搅拌机等，从搅拌机一端的上方进料，从另一端槽下开口卸料，在进料端部有水管加水，物料在机内停留时间（搅拌时间）可通过机内绞刀角度适当调节，但一经确定，不宜改变。间歇搅拌，可采用砂浆搅拌机和涡轮强制搅拌机。后者搅拌作用强烈，混合料质量均匀。间歇搅拌时，搅拌时间可根据需要随时调节。搅拌时间：双轴搅拌机一般为1.8min，间歇式搅拌机一般为2min～3min。搅拌加水量：搅拌加水量应满足生石灰消化及砖坯成型对水量的要求。搅拌时加水应尽量将砖坯成型所需水量一次加足，使碾压中不再加水或少加水。因为搅拌后，混合料经消化，水分可以充分渗入物料中，而碾压中加入的水分，往往较多地留在颗粒表面，如加水过多，则不利于砖坯成型，也不利于砖强度的增长。同时，应严格控制加水量。搅拌加水量过少，会造成石灰消化不充分，达不到消化目的；加水量过多，混合料在消化时易于“结仓”（混合料粘结在一起，无法出料），使生产不能正常生产。1.4原料的消化和消化各种物料经过配料搅拌制成混合料后，生石灰会吸收混合料中的水分，变成Ca(OH)2，这个过程就是消化过程。消化的作用，一是使生石灰充分消解，以便各原料之间进行反应；二是提高混合料的可塑性，便于成型，这个作用称为“陈化”。消化时间过短，会使生石灰消解不完全，在蒸压养护时继续消化，造成砖坯开裂，严重影响产品质量；消化时间过长，很容易造成混合料结仓，而且影响生产周期，降低经济效益。在使用电石渣等消石灰做原料时，虽然不需消解过程，但经过一段时间“陈化”，使Ca(OH)2溶液渗透到粉煤灰和煤渣等细集料颗粒内部，增加混合料的可塑性，提高坯体成型性能是非常必要的。料仓消化时将混合料放在消化仓内进行消化。按其操作方式又分间歇式和连续式两种。间歇式消化分进料、静置消化（按消化要求所需时间静置）、出料等三个阶段。其缺点是易造成“结仓”，影响生产，同时当仓顶进料时，易发生颗粒分离现象，影响砖的质量。连续式消化的操作不分阶段，连续作业。混合料由顶部连续进料，底部连续出料。物料在仓内边移动边消化。物料在仓内移动的时间，正好相当于消化所需时间，这个时间的长短，可由粉仓底部圆盘给料机调节。这个方法较间歇式为优，但耗电量大。料仓消化可将石灰消化时放出的热量积蓄起来，消化时温度高，可加速消化过程，还可促进过烧CaO、过烧MgO提早在消化仓内吸水消化，消除砖的质量隐患。采用生石灰消化时，料仓消化1.5h～4h，采用消石灰（包括电石渣）为原料时，消化时间为35min左右。混合料消化时间除与消化方式、采用原料不同而有差别外，还应根据原料磨细度、气温等因素进行调节。1.5提高混凝土成型性能混合料消化后采用轮碾机进行碾练，主要起压实、活化和均化作用。如消化后混合料的含水率不能满足成型的需要，则应加水碾练，加水时应将水喷成雾状加入到混合料中。轮碾碾练能提高混合料的活性和均化程度，并使物料中大部分空气排除，而有利于提高极限成型压力和坯体密实度，从而提高制品的强度，对于保证砖坯和产品质量都有重要的作用。粉煤灰是一种具有多孔结构的物料，其空隙率高达65%～75%，因此，在粉煤灰颗粒内部和颗粒间存着在大量的空气。在成型过程中一部分空气排出砖坯，而另一部分则被压缩和产生较大的反作用力，并使砖坯加压结束时产生强烈的回弹作用。通过轮碾可以排出物料中的一部分空气，使其更加密实，并避免砖坯的分层现象和产生裂纹。根据实测，未经轮碾的混合料，其极限成型压力为16MPa，而轮碾后的则为24MPa，这就足以证明轮碾可以提高混合料的成型性能。此外，轮碾也可将粉煤灰颗粒孔隙内的部分水分挤出，使其分布在颗粒表面，增加塑性，降低成型用水量。根据试验资料，用于轮碾的混合料成型水分可明显降低，如轮碾前成型水分若为25%，轮碾后可降至15%，这对提高砖的质量颇为有利。当用矿渣和炉渣做集料时，对矿渣和炉渣而言，轮碾的作用主要是活化，这是由于物料通过碾磨破碎，出现了新的表面，增加了水化表面积，加强了水化作用，使水化产物增多，有利于提高砖的强度。例如，混合料未经轮碾时，砖的强度仅为8.7MPa，而经轮碾后的混合料，砖的抗压强度增至17.2MPa。影响轮碾效果的主要因素之一是碾轮的质量。碾轮质量不同，轮碾效果也不同。例如，当采用600kg的碾轮时，轮碾10min，砖的强度仅为6.2MPa，而采用碾轮为3990kg的轮碾机时，只需5min轮碾，砖的强度就增至20.2MPa。影响轮碾效果的另一重要因素是轮碾时间。试验表明，无论是采用Φ1600mm×370mm的轮碾机，还是采用Φ1600mm×400mm的轮碾机，轮碾5min后再延长时间，对提高砖强度的作用不大。经验表明，对于Φ1600mm×450mm的轮碾机，当每次的加料量为400kg～600kg时，其轮碾时间为5min～6min。1.6压砖机的特点坯体成型的目的是将混合料加工成所需规格的砖坯。砖的质量很大程度上取决于砖坯的质量，通常情况下砖坯越密实，体积密度就越高，最后成品的抗压强度也会越高。蒸压粉煤灰砖成型采取半干法，压砖机压制成型。成型的要求是：(1)砖坯外形尺寸达到标准要求，减少层裂和缺陷，外观完整；(2)具有足够的密实度。成型应选用大吨位、高压强自动液压压砖机实行双面多次排气、压制成型。其加压时间长，压制过程中有排气阶段，因而可消除砖坯分层，提高砖坯密实度和产品强度高。以往蒸压粉煤灰砖生产中发生的砖坯侧面分层裂缝，其原因除配合比中粉状物料过大外，主要为压砖机的压力较小，压制时间太短，无排气过程等问题。首先是当压砖机压力卸去后，砖坯内的气体无法排除，坯体发生“回弹”造成的。因此，在采用大吨位液压压砖机时，配合比中一定要有足够的集料掺量，以提高砖的抗压和抗折强度，提高砖的耐久性能和减小干燥收缩。成型好的砖坯码放在养护小车上，由轻便轨道推送至静停线上，排成一列（一釜的装载量）后，由牵引车或卷扬机牵引入釜。养护小车台面应平整，刚性要好。每次使用前应对小车台面进行清扫，不得有粘着物料，以免在运送过程中，由于砖坯堆码不平而造成断裂。小车轨道接头要求平整，以免运输时小车振动，造成砖坯损伤。1.7养护1.7.1民法静停护理砖坯在蒸压养护前，需要放置一段时间，称作静停。它的目的是使砖坯在蒸压养护之前达到一定的强度，以便在蒸压养护时能抵御因温度变化和水分迁移产生的应力，防止砖坯裂缝。静停分自然静停、湿热静停和干热静停几种。a.自然静停。将砖坯放在车间内进行自然干燥，使其具有一定的初始强度。自然静停的时间长短，受自然环境温度的影响，夏季可缩短，冬季需延长。它比湿热静停和干热静停时间长，因而延长了生产周期，增加了养护设备和运坯工具。它只适用于天气炎热的地区，在砖坯含水较小时采用。b.湿热静停。将砖坯置于专门的静停室内，通入蒸汽，在50℃～60℃下静停3h～7h。砖坯的强度增长，主要由环境温度决定，提高环境温度可大大缩短静停时间。c.干热静停。将砖坯置于专门的干热静停养护室内，室内设有干热管道，蒸气通入干热管道内，通过干热管散热加热空气，使砖坯脱水而获得一定强度。干热静停温度为50℃左右，静停时间为20h～30h。与湿热静停比较，干热静停升温慢，周期长，生产效率低。这种静停方法适用于砖坯水分较大者，一般成型水分在25%以上时才采用。图3表示了几种静停条件与砖坯强度的关系。当砖坯成型含水率较高时，需要通过静停过程的干燥提高砖坯强度，以避免蒸压养护时因温度变化和水分迁移产生的应力，造成砖坯裂缝。那么，对于采用双面多次排气、加压的大吨位、高压强自动液压压砖机成型的砖坯，成型含水率在8%～14%，且消除了层裂现象，是否采用静停或如何静停，应通过生产实践加以确定和调整。如大连宏泰建筑材料有限公司，砖坯成型含水率在13%左右，且消除了层裂现象，蒸压粉煤灰砖生产线原设计采用自然静停。在实际生产中，为防止砖坯表面的水分散失，用塑料薄膜罩将装满坯体的小车罩住，即不需要通过砖坯的干燥来提高坯体强度，当砖坯码满最后一个小车，即刻送入高压釜中，砖出釜后经检测，最先码到小车上的砖坯和最后码上的，产品质量并无差异，也就是说不需要静停。1.7.2蒸压粉煤灰砖的养护工艺粉煤灰在蒸压工艺条件下与氧化钙、生石膏反应生成了强度较高、结晶较稳定的水化硅酸钙系列矿物，主要以托贝莫来石晶相存在，并生成了抗碳化性能较好的水化石榴子石，而使其具有独特的优越性。高压蒸汽养护既提供了激发活性所必需的温度，又提供了反应所必需的湿度和压力，加速了坯体中粉煤灰中的硅、铝质组分和石灰中的ACaO之间的水化和水热合成反应，生成具有强度的水化产物，增加制品的结晶度，缩短硬化时间，获得一定强度和各种性能，最终形成产品，得到各项性能均符合产品质量标准要求的蒸压粉煤灰砖。就养护而言，砖各项性能的优劣，主要决定于养护压力(温度)的高低，以及养护时间的长短。压力(温度)高，反应充分，各项性能都较好。同时，砖养护压力(温度)高时，得到相同强度所需的养护时间也可相应缩短。1.7.2.高压蒸汽养护粉煤灰砖的高压蒸汽养护压力愈高则温度愈高，在相同的养护时间条件下，砖的强度愈高、干燥收缩值也愈小。表3给出了高压蒸汽养护和常压蒸汽养护以及高压蒸汽养护的养护时间相同压力不同时，对砖的力学性能及干燥收缩的实验结果。从表3试验结果可看出：采用高压蒸汽养护，在相同的养护时间条件下，随着养护压力的提高，砖抗压强度随之提高，干燥收缩值随之降低。同时可以看出：高压蒸汽养护及养护制度对硅酸盐制品的物理力学性能有较大影响。1.7.2.蒸压养护压力一般来说，在一定养护压力制度下，蒸压养护时间增长，水化产物增多，制品强度增高，并会达到一个峰值。当达到一定养护时间，强度达到峰值时，继续延长养护时间，反而导致强度下降。这是由于养护时间过长，对粉煤灰硅酸盐蒸压制品强度贡献最大的CSH(Ⅰ)向托勃莫来石转化，结晶度提高，CSH(Ⅰ)含量减少而致使强度下降。实际上对于每一个蒸压养护压力，都存在一个最佳的蒸压养护时间，在相应的养护时间下，对应的强度最高。例如，对于粉煤灰硅酸盐制品，在指示压力784kPa时，最高强度经16h达到；1568kPa时，经5h达到；2058kPa时，经3h达到。显然，粉煤灰砖的蒸压养护压力越高达到最高强度所需时间越短。另外，从表3中可以看出，砖强度的增长速度随着养护压力的升高而加速，其原因在于加速了水化反应的速度。那么，超过最佳蒸压时间，同样会使由CSH(Ⅰ)向托勃莫来石转化的水化反应速度加快，致使养护压力愈高，当强度出现峰值后下降速度愈快。因此，当采用较高养护压力时，可缩短并且应更严格地控制养护时间。确定采用什么样的养护制度，应从制品的强度、蒸压釜的生产率和造价几个方面考虑。过去一些工厂采用的蒸压釜的工作压力较低，尽管砖的强度能够达到标准的规定，但砖的干燥收缩值较大，耐久性较差，这是造成蒸压粉煤灰砖使用时墙面裂缝较多的原因。近些年的科学研究和生产实践表明，为使砖的强度、干燥收缩和耐久等性能同时满足要求，蒸压粉煤灰砖的蒸压养护的饱和蒸汽压力宜在1.0MPa～1.5MPa范围内。养护中升温、降温速度不当，砖坯会产生裂纹，影响外观质量。粉煤灰砖蒸压养护的工艺参数参见表4。2原料配比和产品性能的关系下面依据有关资料对利用粉煤灰、电石渣和废石屑等工业废渣，生产蒸压粉煤灰砖的配比和产品性能做简要介绍，就配合比与产品性能的关系进行讨论。2.1原材料的配合比产品的性能2.1.1原材料2.1.1.1.碳灰粉煤灰细度为0.080mm方孔筛筛余12%，硅铝比SiO2/Al2O3=3.22，其化学成分见表5。2.1.1.2.电石渣电石渣的主要化学成分见表6。2.1.1.3其他石膏采用化学石膏。集料采用废石屑。2.1.2压粉煤灰砖的配比采用粉煤灰、电石渣、废石屑和化学石膏，确定了9种不同的配比生产蒸压粉煤灰砖，其配比及产品性能见表7。这里需要说明的是，由于所进行的实验研究，抗冻性能试验是按GB/T2454-2003规定的方法进行的，与《规范》的规定有较大差异，因此，本文未列出抗冻性能试验结果。2.2讨论2.2.1集料之比对砖性能的影响由表7中的样1～样5可以看出：当粉煤灰掺量不变均为50%时，电石渣掺量从16%按2%递减至8%，则ACaO在粉煤灰与电石渣混合料中的含量递减，依次为15.78%、14.24%、12.6%、10.85%、8.98%；废石屑掺量由32%，按2%递增至40%，粉煤灰与集料之比递减，依次为1.56、1.47、1.39、1.31、1.25。砖的强度和抗碳化性能均呈下降趋势，干燥收缩性能提高。砖强度的降低是由于电石渣掺量的减少，导致ACaO含量减少，致使胶凝物质减少造成的。表明砖的强度在一定范围内与ACaO在粉煤灰和电石渣混合料中的含量呈正相关。而干燥收缩值的降低即干燥收缩性能的提高，则是由于集料的增加，使粉煤灰与集料之比值降低，而提高了砖的干燥收缩性能。表明砖的干燥收缩性能同粉煤灰与集料之比呈负相关，即比值增大干燥收缩性能下降。抗碳化性能的降低，与强度降低一样，是由于ACaO含量的减少所致，但并非是由于胶凝物质的减少，而是由于碱度的降低使然，当电石渣掺量降低至10%（ACaO含量10.85%）和8%（ACaO含量8.98%）时，碳化系数则不符合《规范》应不小于0.85的规定。表明砖的抗碳化性能与ACaO在粉煤灰和电石渣混合料中的含量呈正相关。2.2.2粉煤灰与集料之比由表7中的样6、3、7、8、9可以看出：当电石渣掺量不变，均为12%时，粉煤灰掺量从45%按5%递增至65%，则ACaO在粉