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礦渣超細(xì)粉制備粉煤灰磚和加氣砌塊研究
[摘 要]本文通過(guò)使用礦渣超細(xì)粉替代生石灰試制粉煤灰蒸壓制品，結(jié)果表明礦渣超細(xì)粉完全替代生石灰后，所生產(chǎn)粉煤灰磚強(qiáng)度很差，而替代50%生石灰時(shí)，粉煤灰磚的抗壓強(qiáng)度降低約42%。當(dāng)?shù)V渣超細(xì)粉替代5%生石灰生產(chǎn)加氣砌塊時(shí)，坯體前期發(fā)氣速度降低，冒泡時(shí)間和靜養(yǎng)總時(shí)間均有所延長(zhǎng)，由于礦渣超細(xì)粉的致密性，導(dǎo)致制品容重明顯變大，而含水率則沒(méi)有明顯變化，能夠在一定程度上提高砌塊的抗壓強(qiáng)度。
[關(guān)鍵詞]礦渣超細(xì)粉;粉煤灰磚;粉煤灰加氣砌塊
1 概述
粉煤灰是煤炭燃燒后經(jīng)過(guò)收集得到的細(xì)灰，是燃煤電廠產(chǎn)生的主要固體廢棄物。粉煤灰由于具有較好的火山灰活性被廣泛用于墻體材料中蒸壓制品的生產(chǎn)[1-3]，其中蒸壓粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)磚和蒸壓粉煤灰加氣砌塊是最具有代表性的產(chǎn)品。蒸壓粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)磚尺寸與標(biāo)準(zhǔn)粘土磚完全相同，抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到10 MPa以上，在國(guó)家節(jié)能減排保護(hù)環(huán)境的發(fā)展思路指引下，“禁實(shí)限粘”政策的執(zhí)行力度進(jìn)一步加強(qiáng)，蒸壓粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)磚能夠完全替代實(shí)心粘土磚。蒸壓粉煤灰加氣砌塊具有輕質(zhì)特性，保溫、隔熱、隔聲性能優(yōu)異，并且具有一定的可加工性，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高層建筑的建設(shè)中。蒸壓粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)磚和蒸壓粉煤灰加氣砌塊已經(jīng)形成了較為穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝并進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)粉煤灰蒸壓制品的性能進(jìn)行了大量研究[4-5]。
粉煤灰蒸壓制品中使用生石灰作為膠凝材料，需要消耗大量生石灰，不僅增加了成本，而且石灰礦的開(kāi)采還會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，因此需要尋找合適的替代材料。�；郀t礦渣是在煉鐵過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣，經(jīng)水淬冷卻后形成的顆粒物，具有很好的潛在水化活性[6]。隨著我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，每年這類廢渣產(chǎn)生量巨大[7]。經(jīng)過(guò)粉磨后的礦渣超細(xì)粉比表面積能夠達(dá)到400 m2/kg，其活性進(jìn)一步提高，具備一定的膠凝性能。
本文通過(guò)使用礦渣超細(xì)粉部分替代生石灰試制粉煤灰蒸壓制品，以研究其作為膠凝材料替代生石灰的可行性，為生產(chǎn)實(shí)際中降本增效提供參考。
2 試驗(yàn)
2.1 試驗(yàn)原料
粉煤灰：選用山西省太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司自備電廠所產(chǎn)粉煤灰，試驗(yàn)用粉煤灰達(dá)到II級(jí)要求。
爐底渣：來(lái)源同粉煤灰。
礦粉超細(xì)粉：采用太鋼集團(tuán)水淬�；V渣超細(xì)粉S95。
骨料：采用市售建材石子，最大粒徑10 mm。
以上各原料的化學(xué)成分如表2.1所示。
生石灰：采用市售生石灰。
水泥：采用雙良水泥廠生產(chǎn)的32.5級(jí)礦渣硅酸鹽水泥。
水：采用自來(lái)水作為實(shí)驗(yàn)用水。
2.2 試驗(yàn)方法
2.2.1 蒸壓粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)磚
使用礦渣超細(xì)粉分別取代100%和50%生石灰，測(cè)試制品的抗折、抗壓強(qiáng)度和重量，并與原制品進(jìn)行對(duì)比。
試驗(yàn)步驟：將粉煤灰、生石灰、礦渣超細(xì)粉、石子、爐底渣按照試驗(yàn)配比進(jìn)行干混，加入水后攪拌5min;將混合物料裝入鐵桶中加蓋消解，消解時(shí)間為100 min;將消解之后的物料填入模具中加壓成型，成型壓力130巴，每組成型3塊;將磚坯置于蒸養(yǎng)釜中養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)條件為1.1 MPa恒壓6.5h，溫度保持在174℃。按照《粉煤灰磚》(JC239 2001)檢測(cè)制品抗折、抗壓強(qiáng)度和重量。試驗(yàn)配比如表1所示，其中第3組為對(duì)照組。
2.2.2 蒸壓粉煤灰加氣砌塊
使用礦渣超細(xì)粉取代5%生石灰，測(cè)試料漿在稠化過(guò)程中冒泡時(shí)間、靜養(yǎng)時(shí)間、切割溫度等過(guò)程參數(shù)的變化，并檢測(cè)制品的強(qiáng)度、容重及含水率，與全部使用生石灰作為膠凝材料的組別進(jìn)行對(duì)比。
試驗(yàn)步驟：使用60℃自來(lái)水按照0. 46的水灰(粉煤灰)比配制粉煤灰漿;依次加入生石灰、礦渣超細(xì)粉、水泥攪拌2 min;待料漿溫度達(dá)到45℃時(shí)加入鋁粉液繼續(xù)攪拌30 s，然后將料漿澆筑至模具中，連同模具一起放入40℃保溫箱中靜養(yǎng)，記錄冒泡時(shí)間和靜養(yǎng)時(shí)間;將稠化完成后的坯體置于蒸養(yǎng)釜中養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)條件為1.1恒壓5 h，溫度保持在174℃。按照《蒸壓加氣混凝土砌塊》(GB 119682006)檢測(cè)制品抗壓強(qiáng)度、容重和含水率。試驗(yàn)配比如表2所示，其中第1組為對(duì)照組。
3 結(jié)果與討論
3.1 蒸壓粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)磚
試驗(yàn)結(jié)果如表3所示：
三組試塊的單塊重量相差不大。其中第一組完全使用超細(xì)粉試制的試塊強(qiáng)度很低，用手即可捏碎，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到使用要求，未進(jìn)行抗折、抗壓強(qiáng)度檢測(cè)。對(duì)比第2、3組可以看出，使用超細(xì)粉替代一半生石灰，抗折強(qiáng)度沒(méi)有明顯變化，抗壓強(qiáng)度方面，使用礦渣超細(xì)粉替代50%生石灰，抗壓強(qiáng)度降低約42%。
通過(guò)試驗(yàn)可知：礦渣超細(xì)粉不能單獨(dú)當(dāng)作膠凝材料使用來(lái)制備蒸壓粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)磚，完全替代生石灰制備蒸壓粉煤灰標(biāo)磚強(qiáng)度指標(biāo)無(wú)法達(dá)到。原因在于礦渣超細(xì)粉潛在膠凝性質(zhì)必須在堿性環(huán)境下才能激發(fā)，粉煤灰亦然。試驗(yàn)混合物料體系中缺乏活性堿物質(zhì)，導(dǎo)致水化反應(yīng)不能進(jìn)行，制品不能形成有效強(qiáng)度。
超細(xì)粉與生石灰配合使用的比例具備進(jìn)一步探索的空間，超細(xì)粉的加入對(duì)抗壓強(qiáng)度有不利影響，可以通過(guò)進(jìn)一步試驗(yàn)尋找最佳配合摻量。
3.2 蒸壓粉煤灰加氣砌塊
經(jīng)檢測(cè)，試驗(yàn)澆注料漿擴(kuò)散度為13.5 cm，實(shí)際澆注溫度為44℃。過(guò)程參數(shù)比較見(jiàn)表4。
通過(guò)對(duì)比可以看出，礦渣超細(xì)粉的加入延長(zhǎng)了冒泡時(shí)間和靜養(yǎng)時(shí)間，切割坯體溫度降低。觀察試驗(yàn)坯體發(fā)氣過(guò)程，出現(xiàn)發(fā)氣高度低于模具邊緣3 cm、發(fā)氣不均勻?qū)е戮植抗钠鸬痊F(xiàn)象。
通過(guò)對(duì)比可以看到使用礦渣超細(xì)粉少量替代生石灰之后，坯體前期發(fā)氣速度降低，冒泡時(shí)間延長(zhǎng)3min，靜養(yǎng)總時(shí)間延長(zhǎng)15 min以上。制品容重明顯變大，而含水率則沒(méi)有明顯變化。
礦渣超細(xì)粉具有一定的吸水性能，對(duì)料漿攪拌均勻性會(huì)產(chǎn)生一定程度的不利影響。礦渣超細(xì)粉較為致密，其潛在水化活性在反應(yīng)前期不能有效發(fā)揮，水化放熱能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及生石灰。礦渣超細(xì)粉中的鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料隨著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，對(duì)制品后期強(qiáng)度貢獻(xiàn)明顯，抗壓強(qiáng)度相比對(duì)照組得到一定程度提升。見(jiàn)表5。
4 結(jié)論
通過(guò)本文研究可以得到以下結(jié)論：
(1)礦渣超細(xì)粉雖然經(jīng)過(guò)粉磨機(jī)械活化，不過(guò)依然無(wú)法作為膠凝材料單獨(dú)使用制備蒸壓粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)磚，其制品不能形成有效強(qiáng)度。
(2)超細(xì)粉替代生石灰的比例具備進(jìn)一步探索的空間，超細(xì)粉的加入對(duì)抗壓強(qiáng)度有不利影響，可以通過(guò)進(jìn)一步試驗(yàn)尋找最佳配合摻量，以期在滿足產(chǎn)品性能要求的前提下盡可能降低生產(chǎn)成本。
(3)礦渣超細(xì)粉少量替代生石灰生產(chǎn)加氣砌塊，坯體前期發(fā)氣速度降低，冒泡時(shí)間和靜養(yǎng)總時(shí)間均有所延長(zhǎng)，由于礦渣超細(xì)粉的致密性，導(dǎo)致制品容重明顯變大，而含水率則沒(méi)有明顯變化，對(duì)抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生有益影響。
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