高摻量粉煤灰燒結(jié)磚的最佳配比

1、研究簡(jiǎn)報(bào) 文章編號(hào) : 1000 - 9957 ( 2005 ) 02 - 0154 - 04高摻量粉煤灰燒結(jié)磚的最正確配比高 少 霞 ,于 林 平 ,王 安 怡(大連水產(chǎn)學(xué)院 土木工程學(xué)院 ,遼寧 大連 116023 )摘要 : 為了全面有效地考慮多種因素對(duì)高摻量粉煤灰燒結(jié)磚的影響 , 運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)高摻量粉煤灰燒結(jié)磚進(jìn)行了試驗(yàn) 。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的系統(tǒng)分析 , 優(yōu)選出了具有最正確性能的配比方案 , 提出 了目前適應(yīng)高摻量粉煤灰燒結(jié)磚的生產(chǎn)工藝 。關(guān)鍵詞 : 粉煤灰燒結(jié)磚 ; 生產(chǎn)工藝 ; 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)中圖分類號(hào) : TU5221064文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 : A高摻量粉煤灰燒結(jié)磚是以燃煤電廠排

2、出的工業(yè)廢渣 粉煤灰為主要原料 , 摻入局部成型劑和水 , 經(jīng)配料 、攪拌 、陳腐 、碾壓 、成型 、枯燥 、焙燒而得到的一種新型墻體材料 。高摻量粉煤灰燒結(jié) 磚 , 既保持了燒結(jié)磚的優(yōu)點(diǎn) , 又具有新型墻體材料的特點(diǎn) , 開(kāi)展這一產(chǎn)品 , 在節(jié)土方面的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益將是非常可 觀的 。國(guó)內(nèi) 生 產(chǎn)粉 煤灰 燒 結(jié)磚 的工 作 起步 較晚 , 摻灰 量 由 20 世 紀(jì) 50 年 代的20 % 30 % , 開(kāi)展到 80 年代的 50 % 60 % 。作者在研究了影響粉煤灰燒結(jié)磚性能各因素的根底試驗(yàn)(包括材料組成 、摻入量 、成型劑種類 、成型方式 、焙燒溫度及時(shí)間等 ) 的根底上 1 ,

3、 運(yùn)用正交試驗(yàn) 設(shè)計(jì)法對(duì)高摻量粉煤灰燒結(jié)磚生產(chǎn)工藝進(jìn)行了試驗(yàn) , 并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了系統(tǒng)地分析 , 優(yōu)選出具有最 佳性能的配比方案 , 以此方案燒制的粉煤灰燒結(jié)磚的摻灰量已高達(dá) 85 % , 此摻灰量比例目前在國(guó)內(nèi) 最高 。1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)111 根本配比的選擇確定粉煤灰的摻量為 80 % 、 85 % 、 90 % , 分別參加 3 種添加劑 , 摻量為 20 % 、 15 % 、 10 % , 添加劑的主要成分由中塑性粘土 、纖維素 、水玻璃 、紙漿廢液等成型劑組成 2 。112 成型采用半干壓成型 , 成型水分控制在 18 % 20 % , 物料以拌合均勻后呈干散狀且手捏成團(tuán)狀態(tài)為宜 。成型

4、設(shè)備采用 1 500 kN 壓力機(jī) 、壓力模具 (大連理工大學(xué)建材實(shí)驗(yàn)室 ) 。模具主要由 4 局部組 成 : 套模 (直徑 5 cm ) 、上芯模 、下芯模和脫模套筒 。成型過(guò)程為 : 在下芯模兩側(cè)放上墊塊 , 將套模放入下芯模 , 裝入粉料 , 再裝上芯模 , 開(kāi)始加壓 , 加壓速度控制在 012 014 kN / s, 到達(dá)成型壓力后停留 2 m in, 去掉壓力 , 在脫模套筒內(nèi)放入海綿墊 , 將套模連同上 、下芯模放置在脫模套筒上部 , 并 加壓 , 直至試件脫模 。經(jīng)壓力機(jī)壓出的磚坯致密度根本均勻一致 。113 升溫制度將不同成型劑配比的混合料在 2540 M Pa壓力下 , 壓制

5、成 5 cm 5 cm 的試樣 , 在 105 110 烘箱中烘干 24 h, 放入電爐中煅燒 。試驗(yàn)證明 , 假設(shè)升溫速度過(guò)快 , 燒成時(shí)間短 ( 3 h) , 那么坯體易變形并產(chǎn)生黑心 ; 當(dāng)溫度達(dá) 1 200 時(shí) , 坯體外表光滑 、發(fā)亮 , 已明顯釉化 , 但強(qiáng)度較高 。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)表明 , 對(duì)于粉煤灰燒結(jié)磚 , 磚坯必須慢速升溫 , 適當(dāng)延長(zhǎng)保溫時(shí)間 , 最后確定的升溫制度見(jiàn)表 1。表 1 電爐燒成的升溫制度Ta b11 The burn in g tem pera ture schem e溫度 / 1002003004005006007008009001000105001501501

6、5015015015015015時(shí)間 / h111114 因素與水平在根底試驗(yàn)過(guò)程中 , 發(fā)現(xiàn)粉煤灰燒結(jié)磚的燒結(jié)過(guò)程是一種以出現(xiàn)液相的燒結(jié)過(guò)程為主 ,物理化學(xué)變化為輔的過(guò)程 。燒結(jié)過(guò)程主要發(fā)生在 900 以后 , 開(kāi)始燒結(jié)溫度不低于 600 , 相變 化主 要發(fā) 生在 1 000 以上 , 粉煤灰含 A l2 O3 的量越多 , 其 出現(xiàn)液相的溫度越高 。由于各因素之間的交互作 用不顯著 , 因此 , 綜合考慮本錢(qián)和今后實(shí)際生產(chǎn)的具體情 況 , 選 取了 粉 煤灰 摻 量 、添 加 劑 摻 量 、表 2 因素水平表 Ta b12 The leve ls of fa c tor s 因素水平A粉

7、煤灰摻量 / %B添加劑摻量 / %C成型劑種類 123808590201510成型劑種類 3 個(gè)因素 , 每個(gè)因素選因素水平表見(jiàn)表 2。3 個(gè)水平 , 其115 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果4 3 試驗(yàn)選用 L9( 3 )正交表來(lái)安排試驗(yàn),D 列為空白列 。試驗(yàn)方案及測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 3。表 3 正交試驗(yàn)結(jié)果及試樣性能表Ta b13 The re su lts of the or thogona l te st試驗(yàn)號(hào)抗壓強(qiáng)度 /M Pa表觀密度 / ( gcm - 3 )5 h吸水率 / %燒成收縮 / %ABCD11 ( 80 % )1 ( 20 % )3 ( )21918112921120182

8、( 85 % )1 ( )17151120191111621333 ( 90 % )12 ( )11418112323161142 ( 15 % )19141119241811941235223112131118261511511121120211711763212713 ( 10 % )119161109321311671811073016118823229333381411072819211K14818521138133617K2K337164219421038183414251840154513k1k216131714121812121215141314101219k3111581613

9、151511418818112219R2 試驗(yàn)結(jié)果分析211 直觀分析由表 3可見(jiàn) , 9個(gè)試驗(yàn)組中 1 號(hào)試驗(yàn)組 A1 B1 C3 的抗壓強(qiáng)度最高 , 此外 , 2 號(hào) A2 B1 C1和 4 號(hào) A1 B2C2試驗(yàn)組也都有較高的抗壓強(qiáng)度 。212 極差分析因素極差的大小反映了每個(gè)因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響的大小 , 因素的極差越大 , 說(shuō)明這個(gè)因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響越大 , 即為主要因素 ; 反之 , 那么為次要因素 4 。從表 3 可見(jiàn) , 影響抗壓強(qiáng)度的主次因素 為 : B A C。以因素的水平數(shù)為橫坐標(biāo) ,A1 B1 C2 為最正確試驗(yàn)組合 。各水平指標(biāo)的平均數(shù)為縱坐標(biāo)繪制趨勢(shì)圖見(jiàn)圖 1。從圖

10、1 可以看出 ,圖 1 因素 指標(biāo)圖F ig11 The in d ica tr ix of d ifferen t fa c tor s213 方差分析為了確定主要因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響是否顯著 , 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù) (表 3 ) 進(jìn)一步作方差分析 (表 4 ) 。表 4 方差分析表Ta b14The ta b le of va r ian ce ana ly s is方差來(lái)源平方和 SS自由度 df均方 M S臨界值顯著性FF0105 ( 2 , 2 ) = 19A381122191062184B1181752591388185C2131211160117誤差1314126171為了提高精度 ,將

11、表 4 中F 1的項(xiàng)合并為誤差項(xiàng) ,結(jié)果見(jiàn)表 5。表 5 合并誤差后的方差分析表The ta b le of va r ian ce ana ly s is a f ter a dd in g error item sTa b15方差來(lái)源平方和 SS自由度 df均方 M S臨界值顯著性FF0105 ( 2 , 4 ) = 6. 9438112191064185A21181755913815112B2P 0. 05誤差1517243193( P 0105 ) , 即在設(shè)置 B 因素的 3 個(gè)水從表 5的分析結(jié)果看 ,B 因素對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響較顯著(1)3 粉煤灰燒結(jié)磚最正確配比確實(shí)定采用正交試驗(yàn)

12、 設(shè) 計(jì) 方 法 進(jìn) 行 粉 煤 灰 燒 結(jié) 磚 試 驗(yàn) , 對(duì) 試 驗(yàn) 結(jié) 果 經(jīng) 極 差 分 析 和 方 差 分 析 后 表 明 , A1 B1 C2 為最正確試驗(yàn)組合 , 即選定最好的試驗(yàn)條件應(yīng)為 : 粉煤灰 80 % , 添加劑 20 % , 成型劑種類 類 , 燒結(jié)溫度為 1 050 。但考慮到實(shí)際生產(chǎn)中降低添加劑本錢(qián)和加大摻灰量的要求 , 并結(jié)合影響燒 結(jié)磚強(qiáng)度的主次因素 , 最后將配比方案中的粉煤灰摻量調(diào)整為 : 粉煤灰 85 % , 添加劑 15 % , 其它條件不變 , 即選用 A2 B2 C2 試驗(yàn)組 。對(duì)選出的較優(yōu)試驗(yàn)組合 A2 B2 C2 再次進(jìn) 行燒成試驗(yàn) , 結(jié)果經(jīng)

13、測(cè)試 , 磚坯質(zhì)量 強(qiáng)度可達(dá) MU 15 , 磚坯的其它物理性 能指標(biāo)見(jiàn)表 6。由表 6 可見(jiàn) , 該試樣的抗壓強(qiáng)度較高 , 表觀密度適中 , 吸 水率和燒成收縮等均較低 , 各項(xiàng)指標(biāo) 均符合建筑用紅磚國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn) , 是 較為理想的一種替代紅磚的新型建筑 材料 。表 6 粉煤灰燒結(jié)磚性能指標(biāo) Ta b16 The perform an ce f igure s of pu lver ized coa l a sh s in tered br ick s工程測(cè)試指標(biāo)表觀密度 ( gcm - 3 )5 h吸水率 / % 燒成收縮 / % 抗壓強(qiáng)度 /M Pa抗凍性 ( 15 次凍融循環(huán) )泛霜

14、石灰爆裂1120171611301613強(qiáng)度損失 8 % ,質(zhì)量損失 5 %無(wú) 無(wú)4 結(jié)論1 ) 用粉煤灰摻入添加劑 , 以半干壓成型法生產(chǎn)粉煤灰燒結(jié)磚 ,是大量利用粉煤灰的有效途徑之一 , 該方法與目前國(guó)內(nèi)普遍采用的擠出機(jī)成型工藝相比 , 本研究中提出的粉煤灰燒結(jié)磚的成型工藝較先進(jìn) , 成型壓強(qiáng)建議為 2540 M Pa較適宜 。2 ) 用少量中 高塑性的粘土添加成型劑 , 粉煤灰的摻量可達(dá) 85 % , 磚的強(qiáng)度可達(dá) MU 15。3 ) 粉煤灰燒結(jié)磚的焙燒溫度與摻灰量和化學(xué)成分有關(guān) , 一般較普通粘土磚為高 , 焙燒應(yīng)采用低 溫慢燒的焙燒制度 , 并適當(dāng)延長(zhǎng)保溫時(shí)間 , 最高溫度不宜超過(guò)

15、1 200 。4 ) 粉煤灰燒結(jié)磚與普通粘土磚相比 , 具有枯燥快 、收縮小 、容重輕 、節(jié)省燃料等優(yōu)點(diǎn) , 具有明 顯的環(huán)境效益 、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益 , 是一種具有良好開(kāi)展前途的新型建筑材料 。參考文獻(xiàn) : 1 張蔭濟(jì)譯 1 粉煤灰在制磚中的作用 J 1 粉煤灰 , 1994 , ( 5 ) : 28 - 311 2 曹建新 ,陳前林 ,林倩 1磷渣在粉煤灰燒結(jié)磚中的應(yīng)用研究 J 1新型建筑材料 , 2002 , ( 7 ) : 11 - 131 3 林鳴遠(yuǎn) ,章巧怡 ,廖思綸 1三種外加劑正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析 J 1粉煤灰 , 1996 , ( 1 ) : 9 - 131 4 滕素珍 ,姜

16、炳蔚 ,任玉杰 1數(shù)理統(tǒng)計(jì) M 1大連 :大連理工大學(xué)出版社 , 19971359 - 3781The optim um proportion schem e of h igh add itive pulver izedcoa l a sh sin tered br icksGAO Shao2xia,YU L in2p ing,WAN G A n2yi( Schoo l of C ivil Engineering, D a lian F ishe rie s U n iv1, D a lian 116023 , Ch ina)A b stra c t: In o rde r to take t

17、he effec ts of va riou s fac to rs on h igh add itive p u lve ried coa l a sh sin te red b rick s in toaccoun t, a te st wa s ca rried ou t u sing o rthogona l te st de sign m e thod. The op tim um p ropo rtion schem e and p ro2 duc tion techno logy of h igh add itive p u lve rized coa l a sh sin te red b rick s wa s ob ta ined th rough system a tic ana lysis of the re su lts