煤石燒結泡沫磚的研究現狀與發(fā)展趨勢

煤石燒結泡沫磚的研究現狀與發(fā)展趨勢

在中國，粘合樁的生產和使用有著悠久的歷史。生產粘土磚破壞了大量的耕地和山林，嚴重破壞了中國的生態(tài)環(huán)境，損害了中國經濟的可持續(xù)發(fā)展。近年來,國家在全國范圍內實施了全面禁用燒結粘土磚的產業(yè)政策,燒結粘土磚退出建材市場已成為必然;同時,隨著我國國民經濟的不斷發(fā)展,人們的生活水平也在不斷提高,他們對自身所處的環(huán)境也提出了更高、更新的要求,這些都給新的建筑節(jié)能型墻體材料的研制和應用拓展了廣闊的空間。煤矸石是煤炭開采過程中的一種固體廢棄物。目前我國每年煤矸石排放量在1.5億噸左右,堆存量有幾十億噸,嚴重影響了人們的生活環(huán)境、財產及生命的安全,同時制約了國民經濟的可持續(xù)發(fā)展。利用煤矸石來生產新型墻體材料既符合國家的相關產業(yè)政策,也有利于環(huán)境保護和國民經濟的可持續(xù)發(fā)展。用煤矸石生產燒結磚的工藝在我國已較成熟,但主要是生產實心燒結磚和空心燒結磚,生產燒結泡沫磚還鮮見于各類報道及資料(我國亦無相關國家標準)。通過生產煤矸石燒結泡沫磚,既能使建筑物具有良好的隔熱性能,有利于建筑節(jié)能,又為大量利用煤矸石提供了一條新的途徑。1原材料的選擇1.1煤炭通道石選用黃石本地多個礦區(qū)的混合煤矸石,其化學組成(質量百分比平均值)如表1所示。1.2淤泥選用黃石磁湖(南湖)湖底淤泥,其化學組成(質量百分比平均值)如表2所示。1.3泡沫穩(wěn)定劑采用鋸末、碳酸鈣、自制發(fā)泡劑形成的混合發(fā)泡劑。2原料處理和制備2.1煤石與煤石等配比配合粉磨煤矸石屬瘠性原料,為了便于壓制成型,必須經過粉磨處理;湖底淤泥含水較多,必須事先經烘干后再與煤矸石按配比配合、粉磨。具體處理工序如圖1所示。球磨時控制其細度為0.2mm方孔篩篩余小于5%。如果淤泥含砂量過高,最好在使用前先進行淘洗,以免降低其可塑性。2.2發(fā)泡劑與免燒磚一些學者的研究表明:含碳高不利于高溫下的膨脹,應控制鐵碳比在一定范圍內才能膨脹,而黃石煤矸石含碳量較低,鐵碳比例有利于高溫下的膨脹;其含鋁量不高,利于燒結,也有利于高溫下的膨脹及發(fā)泡;該混合煤矸石的可塑性指數小于8,成型性能不好;其發(fā)熱量約為2710kJ/kg,有利于降低燒結時的能耗。黃石市南湖湖底淤泥以粘土沉積物為主,含有一定量有機物,可塑性較好,保證了成型性,有利于提高生磚坯強度,同時,高溫下有機物氧化放出的氣體有利于提高氣孔率;但其用量不宜過多,否則易引起干燥及燒成變形,干燥和燒成收縮過大。發(fā)泡劑是泡沫磚氣孔的主要來源,要求其在燒成溫度范圍內能產生大量氣體,以提高氣孔率,降低表觀密度。該混合發(fā)泡劑中主要發(fā)泡物是自制發(fā)泡劑,它在有液相產生的情況下,所放出的氣體能被具有一定粘度的液相包裹,形成大量閉口氣孔,提高磚的絕熱性能,同時又不致影響制品的強度、滲水性及軟化系數;引入鋸末主要是降低成本,其次是輔助發(fā)泡;加入CaCO3一方面能補充熔劑成分,另一方面也能起到一定的發(fā)泡作用,以提高磚的氣孔率,但其用量不宜過多,否則在高溫下易形成鈣質玻璃,使液相粘度過低而形成大量開口氣孔,降低絕熱性能及氣孔率。利用“優(yōu)選法”確定最優(yōu)配比如表3所示。水的用量為配合料總量的8%,發(fā)泡劑用量為總量的2%,發(fā)泡劑在加水攪拌過程中加入。3苯并燒采用熱電棱式窯本研究采用的成型方法是半干壓成型,制品規(guī)格為240mm×115mm×115mm。采用其它成型方法,如擠出成型等,則需調整用水量。生磚坯的干燥采用的是自然干燥。實際生產中,可采用窯尾廢氣干燥,以提高熱利用率、降低熱耗。燒成采用的是1m3實驗電熱棱式窯,燒成溫度為1050℃。實際生產中最好采用隧道窯或輪窯燒制,并可適當加入少量煤。其溫度曲線如圖2所示。在室溫到200℃范圍內,由于游離水分的排出,升溫不能過快,否則磚坯易開裂(如入窯前經過烘干,則可縮短此溫度段的時間);400℃至600℃范圍內,由于石英的晶型轉變有較大的體積效應,升溫也不能過快,同時要注意溫度的均勻性,否則也易造成制品的開裂;燒成溫度下,要有適當的保溫時間(約30min),過短則燒不透,過長則會導致液相粘度過低,產品高溫強度降低、產品易變形、開口氣孔增加、絕熱性降低、氣孔率降低;在冷卻階段,700℃直接鼓風急冷,以后間接緩慢冷卻。4導熱系數wlp法本研究對5批次的200個產品各按10%隨機抽樣進行了測試,測試指標為強度、孔隙率、閉口氣孔率、表觀密度、導熱系數。測試結果如表3所示。強度測試時采用的是立方體抗壓強度,最大值為6.85MPa,最小值為5.6MPa,平均值為6.3MPa;導熱系數測定時采用的是240墻,未用砂漿抹面。目前,我國尚無燒結泡沫磚的國家標準,其性能只能與“燒結空心磚和空心砌塊”及“蒸壓加氣混凝土砌塊”的國家標準的相關指標進行比較。4.1塊的國家標準比較因目前無燒結泡沫磚的國家標準,將其相關技術指標與空心砌塊的國家標準比較如表4、表5、表6所示。對比以上相關指標:在孔隙率小于、密度遠小于燒結空心磚的情況下,燒結泡沫磚的強度等級仍優(yōu)于燒結空心磚和空心砌塊的MU5.0等級。4.2添加加壓混凝土斑塊的性能將燒結泡沫磚的相關技術指標與蒸壓加氣混凝土砌塊的國家標準比較如表7、表8、表9、表10所示。對比以上相關指標可得燒結泡沫磚的各項性能指標等同或優(yōu)于同等級的加氣混凝土砌塊。其強度等級優(yōu)于加氣混凝土砌塊A5.0級;體積密度低于加氣混凝土砌塊B06級優(yōu)