高性能蒸压粉煤灰砖生产的技术条件
2024-10-18
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本栏编辑:孙国凤 高性能蒸压粉煤灰砖生产的技术条件 李庆繁’高连玉 赵成文。(1辽宁省墙体材料协会,辽宁抚顺 113008;2中国建筑 东.-IL ̄计研究院,辽宁 沈阳 110003;3沈阳建筑大学,辽宁 沈阳 110168) 摘要:就如何生产满足《蒸压粉煤灰砖建筑技术规范》要求的高性能蒸压粉煤灰砖的技术条件进行了 讨论。 关键词:高性能;蒸压粉煤灰砖;配合比;多次排气压制;高压蒸汽养护 中图分类号:TU522.1 文献标识码:A文章编号:1001-6945(2010)02-0016-05 1 前言 小于0.85.以及抗冻性能:非采暖地区为F25、采暖地 区为F50。 表2蒸压粉煤灰砖的折压比 为促进我国墙体材料革新,满足节能、节地、环 保、利废的需要,使蒸压粉煤灰砖建筑做到技术先进、 安全适用、经济合理和确保工程质量,提高经济效益、 社会效益和环境效益.经中国工程建设标准化协会批 准并颁布了由中国建筑东北设计研究院有限公司和 2蒸压粉煤灰砖的生产工艺条件 蒸压粉煤灰砖属硅酸盐制品.目前其产品质量由 长沙理工大学主编的中国工程建设协会标准CECS 256:20094蒸压粉煤灰砖建筑技术规范》(以下简称《规 范》).自2009年8月1日起执行。 《规范》对蒸压粉煤灰砖的性能提出了技术要求, 现说明如下: 用于承重结构的蒸压粉煤灰砖.除应满足现行行 行业标准《粉煤灰砖》(JC239—2001)评定,但该标准并 没有像水泥混凝土制品的墙材标准那样.以引用标准 的形式.对其混凝土制备工艺作出明确规定.如国家 标准《轻集料混凝土小型空心砌块}(GB/T 15229),引 用了行业标准《轻骨料混凝土技术规程》(JC51),使其 条文成为GB/T 15229的条文.那么生产轻集料混凝土 小型空心砌块的混凝土制备包括原材料的品质、配合 比、搅拌、养护等工艺过程,就应符合行业标准JC51 的规定.从而可使小砌块的产品质量得到保证。然而。 行业标准《粉煤灰砖》中,仅就原材料的质量提出要 业标准《粉煤灰砖}JC239外,尚应满足本规范的规定。 蒸压粉煤灰砖的强度等级应为:MU25、MU20、MU15。 承重砖的折压比不应低于0.25。蒸压粉煤灰砖的质量 吸水率不应大于20% 蒸压粉煤灰砖出厂时的干燥 收缩值不应大于0.5 mrrdm。蒸压粉煤灰砖的抗冻性能 应符合表1的要求 蒸压粉煤灰砖的碳化系数和软化 系数均应不小于0.85 表1 蒸压粉煤灰砖抗冻性能要求 求.对粉煤灰硅酸盐混凝土的制备.包括配合比和拌 制工艺等并没有作出规定,加之行业标准《粉煤灰砖》 为适应蒸养粉煤灰砖的需要.所规定的技术指标偏 低.尤其以耐久性能最为突出。因此,有些生产企业只 追求产品质量满足标准的技术要求,原料配合比、混 凝土拌制工艺和养护制度等的随意性较大.成型设备 另外,国家标准《墙体材料应用统一技术规范》 (送审稿)中,就蒸压粉煤灰实心砖而言,规定了最低 强度等级为MU15、折压比(块体材料抗折强度与其抗 压强度等级之比)见表2,碳化系数和软化系数均不应 落后.使所生产的产品性能低劣。质量参差不齐.更有 甚者一些企业为片面追求利润.违背科学地任意加大 粉煤灰掺量(有的高达90%),唯利废而利废,导致其 产品质量不能满足建筑应用要求.在工程应用中出现 1 6 WWW.brick-tile.COrn 20102 ̄ 不同程度的质量问题.引起一定的反响.其中最突出 通常情况下.各种粉煤灰中的SiO,均能达到要 求,Si02+A1 0 含量多在70%以上,完全可以满足生产 蒸压粉煤灰砖的需要 而烧失量和细度成为粉煤灰能 的问题是:①墙体裂缝问题;②局部墙体耐久性问题。 究其工程质量问题的原因.应该说是多方面的.但其 蒸压砖自身产品质量问题是其主要影响因素.该问题 否用于制备蒸压粉煤灰砖的关键 为了保证坯体的密 实度.粉煤灰的细度以O.08 mm方孔筛筛余量为20% ~若不解决.势必将制约蒸压粉煤灰砖在工程中的推广 和应用.也将制约蒸压粉煤灰砖的可持续发展 通过 一40%为宜.含碳量即烧失量不应大于8%,另外.堆积 些大专院校、科研院所和企业的不懈努力.在引进 密度不应小于600 kg/m3 这里需要说明的是:①关于 先进的生产设备——双面多次排气加压液压压砖机. 粉煤灰的细度,武汉理工大学的实验研究表明。粉煤 进行消化吸收使之国产化.并对工艺技术进行改造. 灰过细和层数越多.摩擦力就越大.传递中压力损失 通过改进技术和配方.正确选择原材料.调整原料颗 就越大,坯体也就越不密实。②关于含碳量,有的人认 粒级配.加强各个生产工艺环节的质量控制.严格执 为粉煤灰中的碳能挥发.而引起砖的收缩.有的则认 行高压蒸汽养护制度.使产品质量有了较大幅度的提 为易风化,实际并非如此.粉煤灰中的碳是以焦炭形 高 为使蒸压粉煤灰砖的产品质量满足《规范》的要 式存在.具有较好的体积安定性.科学研究表明“碳在 求,下面就蒸压粉煤灰砖的原材料、配合比的合理选 常温时很稳定.在高温时能与许多元素作用”。因此, 择及对生产工艺的基本要求进行讨论 粉煤灰中的碳在砖使用过程中。既不会“挥发”也不会 2.1原料及其性能 “风化”.其对砖的危害作用.在于其为多孔体.含碳量 蒸压粉煤灰砖所用原材料.主要有硅质材料—— 高时,一方面.可使砖具有较大的饱水能力,湿热交换 粉煤灰、钙质材料、石膏和细集料等,为保证产品质 中破坏力大,压制成型过程中.也不易使坯体密实;其 量.各种原材料均应满足相应的技术要求 次.可使砖具有较高的吸水率.而使砖的抗冻性能劣 2.1.1粉煤灰——硅质材料 化:另外,减少了粉煤灰中的活性组分,而且会吸收过 粉煤灰是生产蒸压砖的主要硅质材料之一.粉煤 多的水化产物.对水化反应不利,将使砖的强度受到 灰的化学组成对粉煤灰的水化反应有着重要影响.从 不良影响 ③关于密度。粉煤灰的干堆积密度越低,内 而影响蒸压粉煤灰砖的强度和耐久性 粉煤灰的细度 部空气含量越高 成型施压时,大量空气难以排出形 和含碳量.不仅影响粉煤灰的水化反应.而且对蒸压 成反弹.坯体不易密实 粉煤灰砖的密实度有着重要影响,细度适宜、含碳量 当使用湿排粉煤灰时.除上述技术要求外.还应控 愈低,砖愈密实,砖的强度愈高、耐久性愈好。 制其含水率在一定范围内,要求含水率为30%~33%。 行业标准JC409—2001《硅酸盐建筑制品用粉煤 这是因为:含水率偏大,消化时易发生结仓、碾压和成 灰》,规定硅酸盐建筑制品用粉煤灰按细度、烧失量、 型困难,压制的砖坯有粘膜、表面出浆、弯曲等弊病. 二氧化硅和三氧化硫含量分为I、Ⅱ二个级别(见表 甚至无法成型:含水率过低.会造成混合料消化不完 3) 全和碾压时碾轮压不着料.碾压效果不佳。另外。从生 表3硅酸盐建筑制品用粉煤灰的技术要求 产控制角度考虑。应防止粉煤灰含水率波动过大。因 为这不仅影响到混合料中的水分.而且由于粉煤灰含 水率的波动造成整个配合比不准确.尤其采用体积计 量时,应仔细控制。 2.1.2钙质材料 科学实验和生产实践表明.用于生产高质量蒸压粉 钙质材料有石灰、电石渣和水泥等,其与粉煤灰在 煤灰砖的粉煤灰的化学组成,以符合表4的要求为宜。 高温水化反应中与粉煤灰中的SiO,和Al,O 发生反应 表4用于粉煤灰砖的粉煤灰适宜的化学组 ̄/ ̄/o 生成水化硅酸盐和水化铝酸盐.从而使制品具有强度 蓑s AlzO,Fe:0,Mg0 ca0 SO 烧失量 生产蒸压粉煤灰砖宜采用生石灰 应尽可能采用 活性氧化钙——ACaO(在通常条件下石灰消解.能与 水化合生成氢氧化钙的游离氧化钙称为活性氧化钙. 以ACaO表示)含量高、消化速度快、消化温度高的正 烧新鲜生石灰 2010。 ’。 uyww.brick-tile.conr 1 7 粉煤灰砖中的生石灰用量是以ACaO含量计算 lO mm的颗粒应不大于15% 可以采用天然细集 的 采用活性高的生石灰.可减少石灰在制品中的用 料——砂、人工细集料——碎石屑,也可以采用尾矿、 量。从而降低成本,而且含ACaO高的生石灰还可以提 高砖的强度和其他性能。 石灰消化速度快.可缩短混合料消化工序的周 煤渣、液态渣、水渣等工业废渣。 集料在蒸压粉煤灰砖中.是作为调整颗粒级配的 粗颗粒,要求颗粒级配合理、粉料少,颗粒强度应高于 期.提高生产效率。消化温度高则有助于砖坯在养护 前初始强度的增长。不同的消化方式,对生石灰的要 设计制品强度:应使用干堆积密度大于750 kg/m ̄多 种粒级组成的集料.按照颗粒紧密堆积原则进行粒级 选择,避免使用层理大、颗粒比表面积小、物理化学性 质不稳定的集料 求略有不同。对地面消化者,石灰质量可适当降低。生 石灰质量技术要求见表5 表5生石灰质量技术要求 集料的作用是增加透气性,使得砖坯在压制时。 减少或避免产生分层裂缝.同时可改善砖坯成型时的 其他性能,提高砖的强度。特别是它的抗折强度。集料 应具有合理的颗粒级配.以利于减少胶结料用量、需 水量,提高硬化体的强度与均匀性等。集料的种类和 当采用熟石灰或工业废渣(如电石渣)时,应通过 掺量直接影响砖的强度特别是抗折强度及收缩值。 选用砂和碎石屑等细集料时.其质量要求与普通 混凝土相同 对于工业废渣则还有一定的化学成分的 要求。其技术要求见表7 专门的工业性试验确定。采用电石渣的质量应符合表 6的规定。 表6电石渣质量技术要求 化学成分/ok 。 筛余量,% 。‘ 筛余量,% 其他 …一 表7工业废渣细集料的技术要求 生 ≥50 ≤5 ≤5 ≤30 不含乙炔残留 化学成分,% Mg0 K20+Na20SO,细度/% 2.1.3石膏 烧失量 ≤15 体积垃圾及其 安定他有机杂 <1.2 mm 性 物 ≤25 良好不得含有 石膏可采用天然石膏或工业副产品石膏即化学 石膏(脱硫石膏、磷石膏、氟石膏),它们可以是二水石 膏、半水石膏或无水石膏,通常用二水石膏。 石膏是一种附加材料.它可以提高制品的强度及 稳定性。石膏主要用作缓凝剂、激发剂。作为缓凝剂, 它可以延缓生石灰的消化速度和水化凝结过程.使石 灰的终凝控制在20 min 60 min之内.限制石灰消化 2.2≤5 ≤2.5 ≤4 ≤10 配合比 蒸压粉煤灰砖的各项性能。均取决于原材料中各 种成分相互反应产生的水化产物及组成的结构.因 而.在一定的工艺条件下,配合比在保证产品质量方 面.起着关键的作用。 时体积的膨胀。作为激发剂,它可加速水化物的生成 速度。增加水化物的结晶度,从而提高早期强度,特别 是抗折强度,还可减少砖坯的收缩开裂。当石膏掺量 适宜并具有合理的养护制度时.可提高砖的碳化和抗 冻性能。对石膏的质量要求主要是CaSO 含量应不小 于65%。 在确定配合比时 应考虑如下几个问题:首先,要 保证产品质量符合《规范》的规定,特别是强度和耐久 性要达到要求:其次.与已确定的各项工序条件相适 应;第三。在满足上述条件下,应尽量选择石灰、石膏用量 的下限,以降低产品成本;第四,原材料的选择应符合 因地制宜、就地取材的原则,优先利用各种工业废渣。 应特别强调的是.配合比中集料的掺量应该足 够.其在砖内增加粗颗粒后,可增加透气性减少砖坯 的分层裂缝.提高砖的抗折强度。 当所用原料确定之后.首先要取样进行化验分析。 在使用工业副产品石膏时,除要求CaSO 含量符 合要求外,对其中其他杂质应加以限制。如,采用磷石 膏时,要求含P2O 数量不超过3%,采用氟石膏时,应 先用石灰中和至呈微碱性.以保证其中HF含量极少。 使用石膏干粉末时.细度要求为0.080 mill孔筛 各种原料的性能达到制砖的技术要求后即可配料生 产。因在生产中,原料产地一般不会变动,故其化学成 筛余量≤15%。 2.1.4集料 分基本不变.但生石灰煅烧因素变化较大.要经常对生 石灰进行分析。将分析结果带入公式求得合理配比。 蒸压粉煤灰砖应采用细集料.其粒径>5 tnnl~ 1 8 uyllyw.6 c 一 fe.cos 2.2.1粉煤灰掺量 原料中粉煤灰提供硅、铝组分。在原材料质量和其 他工艺参数基本稳定.生石灰掺量相对不变的情况 接影响到产物的相组成 不论是蒸压或蒸养.对提高强 度起主要作用的都是水化硅酸钙.随着石灰掺量的增 加.存在着一个强度的最佳值,也就是石灰掺量的最 佳值,大于或小于此最佳值.强度都偏低。我们称此最 佳掺量为临界最佳掺量 当处于临界掺量时。水化产 物是处于多相平衡的状态的.如在蒸压条件下,托勃莫 来石、CSH(I 1、C—S—H凝胶、单硫型水化硫铝酸钙及水 化石榴子石等同时并具有合适的比例而平衡存在的. 下.制品的性能与粉煤灰(或砂子)的掺量有明显关 系 制品强度随粉煤灰掺量增加而降低。随着砂子掺 量增加而提高.且制品密实度提高,干缩率随之降低。 中国建筑东北设计院和沈阳建筑大学的科研人员.在 收集国内几十家生产企业试验资料并进行的试验研 究表明:当粉煤灰掺量大于42%时.砖的抗折强度随 粉煤灰掺量的增加有下降的趋势.而粉煤灰掺量小于 使制品具有良好的综合性能。如果石灰掺量太低,低于 临界掺量.即使有蒸压条件.也不能生成结晶良好的托 42%时.砖的抗折强度随粉煤掺量的减少亦有下降的 趋势.这说明了粉煤灰与骨料间存在合理匹配问题这 有待进一步深入研究 曾对某企业掺灰量高达90%的 砖(其抗压强度试验结果达到MU10级.而折压比仅为 0.16)进行了两砖的对撞试验.结果两块砖同时呈粒状 脆坏 在对不同折压比的蒸压粉煤灰砖墙体所进行的 伪静力(恢复力特性)试验可明显看出折压比低(即抗 折强度低)的砖墙开裂过早,且脆裂突然。因此.为使 勃莫来石和水化石榴子石。制品中有托勃莫来石晶相 很重要.它不仅仅对强度有好处.而且对抵抗收缩和耐 久性能都是非常有用的。因此.粉煤灰制品中控制合适 的石灰掺量是非常重要的措施 有关资料统计数据表明.ACaO掺量最佳范围应 为8% 14%f粉煤灰颗粒粗时取上限.颗粒细时取下 限)。有的则要求为7%。笔者认为上述所要求的比例, 是通过石灰掺量对砖的强度影响的统计数据取得的. 蒸压粉煤灰砖具有较高的抗折强度.以满足建筑工程 的质量和安全的需要.粉煤灰掺量不宜超过55% 2_2.2石灰掺量 蒸压粉煤灰砖的性能是由于粉煤灰中的硅、铝质 成分与石灰中ACaO相互作用的结果.而石灰中的 即为满足粉煤灰砖强度要求的最佳掺量.如图1所示 的关系曲线 11O ACaO的含量是变动的.因此.确定石灰掺量应以 ACaO进行计算 石灰提供与硅、铝组分发生作用的ACaO,并在水 化时发热.可以促进石灰消化和有利于砖坯在养护前 踊 105 100 l 1 I 、 i l I 一 的强度增长 混合料的活性石灰用量.对硅酸盐制品的强度影 响很大 当其他条件相同时.特别是当硅质材料的细 度一定时。其强度起初是随ACaO数量的增加而增长。 16) 图1 石灰用量与相对强厦关系 二 但当ACaO超过一定值时.其强度反而下降。因此.存 在一个最佳的ACaO含量 a.另据有关科学实验研究表明.当有效CaO(ACaO) 低于1O%时。则只有CSH(I)产生。并强调“这是经很 当ACaO含量不足时。水化产物数量少.产品强 度低,碳化后强度降低比例大f碳化系数小),其他性能 也难保证: 多次试验测试并能重复得到证实的事实” 由于CSH f I 1在水化产物中对砖的强度贡献最大,当ACaO含量 b.如果ACaO过量.强度却并不显著增长.而且蒸 汽养护中易于产生体积膨胀.产品尺寸偏差大.发生 低于l0%时,只有CSH(I)产生,并不会使砖的强度受 到不良影响.但因没有托勃莫来石和水化石榴石等具 微裂纹等缺陷.此种情况下,强度反而降低。 c.对于不同品质的粉煤灰.最佳石灰掺量(或最佳 ACa0含量)及对强度影响的具体数值不同.但其与强 度之间的关系曲线是相似的.呈抛物线关系 有较好的抵抗干燥收缩和耐久性能的晶体生成.这样 将会严重影响粉煤灰砖的耐久和干燥收缩性能 因此.既要使砖具有高强度.又要具有较好的耐 久和干燥收缩性能.最佳ACaO掺量不应低于1O%. 其最佳掺量范围应为10%~14% 对于不同品质的粉 石灰的掺量除了影响水化产物的数量以外.还直 2010 ’ WWW.brick-tile.conr 1 9 煤灰,这个最佳掺量是不相同的,与SiO 和Al20,含量 时,就需要较大用水量;采用砂时,用水量就小;采用 有关。具体掺量应通过试验确定。 蒸压粉煤灰砖的配合比中.石灰掺量的计算方 法.是根据上述的最佳ACaO含量范围选定混合料中 所需ACaO含量.以下式计算石灰掺量: 石灰掺量=f混合料中所需ACaO含量/所用石灰 中ACaO含量1×100% 生石灰,用水量大;采用电石渣f相当于消石灰1加水量 可以减少 。 蒸压粉煤灰砖,当钙质材料采用生石灰、集料采用 煤渣时.配合比中的成型含水量应控制在19%~23% (绝对含水率)。它是原材料中所含水量与在搅拌、轮 碾等工艺过程中加入的水量总和。当采用消石灰(电 石渣)和砂做集料时成型含水量最低可降至8%。对于 每一种具体的成型方法和一定配比的硅酸盐制品.都 粉煤灰掺量(%)=100%一石灰掺量 2.2.3石膏掺量 配料中是否掺石膏.应根据实验决定。在所确定 存在一个最佳的含水量,它可用实验方法确定,并应 的工艺条件下。如果可以达到预期的强度要求(包括 尽量降低成型含水量。降低成型含水量。是改善制品 抗压强度和抗折强度).则可以不掺石膏。石膏的掺人 结构的有效途径.同时采用相应的成型方法使之充分 会形成钙矾石。它具有良好的物理力学性能,但能够 密实.可使制品的密实度和强度增加.从而可减少孔 使制品产生微膨胀.若数量过多.则能使制品崩裂而 隙和毛细管.提高其耐久性 破坏,因此,在粉煤灰砖中,其抗冻性一般会降低。所 2.2.6配合比的确定 以,在生产有抗冻性要求的粉煤灰砖时,应该严格控 由于原材料的品质不同.各厂采用的工艺流程和 制石膏的掺量 选用的设备不同,因此。对于某一具体工厂的配合比, 蒸压粉煤灰砖的石膏(天然石膏或脱硫石膏)掺 根据上述一些原则.在初定配合比的基础上.需通过 量以l%~2%(外掺1为宜。掺量过多,并不能有效提高 半工业性试验加以调整、最后予以确定。 强度,反而对碳化稳定性和抗冻性有不利影响。使用磷 参考文献: 石膏时,采用2%~3%为宜:氟石膏以1%为宜。 『11孙晋涛,孙承绪,徐佐璋.硅酸盐工业热工过程及 石膏常采用外掺计量.即以石灰、粉煤灰之和为 设备『M1.北京:中国建筑出版社,1985. 100%。外加石膏 『21 庞强特.混凝土制品工艺学『M1.武汉工业大学出 2.2.4集料掺量 版社.1995. 砂、炉渣等集料,主要起调整级配的作用,其掺量 【3】 吕梁,侯浩波.粉煤灰性能与利用[M】.北京:中国 应以组成最佳颗粒级配为目标加以确定。一般来说: 电力出版社.1998. 粉煤灰:集料:1.0~2.O:1.O 科学研究和生产实践表 【4】 王福元,吴正严.粉煤灰综合利用手册[M].北京: 明,生产高强度蒸压粉煤灰砖,宜采用砂子(或细石 中国电力出版社.2004. 屑)作集料,砂子既属硅质材料。又是制品的骨料。石 『51 马保国,钟开红等.水化产物对粉煤灰加气混凝土 英砂制品较长石砂制品的物理力学性能优越。砂的颗 强度的影响Ⅱ】.墙材革新与节能建筑,2004(5). 粒级配好,孔隙率小,填充于空隙中的胶结料就少。为 『61李庆繁等.原料及其配合比与蒸压粉煤灰砖的耐 了降低砖的表观密度.可适量掺入一些煤渣.但应保 久性Ⅱ].墙材革新与节能建筑,2004(9). 证砖的产品质量 【7】 陈福广,沈荣熹,徐洛屹.墙体材料手册【M】.北京: 2.2.5 水用量 中国建材出版社.2005. 水用量是影响蒸压粉煤灰砖产品质量和成型工 [8 8】陶有声.非烧结砖的发展、问题及对策U】.砖瓦, 艺的重要因素 水量应保证在工艺过程中消化和形成 2008(1). 水化产物的需要.还需保证成型时和易性良好。成型 『9 91行业标准1C/T 619石灰术语. 水分过多或过少都会使成型时产生“过压”现象.而易 『101 中国工程建设协会标准.蒸压粉煤灰砖建筑技术 损坏压砖机。另外。水分过少还会产生砖坯过厚:水分 规范.CECS 256:2009. 过多易产生砖坯层裂.这些都是影响砖的外观和质 『111 全峰,朱钒,傅正义.蒸压炉渣砖生产工艺研究 量,造成废品 Ⅱ】.砖瓦,2009(10). 水用量与原材料性质、配合比、原料颗粒级配、消 收稿日期:2009-12-24 化方式、压砖机型号等有关。例如:用煤渣作细集料 20 ll,ll,ll,.6r 一 le.COnr 2010 ̄