高摻量粉煤灰燒結磚的最佳配比

1、研究簡報 文章編號 : 1000 - 9957 ( 2005 ) 02 - 0154 - 04高摻量粉煤灰燒結磚的最正確配比高 少 霞 ,于 林 平 ,王 安 怡(大連水產學院 土木工程學院 ,遼寧 大連 116023 )摘要 : 為了全面有效地考慮多種因素對高摻量粉煤灰燒結磚的影響 , 運用正交試驗設計方法對高摻量粉煤灰燒結磚進行了試驗 。通過對試驗結果的系統(tǒng)分析 , 優(yōu)選出了具有最正確性能的配比方案 , 提出 了目前適應高摻量粉煤灰燒結磚的生產工藝 。關鍵詞 : 粉煤灰燒結磚 ; 生產工藝 ; 正交試驗設計中圖分類號 : TU5221064文獻標識碼 : A高摻量粉煤灰燒結磚是以燃煤電廠排

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 磚 , 既保持了燒結磚的優(yōu)點 , 又具有新型墻體材料的特點 , 開展這一產品 , 在節(jié)土方面的社會效益和經濟效益將是非?？?觀的 。國內 生 產粉 煤灰 燒 結磚 的工 作 起步 較晚 , 摻灰 量 由 20 世 紀 50 年 代的20 % 30 % , 開展到 80 年代的 50 % 60 % 。作者在研究了影響粉煤灰燒結磚性能各因素的根底試驗(包括材料組成 、摻入量 、成型劑種類 、成型方式 、焙燒溫度及時間等 ) 的根底上 1 ,

3、 運用正交試驗 設計法對高摻量粉煤灰燒結磚生產工藝進行了試驗 , 并對試驗結果進行了系統(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磚的摻灰量已高達 85 % , 此摻灰量比例目前在國內 最高 。1 試驗設計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狀態(tài)為宜 。成型

4、設備采用 1 500 kN 壓力機 、壓力模具 (大連理工大學建材實驗室 ) 。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 。成型過程為 : 在下芯模兩側放上墊塊 , 將套模放入下芯模 , 裝入粉料 , 再裝上芯模 , 開始加壓 , 加壓速度控制在 012 014 kN / s, 到達成型壓力后停留 2 m in, 去掉壓力 , 在脫模套筒內放入海綿墊 , 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 。經壓力機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 。試驗證明 , 假設升溫速度過快 , 燒成時間短 ( 3 h) , 那么坯體易變形并產生黑心 ; 當溫度達 1 200 時 , 坯體外表光滑 、發(fā)亮 , 已明顯釉化 , 但強度較高 。經反復試驗表明 , 對于粉煤灰燒結磚 , 磚坯必須慢速升溫 , 適當延長保溫時間 , 最后確定的升溫制度見表 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時間 / h111114 因素與水平在根底試驗過程中 , 發(fā)現(xiàn)粉煤灰燒結磚的燒結過程是一種以出現(xiàn)液相的燒結過程為主 ,物理化學變化為輔的過程 。燒結過程主要發(fā)生在 900 以后 , 開始燒結溫度不低于 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 , 綜合考慮本錢和今后實際生產的具體情 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 個因素 , 每個因素選因素水平表見表 2。3 個水平 , 其115 正交試驗設計及試驗結果4 3 試驗選用 L9( 3 )正交表來安排試驗,D 列為空白列 。試驗方案及測試結果見表 3。表 3 正交試驗結果及試樣性能表Ta b13 The re su lts of the or thogona l te st試驗號抗壓強度 /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 試驗結果分析211 直觀分析由表 3可見 , 9個試驗組中 1 號試驗組 A1 B1 C3 的抗壓強度最高 , 此外 , 2 號 A2 B1 C1和 4 號 A1 B2C2試驗組也都有較高的抗壓強度 。212 極差分析因素極差的大小反映了每個因素對試驗指標影響的大小 , 因素的極差越大 , 說明這個因素對試驗指標的影響越大 , 即為主要因素 ; 反之 , 那么為次要因素 4 。從表 3 可見 , 影響抗壓強度的主次因素 為 : B A C。以因素的水平數(shù)為橫坐標 ,A1 B1 C2 為最正確試驗組合 。各水平指標的平均數(shù)為縱坐標繪制趨勢圖見圖 1。從圖

10、1 可以看出 ,圖 1 因素 指標圖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試驗指標的影響是否顯著 , 對試驗數(shù)據(jù) (表 3 ) 進一步作方差分析 (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的項合并為誤差項 ,結果見表 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 ) , 即在設置 B 因素的 3 個水從表 5的分析結果看 ,B 因素對抗壓強度的影響較顯著(1)3 粉煤灰燒結磚最正確配比確實定采用正交試驗

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

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

14、石灰爆裂1120171611301613強度損失 8 % ,質量損失 5 %無 無4 結論1 ) 用粉煤灰摻入添加劑 , 以半干壓成型法生產粉煤灰燒結磚 ,是大量利用粉煤灰的有效途徑之一 , 該方法與目前國內普遍采用的擠出機成型工藝相比 , 本研究中提出的粉煤灰燒結磚的成型工藝較先進 , 成型壓強建議為 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 85 % , 磚的強度可達 MU 15。3 ) 粉煤灰燒結磚的焙燒溫度與摻灰量和化學成分有關 , 一般較普通粘土磚為高 , 焙燒應采用低 溫慢燒的焙燒制度 , 并適當延長保溫時間 , 最高溫度不宜超過

15、1 200 。4 ) 粉煤灰燒結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 , 具有明 顯的環(huán)境效益 、社會效益和經濟效益 , 是一種具有良好開展前途的新型建筑材料 。參考文獻 : 1 張蔭濟譯 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磷渣在粉煤灰燒結磚中的應用研究 J 1新型建筑材料 , 2002 , ( 7 ) : 11 - 131 3 林鳴遠 ,章巧怡 ,廖思綸 1三種外加劑正交試驗設計及分析 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 M 1大連 :大連理工大學出版社 , 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