煤石燒結(jié)泡沫磚的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

煤石燒結(jié)泡沫磚的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

在中國，粘合樁的生產(chǎn)和使用有著悠久的歷史。生產(chǎn)粘土磚破壞了大量的耕地和山林，嚴(yán)重破壞了中國的生態(tài)環(huán)境，損害了中國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。近年來,國家在全國范圍內(nèi)實(shí)施了全面禁用燒結(jié)粘土磚的產(chǎn)業(yè)政策,燒結(jié)粘土磚退出建材市場已成為必然;同時,隨著我國國民經(jīng)濟(jì)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(yīng)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(yán)重影響了人們的生活環(huán)境、財產(chǎn)及生命的安全,同時制約了國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。利用煤矸石來生產(chǎn)新型墻體材料既符合國家的相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策,也有利于環(huán)境保護(hù)和國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。用煤矸石生產(chǎn)燒結(jié)磚的工藝在我國已較成熟,但主要是生產(chǎn)實(shí)心燒結(jié)磚和空心燒結(jié)磚,生產(chǎn)燒結(jié)泡沫磚還鮮見于各類報道及資料(我國亦無相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn))。通過生產(chǎn)煤矸石燒結(jié)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(xué)組成(質(zhì)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(xué)組成(質(zhì)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(jīng)過粉磨處理;湖底淤泥含水較多,必須事先經(jīng)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(xì)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(jìn)行淘洗,以免降低其可塑性。2.2發(fā)泡劑與免燒磚一些學(xué)者的研究表明:含碳高不利于高溫下的膨脹,應(yīng)控制鐵碳比在一定范圍內(nèi)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(jié),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(shù)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(jié)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(jī)物,可塑性較好,保證了成型性,有利于提高生磚坯強(qiáng)度,同時,高溫下有機(jī)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(nèi)能產(chǎn)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(chǎn)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(qiáng)度、滲水性及軟化系數(shù);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(bǔ)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(zhì)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?dāng)嚢柽^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(diào)整用水量。生磚坯的干燥采用的是自然干燥。實(shí)際生產(chǎn)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(shí)驗(yàn)電熱棱式窯,燒成溫度為1050℃。實(shí)際生產(chǎn)中最好采用隧道窯或輪窯燒制,并可適當(dāng)加入少量煤。其溫度曲線如圖2所示。在室溫到200℃范圍內(nèi),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(jīng)過烘干,則可縮短此溫度段的時間);400℃至600℃范圍內(nèi),由于石英的晶型轉(zhuǎn)變有較大的體積效應(yīng),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(dāng)?shù)谋貢r間(約30min),過短則燒不透,過長則會導(dǎo)致液相粘度過低,產(chǎn)品高溫強(qiáng)度降低、產(chǎn)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(fēng)急冷,以后間接緩慢冷卻。4導(dǎo)熱系數(shù)wlp法本研究對5批次的200個產(chǎn)品各按10%隨機(jī)抽樣進(jìn)行了測試,測試指標(biāo)為強(qiáng)度、孔隙率、閉口氣孔率、表觀密度、導(dǎo)熱系數(shù)。測試結(jié)果如表3所示。強(qiáng)度測試時采用的是立方體抗壓強(qiáng)度,最大值為6.85MPa,最小值為5.6MPa,平均值為6.3MPa;導(dǎo)熱系數(shù)測定時采用的是240墻,未用砂漿抹面。目前,我國尚無燒結(jié)泡沫磚的國家標(biāo)準(zhǔn),其性能只能與“燒結(jié)空心磚和空心砌塊”及“蒸壓加氣混凝土砌塊”的國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行比較。4.1塊的國家標(biāo)準(zhǔn)比較因目前無燒結(jié)泡沫磚的國家標(biāo)準(zhǔn),將其相關(guān)技術(shù)指標(biāo)與空心砌塊的國家標(biāo)準(zhǔn)比較如表4、表5、表6所示。對比以上相關(guān)指標(biāo):在孔隙率小于、密度遠(yuǎn)小于燒結(jié)空心磚的情況下,燒結(jié)泡沫磚的強(qiáng)度等級仍優(yōu)于燒結(jié)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(jié)泡沫磚的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)與蒸壓加氣混凝土砌塊的國家標(biāo)準(zhǔn)比較如表7、表8、表9、表10所示。對比以上相關(guān)指標(biāo)可得燒結(jié)泡沫磚的各項(xiàng)性能指標(biāo)等同或優(yōu)于同等級的加氣混凝土砌塊。其強(qiáng)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)