高性能蒸压粉煤灰砖生产工艺技术综述 李庆繁1 高连玉2 赵成文 3 （1辽宁省墙体材料协会 抚顺 113008； 2中国建筑东北设计研究院有限公司 沈阳110003； 3沈阳建筑大学 沈阳110168） 摘 要：本文首先就中国工程建设协会标准CECS 256∶2009《蒸压粉煤灰砖建筑技术规范》，对蒸压粉煤灰砖提出的技术要求，进行了简要介 绍。其次就如何生产满足《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生产工艺技术进行了讨论，并以利用工业废渣生产蒸压粉煤灰砖的实例，说明 了配合比与产品性能的关系。 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 2.3.6 砖坯成型 坯体成型的目的是将混合料加工成所需规格的砖坯。砖的质量很大程度上取决与砖坯的质量，通常情况下砖坯越密实，体积密度就越高，最后成品的抗压强度也会越高。蒸压粉煤灰砖成型采取半干法，压砖机压制成型。 成型的要求是：①砖坯外形尺寸达到标准要求，减少层裂和缺陷，外观完整；②具有足够的密实度。 成型应选用大吨位、高压强自动液压压砖机实行双面多次排气、压制成型。其加压时间长，压制过程中有排气阶段，因而可消除砖坯分层，提高砖坯密实度和产品强度高。 以 往蒸压粉煤灰砖生产中发生的砖坯侧面分层裂缝，其原因除配合比中粉状物料过大外，主要为压砖机的压力较小，压制时间太短，无排气过程等设备和工艺问题。首 先是当压砖机压力卸去后，砖坯内的气体无法排除，坯体发生“回弹”造成的。因此，在采用大吨位液压压砖机时，配合比中一定要有足够的集料掺量，以提高砖的 抗压和抗折强度，提高砖的耐久性能和减小干燥收缩。 成型好的砖坯码放在养护小车上，由轻便轨道推送至静停线上，排成一列（一釜的装载量）后，由牵引车或卷扬机牵引入釜。 养护小车台面应平整，刚性要好。每次使用前应对小车台面进行清扫，不得有粘着物料，以免在运送过程中，由于砖坯堆码不平而造成断裂。 小车轨道接头要求平整，以免运输时小车振动，造成砖坯损伤。 2.3.7 养护 1、静停 砖坯在蒸压养护前，需要放置一段时间，称作静停。它的目的是使砖坯在蒸压养护之前达到一定的强度，以便在蒸压养护时能抵御因温度变化和水分迁移产生的应力，防止砖坯裂缝。 静停分自然静停、湿热静停和干热静停几种。 （1）自然静停 将砖坯放在车间内进行自然干燥，使其具有一定的初始强度。自然静停的时间长短，受自然环境温度的影响，夏季可缩短，冬季需延长。它比湿热静停和干热静停时间长，因而延 长了生产周期，增加了养护设备和运坯工具。它只适用于天气炎热的地区，在砖坯含水较小 时采用。 （2）湿热静停 将砖坯置于专门的静停室内，通入蒸汽，在50℃～60℃下静停3～7h。砖坯的强度增长，主要由环境温度决定，提高环境温度可大大缩短静停时间。 （3）干热静停 将砖坯置于专门的干热静停养护室内，室内设有干热管道，蒸气通入干热管道内，通过干热管散热加热空气，使砖坯脱水而获得一定强度。 干热静停温度为50℃左右，静停时间为20～30h。与湿热静停比较，干热静停升温慢，周期长，生产效率低。这种静停方法适用于砖坯水分较大者，一般成型水分在25%以上时才采用。
图3 表示了几种静停条件与砖坯强度的关系 当 砖坯成型含水率较高时，需要通过静停过程的干燥提高砖坯强度，以避免蒸压养护时因温度变化和水分迁移产生的应力，造成砖坯裂缝。那么，对于采用双面多次排 气、加压的大吨位、高压强自动液压压砖机成型的砖坯，成型含水率在8%～14%，且消除了层裂现象，是否采用静停或如何静停，应通过生产实践加以确定和调 整。如大连宏泰建筑材料有限公司，砖坯成型含水率在13%左右，且消除了层裂现象，蒸压粉煤灰砖生产线原设计采用自然静停。在实际生产中，为防止砖坯表面 的水分散失，用塑料薄膜罩将装满坯体的小车罩住，即不需要通过砖坯的干燥来提高坯体强度，当砖坯码满最后一个小车，即刻送入高压釜中，砖出釜后经检测，最 先码到小车上的砖坯和最后码上的，产品质量并无差异，也就是说不需要静停。 2、高压蒸汽养护 粉煤灰在蒸压工艺条件下与氧化钙、生石膏反应生成了强度较高、结晶较稳定的水化硅酸钙系列矿物，主要以托贝莫来石晶相存在，并生成了抗碳化性能较好的水化石榴子石，而使其具有独特的优越性。 高 压蒸汽养护既提供了激发活性所必需的温度，又提供了反应所必需的湿度和压力，加速了坯体中粉煤灰中的硅、铝质组分和石灰中的ACaO之间的水化和水热合成 反应，生成具有强度的水化产物，增加制品的结晶度，缩短硬化时间，获得一定强度和各种性能，最终形成产品，得到各项性能均符合产品质量标准要求的蒸压粉煤 灰砖。 就养护而言，砖各项性能的优劣，主要决定于养护压力 (温度)的高低，以及养护时间的长短。压力(温度)高，反应充分，各项性能都较好。同时，砖养护压力(温度)高时，得到相同强度所需的养护时间也可相应缩短。 （1）养护压力对制品性能的影响 粉煤灰砖的高压蒸汽养护压力愈高则温度愈高，在相同的养护时间条件下，砖的强度愈高、干燥收缩值也愈小。表10给出了高压蒸汽养护和常压蒸汽养护以及高压蒸汽养护的养护时间相同压力不同时，对砖的力学性能及干燥收缩的实验结果。 表10 不同蒸压制度对砖物理力学性能和干燥收缩性能的影响
从表10试验结果可看出：采用高压蒸汽养护，在相同的养护时间条件下，随着养护压力的提高，砖抗压强度随之提高，干燥收缩值随之降低。同时可以看出：高压蒸汽养护及养护制度对硅酸盐制品的物理力学性能有较大影响。 （2）不同养护时间对制品力学性能的影响 一 般来说，在一定养护压力度条件下，蒸压养护时间增长，水化产物增多，制品强度增高，并会达到一个峰值。当达到一定养护时间，强度达到峰值时，继续延长养护 时间，反而导致强度下降。这是由于养护时间过长，对粉煤灰硅酸盐蒸压制品强度贡献最大的CSH(Ⅰ)向托勃莫来石转化，结晶度提高，CSH(Ⅰ)含量减少 而致使强度下降。实际上对于每一个蒸压养护压力，都存在一个最佳的蒸压养护时间，在相应的养护时间下，对应的强度最高。例如对于粉煤灰硅酸盐制品，在计示 压力784kPa时，最高强度经16h达到；1568kPa时，经5h达到；2058kPa时，经3h达到。显然，粉煤灰砖的蒸压养护压力越高达到最高强 度所需时间越短。 另外从表10中可以看出，砖强度的增长速度随着养护压力的升高而加速，其原因在于加速了水化反应的速度。那么超过 最佳蒸压时间，同样会使由CSH(Ⅰ)向托勃莫来石转化的水化反应速度加快，致使养护压力愈高，当强度出现峰值后下降速度愈快。因此，当采用较高养护压力 时，可缩短并且应更严格地控制养护时间。 确定采用什么样的养护制度，应从制品的强度、蒸压釜的生产率和造价几个方面考虑。 过 去一些工厂采用的蒸压釜的工作压力较低，尽管砖的强度能够达到标准的规定，但砖的干燥收缩值较大，耐久性较差，这是造成蒸压粉煤灰砖使用时墙面裂缝较多的 原因。近些年的科学研究和生产实践表明，为使砖的强度、干燥收缩和耐久等性能同时满足要求，蒸压粉煤灰砖的蒸压养护的饱和蒸汽压力宜在 1.0～1. 5MPa范围内。 养护中升温、降温速度不当，砖坯会产生裂纹，影响外观质量。 粉煤灰砖蒸压养护的工艺参数参见表11。 表11 蒸压养护工艺参数 /h
3 利用工业废渣生产蒸压粉煤灰砖的实例 下面依据有关资料介，利用粉煤灰、电石渣和废石屑等工业废渣，生产蒸压粉煤灰砖的配比和产品性能的简要介绍，就配合比与产品性能的关系进行讨论。 3.1 原材料配合比及产品性能 3.1.1 原材料 1、粉煤灰 粉煤灰细度为0.080mm方孔筛筛余12%，硅铝比SiO2/Al2O3=3.22，其化学成分见表12。 表12 粉煤灰的主要化学成分
2、电石渣 电石渣的主要化学成分见表13。 表13 电石渣的主要化学成分
3、其它 石膏采用化学石膏。 集料采用废石屑。 3.1.2 配比及产品性能 采用粉煤灰、电石渣、废石屑和化学石膏，确定了9种不同的配比生产蒸压粉煤灰砖，其配比及产品性能见表14。 表14 蒸压粉煤灰砖配比及产品性能
这里需要说明的是，由于所进行的实验研究，抗冻性能试验是按GB/T2454—2003规定的方法进行的，与《规范》的规定有较大差异，因此，本文未列出抗冻性能试验结果。 3.2 讨论 3.2.1 粉煤灰掺量不变时 由 表14中的样1～样5可以看出：当粉煤灰掺量不变均为50%时，电石渣掺量由16%，按2%递减至8%，则ACaO在粉煤灰与电石渣混合料中的含量递减， 依次为15.78%、14.24%、12.6%、10.85、8.98%；废石屑掺量由32%，按2%递增至40%，粉煤灰与集料之比递减，依次为 1.56、1.47、1.39、1.31、1.25。砖的强度和抗碳化性能均呈下降趋势，干燥收缩性能提高。 砖强度的降低是由于电石渣掺量的减少，导致ACaO含量减少，致使胶凝物质减少造成的。表明砖的强度在一定范围内与ACaO在粉煤灰和电石渣混合料中的含量呈正相关。 而干燥收缩值的降低即干燥收缩性能的提高，则是由于集料的增加，使粉煤灰与集料之比值降低，而提高了砖的干燥收缩性能。表明砖的干燥收缩性能同粉煤灰与集料之比呈负相关，即比值增大干燥收缩性能下降。 抗 碳化性能的降低，与强度降低一样，是由于ACaO含量的减少所致，但并非是由于胶凝物质的减少，而是由于碱度的降低使然，当电石渣掺量降低至10% （ACaO含量10.85%）和8%（ACaO含量8.98%）时，碳化系数则不符合《规范》应不小于0.85的规定。表明砖的抗碳化性能与ACaO在粉 煤灰和电石渣混合料中的含量呈正相关。 3.2.2 电石渣掺量不变时 由表14中的样6、3、7、8、9可 以看出：当电石渣掺量不变均为12%时，粉煤灰掺量由45%，按5%递增至65%，则ACaO在粉煤灰与电石渣混合料中的含量递减，依次为13.71%、 12.6%、11.66%、10.85%、10.15%；废石屑掺量由41%，按5%递减至21%，则粉煤灰与集料之比依次为1.10、1.39、 1.77、2.31、3.10。砖的强度、干燥收缩和碳化系数均呈下降趋势。 砖的强度和干燥收缩性能的下降，是在水化反应产生的胶凝物质基本不变的情况下，由于粉煤灰掺量的增加，起增强和抵抗干燥收缩作用的集料掺量相应减少，即粉煤灰与集料比值增加所致。表明砖的强度和干燥收缩性能与粉煤灰与集料之比呈负相关。 砖的抗碳化性能的降低，是在电石渣掺量不变的情况下，由于粉煤灰掺量的增加，ACaO在粉煤灰和电石渣混合料中的含量下降，导致碱度的降低所致。亦表明砖的抗碳化性能与ACaO在粉煤灰和电石渣混合料中的含量呈正相关,。 3.3 小结 1、当粉煤灰掺量不变时： （1）砖的强度在一定范围内与ACaO在粉煤灰和电石渣混合料中的含量呈正相关； （2）砖的干燥收缩性能同粉煤灰与集料之比呈负相关； （3）砖的抗碳化性能与ACaO在粉煤灰和电石渣混合料中的含量呈正相关，从样4和5可见，当砖的ACaO在粉煤灰与电石渣混合料中的含量降至10.85%和8.98%时，尽管砖的强度可满足《规范》的规定，但碳化性能不符合要求。 2、当钙质材料——电石渣掺量不变时： （1）砖的强度和干燥收缩性能同粉煤灰与集料之比呈负相关；从样7可见，当粉煤灰与集料之比为1.77时,砖的干燥收缩性能不满足《规范》要求；从样9可见，当砖的粉煤灰与集料之比为3.10时，砖的强度不满足《规范》的最低强度等级的规定； （2）砖的抗碳化性能与ACaO在粉煤灰和电石渣混合料中的含量呈正相关；从样9可见，当砖的ACaO在粉煤灰和电石渣混合料中的含量为10.15%，碳化性能不符合《规范》的规定。 青岛海晶化工集团建成年产1亿块标砖“电石渣－粉煤灰－废石屑”体系的生产线，取消高耗能的石灰原料，利废率达100%。 4 结束语 综 上所述，生产高性能蒸压粉煤灰砖，为使其各项物理力学性能和耐久性能符合《规范》的规定，满足建筑工程质量和安全的需要，所用原材料的理化性能应满足生产 工艺的要求，要有科学而合理的配合比且计量要精确，要有合理的颗粒级配。ACaO最佳掺量（与粉煤灰和生石灰总量之比）应不小于10%，粉煤灰掺量不宜大 于55%，粉煤灰:集料≈1.0～2.0:1.0，在满足混合料消化（陈化）和成型性能的前提下应尽量降低成型含水率。对于某一具体工厂的配合比，应在初 定配合比的基础上，通过半工业性试验加以调整、最后予以确定。要对原料进行充分的（加水）搅拌混合和消化（陈化），要有足够的碾练时间，以使混合料压实、 活化和均化；成型应采用具有多次排气加压功能的大吨位、高压强液压成型机；成型后的砖坯应进行静停，宜采用50℃～60℃左右的湿热静停（一般2h以 上），对于成型含水率较低，且具有较高强度的坯体，是否需要静停，可通过工业性试验加以确定；砖坯要有合理的高压蒸汽养护制度，饱和蒸汽压力宜在 1.0MPa～1. 5MPa范围内，养护时间根据养护压力的不同应控制在10 h～12h。 参考文献 1 孙晋涛 孙承绪 徐佐璋. 硅酸盐工业热工过程及设备. 北京：中国建筑出版社，1985 2 庞强特. 混凝土制品工艺学. 武汉工业大学出版社，1995 3 吕梁，侯浩波. 粉煤灰性能与利用. 北京：中国电力出版社，1998 4 王福元 吴正严. 粉煤灰综合利用手册. 北京：中国电力出版社，2004 5 马保国 钟开红等. 水化产物对粉煤灰加气混凝土强度的影响. 墙材革新与节能建筑，2004，（5）：28～31 6 李庆繁等. 原料及其配合比与蒸压粉煤灰砖的耐久性. 墙材革新与节能建筑，2004，（9）：25～28 7 陈福广 沈荣熹 徐洛屹. 墙体材料手册. 北京：中国建材出版社，2005 8 马保国 郝先成等. 蒸压电石渣粉煤灰砖的制备和性能. 砖瓦世界，2006，（5）：48～49 9 陶有声. 非烧结砖的发展、问题及对策. 砖瓦，2008，（1）：17～23 10 黄华大. 蒸压粉煤灰砖生产特性及使用性能. 砖瓦世界，2008，（3）：32～36 11 行业标准JC/T 619 石灰术语 12 中国工程建设协会标准. 蒸压粉煤灰砖建筑技术规范，CECS 256∶2009 13 全 峰 朱 钒 傅正义. 蒸压炉渣砖生产工艺研究. 砖瓦，2009，（10）：5～7 通信地址：抚顺市北台二路7—1号二单元401室 邮编：113008 联系人：李庆繁 手机：13009242454 住宅电话：0413—2883505 2009.12.11 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
