高性能蒸压粉煤灰砖生产工艺技术综述（中）

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

2.2.2  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。当其它条件相同时，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。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。

1、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(碳化系数小)，其它性能也难保证；

2、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，发生微裂纹等缺陷，此种情况下，强度反而降低。

3、对于不同品质的粉煤灰，最佳石灰掺量（或最佳ACaO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。

石灰的掺量除了影响水化产物的数量以外，还直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，大于这个最佳值或小于此最佳值，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)、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，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%(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，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。

另据有关科学实验研究表明，当“有效CaO（ACaO）低于10%时，则只有CSH(Ⅰ)产生。”并强调“这是经很多次试验测试并能重复得证的事实”。由于CSH(Ⅰ)在水化产物中对砖的强度贡献最大，当ACaO含量低于10%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10%，其最佳掺量范围应为10%～14%。对于不同品质的粉煤灰，这个最佳掺量是不相同的，与SiO2和Al2O3含量有关。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=（混合料中所需ACaO含量/所用石灰中ACaO含量）×100%

粉煤灰掺量（%）= 100%－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。在所确定的工艺条件下，如果可以达到预期的强度要求（包括抗压强度和抗折强度），则可以不掺石膏。石膏的掺入会形成钙矾石。它具有良好的物理力学性能，但能够使制品产生微膨胀，若数量过多，则能使制品崩裂而破坏，因此，在粉煤灰砖中，其抗冻性一般会降低，所以在生产有抗冻性要求的粉煤灰砖时，应该严格控制石膏的掺量。

蒸压粉煤灰砖的石膏（天然石膏或脱硫石膏）掺量以1%～2%(外掺)为宜。掺量过多,并不能有效提高强度,反而对碳化稳定性和抗冻性有不利影响。使用磷石膏时，采用2%～3%为宜；氟石膏以1%为宜。

石膏常采用外掺计量，即以石灰、粉煤灰之和为100%，外加石膏。

2.2.4  集料掺量

砂、炉渣等集料，主要起调整级配的作用，其掺量应以组成最佳颗粒级配为目标加以确定。一般来说：粉煤灰:集料=1.0～2.0:1.0。科学研究和生产实践表明，生产高强度蒸压粉煤灰砖，宜采用砂子（或细石屑）作集料，砂子既属硅质材料，又是制品的骨料。石英砂制品较长石砂制品的物理力学性能优越。砂的颗粒级配好，孔隙率小，填充于空隙中的胶结料就少。为了降低砖的表观密度，可适量掺入一些煤渣，但应保证砖的产品质量。

2.2.5  水用量

水用量是影响蒸压粉煤灰砖产品质量和成型工艺的重要因素。水量应保证在工艺过程中消化和形成水化产物的需要,还需保证成型时和易性良好。成型水分过多或过少都会使成型时产生“过压”现象,而易损坏压砖机,另外,水分过少还会产生砖坯过厚,过多易产生砖坯层裂,这些都是影响砖的外观和质量,造成废品。

水用量与原材料性质、配合比、原料颗粒级配、消化方式、压砖机型号等有关。例如:用煤渣作细集料时,就需要较大用水量；采用砂时,用水量就小;采用生石灰,用水量大；采用电石渣(相当于消石灰)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合。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，都存在一个最佳的含水量，它可用实验方法确定，并应尽量降低成型含水量。降低成型含水量，是改善制品结构的有效途径，同时采用相应的成型方法使之充分密实，可使制品的密实度和强度增加，从而可减少孔隙和毛细管，提高其耐久性。

2.2.6  配合比的确定

由于原材料的品质不同，各厂采用的工艺流程和选用的设备不同，因此，对于某一具体工厂的配合比，根据上述一些原则，在初定配合比的基础上，需通过半工业性试验加以调整、最后予以确定。

2.3  生产工艺

蒸压粉煤灰砖的生产过程大体上包括原料处理，混合搅拌、消化（陈化）、轮碾、砖坯成型、蒸压养护和成品处理等过程。它的基本工艺流程见图2。

2.3.1  原料处理

1、粉煤灰脱水

生产蒸压粉煤灰砖可采用干排灰亦可采用湿排灰。

采用干排灰时，可不进行处理，进厂后可直接贮存于料仓中待用。

采用湿排灰时，根据其含水量大小，选用不同脱水方法进行处理，使其含水率达到要求。

电厂湿法排出的粉煤灰浆，含水率很高，粉煤灰与水的质量比（固液比）高达1∶20～1∶40，即含水率为95%～98%。要使水分达到制砖要求，含水率应为30%～33%，需经过两级脱水。蒸压粉煤灰砖在年产量为5000块左右规模时，可采用浓缩-真空过滤法进行脱水处理。

2、石灰、石膏的破碎和磨细

采用块状生石灰时，需经破碎和磨细，其细度应达到一定要求见表8。

生石灰颗粒越细，与粉煤灰颗粒之间的反应越快，水化生成物也越多，产品的强度高，性能好；但也不宜磨得过细，因粉末耗电量大，使成本增加。对于不同消化工艺，细度要求可有所不同，因地面消化时间长，因而磨细度要求可适当放宽。

表8  生石灰粉磨细度

采用天然石膏，因其为块状，亦需破碎、磨细后使用。其细度要求为0.080mm筛孔筛余量≤15%。石膏可经破碎后按比例配料，在与石灰一起磨细。也可按细度要求单独磨细。

石灰破碎、磨细时应注意以下几点

（1）石灰极易受潮消化，因此，生石灰入厂后应注意防潮，不应该露天堆放。破碎、磨细过程中也要注意防潮。

（2）石灰破碎、磨细时，粉尘很大，应注意防尘。

（3）石灰粉磨经常发生“粘磨”现象，研磨体表面会被一定厚度的石灰粉包裹而降低研磨效果，为防止此种现象发生，可掺入石灰量10%左右的碎砖（破碎的蒸压粉煤灰砖块）作为助磨剂，这不但可消除或减轻“粘磨”现象，而且由于碎砖起晶坯作用，而有利于提高砖的强度。

3、细集料破碎、筛分

采用砂、细石屑为细集料应剔除杂物及粘土，有时应进行清洗。

采用煤渣、矿渣等工业废渣作细集料时，渣中有时含有钢铁屑等夹杂物，在破碎前应剔除。通常采用磁选方法将钢铁屑除去。

经磁选后符合表5要求的集料，当颗粒不能满足需要时，再经破碎后筛分，选用符合要求者作细集料。

2.3.2  配料

蒸压粉煤灰砖的强度及各种性能均是由各种原料相互作用、生成一定的水化产物，组成一定的结构而获得，因此，在生产过程中，要使各组分按规定的配合比进行配料。

配料的目的就是要使各种原料能均匀、准确地按确定配合比例相互混合。为此选择合适的计量方法和计量精确的设备与配料方式，保证物料的准确是必要的，而如何保证物料的均匀性，也应作为选择配料方式的不可缺少的必要条件，尤其是对那些数量较少的原料的配料。例如石膏的配料问题。在选用石灰、石膏混磨工艺时，如果石灰采用机械连续喂料，而石膏采用人工间歇喂料的配料方式，则加入石膏时，不但要称量准确，而且要做到加料时间间隔足够短，保证石灰、石膏在磨中能混合均匀。否则，即使数量是正确的，但可能是不均匀的，将会造成石灰中石膏掺量有时不足，有时有过量的现象，这必然影响产品的性能。

1、配料精度要求

配料中，各种原料计量的允许误差应达到表9的要求。

表9  各种原料计量允许误差

2、配料方式

配料方式有间歇式和连续式两种。

间歇式是以原料质量进行计量的，其称量较精确，当原料变化，数量需要改变时，易于调整。但由于是间歇称量，效率较低。常用设备有磅秤或电子秤等。在使用时，原料对磅秤刀口的沾污和灰尘对电子秤元件的损坏严重，需加强维修。否则，会影响正常生产。对于湿粉煤灰，由于粘性大，计量秤料斗不易下料，因此，不宜采用自动计量秤计量。

连续式则根据计量设备不同有体积计量和质量计量两种。体积计量是以原料体积进行计量的，其设备简单，但受材料含水率、粒度等因素的影响大，计量精确度差。而且配比改变时，调整也困难。常用的设备有调速螺旋给料机、电磁振动给料机、圆盘给料机、叶轮给料机和胶带给料机。

连续计量是采用电子皮带秤。用其计量，对磨细石灰和细集料等干物料，计量误差能控制在1%左右，湿粉煤灰计量误差在3%左右。

2.3.3  混合料搅拌

混合料搅拌的作用是使混合料混合均匀，这是使产品获得预期质量和质量均匀的基础。

搅拌方式有连续和间歇两种。选用哪种方式，应从整个生产过程是否协调考虑和确定。当生产中采用间歇式搅拌时，多选用质量配料法，用自动计量秤计量。

连续搅拌，可选用双轴搅拌机、快速双轴搅拌机等，从搅拌机一端的上方进料，从另一端槽下开口卸料，在进料端部有水管加水，物料在机内停留时间（搅拌时间）可通过机内绞刀角度适当调节，但一经确定，不宜改变。

间歇搅拌，可采用砂浆搅拌机和涡轮强制搅拌机。后者搅拌作用强烈，混合料质量均匀。间歇搅拌时，搅拌时间可根据需要随时调节。

搅拌时间：双轴搅拌机一般为1.8min，间歇式搅拌机一般为2～3min。

搅拌加水量：搅拌加水量应满足生石灰消化及砖坯成型对水量的要求。搅拌时加水应尽量将砖坯成型所需水量一次加足，使碾压中不再加水或少加水。因为搅拌后，混合料经消化，水分可以充分渗入物料中，而碾压中加入的水分，往往较多地留在颗粒表面，如加水过多，则不利于砖坯成型，也不利于砖强度的增长。

同时，应严格控制加水量。搅拌加水量过少，会造成石灰消化不充分，达不到消化目的；加水量过多，混合料在消化时易于“结仓”（混合料粘结在一起，无法出料），使生产不能正常生产。

2.3.4  消化

各种物料经过配料搅拌制成混合料后，生石灰会吸收混合料中的水分，变成Ca(OH)2，这个过程就是消化过程。消化的作用，一是使生石灰充分消解，以便各原料之间进行反应，；二是提高混合料的可塑性，便于成型，这个作用称为“陈化”。消化时间过短，会使生石灰消解不完全，在蒸压养护时继续消化，造成砖坯开裂，严重影响产品质量；消化时间过长，很容易造成混合料结仓，而且影响生产周期，降低经济效益。在使用电石渣等消石灰作原料时，虽然不需消解过程，但经过一段时间“陈化”，使Ca(OH)2溶液渗透到粉煤灰和煤渣等细集料颗粒内部，增加混合料的可塑性，提高坯体成型性能是非常必要的。

消化方式有料仓消化和地面消化两种。

1、料仓消化

料仓消化时将混合料放在消化仓内进行消化。按其操作方式又分间歇式和连续式两种。

间歇式消化分进料、静置消化（按消化要求所需时间静置）、出料等三个阶段。其缺点是易造成“结仓”，影响生产，同时当仓顶进料时，易发生颗粒分离现象，影响砖的质量。

连续式消化的操作不分阶段，连续作业。混合料由顶部连续进料，底部连续出料。物料在仓内边移动边消化。物料在仓内移动的时间，正好相当于消化所需时间，这个时间的长短，可由粉仓底部圆盘给料机调节。这个方法较间歇式为优，但耗电量大。

料仓消化可将石灰消化时放出的热量积蓄起来，消化时温度高，可加速消化过程，还可促进过烧CaO、过烧MgO提早在消化仓内吸水消化，消除砖的质量隐患。

2、地面消化

地面消化时将搅拌好的混合料放置于库房内地面上进行消化。与料仓消化进行比较，由于保温效果差，消化所需时间长，需较大的堆放面积，故一般产量较大时，不宜采用。但陈化效果好，混合料质量高。

3、消化时间

采用生石灰消化时，两种消化方式的消化时间分别为：料仓消化1.5 h～4h，地面消化8 h～16h，采用消石灰（包括电石渣）为原料时，消化时间为35min左右。

混合料消化时间除与消化方式、采用原料不同而有差别外，还应根据原料磨细度、气温等因素进行调节。

2.3.5  碾练

混合料消化后采用轮碾机进行碾练，主要起压实、活化和均化作用。如消化后混合料的含水率不能满足成型的需要，则应加水碾练，加水时应将水喷成雾状加入到混合料中。

轮碾碾练能提高混合料的活性和均化程度，并使物料中大部分空气排除，而有利于提高极限成型压力和坯体密实度，从而提高制品的强度，对于保证砖坯和产品质量都有重要的作用。

粉煤灰是一种具有多孔结构的物料，其空隙率高达65%～75%，因此，在粉煤灰颗粒内部和颗粒间存着在大量的空气。在成型过程中一部分空气排出砖坯，而另一部分则被压缩和产生较大的反作用力，并使砖坯加压结束时产生强烈的回弹作用。通过轮碾可以排出物料中的一部分空气，使其更加密实，并避免砖坯的分层现象和产生裂纹。根据实测，未经轮碾的混合料，其极限成型压力为16MPa，而轮碾后的则为24MPa，这就足以证明轮碾可以提高混合料的成型性能。

此外，轮碾也可将粉煤灰颗粒孔隙内的部分水分挤出，使其分布在颗粒表面，增加塑性，降低成型用水量。根据试验资料，用于轮碾的混合料成型水分可明显降低，如轮碾前成型水分若为25%，轮碾后可降至15%，这对提高砖的质量颇为有利。

当用矿渣和炉渣做集料时，对矿渣和炉渣而言，轮碾的作用主要是活化，这是由于物料通过碾磨和破碎，出现了新的表面，增加了水化表面积，加强了水化作用，使水化产物增多，有利于提高砖的强度。例如，混合料未经轮碾时，砖的强度仅为8.7MPa，而经轮碾后的混合料，砖的抗压强度增至17.2MPa。

影响轮碾效果的主要因素之一是碾轮的质量。碾轮质量不同，轮碾效果也不同。例如，当采用600kg的碾轮时，轮碾10min，砖的强度仅为6.2MPa，而采用碾轮为3990kg的轮碾机时，只需5min轮碾，砖的强度就增至20.2MPa。

影响轮碾效果的另一重要因素是轮碾时间。试验表明，无论是采用φ1600×370mm的轮碾机，还是采用φ1600×400 mm的轮碾机，轮碾5min后再延长时间，对提高砖强度的作用不大。经验表明，对于φ1600×450mm的轮碾机，当每次的加料量为400～600kg时，其轮碾时间为5～6min。