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礦渣超細粉制備粉煤灰磚和加氣砌塊研究
[摘 要]本文通過(guò)使用礦渣超細粉替代生石灰試制粉煤灰蒸壓制品，結果表明礦渣超細粉完全替代生石灰后，所生產(chǎn)粉煤灰磚強度很差，而替代50%生石灰時(shí)，粉煤灰磚的抗壓強度降低約42%。當礦渣超細粉替代5%生石灰生產(chǎn)加氣砌塊時(shí)，坯體前期發(fā)氣速度降低，冒泡時(shí)間和靜養總時(shí)間均有所延長(cháng)，由于礦渣超細粉的致密性，導致制品容重明顯變大，而含水率則沒(méi)有明顯變化，能夠在一定程度上提高砌塊的抗壓強度。
[關(guān)鍵詞]礦渣超細粉;粉煤灰磚;粉煤灰加氣砌塊
1 概述
粉煤灰是煤炭燃燒后經(jīng)過(guò)收集得到的細灰，是燃煤電廠(chǎng)產(chǎn)生的主要固體廢棄物。粉煤灰由于具有較好的火山灰活性被廣泛用于墻體材料中蒸壓制品的生產(chǎn)[1-3]，其中蒸壓粉煤灰標準磚和蒸壓粉煤灰加氣砌塊是最具有代表性的產(chǎn)品。蒸壓粉煤灰標準磚尺寸與標準粘土磚完全相同，抗壓強度可以達到10 MPa以上，在國家節能減排保護環(huán)境的發(fā)展思路指引下，“禁實(shí)限粘”政策的執行力度進(jìn)一步加強，蒸壓粉煤灰標準磚能夠完全替代實(shí)心粘土磚。蒸壓粉煤灰加氣砌塊具有輕質(zhì)特性，保溫、隔熱、隔聲性能優(yōu)異，并且具有一定的可加工性，目前已經(jīng)廣泛應用于高層建筑的建設中。蒸壓粉煤灰標準磚和蒸壓粉煤灰加氣砌塊已經(jīng)形成了較為穩定的生產(chǎn)工藝并進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，國內學(xué)者也對粉煤灰蒸壓制品的性能進(jìn)行了大量研究[4-5]。
粉煤灰蒸壓制品中使用生石灰作為膠凝材料，需要消耗大量生石灰，不僅增加了成本，而且石灰礦的開(kāi)采還會(huì )對生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞，因此需要尋找合適的替代材料。�；郀t礦渣是在煉鐵過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣，經(jīng)水淬冷卻后形成的顆粒物，具有很好的潛在水化活性[6]。隨著(zhù)我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，每年這類(lèi)廢渣產(chǎn)生量巨大[7]。經(jīng)過(guò)粉磨后的礦渣超細粉比表面積能夠達到400 m2/kg，其活性進(jìn)一步提高，具備一定的膠凝性能。
本文通過(guò)使用礦渣超細粉部分替代生石灰試制粉煤灰蒸壓制品，以研究其作為膠凝材料替代生石灰的可行性，為生產(chǎn)實(shí)際中降本增效提供參考。
2 試驗
2.1 試驗原料
粉煤灰：選用山西省太原鋼鐵(集團)有限公司自備電廠(chǎng)所產(chǎn)粉煤灰，試驗用粉煤灰達到II級要求。
爐底渣：來(lái)源同粉煤灰。
礦粉超細粉：采用太鋼集團水淬�；V渣超細粉S95。
骨料：采用市售建材石子，最大粒徑10 mm。
以上各原料的化學(xué)成分如表2.1所示。
生石灰：采用市售生石灰。
水泥：采用雙良水泥廠(chǎng)生產(chǎn)的32.5級礦渣硅酸鹽水泥。
水：采用自來(lái)水作為實(shí)驗用水。
2.2 試驗方法
2.2.1 蒸壓粉煤灰標準磚
使用礦渣超細粉分別取代100%和50%生石灰，測試制品的抗折、抗壓強度和重量，并與原制品進(jìn)行對比。
試驗步驟：將粉煤灰、生石灰、礦渣超細粉、石子、爐底渣按照試驗配比進(jìn)行干混，加入水后攪拌5min;將混合物料裝入鐵桶中加蓋消解，消解時(shí)間為100 min;將消解之后的物料填入模具中加壓成型，成型壓力130巴，每組成型3塊;將磚坯置于蒸養釜中養護，養護條件為1.1 MPa恒壓6.5h，溫度保持在174℃。按照《粉煤灰磚》(JC239 2001)檢測制品抗折、抗壓強度和重量。試驗配比如表1所示，其中第3組為對照組。
2.2.2 蒸壓粉煤灰加氣砌塊
使用礦渣超細粉取代5%生石灰，測試料漿在稠化過(guò)程中冒泡時(shí)間、靜養時(shí)間、切割溫度等過(guò)程參數的變化，并檢測制品的強度、容重及含水率，與全部使用生石灰作為膠凝材料的組別進(jìn)行對比。
試驗步驟：使用60℃自來(lái)水按照0. 46的水灰(粉煤灰)比配制粉煤灰漿;依次加入生石灰、礦渣超細粉、水泥攪拌2 min;待料漿溫度達到45℃時(shí)加入鋁粉液繼續攪拌30 s，然后將料漿澆筑至模具中，連同模具一起放入40℃保溫箱中靜養，記錄冒泡時(shí)間和靜養時(shí)間;將稠化完成后的坯體置于蒸養釜中養護，養護條件為1.1恒壓5 h，溫度保持在174℃。按照《蒸壓加氣混凝土砌塊》(GB 119682006)檢測制品抗壓強度、容重和含水率。試驗配比如表2所示，其中第1組為對照組。
3 結果與討論
3.1 蒸壓粉煤灰標準磚
試驗結果如表3所示：
三組試塊的單塊重量相差不大。其中第一組完全使用超細粉試制的試塊強度很低，用手即可捏碎，遠遠達不到使用要求，未進(jìn)行抗折、抗壓強度檢測。對比第2、3組可以看出，使用超細粉替代一半生石灰，抗折強度沒(méi)有明顯變化，抗壓強度方面，使用礦渣超細粉替代50%生石灰，抗壓強度降低約42%。
通過(guò)試驗可知：礦渣超細粉不能單獨當作膠凝材料使用來(lái)制備蒸壓粉煤灰標準磚，完全替代生石灰制備蒸壓粉煤灰標磚強度指標無(wú)法達到。原因在于礦渣超細粉潛在膠凝性質(zhì)必須在堿性環(huán)境下才能激發(fā)，粉煤灰亦然。試驗混合物料體系中缺乏活性堿物質(zhì)，導致水化反應不能進(jìn)行，制品不能形成有效強度。
超細粉與生石灰配合使用的比例具備進(jìn)一步探索的空間，超細粉的加入對抗壓強度有不利影響，可以通過(guò)進(jìn)一步試驗尋找最佳配合摻量。
3.2 蒸壓粉煤灰加氣砌塊
經(jīng)檢測，試驗澆注料漿擴散度為13.5 cm，實(shí)際澆注溫度為44℃。過(guò)程參數比較見(jiàn)表4。
通過(guò)對比可以看出，礦渣超細粉的加入延長(cháng)了冒泡時(shí)間和靜養時(shí)間，切割坯體溫度降低。觀(guān)察試驗坯體發(fā)氣過(guò)程，出現發(fā)氣高度低于模具邊緣3 cm、發(fā)氣不均勻導致局部鼓起等現象。
通過(guò)對比可以看到使用礦渣超細粉少量替代生石灰之后，坯體前期發(fā)氣速度降低，冒泡時(shí)間延長(cháng)3min，靜養總時(shí)間延長(cháng)15 min以上。制品容重明顯變大，而含水率則沒(méi)有明顯變化。
礦渣超細粉具有一定的吸水性能，對料漿攪拌均勻性會(huì )產(chǎn)生一定程度的不利影響。礦渣超細粉較為致密，其潛在水化活性在反應前期不能有效發(fā)揮，水化放熱能力遠遠不及生石灰。礦渣超細粉中的鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料隨著(zhù)反應的持續進(jìn)行，對制品后期強度貢獻明顯，抗壓強度相比對照組得到一定程度提升。見(jiàn)表5。
4 結論
通過(guò)本文研究可以得到以下結論：
(1)礦渣超細粉雖然經(jīng)過(guò)粉磨機械活化，不過(guò)依然無(wú)法作為膠凝材料單獨使用制備蒸壓粉煤灰標準磚，其制品不能形成有效強度。
(2)超細粉替代生石灰的比例具備進(jìn)一步探索的空間，超細粉的加入對抗壓強度有不利影響，可以通過(guò)進(jìn)一步試驗尋找最佳配合摻量，以期在滿(mǎn)足產(chǎn)品性能要求的前提下盡可能降低生產(chǎn)成本。
(3)礦渣超細粉少量替代生石灰生產(chǎn)加氣砌塊，坯體前期發(fā)氣速度降低，冒泡時(shí)間和靜養總時(shí)間均有所延長(cháng)，由于礦渣超細粉的致密性，導致制品容重明顯變大，而含水率則沒(méi)有明顯變化，對抗壓強度產(chǎn)生有益影響。
參考文獻：
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