粉煤灰烧结砖范文（精选7篇）
粉煤灰烧结砖 第1篇
随着国民经济持续稳定地增长,建筑业作为国民经济支柱产业得到迅速发展,对建筑材料的功能提出了更高的要求,因此研究新型墙体材料就显得十分必要和迫切。本文主要是研究了新疆某建材厂的粉煤灰和页岩的基本性能,从而提出适合烧结空心砌块的工艺配方。
2 原料
页岩和粉煤灰均取自新疆某建材厂。粉煤灰的烧失量为8.02%,原料的化学组分如表1所示。粉煤灰采用工业分析方法测定,其水分为3.79%,灰分为89.46%,挥发分为4.61%,弹筒发热量为1 389.09 kJ/kg。
由表1可知,原料的主要化学成分均为SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO,占总量的85%左右,且均在制砖的合适范围,符合新型粉煤灰烧结空心砌块的要求。
粉煤灰的粒度组成采用筛分法分析,1 mm~0.2 mm以上组成占总量的24.4%。小于0.2 mm粒度组成采用LS230型激光粒度分析仪测定,仪器粒度测定范围为0.375μm~2 000μm,小于0.2 mm原料粒度分析
结果如图1和表2所示。
从表2和图1中可以看出粉煤灰在小于10μm范围内的颗粒含量少,颗粒级配不明显,颗粒平均粒径较大,页岩的粒径分布范围较广,其颗粒粒径分布情况与粉煤灰相比较差别较大,细颗粒较多,塑性颗粒、骨架颗粒和填充颗粒级配良好,对坯料的可塑性会产生较大的改变。
3 试验方案
根据原料的颗粒组成、化学分析结果对页岩的物理性能进行研究。在页岩物理性能测定的基础上将粉煤灰和页岩按照一定的比例进行配料,加入适量的水,混匀后将泥料密封、陈化,对混合料进行基本性能研究,从而找出合适的配比。然后,选择合适配比的粉煤灰以及页岩,加入造孔剂,进行分析研究。
物理性能研究包括有普氏含水率、可塑性指数、临界含水率、干燥线收缩率以及干燥敏感性系数。
4 原料性能研究及分析
4.1 页岩性能及分析
对页岩称量,加入适量的水,混匀后将泥料密封、陈化,对混合料进行物理性能研究。其研究结果如表3所示。
从试验结果可以看出页岩的可塑性较好,但是干燥收缩略大,制品在干燥过程中易出现裂纹。由干燥敏感性系数可以看出其为低敏感性原料。在下面的试验中加入粉煤灰进行进一步的研究。
4.2 混合料性能研究
添加粉煤灰后,页岩和粉煤灰的配比及其编号如表4所示。
按照表4的配方配料,加入适量的水,混匀后将泥料密封、陈化,对混合料进行性能研究,从而找到合适的配比。试验结果如图2和表5所示。
由试验结果可以看出:随着粉煤灰添加量的增加,混合泥料的可塑性指数下降,降幅约10%左右;同时与纯页岩相比临界含水率有大幅度的提高,说明掺入粉煤灰后可以尽早实施快速干燥;由成型含水率可以看出三种试验配方的成型水分都比较大,因此对混合泥料的干燥线收缩有很大的影响;粉煤灰掺入量从30%增加到40%时,干燥线收缩率由3.82%降低到3.48%,但是从40%增加到50%时,仅是从3.48%降低到3.45%,降幅很小,说明粉煤灰掺入量低时干燥线收缩下降得快,而随着掺粉煤灰量的增加,虽然干燥线收缩也还在减少,但减少的程度比较小。干燥敏感性系数也有所下降,尤其是添加粉煤灰量为40%和50%时,明显有大幅度的降低。
这是因为粉煤灰为瘠性料,随着粉煤灰掺量的增加,可塑性指数和干燥敏感性系数随之下降,只要在保证成型所需塑性的前提下,就应尽可能多地掺入粉煤灰降低干燥敏感性系数,这样有利于提高送风温度和风量风速,实现快速干燥。
综合上述试验结果,选择页岩掺入量为60%,粉煤灰掺入量为40%,添加造孔剂,试验配比及其编号如表6所示。
试验过程与上述试验相同,试验结果如图3和表7所示。
造孔剂即气孔形成剂,是轻质隔热保温砖及砌块生产中常用的外加剂。加入造孔剂不仅降低产品的密度,同时烧结制品的导热系数大幅度下降。从图3和表7可以看出,随着造孔剂掺入量的增加,混合泥料可塑性指数随之减小,但是混合泥料的各种干燥性能在添加造孔剂后干燥线收缩率和干燥敏感性系数均有增加,不利于制品的干燥。考虑到实际生产的需要,最终选择EC2配方,即选择页岩60%、粉煤灰40%、造孔剂3%的工艺配方。
5 结论
综合上述可知,随着粉煤灰掺入量的增加,混合泥料可塑性指数以及干燥敏感性系数都有所下降,添加造孔剂后,随着纸渣掺入量的增加,混合泥料可塑性指数以及干燥敏感性系数也有所下降.考虑实际生产最终选择页岩掺入量60%,粉煤灰掺入量40%,造孔剂3%的工艺配方。
摘要：通过对粉煤灰页岩原料基本性能的研究,确定了烧结保温空心砌块合适的原料配方,为粉煤灰页岩烧结保温空心砌块的生产提供了理论依据。
烧结粉煤灰多孔砖砌体力学性能研究 第2篇
烧结粉煤灰多孔砖是一种新型砌块,其成分中没有黏土,且孔洞率大于25% ,大大减少了黏土的用量,节约了社会资源。对粉煤灰烧结多孔砖砌体的抗压强度和抗剪强度进行了研究,多孔砖的使用具有重大的社会意义和民生价值[1]。
1试验准备及过程
1.1试件的准备
本试验选用的烧结粉煤灰多孔砖尺寸为240 mm × 115 mm × 90 mm,经测试其强度平均值 为MU17. 3 ,砌块孔洞为矩形条孔,孔洞有序交错排列,孔洞率为32. 1% 。烧结粉煤灰多孔砖如图1所示。
砌筑用砂浆根据《砌筑砂浆配合比设计规程》 进行制备,本试验采用由32. 5级普通硅酸盐水泥配制的M10水泥砂浆,其配比中水泥: 水: 中砂的重量比例为1∶ 6. 8∶ 1. 2。每盘砂浆要精确称重,经人工搅拌后,即开始进行砌体的砌筑,同时应留置2组砂浆试件,以对其强度进行测试。
1.2抗压强度试验方法
1.2.1砌体试件的制作
依据《砌体基本力学性能试验方法》GBJ 129— 90,粉煤灰烧结多孔砖砌体制作成尺寸为240 mm × 370 mm × 720 mm的砌体。在砌体上部端面放置刚性垫板进行找平。砌体灰缝厚度掌握在8 ~ 12 mm之间,且保证砂浆饱满。砌体截面如图2所示。试验共成 型三个试 件,编号分别 为FM1、 FM2 、FM3 。
1.2.2试验设备
此次试验是在太原理工大学结构实验室进行的,试验选用5 000 k N电液伺服压力试验机测试砌体抗压性能,该试验机由长春试验机有限责任公司生产。它可以较为精确地模拟出试件所受的实际外力和受力状态。
砌体的横向和纵向变形使用接触式位移计进行测量。在选用位移计时要兼顾以下两点: 1确保精度达到试验要求; 2确保量程满足试验要求。综合以上两点,本试验选用量程为1 mm,允许误差为0. 001 mm的千分表。
1.2.3试验方法
对试件进行加载时,采用分级加载的 方式。 首先计算出试件的预估破坏荷载,当对试件施加的荷载达到预估破坏荷载的5% 时,对仪表的灵敏性以及安装的稳固性进行检查。在荷载施加到预估破坏荷载的5% 到20% 之间时,反复预压3 ~ 5次。待预压结束后,对试件进行卸荷处理并将千分表指针示数归零,然后在1 ~ 1. 5 min内均匀加载,保持本级荷载1 ~ 2 min后施加下一级荷载。 待荷载施加至预估荷载的80% 后,对仪表进行拆除,然后对试件连续施加荷载至其破坏,并记录破坏荷载。
1.3抗剪强度试验方法
1.3.1试件的制作
抗剪试验的试件为双剪试件,试件由九块多孔砖组合而成,试件尺寸为240 mm × 300 mm × 370 mm,待砂浆强度达到70% 时,使用1 ∶ 3的水泥砂浆对承压面和荷载的施加面进行找平,找平层厚度为10 mm,并检查其平整度。抗剪试件如图3所示。 待强度达标后,分别测量砌体宽度和厚度,以计算其受剪截面面积。
1.3.2试验设备
此次试验是在太原理工大学结构实验室进行的, 试验选用5 000 k N电液伺服压力试验机测试砌体抗剪性能,该试验机由长春试验机有限责任公司生产。
1.3.3试验方法
抗剪试验的加载方式采用匀速连续加荷方式, 荷载施加的速度按试件在1 ~ 3 min内破坏进行控制。当试件其中一个受剪面被剪坏时,即认为试件破坏,并记录破坏荷载值[2]。
2试验结果
2.1抗压强度试验结果
根据规范[3],砌体抗压强度平均值的表达式为:
式( 1) 中: fm为砌体抗压强度平均值,MPa; f1为砌块抗压强度平均值,MPa; f2为砂浆强度平均值,MPa; k1为与砌块类别有关的参数,取0. 78; a为与块体高度有关的系数,取0. 5; k2为砂浆强度对砌体强度的修正系数,取1。
计算抗压强度实测值,按式( 2) 计算。
式( 2) 中: fcm为试件的抗压强度,k Pa; N0为试件的抗压破坏荷载值,N; A0为试件的截面面积,mm2。
烧结粉煤灰多孔砖在节省材料的同时,对其强度并没有造成损失。相反,烧结粉煤灰多孔砖砌体的强度有一定程度的提高。从表2可以看出,烧结粉煤灰多孔砖砌体的抗压强度高于砌体的规范值, 其抗压强度平均值是规范值的1. 2倍,因此根据现行规范计算砌体抗压强度是安全可靠的。
2.2弹性模量
根据相关标准[4],弹性模量E的的值为 σ 等于0. 4fcm时的割线模量,即按式( 3) 计算。
式( 3) 中: E为试件的弹性模量; ε0. 4为对应于0. 4fcm的轴向应变值。
由表3可以看出,烧结粉煤灰多孔砖砌体的弹性模量实测值与规范值的比值为1. 15 ~ 1. 30,烧结粉煤灰多孔砖砌体的弹性模量实测值与规范值比值的平均值为1. 25,所以根据现行规范计算弹性模量是偏于安全的。
2.3抗剪强度试验结果
根据规范[3],砌体抗剪 强度平均 值按下式 计算:
式( 4) 中: fv,m为砌体抗剪强度平均值; f2为砂浆强度; k5为系数,取0. 125。计算抗剪强度实测值,按式( 5) 计算。
式( 5) 中: f'v,m为试件的抗剪强度,MPa; N为试件的抗剪破坏荷载值,N; A为试件的一个受剪面的面积,mm2。
由表4可以看出,烧结粉煤灰多孔砖砌体的抗剪强度高于规范值,其强度是规范值的1. 11倍。分析可知,强度之所以会高于规范值是因为多孔砖特有的销栓作用,当使用砂浆砌筑多孔砖砌体时,多孔砖的孔洞内会流进砌筑砂浆,从而在其孔洞内形成了栓,这些销栓在砌体内紧紧的固定着多孔砖,这样一来便使得砌体的抗剪强度有了一定幅度的提高。
3结论
( 1) 通过试验,得出了粉煤灰烧结多孔砖砌体的抗压强度 平均值7. 00 MPa,抗剪强度 平均值0. 470 MPa,这两个数值都高于按规范计算的强度值,因此这种多孔砖砌体结构是偏于安全的。
( 2) 砂浆形成的销栓作用使得多孔砖砌体的抗剪强度高于规范计算值,所以对于粉煤灰抗剪强度的取值,按照规范计算的方法是完全可行的。
( 3) 烧结粉煤灰多孔砖砌体的弹性模量的实测值大于按规范的计算值,这说明该砌体抵抗变形的能力较好,按现行规范进行计算是偏于可靠的。
摘要：多孔砖砌体具有节约土地资源、保温隔热的作用,它已成为砌体结构的主要材料。对烧结粉煤灰多孔砖砌体的抗压强度和抗剪强度的试验结果进行了分析。试验表明,烧结粉煤灰多孔砖砌体的抗压强度和抗剪强度都能很好的满足国家规范要求;并且得到了合理的弹性模量。不仅证明了烧结粉煤灰多孔砖是一种十分理想的建筑材料,也为烧结粉煤灰多孔砖的推广建立了基础。
关键词：多孔砖,抗压强度,抗剪强度,弹性模量
参考文献
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粉煤灰烧结砖 第3篇
关键词：粉煤灰, 堇青石,多孔陶瓷
堇青石具有密度小、介电常数和热膨胀系数低、抗热震性能好、力学强度高、电绝缘性能良好、化学热稳定性能优良和红外辐射率高等优点, 广泛应用于耐火材料、催化剂载体、电力电子工业领域和红外辐射材料等方面。人们多采用高岭石、滑石等矿物原料和工业氧化铝来合成。粉煤灰为火力发电厂排放的固体废弃物, 占用耕地、污染空气, 是世界各国亟待解决的环境问题[1,2,3,4,5]。如何合理开发利用粉煤灰资源, 变废为宝, 是需要深入研究的重要课题。目前已有报道, 利用粉煤灰来合成玻璃或者玻璃陶瓷[1,3,6,7,8]。但是以粉煤灰为原料制作多孔陶瓷 (膜) 的报道很少见到。
本章采用粉煤灰为原料, 加入合适的碱式碳酸镁, 分别以模压法和挤出法成型, 在较低的烧成温度下, 制备出堇青石和堇青石陶瓷分离膜管。研究探讨了其反应烧结机理及烧成制度对样品结构和性能的影响。
1 实验部分
1.1 粉煤灰原料
粉煤灰取自安徽省合肥市第二热电厂, 燃煤由安徽省新集煤矿提供。粉煤灰的主要化学成如表1所示, 其中以Al2O3和Si O2为主要成分, 两者的摩尔比为2∶4.91, 接近2∶5, 因此存在这种可能:在杂质存在的情况下 (导致堇青石的成相范围扩大) , 通过添加合适的原料, 引入2组分的Mg O, 在适当的温度下烧结就会制得堇青石材料。
图1是粉煤灰的SEM照片, 可以看出, 粉煤灰的颗粒的形状近似球形, 粒径的单位为微米级。
1.2 制备过程
将上述粉煤灰中加入一定量的碱式碳酸镁, 引入Mg O的量与粉煤灰中Al2O3的摩尔比满足1∶1。再加入适量的粘结剂球磨24 h, 混合均匀。在上述的混合物中加入适量的水作为溶剂, 加入适量的桐油作润滑剂, 在捏泥机中捏合0.5 h, 陈腐24 h以后在真空练泥机中练泥, 在挤出成型机上挤出成型, 干燥后, 在箱式电阻炉中烧结, 就获得堇青石多孔陶瓷管, 如图2所示。
1.3 样品性能表征
用静液天平按阿基米德法测量孔隙率, 采用X射线衍射 (XRD) 检测 (日本岛津公司, D/Max-r B型) 考察样品的物相变化。在岛津力学试验机上测量弯曲强度 (用三点弯曲法测定, 跨距30 mm, 加载速率0.3 mm/min) 。热膨胀分析在DIL402 C型热膨胀仪上进行。
2 结果与讨论
2.1 物相分析
图3是不同烧结温度对应的XRD图谱。从图3中可以看出, 虽然μ-堇青石在超过1 000℃时已经成相, 但是在曲线中并没有明显的显现。只有温度高于1 150℃时才有明显的α-堇青石峰的出现。堇青石的相一直维持到1 400℃, 而此时样品已经熔化。所以, 本实验中的烧结温度应该在1 150~1 350℃之间。
2.2 显微结构
图4是不同温度烧结的样品的显微结构。在1 100℃时, 颗粒已经烧结, 颗粒间分布大小均一的孔洞。在1 150℃烧结时, 堇青石的颗粒有所长大。温度继续升高至1 200℃时, 已经看不出颗粒的形貌, 由于液相烧结的出现, 烧结体连接成有机的统一体, 其中分布的许多孔洞, 这些孔洞较1 200℃之前要明显大得多, 那些小的孔洞被熔融的液相填充而消失。1 200℃和1 300℃对应的微结构差别不是很大。
2.3 孔隙率和抗弯强度
图5是不同烧结温度对应的堇青石的孔隙率和抗弯强度。随着烧结温度的升高, 样品的孔隙率逐渐下降, 弯曲强度逐渐上升。1 200℃前, 堇青石的弯曲强度变化不明显, 基本维持在50 MPa左右, 1 250℃以后, 随温度的升高弯曲强度迅速升高, 1 300℃时, 可以高达65 MPa。仅次于作为工程陶瓷的致密化堇青石的强度 (70 MPa) , 远远高于作为工程陶瓷的低密度堇青石的强度 (13 MPa) 。
2.4 热膨胀系数
本文考察了不同温度 (1 100~1 300℃) 烧结材料在室温至1 000℃温度区间的膨胀情况, 热膨胀系数, 如图6所示。从图6中可以看出, 热膨胀系数在1 150℃和1 200℃之间有一个突变。在此之前的热膨胀系数为8.07×10-6℃-1左右, 超过此突变温度以后, 热膨胀系数迅速降至4.21×10-6℃-1左右。这是因为在此突变温度之后, μ-堇青石向α-堇青石的转变已经完成 (μ-堇青石的热膨胀系数比α-堇青石的要大) 。
图6中的虚线对应的是堇青石的理论热膨胀系数, 本文获得堇青石的热膨胀系数比理论值要高, 这可能是由于粉煤灰中含有的 (除了Al2O3和Si O2以外的) 其它杂质造成的。
3 结论
以粉煤灰为原料, 按照堇青石的化学组成, 添加一定量的碱式碳酸镁, 以挤出成型工艺制备出堇青石多孔陶瓷膜管, 研究探讨了烧成制度对样品结构和性能的影响。
烧结温度高于1 150℃时可以合成α-堇青石。随着烧结温度的升高, 样品的孔隙率逐渐下降;1 200℃以下烧结时, 弯曲强度基本维持在50 MPa左右, 1 250℃以后, 迅速升高, 1 300℃时, 可以高达65 MPa。仅次于作为工程陶瓷的致密化堇青石的强度 (70 MPa) , 远远高于作为工程陶瓷的低密度堇青石的强度 (13 MPa) 。
热膨胀系数在1 150℃和1 200℃之间有一个突变。由之前的8.07×10-6℃-1左右, 迅速降至4.21×10-6℃-1左右。
参考文献
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粉煤灰烧结砖 第4篇
粉煤灰是火电厂和大型工矿企业动力锅炉排出的工业废渣, 利用粉煤灰制备的烧结制品不仅保持了传统烧结制品的优点, 而且还具备新型墙体材料质轻、强度较高、孔隙率较高和保温性能较好[1,2,3]等特点。粉煤灰在烧结制品中的广泛使用极大地促进了烧结制品技术的发展, 符合国家发展节能、节地、利废、保温、隔热新型墙体材料的政策。我国粉煤灰烧结制品由于成型工艺与可塑性差, 导致高掺量粉煤灰烧结制品生产中废品率较高, 因此本文选择了以页岩作为粘结剂制备粉煤灰-页岩二元体系烧结制品。
显气孔率很大程度上影响到烧结制品的性能, 较高的显气孔率虽然可使制品具有较好的保温隔热性能, 但较高显气孔率的制品内部网络接触点较少, 导致制品强度性能较差。气孔率较低可使制品具有较高的强度, 然而其保温隔热效果较差。因此, 通过对烧结制品内部显气孔率进行调控, 选择恰当的烧结温度与材料配比可以制备出既具备较好保温隔热性能, 又具有较高强度的烧结粉煤灰墙体材料。本文研究了粉煤灰-页岩二元体系烧结制品中显气孔率与制品性能的关系, 得到了最优工艺参数, 为制备保温、隔热、高强度的粉煤灰制品提供了理论依据。
1 原材料与试验方法
1.1 原材料
粉煤灰为武汉阳逻辉虹牌Ⅱ级粉煤灰, 主要矿物组成为石英、莫来石;页岩为秦皇岛产页岩, 红色粉末状, 主要矿物组成为石英、多水高岭土、白云石。上述2种原料的化学组成如表1所示, 粒径分布如表2所示。
1.2 试验方法
1.2.1 制备方法
将上述原料按照ω (粉煤灰) ∶ω (页岩) =7∶3和1∶1进行配料和均化, 其中空白样为全粉煤灰试样, 若以A代表粉煤灰, a代表页岩, 则全粉煤灰试样、ω (粉煤灰) ∶ω (页岩) =7∶3和1∶1试样, 可分别记为A100、A70a30和A50a50。试样坯体成型采用半干压成型法, 坯料含水率 (干基) 为18%, 陈化温度为 (20±1) ℃, 陈化时间为48h, 成型压力为25MPa, 保压时间为30s, 试件尺寸为Φ50mm×60mm。待试件坯体在空气中自然干燥48h后, 置于电热干燥箱中在 (105±1) ℃下干燥10h, 然后置于高温炉中焙烧。温度制度为:低于400℃时, 3℃/min;高于或等于400℃时, 2℃/min。当炉内温度达到目标温度 (950℃、1000℃、1050℃、1100℃) 时, 焙烧2h, 最后将坯体置于高温炉中自然冷却。
1.2.2 抗压强度
采用无锡建仪仪器有限公司TYE-300型压力机测试抗压强度, 每组6块试件, 加载速率为0.6kN/s。
1.2.3 真密度
根据阿基米德原理, 采用比重瓶法测试真密度。
1.2.4 容重与气孔率
根据阿基米德原理, 按照材料体积密度及气孔率的测定方法进行测试。
2 结果及分析
2.1 显气孔率对烧结制品强度的影响
显气孔率反映了试样的烧结情况, 通过对显气孔率的分析, 可以探讨孔型特征对制品强度的影响。实验中测得的不同烧结温度及配比下粉煤灰烧结制品的显气孔率与其强度的拟合关系如图1所示。
对图1中得到的点进行3阶多项式拟合分析得到图1所示的相关系数为0.7632的非线性趋势线。可以看出, 随显气孔率的增大, 烧结制品的总体强度呈减小趋势, 制品的显气孔率从开始的22.3%增大到48.8%, 强度从开始的27.33MPa降到4.45MPa。显气孔率小于26%时强度随显气孔率的增大减小比较缓慢, 显气孔率在26%～37%之间强度呈平缓状态, 这主要是由于页岩的掺量与烧结温度相互作用, 虽然显气孔率变大, 但强度呈平缓状态。显气孔率超过37%时强度急剧下降。这主要是因为较大的显气孔率使制品内部网络接触点减少, 导致制品强度降低。显气孔率在小于30%时, 由于制品强度较高, 可以用于制造具有较高强度的结构烧结制品;显气孔率在30%～40%区间可以通过调控气孔率制备既具有一定保温效果又具有较高强度的烧结制品;显气孔率在40%～50%之间, 可以用于制备具有较好保温隔热性能的维护结构材料。显气孔率为36.7%和39.0%时强度较大, 分别为26.81MPa和28.29MPa。一定粒度分布的粉煤灰与页岩有一最佳配比[4], 而这两个点粉煤灰和页岩的配比均为7∶3, 可见此配比在所有配比中是最佳的, 所以强度较高。
2.2 显气孔率对烧结制品体积密度的影响
图 2描述了不同烧结温度下不同粉煤灰掺量的烧结制品显气孔率与制品体积密度的拟合关系, 对所得到的数据进行3阶多项式分析得到图中相关系数较高的趋势线, 相关系数为0.9253。从趋势线可以看出, 不同粉煤灰掺量的烧结制品的体积密度随气孔率的增大而呈减小趋势。显气孔率小时说明制品比较致密, 此时页岩的掺量较大且烧结温度较高, 烧结时颗粒容易重排而致密化, 形成的液相也较多, 且粉煤灰的容重较轻[5], 故体积密度较大。随显气孔率变大, 制品的致密性变差, 此时粉煤灰的掺量较多且烧结温度较低, 所以体积密度较小。
2.3 显气孔率与制品体积稳定性的关系
不同烧结温度及配比下显气孔率与制品直径收缩率的拟合关系如图 3所示。对得到的数据进行4阶多项式分析得到制品显气孔率与直径收缩率的关系的趋势线, 相关系数为0.7199。由图3可以看出, 制品的直径收缩率随烧结制品显气孔率的增大, 呈先上升后下降的趋势。对数据进行分析可知, 随显气孔率增大呈上升趋势的原因是页岩的加入量与温度相互作用影响制品的烧成直径收缩率。通过对趋势线进行分析得知, 当页岩加入量较多时, 由于页岩有利于烧结形成液相, 且粒度较粉煤灰的小, 所以较低温度制备的烧结制品具有较小显气孔率和较大收缩, 故气孔率小于29.6%时随气孔率的增加直径收缩增大。气孔率超过29.6%时随气孔率的增加直径收缩变小, 这主要是因为页岩的掺量较少和烧结温度较低时不易形成液相, 且粉煤灰的粒度较页岩的大, 所以直径收缩变小。ω (粉煤灰) ∶ω (页岩) =1∶1时在1000℃就有较大的直径收缩, 而ω (粉煤灰) ∶ω (页岩) =7∶3和全粉煤灰时由于粉煤灰掺量较多需要较高的烧结温度才能有较大的收缩。
图4给出了不同烧结温度及配比下显气孔率与粉煤灰制品高度收缩率的拟合关系, 对得到的数据进行4阶多项式拟合得到显气孔率与高度收缩率的趋势线, 相关系数为0.7322。从图4可以看出, 随显气孔率的增大高度收缩率呈先增加后减小的趋势, 这与直径收缩的趋势吻合, 验证了显气孔率对直径收缩的分析结果, 即显气孔率小于29.6%时随气孔率增加高度收缩增大是由于页岩的掺量较多, 烧结温度较高所致。显气孔率超过29.6%时随显气孔率的减小高度收缩减小的原因是页岩掺量较少, 烧结温度较低。
2.4 最佳参数的选择
不同烧结温度及配比下对应的烧结制品的性能数值如表3所示。从表3可以看出, 在相同烧结温度下, 全粉煤灰的强度最低, 收缩最小, 这主要是由于粉煤灰属于瘠化料, 其无塑性[6]、结合能力差、流动性低, 煤灰掺量过高时, 砖坯成型困难, 较疏散, 密实度较低, 烧结后强度也较低[7], 随粉煤灰掺量的增加, 显气孔率增加、强度降低、体积密度减小、收缩率变小。在掺灰量相同时, 随温度的升高, 显气孔率降低、试件的强度提高、收缩加大、体积密度增加。
由于页岩能在低温下形成液相, 促进烧结, 所以加入页岩能改善粉煤灰的塑性以及流动性, 有利于烧结和试件强度的形成。从表2中粉煤灰与粘土的粒度分布来看, 粉煤灰的平均粒径比粘土的大, 这会造成在同等成型压力条件下, 随粉煤灰掺量的增加, 坯料的致密程度下降, 孔隙率增大, 坯料内物料间的接触点减少, 烧结的推动力减小, 从而使掺入粉煤灰后坯料难以烧结, 需要提高烧结温度来改善制品的性能。
为了保证烧结制品具有一定的显气孔率, 从而使其具有一定的保温隔热性能, 并且要具备所需的强度和控制制品的收缩率, 选取适当的参数是必要的。通过对表3数据的分析可见, 烧结温度为1000℃、粉煤灰与页岩的配比为7∶3时为所有试件中的最佳参数选择, 此时显气孔率为39.0%, 强度达到28.29MPa, 高度和直径收缩率分别为5.96%和6.07%。
3 结论
(1) 对显气孔率和强度的关系进行3阶多项式拟合的结果表明:随显气孔率的增加烧结制品的强度呈减小的趋势。显气孔率在26%之前强度随显气孔率增加降低幅度较小, 26%～37%之间强度呈平缓状态, 37%之后随显气孔率增加强度急剧下降。
(2) 显气孔率和体积密度的3阶非线性多项式拟合, 相关系数达到0.9253, 体积密度随显气孔率的增加而表现为单调递减的规律。
(3) 对显气孔率和制品的高度与直径收缩的关系进行4阶多项式拟合的结果表明:显气孔率小于29.6%时随显气孔率的增加直径收缩增大, 显气孔率超过29.6%时随显气孔率的增加直径收缩变小, 高度收缩的趋势线与直径收缩的曲线相吻合。
(4) 当烧结温度为1000℃、粉煤灰与页岩的配比为7∶3时制品性能最佳, 显气孔率为39.0%, 强度为28.29MPa, 高度和直径收缩率分别为5.96%和6.07%, 既能保证制品具备较高的显气孔率, 又能使其具有较高的强度和较小的收缩率, 从而为制备具有良好热工性能的轻质高强烧结制品奠定了基础。
参考文献
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粉煤灰烧结砖 第5篇
1 原料
选取了不同电厂、不同燃烧方式和不同燃煤的5种粉煤灰试样,编号分别为A、B、C、D、E。其中,A、D、E源于循环流化床锅炉(D经过脱硫),B、C均为煤粉炉燃烧后的粉煤灰。实验所用到的红页岩(编号RY)来自秦皇岛某建材厂。各原料化学组成见表1。
%
粉煤灰的化学组成和工业分析对生产优质的粉煤灰烧结多孔砖有重要的指导意义。粉煤灰烧结多孔砖对粉煤灰化学成分的要求是:SiO240%～70%、Al2O312%～25%、Fe2O32%～8%、CaO小于10%、MgO小于3%、SO3小于1%,适量的K2O和Na2O在焙烧过程中主要起助熔剂作用,对粉煤灰砖的强度形成起到一定的作用,K、Na化合物能降低挤出成型时的坯体含水率[1]。烧失量一般控制在15%以下。从表1可以看出,原料B、D的Al2O3含量过高,这样会提高烧成温度,消耗更多燃料。E的SO3含量过高,硫酐在焙烧过程中的逸出,会使制品发生膨胀和产生气泡。高温下反应产生的硫酸钙能引起泛白和起霜,而硫酸镁能引起粉煤灰砖膨胀和产生泛霜。综合上述要求,最适宜烧制粉煤灰烧结多孔砖的是A、C这2种粉煤灰。
2 试验
自然风干的5种粉煤灰和红页岩均过1 mm的标准筛,筛下料用LS230型激光粒度分析仪测粒度组成,测试结果见表2。
注:DM、D10、D50、D90分别代表平均粒径及占测试灰样10%、50%、90%颗粒的最大直径(μm),下同。
试验选取了等体积的5种原粉煤灰置于振动磨中细磨2min,全部过0.50 mm的分析筛,得到磨细、活化后的5种粉煤灰,粒度分析结果见表3。
将原粉煤灰和磨细后的粉煤灰分别与红页岩按一定的比例进行配料,加入适量的水,混匀后将泥料密封陈化3 d,备用。
粉煤灰空心烧结砖泥料可塑性指数无国标或行业标准测试方法,主要参考黏土砖可塑性指数的测试方法来执行。具体测试方法是,先用华氏平衡锥法测试泥料的液限,再用手工搓条测试泥料的塑限,将液限减去塑限即为可塑性指数[2]。
3 结果及分析
将5种原粉煤灰以及磨细后粉煤灰的分别按m(粉煤灰)∶m(红页岩)=50∶50、55∶45、60∶40、65∶35、70∶30这5种配比进行可塑性指数的测试,结果见图1。
从图1可以看出,经过磨细、活化后掺入相同量粉煤灰的泥料可塑性指数较未磨细的粉煤灰泥料有了大幅度的提高。在不同的掺量下5种粉煤灰磨细、活化前后泥料可塑性指数提高的百分比如图2所示。
从图2可以看出,磨细、活化后粉煤灰所配制的泥料可塑性指数比磨细前提高了20%～90%。导致磨细后的粉煤灰泥料塑性指数增大的原因主要是液限的略微提高和塑限的降低。一方面,混合泥料的颗粒变细后比表面积会增大,它与水分子之间的亲和力也随之增大,即液限会增大[3];另一方面,由于塑限的测试方法是手工搓条法测得,故颗粒越细,泥条被搓到直径3 mm时越不易产生裂纹,当泥条产生裂纹时其含水量必然会减小。磨细前DM和D50较大的A、B、D 3种粉煤灰泥料比对应的磨细后粉煤灰泥料可塑性指数提高明显,尤其是掺量越高可塑性指数提高越明显,这是因为粉煤灰掺量的增加使颗粒之间的液体传导性降低;粉煤灰掺量相同情况下,粒度越小,颗粒之间液体传导性相对提高[4],也就是颗粒间的结合能力提高,故而可塑性提高。磨细前DM和D50本来都较小的C、E 2种粉煤灰,在磨细后泥料的可塑性指数提高幅度与掺量关系不大。
固体颗粒与固体颗粒之间的接触部分存在液体时,称为液体桥。液体桥的形式和吸附量取决于颗粒表面对水分子亲和性的大小、颗粒形状以及接触状况等。粉煤灰颗粒大多以球形颗粒存在,会在表面形成一个大小为P=P0+△P的压力,△P=2γ/R(γ为系统表面能,R为球面曲率半径)是一个与曲率半径有关的附加压力。由于负压时两颗粒相互吸引,即产生作用于液体桥最窄部分的圆形断面πR2上的毛细管压力,与此同时,表面张力产生拉力还作用在圆周2πR上,故有颗粒液桥力计算公式(Fisher公式)[5]
式中:α——颗粒中心与液桥切点连线的夹角。
一般情况下,液体桥的破坏出现在最窄断面部分。随着颗粒半径的减小,虽然附着力也减小,但因其自重减小,因而附着力与自重比值增大,颗粒越小附着力越大,越容易附着聚集。另外,由固-液界面间的粘附功和内聚能公式:Wc=σα+σβ-σσβ,式中σα、σβ、σαβ分别指的是α相与液相、β相与液相、α相与β相之间的比表面吉布斯自由能。这里α、β同相,故Wc=2σ,比表面积的增大将结合在一起的同相分离开的粘附功增大。因此,在测塑限时要在3 mm的泥条上出现裂缝,细泥条就要失去较多的水分以减小附着力或固-液-固间的粘附功。总之,粉煤灰空心烧结砖泥料的塑性会随着掺入的粉煤灰颗粒粒度的减小而增大。
4 结论
粉煤灰空心烧结砖中掺入的粉煤灰的粒度组成对泥料可塑性影响很大,粉煤灰颗粒越细泥料的可塑性越大。对不同的粉煤灰将其适当磨细、活化,泥料的可塑性指数会提高20%～90%。在掺量不变的前提下,泥料达不到成型可塑性指数要求的,将粉煤灰适当磨细可满足成型要求;在可塑性指数要求一定的前提下,将粉煤灰适当磨细可以提高泥料中粉煤灰的掺量。
参考文献
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粉煤灰烧结砖 第6篇
1 当地可利用资源状况
东莞市永安空心砖厂所在的东莞市中堂镇, 地处珠江三角洲腹地, 位于广州市和深圳市之间, 属水乡片区。河道纵横交错, 随着水乡特色发展经济区建设的进程, 河涌的整治是一项重点工程, 产生大量的内河涌清淤淤泥。同时, 当地及周边城市化建设产生巨量建筑余泥、渣土, 如何避免产生二次污染并进行无害化处理, 亦成为当地政府难于解决的问题。
该地区制纸工业发达, 是当地的支柱产业, 每年排放大量的工业废渣粉煤灰, 加上东莞作为制造业名城产生的大量工业废渣, 如何依托企业先进的技术, 发展利废、环保、节能无害化处理, 为城市化、工业化减负, 保护生态环境, 最大限度地提高资源和环境的配置效率, 从而有效解决城市发展过程中的环境与经济发展之间的冲突问题, 实现当地经济社会的可持续发展。
2 城市固体废弃物资源化应用实践
资源化综合利用工业废渣粉煤灰、河道淤泥、建筑及道路工程的基坑土、渣土等固弃物生产新型烧结砖, 具有轻质、高强、保温等特性, 粉煤灰的掺入量从30%到70%, 固弃物利用量大, 主要生产工艺和设备与普通烧结砖基本相同。目前利用粉煤灰及余泥渣土、淤泥生产烧结制品的技术成熟, 是固体废弃物资源化综合利用进行无害化处理的较好途径。
东莞市永安空心砖厂根据国家和当地有关的文件精神和鼓励政策, 特别是当地工业固体废弃物难处理的严峻形势, 积极探索粉煤灰等固弃物综合利用之道路, 通过利用当地排放的粉煤灰等固弃物, 已成功研发了高掺量粉煤灰烧结保温砖。但目前我国粉煤灰烧结保温砖尚无专门的国家标准和行业标准, 粉煤灰烧结保温砖只能参照执行《烧结普通砖》和《烧结多孔砖》等烧结制品系列标准, 已影响到东莞地区粉煤灰烧结保温砖的生产及应用, 特别是影响到当地环境保护与生态建设中粉煤灰等固弃物的利用和处理。因此, 该厂根据企业生产使用高掺量粉煤灰烧结保温砖的实际情况, 在应用调研的基础上经试验研究, 数据比对和相关标准的分析, 制定了《高掺量粉煤灰烧结保温砖》企业标准, 有利地推动了生产和应用。
粉煤灰是燃煤锅炉排放的固体废弃物, 而该厂所使用的粉煤灰是其他行业如商品混凝土、蒸压加气砌块等不能使用的大量劣质灰。粉煤灰颗粒小, 利用其掺合制砖原料中可以减少粉碎工序, 而且制成的坯体脱水快、干燥收缩小的坯样大大缩短了干燥周期和烧成周期。同时, 烧成后制品的孔隙率高、容重轻, 制品焙烧温度比黏土略高, 一般在950℃~1 050℃范围内。粉煤灰的化学成分基本上接近于制砖黏土, 其Al2O3与Fe2O3的含量略高, 具体成分随着煤的种类而异, 对粉煤灰原料化学成分的要求范围与黏土基本相同。
粉煤灰的残留热值取决于煤的品种、磨细程度、燃烧方式和温度以及粉煤灰的收集和排放方法。所以, 其剩余热值很不一致, 一般在200 kcal/kg~800 kcal/kg范围内。粉煤灰基本无塑性, 可与塑性较高的建筑余泥、渣土及河道淤泥等固弃物作为粘结料合理掺配成制坯原料。同时, 利用粉煤灰的剩余热值作为制品的焙烧热源烧成制品。各种固体废弃物的掺配比例取决于余泥、渣土、淤泥的塑性及粉煤灰的发热量, 经掺配后的混合原料其可塑性指数控制在7~15范围内, 发热量在250 kcal/kg~400 kcal/kg, 便可满足工艺要求。其生产工艺流程为:
各种热值粉煤灰掺配成混合灰, 各种余泥渣土、淤泥除杂破碎——搅拌混合陈化——拌搅——对辊——真空挤出——切码运系统——干燥——焙烧——成品堆放。
3 总结
东莞市永安空心砖厂经过多年来的生产实践, 充分利用粉煤灰的残余热值作为制品的全部焙烧热源, 不需使用原煤, 起到利废节能的作用。不同热值的粉煤灰按工艺要求掺配时, 应结合各种塑性的余泥、渣土、淤泥的性能, 粉煤灰的掺入量可达50%以上。产品具有容重轻、保温性好、强度高、外观平整、施工方便等特性, 单一材料240 mm厚墙体满足《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》广东省实施细则要求, 广受用户欢迎。该厂年产15万m3烧结墙体材料, 每年可无害化综合利用粉煤灰约18万t, 余泥、渣土、淤泥共18万t, 可节约煤耗拆标煤1万t。
粉煤灰烧结砖 第7篇
推广使用节能环保型的粉煤灰综合用技术,不但可以解决环境污染问题,有利于资源和环境的持续发展,而且有着巨大的经济效益。其中,从粉煤灰中提取Al2O3可形成煤-电-灰-铝-铝产品与水泥的最优化产业链,对解决中国铝土矿资源短缺,增强中国铝工业在国际上的核心竞争力、保障中国有色金属工业资源与经济安全具有重要的战略意义。另外,提取过程中产生的Fe2O3等产物,同样可以作为再生资源提取利用,实现真正地变废为宝[4,5,6]。
1实验部分
1.1主要原料和仪器设备
粉煤灰、细灰,汉中锌业股份有限公司;NaOH(分析纯),天津市致远化学试剂有限公司;浓硫酸(分析纯),汉中锌业股份有限公司。
烘箱(TDGS-3),吴江市台达烘箱制造有限公司;煅烧炉(KSX-4-10),宜兴飞达电炉有限公司;电子天平(Valor 3000),上海亚津电子科技有限公司。
实验还用到烧杯,玻璃棒,坩埚,药匙,胶头滴管,锥形漏斗,滤纸,pH试纸等。
1.2工艺流程及反应方程
本实验采用酸溶烧结法工艺流程,如图1所示。
各个阶段的主要反应方程式如下:
(1)煅烧阶段。粉煤灰中的Al2O3和SiO2是结合强度较高的玻璃体,大部分Al2O3是以活性很差的莫来石结构存在,通过煅烧处理,高温破坏粉煤灰中的莫来石结构,从而使Al2O3得以活化。
(2)酸溶阶段。通过酸浸法使Al3+溶出到溶液中,主要化学反应方程式如下:
Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O
Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O
(3)Fe(OH)3分离。将(2)所得溶液过滤,分离硅酸,向滤液中加入NaOH,Fe3+沉淀析出,Al3+是两性化合物,溶于强碱,除去Fe3+,化学反应方程式如下:
Al2(SO4)3+8NaOH=2NaAlO2+3Na2SO4+4H2O
Fe2(SO4)3+6NaOH=2Fe(OH)3↓+3Na2SO4
(4)Al(OH)3沉淀。除去Fe(OH)3沉淀,向滤液中加入稀硫酸,使Al(OH)3进一步沉淀析出,化学反应方程式如下:
2NaAlO2+H2SO4=Na2SO4+2Al(OH)3↓+2H2O
(5)烘烤阶段。去除Al(OH)3沉淀表面的大量水分,直至烘干。
(6)煅烧阶段。高温下Al(OH)3分解,获得最终产物Al2O3,化学反应方程式如下:
2Al(OH)3=Al2O3+3H2O
1.3实验步骤
(1)将粉煤灰于坩锅中,在一定温度下焙烧30 min;
(2)将焙烧后的粉煤灰置于烧杯中,加入一定量的一定浓度浓硫酸,并用玻璃棒搅拌,待其反应5 min后,向烧杯中加入清水,静置;
(3)待溶液有明显分层后,过滤,取其滤液;
(4)向滤液中加入NaOH调节pH=12～14,溶液由无色变为棕黄色,有生成Fe(OH)3棕色沉淀生成,静置,过滤除去Fe(OH)3;
(5)将(4)过滤所得滤液加稀硫酸调节pH到一定的值,使Al(OH)3沉淀析出;
(6)过滤Al(OH)3沉淀并在烘箱中干燥,然后在1000 ℃条件下煅烧30 min获得Al2O3。
2结果与讨论
2.1粉煤灰焙烧温度对Al2O3产率的影响
本实验分别在300 ℃、400 ℃、500 ℃、600 ℃和700 ℃条件下焙烧粉煤灰,然后采用浓度为65%和85%的浓硫酸浸出Al3+,并分别在pH=5～6和pH=7～8值条件下(即弱酸性和弱碱性的条件下)析出Al(OH)3沉淀。对各种条件下,同一焙烧温度下的Al2O3产率进行算术平均作为该焙烧温度的Al2O3产率,得到如表1所示的焙烧温度-Al2O3产率表。
表1的实验数据表明,随着粉煤灰焙烧温度的增大,Al2O3的产率呈先增大后降低的变化趋势。当焙烧温度为400 ℃左右时,Al2O3产率达到最大值,约为22%。出现这种变化的原因可能与直接采用浓硫酸浸出Al3+的工艺有关,当焙烧温度提高时,利于粉煤灰中的莫来石结构的破坏;但与此同时,部分Al2O3又可能与CaO、Fe2O3反应而以AlO-2形式存在,强酸条件下不利于Al3+的浸出,从而使Al2O3的产率下降。
2.2浸出Al3+浓硫酸浓度对Al2O3产率的影响
本实验在对粉煤灰进行焙烧后,分别采用浓度为65%和85%的浓硫酸浸出Al3+,对不同粉煤灰焙烧温度、析出Al(OH)3的pH值条件下的Al2O3产率进行算术平均,该平均值作为不同浓硫酸浓度条件下的Al2O3产率,如表2所示。
从表2的实验数据表明,浸出Al3+的浓硫酸浓度对Al2O3产率的影响非常大,浓度高的浓硫酸利于Al3+的浸出。这也充分说明了,常态条件下粉煤灰中Al2O3以非常稳定的结构形态存在,尽管经过焙烧,也需要高浓度的浓硫酸才能充分地浸出其中的Al3+。
2.3析出Al(OH)3的pH值对Al2O3产率的影响
由于Al3+为两性化合物,可以在弱酸性和弱碱性条件下析出Al(OH)3沉淀。因此,本实验分别在pH值为5～6和8～9(即弱酸性和弱碱性)的条件下析出Al(OH)3,并对不同粉煤灰焙烧温度、浸出Al3+的浓硫酸浓度条件下的Al2O3产率进行算术平均,该平均值作为不同pH值析出Al(OH)3沉淀的Al2O3产率,如表3所示。
从表3的实验数据表明,弱酸性环境比弱碱性环境更利于Al(OH)3的析出。出现这种结果可能是由于在析出Al(OH)3沉淀之前,需要先在强碱性条件下析出Fe(OH)3,而此时在强酸性条件下析出的Al3+又以AlO-2形式存在,这就导致了弱酸性环境更利于Al(OH)3的析出。
3结论
通过以上分析讨论可以知道,对汉中锌业股份有限公司的生产过程中产生的细粉煤灰采用酸溶烧结法工艺提取Al2O3,当粉煤灰焙烧温度为400 ℃左右、浸出Al3+的浓硫酸浓度为85%以上、析出Al(OH)3的pH值呈弱酸性时,Al2O3的产率较高,基本维持在20%(占粉煤灰的质量百分比)以上,具有较高的提取利用价值[7,8,9,10]。
摘要：采用酸溶烧结法从粉煤灰中提取Al2O3,分别讨论了粉煤灰的焙烧温度、浸出Al3+的浓硫酸浓度、析出Al(OH)3的pH值对Al2O3产率的影响。实验结果表明:用酸溶烧结法从粉煤灰中提取Al2O3焙烧温度为400℃左右、浓硫酸浓度为85%以上、pH值呈弱酸性时,Al2O3的产率最高。
关键词：粉煤灰,酸溶烧结法,三氧化二铝,焙烧温度,浓硫酸浓度,pH值
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