烧结页岩墙体材料（精选7篇）
烧结页岩墙体材料 第1篇
1 改进工艺, 更替原料, 实现产品替代
墙材革新的一个重要内容, 就是利用替代资源发展新型墙体材料, 减少对耕地的破坏。新型墙体材料并非完全是非粘土产品, 也不摒弃烧结制品。页岩烧结砖作为新型墙体材料, 已经列入国家产品目录。
仙居县是浙江省的经济欠发达县, 辖区总面积为2 000 km2, 其中耕地面积1.47万公顷, 林地面积13.31万公顷, 内陆水域面积0.72万公顷, 属“八山一水一分田”的自然地理环境, 有着丰富的页岩资源。总人口为47.4万人, 其中非农业人口4.7万人。2007年全县实现工业总产值144.05亿元, 财政总收入8.12亿元。低层建筑和多层建筑占到总量的近百分之百, 高层建筑比例可以忽略不计, 轻质填充墙材的需求基本没有市场。现有20门以上的烧结砖生产企业15家, 经过屡拆屡建的小立窑还存68座 (门) 。对此, 我们组织力量, 新建以页岩为原料的隧道窑和节能环保型轮窑企业各1家, 并对原有的13家粘土砖生产企业轮窑工艺进行技术改造, 以页岩原料替代粘土生产页岩烧结砖。
2 因地制宜, 充分发挥资源优势
仙居县内的页岩资源大多数是裸露的, 一般以丘陵低山形态赋存, 山林树木稀疏, 不能生产粮农作物, 矿产价值低廉, 又便于露天开采加工, 是替代粘土生产烧结砖的良好原料。在依法合规的前提下, 对这些低丘缓坡的页岩山进行开矿取料, 既是对页岩的开发利用, 解决了粘土砖企业的生产原料, 又保护了宝贵耕地, 还能在后期实现新造耕地, 增加地方经济收入。
页岩砖强度高, 而且是具有与粘土砖外观色泽相同的烧结产品, 能满足多层建筑结构体系的承重功能要求, 同时因产品材质稳定、收缩率小、成本低、价格实惠, 有很强的竞争力, 深受市场欢迎。仙居利用页岩资源实施烧结砖产业技术改造, 既加快了淘汰粘土砖, 又提高了资源利用效益;既实现了原料更替, 又促进了产业结构调整, 是一条实现节能减排、推进节约型社会建设的有效途径。因地制宜, 一举多得。
3 统筹规划, 合理布局
坚决贯彻实施国家产业政策, 在浙江省政府整治粘土砖业的统一布置下, 坚决淘汰18门以下粘土砖瓦轮窑及土 (立) 窑、无顶轮窑、马蹄窑, 在相对集中产能、提高企业规模的基础上, 通过扶持优势企业, 在形成龙头企业的同时, 科学规划好适度发展非粘土的烧结砖, 做到合理布局、有序发展。仙居县淘汰了18门以下粘土砖瓦轮窑2座;3年来累计拆除小土窑285座 (门) , 现正在组织再次拆除。大部分现有烧结砖生产企业年产量在1000万块～3000万块标砖, 企业自然分布, 未作统一规划。因此, 在整合布局时, 首先既要尊重历史、尊重现实, 又要坚持在淘汰不符合国家产业政策轮窑、土窑的前提下, 优胜劣汰, 引导企业兼并整合;其次, 充分考虑烧结砖是廉价商品, 合理的运输半径一般在30 km内, 是以属地资源开发、属地销售为主的商品, 不强制要求企业在短期内达到规定的生产规模, 而是在适当时机, 通过技术改造加以实现;再次, 在发展烧结制品中大力发展节约能源、节约资源的空心化产品和装饰多孔砖、普通多孔砖等轻质、高强、保温、隔热、隔音、吸音等良好的、多功能的新型墙体材料, 提高资源利用效益, 实现烧结砖产品升级换代。
4 加强执法检查, 促进技术改造
烧结页岩墙体材料 第2篇
建筑节能是我国节能战略目标重要组成部分,以木屑为代表的有机质废料掺入到页岩粉中,以煤粉等为辅料,经粉碎、筛分、搅拌、干燥、焙烧制成自重轻、开裂少、耐久性好的轻质烧结页岩砖,减少有机质废料露天焚烧产生的雾霾并提高资源利用效率,促进我国自保温节能墙体的发展及建筑节能工作的开展[1]。本课题组已经对轻质烧结页岩砖的研究有一定的基础,对其物理力学性能研究取得了一定的成果,因此本文探究含水率对轻质烧结页岩多孔砖热工性能的影响,为提高建筑节能具有一定意义[2,3,4,5,6,7]。
在目前规范中对墙体传热系数的计算公式中并没有考虑含水率对材料导热性能的影响,其规定条件为绝干状态下测其导热系数,然而实际工程中轻质烧结页岩多孔砖属于多孔性材料,具有较强的吸水性,受潮时影响其热工性能,因此含水率对材料及墙体的热工参数有一定影响。了解到含水率对其影响原理,有利于墙体材料的选择,通过防潮措施以保证保温隔热材料中水分维持在较低水平,以此降低墙体的热量传递,减少能耗[8]。
1 试验
1.1 试验用砖
页岩:来自于和平村页岩采集地,主要成分为Si O252.10%、Al2O325.12%、Fe2O310.63%、Ca O 1.28%、Mg O 1.65%、烧失量9.03%。木屑和蔗渣来自于广西木料加工厂和糖厂,将页岩和木屑(或蔗糖渣)烘干2.5 h后采用球磨机粉碎至合理的颗粒级配,木屑粉末的颗粒级配见表1。煤灰:市购,过45μm筛。
将页岩和木屑(或蔗糖渣)与煤灰按m(页岩)∶m(木屑或蔗糖)∶m(煤灰)=60∶10∶30混合均匀,加水搅拌制成砖坯(240mm×115 mm×90 mm),并经干燥、焙烧、降温冷却。采用SX2-10-13型高温梯度炉烧结,分3个阶段:干燥预热阶段温度范围400℃之前,以温度为4℃/min升温,蒸发砖坯表面的自由水分;加热阶段温度范围为400~900℃,有机辅料达到燃点,开始燃烧分解;烧结阶段为900~1150℃,砖颜色从灰色变成红褐色;冷却阶段为最高温降至常温,其速率为100℃/h。多孔砖模见图1,烧结后的轻质烧结页岩砖见图2。
1.2 导热系数的测试
本试验采用矩形孔轻质烧结页岩砖,孔洞分布3排,其外观尺寸和强度等级满足规范要求,使用的普通砂浆[m(水泥)∶m(砂)∶m(水)=1∶6.9∶1.57]和玻化微珠保温砂浆[m(料浆)∶m(水)∶m(骨料)=1∶0.8∶11.76]符合JGJ/T 98—2010《砌筑砂浆配合比设计规程》、GB/T 20473—2006《建筑保温砂浆》标准要求,试件尺寸为300 mm×300 mm×30 mm,采用智能化导热系数测定仪,对通过浸水处理得到的不同含水率轻质烧结页岩砖、普通砂浆和保温砂浆进行导热系数测试。
1.3 墙体试件制作
本试验利用矩形孔轻质烧结页岩砖砌筑4个墙体试件,其尺寸为1500 mm×1500 mm×240 mm,分别采用上述普通砂浆和保温砂浆砌筑墙体,砂浆的灰缝厚度为10 mm、横平竖直、均匀饱满,抹面厚度为10 mm、20 mm,各2组,分别标记为1#墙体(普通砂浆10 mm)、2#墙体(普通砂浆20 mm)、3#墙体(保温砂浆10 mm)、4#墙体(保温砂浆20 mm),按照图纸和施工在试件框内,其表面应粘贴聚苯乙烯泡沫板,并使用接缝剂将泡沫板、试件框和试件密封防止出现缝隙,影响实验测试数据。墙体置于常温室内养护28 d,并进行洒水处理防止收缩产生裂缝,见图3。墙体稳态热传递性质测试采用沈阳鑫科宇机电设备有限公司生产的防护箱设备,其设备分为计量箱、冷箱、防护箱和试件框、微机系统、制冷机组、鼻锥组成[9]。
对墙体进行传热系数进行测试,将墙体表面污渍、外凸的砂浆清理干净,量取温度传感器的空间坐标,并用直尺和墨斗在墙体冷热两面定位相应9个点坐标[见图3(b)]。将含水率测试仪置零,用探头接触墙体测含水率并记录数据。测试完后用铝箔纸布置墙面的9个传感器,先下后上确保传感器和墙面之间没有空隙,粘贴完毕后,收起连接各个温度传感器的电缆,防止合并箱体挤压到电缆,进行试验,平衡后系统间隔30min自动采集数据,采集8次,得到含水率、平均温度、计量箱功率数据等。试验结束后,关闭设备电源,并将热箱、试件框、冷箱分开,拆除传感器使其恢复到初始状态,为减小试验前后墙体含水率的误差,打开仪器后再次测量其含水率,取前后2次平均值作为该试件的含水率,每个试件测试2次取平均值。
2 结果与分析
2.1 材料导热系数原理和数据分析
材料的导热系数对墙体传热系数有影响,然而含水率对材料的导热系数也较为重要,因此将试件通过浸水处理得到不同含水率,检测结束,将试件取出即刻称取质量,通过试验结果对比分析含水率对导热系数的影响。在本文中对于材料导热系数的理论基础为几何平均模型,多孔介质为固、液、气三相状态的热量交换,其中λs、λw、λg分别为固体、液体和气体的导热系数,εs、εw、εg分别为固体、液体和气体体积与总体积之比,该理论公式为:
在实际工程中w与ε之间的关系可由下面等式推导:
式中:mw为水的质量,ms为固体的绝对干燥质量,ρw为水的密度,Vw为水的体积。
假设含水率为εw1、εw2的同种材料,其液体体积比例的增加等于对应为气体体积比例的减少,即可表达为:
因此,在2种体积状态下代入理论公式:
在绝热干燥条件下即w1=0,则三相状态下的多孔材料等效导热系数为:
轻质烧结页岩砖、普通砂浆和保温砂浆的实测导热系数分别见表2~表4,导热系数实测值与理论值的对比分别见图4~图6。
通过表2、表3、表4可得,当含水率w=0时,轻质烧结页岩砖的导热系数为λ0=0.3982,ms=3.075 kg,普通砂浆的导热系数λ0=0.6010,ms=5.072 kg,保温砂浆的导热系数λ0=0.0799,ms=1.457 kg,且在绝对干燥状态下质量计算模型中的空气导热系数为0.026 W/(m·K),水的导热系数为0.608 W/(m·K),将代入理论公式中可得:
保温砂浆:
从图4、图5和图6可见,试验材料的导热系数随着含水率的增大而增大,从实测的导热系数曲线分布趋势看,含水率逐渐接近饱和时,导热系数的增长速率逐渐减小。对于轻质烧结页岩砖,当含水率增至34%时,导热系数相比绝热干燥状态下(含水率为0)增加了0.35 W/(m·K),当含水率逐渐增加超过21%后,实测值与理论值偏差逐渐增大。对于保温砂浆,当含水率增大至68%时,其导热系数相比绝热干燥状态下增加了0.15 W/(m·K),实测值与理论值最大偏差可达33%。对于普通砂浆而言,实测值与理论值偏差较大。
为使试验结果能真实反映实际情况,需对试验数据进行拟合,推导出近似函数关系式,因此,本文利用Origin软件得出拟合方程及曲线,即轻质烧结页岩砖、普通砂浆及保温砂浆的导热系数与含水率之间的拟合曲线分别见图7~图9。
轻质烧结页岩砖导热系数与不同含水率的拟合曲线方程为:y=0.0955x2+1.224x+0.3828
保温砂浆等效导热系数的拟合曲线方程为:
普通砂浆等效导热系数的拟合曲线方程为:
从图7可见,拟合曲线呈随着含水率增大导热系数也在增大的趋势,但其斜率在逐渐减小,在含水率为0~23.43%时,曲线的斜率>1.0,增长速率较快,含水率为23.43%~29.16%,曲线的斜率为0.6~0.9;含水率在29.16%以上时,其斜率<0.6。对于轻质烧结页岩砖拟合曲线的相关系数为0.9757,说明本次拟合曲线方程较好具有可靠性和有效性。从图8可见,普通砂浆拟合曲线呈现增长趋势,其导热系数的斜率也在减小,当含水率为0~9.8%时,曲线的斜率≥1.5,增长速率较快,含水率>9.8%时,其斜率<0.5,且随着水率的增加,拟合曲线斜率接近0,等效导热系数趋于稳定,该拟合曲线的相关系数为0.9924,表明拟合曲线方程的具有有效性。从图9可见,保温砂浆拟合曲线与上述2种材料曲线规律一致,在含水率为0~43%时,曲线的斜率>0.5,斜率增大速率较快,当含水率为43%~62%,曲线的斜率为0.1~0.5;含水率在62%以上时,其斜率<0.1,该曲线的相关系数为0.9540,表明该拟合曲线方程效果较好,具有有效性、可靠性。
2.2 墙体导热数据分析
根据GB 50176—93《民用建筑热工设计规范》附录二中围护结构的传热阻Ro的计算公式:
式中:R———围护结构的热阻,m2·K/W;
Ri———内表面换热阻,取0.11 m2·K/W;
Re——外表面换热阻,取0.04 m2·K/W。
对于由2种以上材料组成的、两向非均质围护结构,为能反映出整个墙体的节能特征指标,在此引入墙体的平均传热系数其公式为:
式中:———墙体未抹灰时单位传热系数,W/(m2·K);
F1、F2、F3、...、Fn———各材料所占的面积,m2;
λ1、λ2、λ3、...、λn———各材料的导热系数,W/(m·K);
δ———抹面砂浆的厚度,m。
本实验中3种材料的导热系数通过测试其随含水率的变化拟合公式,对墙体的9个点坐标及其对应点进行试验前及试验后的含水率测试,并取平均值。
2.3 试验数据处理
在试件中有3种材料分别为:轻质烧结页岩砖、砌筑砂浆、抹灰砂浆,未抹灰墙体的厚度δ为0.24 m,试件的尺寸为1.5m×1.5 m,其中砌筑砂浆的面积为F2=1.5×0.01×15+1.5×0.01×5=0.3 m2,则轻质烧结页岩砖面积为F1=1.5×1.5-0.3=1.95 m2;墙体抹灰后的传热系数为:
根据抹面砂浆的厚度δ1得到各个墙体试件的传热系数理论值见表5。
注:λ1为轻质烧结页岩砖的导热系数,λ2为砌筑砂浆的导热系数,λ3为抹灰砂浆的导热系数。
2.4 试验数据分析
从表5可得,墙体随着含水率的减小其传热系数减小,对于1#墙体,其含水率为14.33%时,传热系数的检测值为1.73W/(m2·K),当含水率为12.42%时,传热系数的检测值为1.66W/(m2·K),含水率对材料的传热系数有较大的影响;对于2种不同的抹面砂浆,相同抹灰厚度下,普通砂浆的传热系数大于保温砂浆,即使普通砂浆的含水率较保温砂浆的低,但其传热系数仍较大;对于同种抹面砂浆、含水率基本相同的情况下,对1#墙体而言当抹灰厚度10 mm,平均传热系数的实测值为1.67 W/(m2·K),抹灰厚度为20 mm,传热系数的实测值为1.49 W/(m2·K),因此增加墙体厚度可以提高试件的传热系数。在试验中防护热箱法检测墙体的传热系数与理论值有差别,判别墙体的热工性能不能只依靠理论值,说明墙体传热是复杂综合的热量传递过程,为使理论计算结果具有可靠性与简便性,应对理论计算进行修正,其修正系数平均为1.41。
在理论计算中,墙体的传热系数是由墙体总热阻求得,是由墙体结构本身的热阻、内外墙体表面的换热热阻组成,但是表面换热热阻受到墙体材料表面的粗糙度、表面辐射特性、周围空气流动、墙体外表面与周围空气的温差等因素的影响,是一个复杂的动态过程。我们使用的理论计算方法,把墙体传热看成稳态过程,不受外界影响是一种理想化的计算模型。在试验过程中,每次组装试件后,合并箱体时箱体的密封程度、墙体与传感器粘结密实度、墙体表面的平整度等这些因素都会导致实测值与理论值存在一定的误差。当含水率平均每增加1%时,则1#、2#、3#、4#墙体的传热系数分别增大1.75%、1.55%、1.65%和1.73%,因此改善质烧结页砖墙体的防水防潮措施、使用较厚的保温砂浆可增大热阻,提高墙体的热工性能。
3 结论
(1)通过试验得到不同含水率下轻质烧结页岩砖、普通砂浆和保温砂浆的导热系数,并将实测结果与理论计算值进行对比,对试验数据进行拟合分析,得出两者间的关系式。
(2)通过对4面墙体传热系数的理论和试验对比分析,可知试验值比理论计算值偏大,并分析了其原因,对传热系数理论计算值进行修正,使其具有可行性和简便性,其修正系数为1.41。
(3)墙体的基层结构相同时,不同的含水率、外铺材料、厚度均会影响墙体的传热系数,因此在实际工程中,改善质烧结页砖墙体的防水防潮措施、使用较厚的保温砂浆可增大热阻,提高墙体的热工性能。
(4)影响墙体检测的因素较多,造成轻质烧结页岩砖的传热系数的实测值与理论值存在一定误差,因此检测时应保证墙体表面的平整度、墙体和传感器粘结的紧密及箱体的密封度等。
参考文献
[1]顾天舒,谢连玉,陈革.建筑节能与墙体保温[J].工程力学,2006(S2):167-184.
[2]黄榜彪,景嘉骅,李青,等.轻质烧结页岩砖的研发[J].新型建筑材料,2011(11):45-46,52.
[3]朱基珍,黄中,黄建强,等.轻质烧结页岩砖石灰爆裂的研究[J].新型建筑材料,2012(3):20-23.
[4]黄榜彪,汪涛,朱基珍,等.有机纤维易燃物对轻质烧结页岩砖性能的影响[J].新型建筑材料,2012(8):96-99.
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[6]黄榜彪,赖骏,朱基珍,等.稻壳粉末烧结页岩砖性能研究[J].施工技术,2015(4):116-119.
[7]黄榜彪,吴元昌,朱基珍,等.城市污泥烧结页岩砖热工参数的数值计算分析[J].新型建筑材料,2015(5):54-57,74.
[8]夏赟,马鑫,镡春来,等.温湿度对墙体热工性能的影响[J].低温建筑技术,2009(1):95-97.
烧结页岩墙体材料 第3篇
1 烧结墙材产业结构调整加快
在国家产业政策的指导下, 各地加大“禁实”力度, 粘土实心砖总量继续得到控制, 山西、山东、浙江、河南等省相继出台了限时全面禁止生产使用粘土实心砖和新型墙体材料管理条例的政策, 各地在积极落实墙材革新政策的同时, 新型墙体材料总量呈上升趋势。清理关闭黑砖窑, 加快淘汰落后生产工艺能力, 积极发展高档次、高质量的烧结空心制品。在建的烧结制品生产线以页岩、江河淤泥、煤矸石、粉煤灰、城市污泥、各种尾矿为主要原料, 挤出机选型多为500、600和700型真空挤出机, 采用人工干燥、隧道窑烧成的先进生产工艺, 单线设计生产能力大都在6 000万～12 000万块。一批装备水平较高的大型烧结墙体材料生产线在全国各地陆续建成投产, 烧结墙体材料的领军企业在不断增加, 生产企业的初步整合已显端倪。秦皇岛晨砻建材有限公司、北京龙泉装饰砖有限公司、大连太平洋砖制品有限公司、天津蓟县国环页岩砖有限公司、嘉泰陶瓷 (广州) 有限公司、天津蓟县建工集团页岩烧结砖有限公司、浙江特拉建材有限公司、浙江瑞高建材有限公司、江苏宜兴新嘉理陶瓷公司、山东众合新型墙体材料有限公司、广州嘉鼎盛陶瓷有限公司的高质量新型烧结制品已成为烧结墙材行业主流市场的重要角色。
产品结构调整加快。整合行业资源, 加快行业结构调整, 清理关闭小砖窑, 粘土实心砖总量继续得到控制。截止2007年我国墙体材料的年产量约8 000亿块。其中粘土实心砖4 600亿块, 烧结空心制品增加到1 800亿块, 掺30%以上的废渣砖1 700亿块, 煤矸石砖80亿块, 粉煤灰砖50亿块。
与此同时, 企业规模由小变大, 企业数量逐步减少, 目前全国烧结墙材企业数量约为10万家, 其中单线年产1000万块以下的企业约占60%～70%, 1000万～3000万块的企业约占20%～30%, 3 000万块～5 000万块的企业约占9%, 6 000万块以上的约占1.5%～2.0%。
技术装备水平进一步提升。隧道窑是砖瓦生产中先进的窑型, 我国近年来随着砖瓦工业的发展, 隧道窑的数量不断增加, 水平也在不断提高, 相继建设了不少断面宽为4.6 m、6.9 m、9.2 m的隧道窑, 具有较大的发展。
在成型设备等方面朝着高压力挤出机、自动切码运系统、节能干燥技术、节能窑炉技术包括快速焙烧技术、余热利用技术、窑炉自动控制技术等方向发展。大中型企业产品合格率平均在85%以上, 少数企业产品质量和档次接近国外同类产品水平, 产品质量标准进一步提高。
2 生产技术向高层次发展, 形成了一批具有自主知识产权的成套技术与装备
自上个世纪80年代起20多年以来, 我国先后从国外引进关键设备与技术并建成了一批当时具有国际先进水平的烧结墙材生产线, 通过不断消化吸收再创新, 形成了具有自主知识产权的一批新技术、新装备和新工艺, 为我国烧结墙体材料的技术进步与发展创造了良好的技术基础。
目前西安墙体材料研究设计院形成了一批利用固体废弃物生产烧结墙体材料的专有成套技术:全煤矸石烧结墙材成套技术、高产量粉煤灰烧结墙材成套技术、烧结装饰墙材成套技术、城市污泥烧结墙材成套技术、烧结保温空心砌块成套技术等。
利用煤矸石、粉煤灰、炉渣、尾矿等固体废弃物制砖, 具有循环经济减量化、再利用、再循环的鲜明特征, 经过几年的实践, 研发能力、生产技术和装备与经营管理理念均有了明显提高。西安墙体材料研究设计院经过研发和技术攻关, 已设计完成了双鸭山东方工业公司、阳泉南煤集团、长春光大实业公司等全煤矸石和河北西柏坡、山西交城、秦皇岛电厂粉煤灰砖等全国上百条生产线, 并已顺利投产和正常运营, 效果很好。从研究设计、生产、运营和装备配套看, 已形成了一套基本定型的、技术成套和装备成套的工艺技术和系统, 满足全工业废弃物或部分使用工业废弃物的不同烧结制品的需要。建筑垃圾和城市生活垃圾、城市污泥制砖技术也已研发成功, 取得了初步的成果。
墙材革新工作开展以来, 煤矸石、粉煤灰等工业废渣为原料或作为内掺料, 在制砖行业获得了广泛的使用, 其中一些煤矿和电厂的自备砖厂、一些有条件的粘土、页岩砖厂也相继利用煤矸石、粉煤灰、垃圾做原料, 以降低生产成本、节约燃料和原料。其中山西阳泉南煤新型建材有限公司、长春光大实业集团公司和四川雅安金石墙材公司的煤矸石砖和粉煤灰页岩砖的生产和经营就充分证明了这一点。
由西安墙体材料研究设计院设计的阳泉南煤新型建材有限公司的年产2.6亿块全煤矸石烧结空心砖生产线, 于2005年8月23日正式投产。这条生产线的建设符合国家发展循环经济的政策, 是节能利废的典范。它拥有目前国内多个同行业之最———最先进的生产技术, 最先进的生产工艺, 单条生产线产量规模最大的, 自动化程度最高, 生产工艺最精密等。
整条生产线的设计工作遵循“技术先进、经济合理、切合实际、安全适用”等原则, 又针对项目的实际情况注入了新的设计理念, 在南煤建材有限公司采用了国内外最新技术和设备的基础上, 在原料处理、精细配料、工艺设计、切码运系统、窑车运转系统、隧道窑焙烧系统等方面进行了创新和改进。
一是首次采用框架结构, 满足紧凑型生产要求。煤矸石烧结砖原料破碎是关键, 由于场地小、设备多、产量要求高等因素, 为了提高原料的破碎能力和破碎细度, 生产工艺采用粗碎-细碎-过筛等工艺措施。首先在矸石山用2台大型粗碎设备分2条线对不同的原料实行粗碎, 再送入破碎楼细碎。
该生产线产量高, 原料处理设备多, 其中有2台大型粗碎设备、12台细碎设备、8台振动筛以及多台输送设备等, 由于受场地的限制, 设计上采用了原料集中处理、设备分层布置的方式, 建筑结构在本行业中首次采用框架结构形式。实践证明, 对于产量大设备多的原料处理车间, 其框架结构形式既能满足紧凑型生产工艺的要求, 也非常适合生产流水线向空间发展。
二是实行粗碎前粗配、细碎前细配, 保证原料质量。众所周知, 煤矸石烧结砖的热量主要来源于煤矸石自身, 而来自矿山的煤矸石发热量值不是恒定的, 需要掺配其他原料调整热值的大小, 另外为了产品成型性能及外观质量, 有时也需要掺配少量的其他原料, 因此原料的配比就尤为重要。以往生产设计仅在原料粗碎前配料, 由于原料在粗碎前, 块度大小不均匀, 所以这样配料不精确, 很难达到配料的目的。该生产线设计在粗碎前用给料设备进行粗配, 在原料细碎处理后, 再次用给料设备进行定量给料, 实行了粗碎前粗配, 细碎后细配的方式, 达到了真正配料的目的, 保证原料的处理质量, 为生产合格产品打下坚实的基础。
三是首次设计池式陈化库, 储量大、效果好、节约土地使用面积。为了保证原料的疏解、均化, 提高原料的成型性能, 同时又具备大产量的储备和缓冲功能, 西安墙材院在设计上首次采用池式陈化库, 有效尺寸为72 m×20 m×8 m, 这种陈化库具有储量大、设备功能强、陈化效果好、节约占地面积等特点, 对正常稳定的生产起到很大作用。
陈化库根据产量和设备匹配的要求, 设计成一座陈化池, 两套生产设备供应两条生产线。其中的布料和出料设备采用悬挂式可逆移动布料机和桥式多斗挖掘机, 悬挂式可逆移动布料机悬挂在厂房屋架下方, 可以纵、横方向移动, 皮带也可正反方向运行。桥式多斗挖掘机横跨在陈化池上, 整个设备可以沿轨道在陈化池上纵向移动, 同时多斗斗臂沿设备本身可以横向移动。布料机将原料均匀地分布在陈化池中陈化, 原料陈化3 d后, 由桥式多斗挖掘机均匀挖出, 经带式输送机送至成型车间的箱式给料机上。
池式陈化库与国内其他形式的陈化库相比, 优势主要在于:一是存储量大, 单位面积存储量高了2倍多;二是布料方式多样化, 即可横向布料, 也可纵向布料, 可以根据生产工艺和产品品种的要求进行分区布料;另外该陈化库的两端均可以出料, 很适用于高产量多品种的生产线。
四是采用大断面双通道干燥焙烧隧道窑, 提高能量利用效率。窑体采用一次码烧大断面双通道干燥焙烧隧道窑, 其特点是窑体断面大且两窑体并在一起, 与同产量中小断面窑炉相比具有温差小、散热面积小、热利用率高的优点, 从而提高了能量的利用效率。减少了窑炉占地面积。
隧道窑采用内宽为6.9 m、有效高度2.24 m的双通道大断面隧道窑, 窑体结构设计成平吊顶结构, 以全内燃为主, 无需外投煤。隧道窑设有排烟系统、循环系统、余热系统、冷却系统和车底压力平衡系统。该窑断面大、产量高、断面温差小、保温性能好, 并配备自动监测、巡检系统, 焙烧热工参数稳定, 可保证产品的烧成质量。
长春光大集团公司砖厂于2000年建成投产, 总投资6 000万元, 年设计能力12 000万块全煤矸石砖 (标块) 。该厂原料全部采用煤矸石, 由于煤矸石中含有较高的发热量, 即可满足砖坯干燥和烧成的热能需求, 还可以用于员工洗浴用热和冬季生产车间与办公室取暖, 可谓一举多得, 事半功倍。该厂使用的煤矸石为营城矿排除的废弃物, 已堆存多年, 由于长期风吹日晒, 对周围水土、耕作环境影响较大, 因而砖厂建设征用土地时被补偿征用, 从而降低了原料使用成本。该煤矸石发热量约为450 kcal/kg, 莫氏硬度约为2～4, 尤适合于制砖。产品的主要规格有240 mm×115 mm×90 mm, 240 mm×115 mm×115 mm, 240 mm×190 mm×90 mm, 190 mm×190 mm×90 mm等几种, 且产品性能优于粘土砖。该厂年煤矸石用量约30万t, 按每万砖消耗1 t标煤计算, 年节约标煤15 800 t, 利废和节能效果十分显著。
3 积极研发单一材料满足建筑节能50%、部分地区满足65%的烧结保温空心砌块成套技术
烧结保温空心砌块密度小、重量轻、导热系数低、传热系数小、节省资源和制造及运输能源、节省建筑使用能源, 是欧洲近30年来大力发展的烧结制品的新品种, 是烧结砖发展史上的一场技术革命, 成为欧洲用于建筑节能墙体的重要材料之一, 在欧洲建筑节能中发挥了巨大作用。
在欧洲, 烧结保温空心砌块密度为800 kg/m3时, 墙体厚度从24 cm～49 cm, 表面不做抹砂浆层时, 墙的传热系数K值从1.07 W/ (m2·K) ～0.44 W/ (m2·K) 。两面抹灰每面分别抹保温砂浆1.5 cm～2 cm, 墙体的传热K值分别达到0.78 W/ (m2·K) ～0.38 W/ (m2·K) 和0.71 W/ (m2·K) ～0.37 W/ (m2·K) 。
因此, 根据当地情况选择不同密度、不同厚度、不同孔洞率的烧结保温空心砌块, 完全可以满足我国四个气候带节能50%外围护墙的要求, 也可以满足部分地区节能65%的要求。可以说烧结保温空心砌块从热工性能上完全可以以单一材料满足各地节能建筑对保温隔热墙体的要求, 实现当地建筑节能目标。
该技术的研究开发已经被列入国家“十一五”科技支撑计划, 该项目的研究目标将达到烧结保温空心砌块的导热系数0.20 W/ (m·K) ～0.30 W/ (m·K) , 以页岩、江河淤泥和煤矸石为主要原料。项目将从原料的加工制备、配合比研究、产品规格、孔型及其结构、粘结剂、造孔剂及其技术、成型码坯技术及其装备、一直到烧成窑炉和烧成技术等进行全面研究开发。
3.1 原料加工制备技术及装备
烧结多孔薄壁保温隔热砌块, 像烧结粘土瓦一样, 属薄壁制品制坯原料颗料要小于1 mm。重点研究原料的破碎技术和均化技术。在原料配比方面, 在完成理论研究的同时, 着重研究解决粘结剂和造孔剂及其制造技术。
3.2 坯体成型技术
烧结多孔薄壁砌块孔多、壁薄, 对成型机及芯架要求较高, 是多孔薄壁砌块生产的关键之一, 我们将对挤出机的工艺参数、芯架设计和制造技术和耐磨技术展开研发。
3.3 产品规格品种
烧结保温空心砌块的规格品种较多, 它不像烧结实心粘土砖那样, 一块砖头以不变应万变, 可以一把瓦刀, 一块砖打遍天下。它像混凝土砌块一样, 块型大, 需要多种规格、多个品种, 特别是不同地区需不同厚度, 门、窗、洞配件等。在使用时需进行排块设计, 配套供应, 因此需要很多机器和芯架。同时要研究适合我国建筑模数, 满足不同地区建筑节能50%、部分地区65%的不同规格、组合和孔型结构等。
3.4 坯体的切、码技术研发
烧结砌块的砖坯尺寸比较大, 壁薄孔多, 不宜人搬、人码, 必须采用机械, 而且要轻夹轻码, 并要灵活适应不同规格的变化。我国在切、码机械方面虽有制造和供应, 但仍比较粗糙。有些技术还未掌握, 以目前的水平, 还不能提供符合要求的切、码机械及工艺, 研究解决切码技术及其装备至关重要。
3.5 干燥、焙烧技术研究
干燥砖坯孔多、壁薄, 存在诸多压力集中处, 在干燥过程中, 如制度不当极易开裂。我国绝大部分砖厂在干燥方面普遍采用自然干燥, 虽有一部分小断面干燥, 但均未加控制或不能严格控制干燥过程。近十多年来, 虽在大型工厂中建设了一批一次码烧和二次码烧干燥室, 但已掌握的技术远不能满足发展烧结多孔薄壁保温隔热砌块的要求。干燥技术的研发将从干燥窑炉的结构、干燥方式入手, 解决适合烧结保温空心砌块的整套干燥技术。
我国烧结砖的抗压强度普遍较低, 要使烧结保温砌块既能保温又能承重, 就要求抗压强度达到15 MPa以上, 因此必须提高焙烧温度至1 050℃以上, 使其在焙烧过程中收缩微密。我国在焙烧技术上与国外仍有不少差距, 有些技术尚未掌握, 需加强研究和开发。
4 烧结墙体材料工业节能减排进展
烧结墙体材料行业尽管是利用工业废弃物特别是可燃废弃物最多的行业, 但毕竟又是一个以窑炉生产、以烧结为主的工业, 加上烧结墙体材料产量巨大, 因此能源消耗总量不可小视, 节能减排潜力大、任务重。烧结墙体材料行业节能减排的途径主要包括两个方面, 一是在满足现代建筑业发展要求和建筑节能要求的前提下, 积极开发和发展高强度、高孔洞率、高质量性能的烧结空心制品和烧结保温空心砌块, 通过调整产品结构, 实现结构性节能减排;二是通过行业技术进步和加强管理, 实现技术性节能减排。
烧结页岩墙体材料 第4篇
镍是一种银白色金属,主要应用于钢铁、金属合金及化工等行业,在国民经济发展中具有重要地位[1]。随着镍资源的不断开发利用,产生的镍尾矿也越来越多。目前,镍尾矿的利用率不高,大量堆积的尾矿不仅占用了土地,若处置不当还对环境造成污染[2]。利用尾矿制备建筑材料是实现尾矿综合利用的有效途径。
不同尾矿的化学成分、物理性质差异大,很难有统一的制备工艺,需要进行具有针对性的试验研究。目前,利用红土镍尾矿制备烧结墙体材料的研究较少,本研究以红土镍尾矿为主要原料制备烧结砖,考察了红土镍尾矿掺量、成型含水率及烧结制度对烧结砖的性能影响,为制定红土镍尾矿烧结砖合理的制备工艺提供实验基础和理论依据。试验中的红土镍尾矿钙、镁、硫含量高,如何避免烧结砖泛霜、爆裂问题是本研究的主要难点。
1试验
1.1试验原料
本实验以广西玉林市龙潭产业园的红土镍尾矿及当地页岩为原料,尾矿的粒度级配见表1,化学成分见表2。
%
从表1可知,原料较细,制砖时需要掺入部分骨架颗粒。 从表2可以看出,红土镍尾矿的Si O2和Al2O3含量偏低,会影响到烧结砖的抗压强度,Mg O和Ca O含量较高,容易引起烧结砖的泛霜问题[3]。硫含量高,要注意烧成过程硫的二次污染问题,实际应用中需配套脱硫设备;从化学成分来看,单纯利用红土镍尾矿制砖存在一定的困难。为了满足原材料的制砖要求,需要配入一定量的页岩,页岩的化学成分见表3。
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红土镍尾矿的XRD衍射图谱见图1。
由图1可见,红土镍尾矿中主要矿物为石英、钙(镁)黄长石、石膏等。其中石英相(Si O2)、二水石膏相(Ca SO4·2H2O)所占比例最高。石英的主要作用是提供Si O2成分,长石在高温下熔融后形成长石玻璃相填充于坯体颗粒之间,使坯体变得致密,并能熔解其它矿物,有助于提高制品的机械强度。
利用尾矿制烧结砖时,原料的塑性指数是一项重要的工艺性能指标,不但直接关系到粉料的成型性能及其掺入比例, 而且影响到坯体的致密性及最终产品质量。采用塑性指数测试仪对红土镍矿尾矿进行可塑性测定,红土镍尾矿的塑性指数为13.9,可以满足烧结砖的要求。
1.2试验方法
试验流程为:取样→晾干→破碎→筛分→混料→加水搅拌→陈化→成型→干燥→烧结→产品检测。
鉴于尾矿中Mg O、Ca O、SO3的含量偏高,为了防止泛霜及爆裂发生,试验中将尾矿全部通过1 mm筛,将筛分后的尾矿与页岩定量混合,掺入页岩调整配方颗粒级配和塑性,同时降低配方中Mg O、Ca O、SO3的含量,使其满足制砖要求。混合后搅拌均匀,然后再加入定量的水并搅拌,使水分分布均匀。陈化24 h后将泥料放入真空练泥机,在真空度-0.08 MPa,压力3 MPa下挤压成直径5 cm的圆柱型长条,再切割成5 cm小段自然放置2 d,之后放入恒温干燥箱,在(105±5)℃温度下干燥至恒重,最后对试样进行烧结,并进行性能测试。试验烧结采取的升温制度如表4所示。
2试验结果与分析
2.1原材料配比试验
经过前期试验摸索,将焙烧温度固定为1050 ℃,成型水分为18%,于3.0 MPa、真空度-0.08 MPa下挤出成型,在干燥箱中于105 ℃干燥至恒重条件下进行红土镍尾矿掺量单因素试验,结果见图2和图3。
由图2可知,随着尾矿掺量的增加,制品的抗压强度呈逐渐降低的趋势。尾矿掺量小于30%时,制品的抗压强度能达到MU30,尾矿掺量为40%~50%时,强度能达到MU25,尾矿掺量为60%时,强度急剧下降。
由图3可知,随着尾矿掺量的增加,制品的体积密度先增大后减小,吸水率逐渐增大。制品的体积密度为1.86~1.96 g/cm3,比普通烧结砖的密度略微偏大。除了红土镍尾矿掺量为60%试样吸水率过高外,其它制品的吸水率为12.4%~17.5%, 在普通烧结砖允许的范围内。
试验中发现,当红土镍尾矿掺量达到50%时,坯体在干燥表面出现泛灰白现象,烧成后制品表面保留灰白颜色,继续加大尾矿掺量,烧成后表面出现轻微掉皮甚至爆裂。为防止制品泛霜及爆裂并尽可能增加尾矿掺量,红土镍尾矿最佳掺量为40%。
2.2成型含水率试验
成型含水率是影响烧结制品的重要因素之一,适当的含水率有助于提高原料的可塑性,使坯体颗粒粘合在一起,保证试样成型效果,但成型含水率过高或过低都会影响烧结制品的综合性能。成型含水率对烧结砖性能的影响见图4。
由图4可知,试样的抗压强度随着成型含水率的增加而提高,当含水率大于18%时,随着成型含水率进一步增加,试样抗压强度有所下降,试样的吸水率则是随着成型含水率的增加而增大。坯体的成型含水率越大,一方面,有助于坯体颗粒稳固粘结,在烧结过程中使试样反应稳步进行,试样抗压强度增大;另一方面,在干燥和烧结过程中由于水分蒸发留下的空隙变大,从而导致试样吸水率增高,抗压强度下降,试样的最佳成型含水率为18%。
2.3最佳焙烧温度试验
选取红土镍尾矿的掺量为40%,焙烧温度范围为850~ 1150 ℃,温度梯度为50 ℃。对焙烧样品进行烧成收缩率和吸水率测试,以确定该混合料的最佳烧成温度。烧成收缩率和吸水率随焙烧温度的变化曲线见图5。
由图5可以看出,试样的收缩率随着焙烧温度的升高而增大,吸水率随着焙烧温度的升高而逐渐降低。这是因为焙烧温度越高,砖块内部就会因融化而产生越多的液相,液相可填充砖块内部孔隙,使砖块变得小而密实,进而使烧结砖的烧成收缩率增大,使吸水率减小[4]。为保证烧结制品的质量,烧成收缩率不宜过大,否则会使砖块在烧结过程中变形,因此烧成收缩不宜超过5%,而吸水率也应该控制在20%以下,以保证烧结砖的使用寿命,综合考虑,焙烧温度在1050~1100 ℃时最佳。
2.4保温时间试验
红土镍尾矿掺量为40%,成型含水率为18%,焙烧温度为1050 ℃条件下,保温时间对烧结制品性能的影响见图6。
由图6可知,当保温时间小于1 h时,烧结砖的抗压强度随着保温时间的延长而快速提高;当保温时间大于1 h后,烧结砖的抗压强度基本不变。烧结砖的吸水率随着保温时间的延长而逐渐减少。从烧结砖的性能及节能降耗方面综合考虑, 最佳保温时间为1.0~1.5 h。
2.5最佳工艺烧结砖的性能
在最佳工艺条件下对制备的红土镍尾矿烧结砖进行性能测试,结果见表5。
2.6中试试验
根据小试试验确定的工艺条件,参照企业实际生产进行红土镍尾矿制备烧结墙材中试试验,产品尺寸为240 mm×190 mm×90 mm,性能测试结果见表6。中试产品表面光洁,形状规整,颜色基本为红褐色;经测试,所测各项性能均符合GB 13544—2011《烧结多孔砖和多孔砌块》要求,产品质量合格。
3烧结机理分析
红土镍尾矿烧结砖的烧结过程分为2个阶段。第一阶段为烧结温度小于900 ℃时,试样失去吸附水、结晶水、结构水, 部分矿物晶格破坏,开始分解,烧结以固相表面的扩散传质为主。第二阶段为烧结温度大于900 ℃以后,砖坯开始烧成,非结晶物质重结晶形成新的结晶态长石,结晶态长石是烧结砖的骨架颗粒之一[5]。同时,部分长石与石英及硅酸盐形成低共熔物,填充于坯体的骨架颗粒之间。在表面张力的作用下,固体颗粒距离拉近,坯体体积收缩[6]。烧结中后期是以熔融液相作用下的固体颗粒重排和塑性流动传质为主。烧结冷却之后, 熔融液相转变成玻璃相,将骨架颗粒粘结在一起,使砖体具有强度[7,8]。
4结语
(1)以红土镍尾矿与页岩为原料,在适当的工艺条件下, 可以生产出符合GB 13544—2011的烧结制品。尾矿制备烧结砖符合循环经济理念,可为当地新型墙材资源综合利用提供新方向。
(2)红土镍尾矿中钙、镁含量偏高,使用过程需对原料进行一定处理,并严格控制尾矿掺量,从而将有害成分控制在合理范围内,防止烧结制品出现泛霜及爆裂现象;另外,由于尾矿中硫含量高,需注意烧成过程中二次污染问题,实际应用需配套脱硫设备。
(3)在本试验条件下,红土镍尾矿制备烧结砖最佳工艺为:尾矿掺量40%,成型含水率18%,烧成温度范围1050~1100 ℃ ,保温时间1.0 ~1.5 h。 制备的烧结试样强度等级达到MU30。中试制备的烧结多孔砖各项性能均符合GB 13544— 2011中MU15的要求。
摘要：以红土镍尾矿和页岩为原料制备烧结墙体材料。分别对原材料的性质进行了测试分析,研究了红土镍尾矿掺量、成型含水率、烧结制度对烧结制品性能的影响,并对烧结机理进行了阐述分析。结果表明,红土镍尾矿的最佳掺量为40%,最佳成型含水率为18%,最佳烧结温度为1050~1100℃,保温时间为1.0~1.5 h,中试产品符合国家相关标准要求。
关键词：红土镍尾矿,页岩,烧结墙体材料,最佳工艺
参考文献
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烧结页岩墙体材料 第5篇
根据国家标准化管理委员会综合[2011]66号文件“关于下达2011年第二批国家标准制修订计划的通知”, 国家标准化管理委员会下达了计划编号为20110817-Q-469的《烧结墙体屋面材料能耗限额》强制性国家标准的编制任务, 由中国建材西安墙体材料研究设计院、中国建材检验认证集团西安有限公司负责国家标准的起草和编制工作, 国家标准的归口单位为全国墙体屋面及道路用建筑材料标准化技术委员会和全国能源基础与管理标准化技术委员会。
2 制定《烧结墙体屋面材料能耗限额》标准的意义
节能是国家发展经济的一项长远战略方针, 2013新年伊始, 一系列节能减排的政策措施便密集出台。比如:新一轮节能惠民工程高效节能产品推广目录发布、《绿色建筑行动方案》公布;国家发改委下发了《关于扩大脱硝电价政策试点范围有关问题的通知》决定自2013年1月1日起, 试点范围扩大至全国等等。国务院《“十二五”节能减排综合性工作方案》国发[2011]26号, 对重点行业和领域的节能减排提出了明确要求, 提出降低万元国内生产总值能源消耗的节能目标。为达到该目标要求, 国家将对高能耗行业实行能耗限额。整个建材行业的能源消耗与电力和冶金行业并列为三大耗能大户, 特别是水泥、砖瓦、玻璃、陶瓷等属典型的高耗能企业。而就具体企业而言, 其消耗的能源成本所占的比例基本都在生产成本的40%左右。烧结墙体屋面材料在窑炉焙烧过程中的能源浪费距国家提出节能的要求还有很大差距。必须制定烧结墙体屋面材料能耗限额标准, 调整优化产业结构、加快淘汰部分高能耗的落后生产线, 抑制高耗能, 进一步提高行业准入门槛, 强化节能、环保、土地、安全等指标约束, 依法严格节能评估审查等。严格控制高耗能, 抓紧制定重点行业“十二五”淘汰落后产能实施方案, 将任务按年度分解落实到各地区。
“十二五”节能减排总体要求;坚持降低能源消耗强度、减少主要污染物排放总量、合理控制能源消费总量相结合, 形成加快转变经济发展方式的倒逼机制;坚持优化产业结构、推动技术进步, 大幅度提高能源利用效率, 显著减少污染物排放;进一步形成政府为主导、企业为主体、市场有效驱动、全社会共同参与的推进节能减排工作格局, 确保实现“十二五”节能减排约束性目标:到2015年, 全国万元国内生产总值能耗下降到0.869 t标准煤 (按2005年价格计算) , 比2010年的1.034 t标准煤下降16%, 比2005年的1.276 t标准煤下降32%;“十二五”期间, 实现节约能源6.7亿t标准煤。2015年, 全国化学需氧量和二氧化硫排放总量分别控制在2347.6万t、2086.4万t, 比2010年的2551.7万t、2267.8万吨分别下降8%;全国氨氮和氮氧化物排放总量分别控制在238.0万t、2046.2万t, 比2010年的264.4万t、2273.6万t分别下降10%, 加快建设资源节约型、环境友好型社会。
加强节能减排基础工作和能力建设, 加快节能环保标准体系建设。加快制 (修) 订重点行业单位产品能耗限额、产品能效和污染物排放等强制性国家标准, 以及建筑节能标准和设计规范, 提高准入门槛。鼓励地方依法制定更加严格的节能环保地方标准。
烧结墙材工业是耗能大户, 据国家统计局资料, 2005年建材工业总能耗约为2.03亿t标煤 (注:以发电煤耗计算法计算则为2.46亿t标煤) , 从烧结墙材企业普遍存在节能观念和意识不强, 节能管理薄弱, 单纯追求数量增长的粗放式发展模式尚未根本转变, 而大多数企业只是设法提高产量, 依靠追求规模效益维持生产。烧结墙材工业技术进步的发展方向是以节能为目标的。根据目前烧结墙材生产的技术和装备以及现代化水平的不断提高, 生产能耗将不断降低。以工业化国家为例, 30年前生产烧结墙材的平均能耗是668千瓦时/吨, 其中电耗占总能耗的十分之一;到1980年, 生产烧结墙材的能耗降为612 k Wh/t;1990年进一步下降为529 k Wh/t, 其中电耗是106 k Wh/t;到1996年平均能耗已降到488 k Wh/t。30年时间能耗降幅达27%。由此可看出, 随着生产工艺和技术的发展, 烧结墙材工业的节能在不断的进步。在能源综合利用上, 发达国家不但从产品上提高其保温隔热性能, 而且已经开始对建筑承包商要求提供产品能耗证书, 以及所有耗能的相关数据, 其中包括制造耗能以及使用中可用回收的能量。节能和环保是全社会的责任, 不走节能减排的路, 企业将无路可走。这也是整个烧结墙材行业经营效益的内在要求。
2012年冬我国多个城市遭遇罕见雾霾天气, PM2.5监测数据几度“爆表”, 这再一次敲响了警钟。环保部部长周生贤表示, PM2.5治理既是“攻坚战”又是“持久战”, 要采取综合措施加大力度治理, 2013年将在113个环保重点城市和环保模范城市开展包括PM2.5在内的6项指标监测, 确保2015年重点区域空气中PM2.5年均浓度下降5%, 京津冀、珠三角、长三角区域年均浓度下降6%。改善环境质量, 节能减排任重道远, 这是与我们每一个人密切相关的大事。
3 标准制定的主要依据与指导思想
标准制定主要是根据目前国内烧结墙材工业的产业结构、技术水平及相关的国家产业政策, 同时参考目前国际上先进的烧结墙材生产技术经济指标, 确定适合我国烧结墙材工业实际情况的烧结墙材单位产品能源消耗限额指标。
指导思想是通过制定的烧结墙材企业单位产品能源消耗限额值, 淘汰目前烧结墙材工业能耗高的生产线和生产企业。同时确定烧结墙材单位产品能源消耗限额目标值和新建烧结墙材企业单位产品能源消耗限额准入值, 促进各烧结墙材生产企业加强管理, 使烧结墙材单位产品能耗向能源消耗限额的准入值靠拢。
3.1 标准编制的说明
目前建材行业已有几类产品建立了能源消耗限额强制性国家标准, 如GB 16780-2007《水泥单位产品能源消耗限额》、GB 21252-2007《建筑卫生陶瓷单位产品能源消耗限额》、GB 21340-2008《平板玻璃单位产品能源消耗限额》, 这些产品能源消耗限额标准都是强制性的国家标准, 而且基本都是近几年新制定的, 在技术指标上有着一定的先进性。在这些产品能源消耗限额标准中除规定了相关产品的限额值与先进值、计算方法外, 还提出了相关的节能管理与措施。此外还有很多能源管理及能耗计量方法等方面的国家推荐性标准, 如GB/T 15587-2008《工业企业能源管理导则》、GB/T 2589-2008《综合能耗计算通则》、GB 50528-2009《烧结砖瓦工厂节能设计规范》、GB/T6422-2009《用能设备能量测试导则》、GB/T4272-2008《设备及管道绝热技术通则》等, 这些标准均可作为本标准编制的参考依据, 从而保证相关技术指标的科学、合理, 使烧结墙材企业能源管理工作不断向高层次推进。
3.2 标准编制原则和依据
a.贯彻执行《中华人民共和国节约能源法》和国家有关的法律、法规、规章及强制性标准;
b.满足规范化、先进性的要求, 参照下面有关国标:
GB/T 2589-2008《综合能耗计算通则》
GB/T 3484-2009《企业能源平衡通则》
GB/T 13234-1998《企业节能量计算方法》
GB/T 15587-2008《工业企业能源管理导则》
GB/T 6422-2009《用能设备能量测试导则》
GB/T 2588-2000《设备热效率计算通则》
GB/T 4272-2008《设备及管道绝热技术通则》
GB/T 5623-2008《产品电耗定额制定和管理导则》
GB 17167-2006《用能单位能源计量器具配备与管理导则》
GB/T 3485-1998《评价企业合理用电技术导则》
c.充分考虑市场现状, 确保可操作性, 保护生产者和消费者利益;
d.有利于新技术的发展和推广。
e.本标准在编制过程中严格按照GB/T 1.2-2002《标准化工作导则》
f.标准中的结构、编写规则、规范性技术要求进行编制。
g.参照现有水泥、玻璃、陶瓷限额、JC 982-2005《砖瓦焙烧窑炉》、
GB 50528-2009《烧结砖瓦工厂节能设计规范》等相关的标准编制;
3.3 信息资料收集
国家标准编制专题组将广泛收集了解现有生产企业能耗和管理情况, 大量征求、调查了解国内有代表性的生产企业的意见和建议, 并对其认真细致地研究, 确定标准制定能耗限额的指标。
3.4 标准编制工作计划
2012年10月开始收集国内外有关文件资料;
2013年01月向国内有代表性的生产企业和墙材主管部门收集了解意见和建议, 确定标准制定的初衷。
2013年04月完成标准草案;
2013年08月完成标准征求意见稿;
2013年10月完成标准报批稿及编制说明等所有文件。
2013年12月召开《烧结墙体屋面材料能耗限额》国家标准审定会, 对标准进行审定。通过修改后的标准修定及送审稿。
3.5 标准起草归口单位
此标准主要起草单位为“中国建材检验认证集团西安有限公司和中国建材西安墙体材料研究设计院”, 负责标准征求意见稿、送审稿、报批稿及相关文件的起草工作及标准中涉及到的企业调查工作。标准的归口单位为全国墙体屋面及道路用建筑材料标准化技术委员会和全国能源基础与管理标准化技术委员会。愿意参加起草和讨论该标准单位或个人可与我们联系029-85221489。
4 标准制定编制的基本构想
4.1 标准制定的产品对象
在标准的制定中, 结合我国烧结多孔砖、空心砖、保温砌块和标砖等产品的生产实际工艺特点及墙材革新与建筑节能发展趋势, 利于对烧结节能保温产品质量的进一步提高及推广应用起到推动作用。
标准制定主要在了解目前国内较先进生产线的实际生产情况, 使我国的烧结墙体屋面材料能耗限额指标先进、合理。将考虑目前我国烧结墙体材料产品的生产和发展方向, 力求制定后的标准既科学先进, 又能切合国内的实际情况。
4.2 单位产品能耗限额指标
单位产品能耗限额指标将以烧结多孔砖、空心砖、保温砌块和标砖等产品分类, 规定产品能源消耗限额, 这次制定的能耗限额指标将优于JC/T 713-2007烧结砖瓦能耗等级定额一级能耗等级的能耗指标。
a.限额指标的能耗或电耗限额将设立孔洞率修正系数
烧结多孔砖、空心砖、烧结保温砌块和标砖主要是作为承重和非承重填充材料和轻质墙体材料使用, 根据我国的原料情况、生产水平和对各分类产品本身的隔热保温性能的要求, 烧结墙材生产线的能耗限额将根据产品分类设立孔洞率修正系数。如烧结多孔砖, 孔洞率在高于28%时, 将进行孔洞率修正。
b.限额指标的能耗或电耗限额将设立焙烧温度修正系数。
c.能耗限额指标的电耗应有利于促进节能机械设备的研制与开发, 将对烧结墙体屋面材料的装备水平提升一个全新的水准。此外也有利于促进操作灵便可靠的自动化切坯机、自动化码坯机、机器人码坯机、上下架系统设备、高效轮碾机、高效破碎机、新型高速对辊机等生产高孔洞率烧结保温砌块产品发展和提高。
d.能耗限额指标将促进节能干燥室和隧道窑的开发与设计。
隧道窑是稳定传热的热工设备, 而轮窑是不稳定传热的热工设备。按理讲, 隧道窑比轮窑节省热能, 但事实并非全如此, 有些砖厂的隧道窑热耗高于轮窑, 都是不正常现象。和发达国家隧道窑相比, 我国隧道窑热耗明显偏高。现有的平均热耗约360 kcal/kg制品 (干燥+焙烧) 左右, 降低近15%, 便可达到约310 kcal/kg制品 (干燥+焙烧) 。当然, 热耗数据与原材料的种类、产品的种类及规格形状等有关, 热耗数据的降低也只有采用类比的方法来判断。
4.3 新标准主要制订内容
a.关于标准名称、有关内容的说明
本标准暂取名为《烧结墙体屋面材料能耗限额》。“烧结墙体屋面材料”反映出了该类产品的特点、用途和使用范围。本标准只适用于烧结墙体屋面材料生产企业的能耗的计算、控制和考核。
近些年来, 随着环境和可持续发展需求的提高, 保护可耕地、节约能源及各种资源已成为墙体材料发展中必不可少的重要因素。加快发展新型墙体材料以及节能、节地、节约资源和保护环境为中心。烧结墙材工业提倡用煤矸石、粉煤灰、炉渣、污泥、淤泥、建筑垃圾、页岩等原料。本标准适用于以煤矸石、粉煤灰、炉渣、污泥、淤泥、建筑垃圾、页岩等为主要原料生产的建筑物内外墙、承重或非承重墙体、屋顶等具有保温、隔热等多种用途的墙体屋面材料。
b.关于引用标准
根据GB/T 1.1-2009标准化工作导则的要求, 编写了规范性引用文件的引导语。并且在此列出了本标准的“规范性引用文件”, 对引用的文件标准均采用注日期的引用方式, 这些引用标准构成了本标准整体不可分割的组成部分, 与标准文本中规范性要素具有同等的效力。
c.可比产品综合能耗:根据可比坯料综合标煤耗和可比坯料综合电耗计算, 其中电力折算标煤系数按国家统计局规定的0.1229 kg标煤/k Wh计算。
d.产品综合标煤耗:在统计期内 (每年度) 生产每吨产品的燃料折算成标准煤, 包括烘干砖坯及烧成产品消耗的燃料, 以ecl表示, 单位为千克每吨 (kg/t) 。
e.可比产品综合煤耗:产品综合标煤耗按产品品种统一修正到孔洞率修正后所得的标煤耗, 以ekcl表示, 单位为千克每吨 (kg/t) 。
f.产品综合电耗:在统计期内生产每吨产品的综合电力消耗, 包括生产各过程的电耗和生产辅助过程的电耗 (包括厂内线路损失以及车间办公室、仓库的照明等消耗) , 以Qcl表示, 单位为千瓦小时每吨 (k Wh/t) 。
g.可比产品综合电耗:产品综合电耗按产品用原料统一修正后所得的综合电耗, 以Qkcl表示, 单位为千瓦小时每吨 (k Wh/t) 。
h.可比产品综合能耗:在统计期内生产每吨产品消耗的各种能源统一修正到孔洞率修正后所得, 以Ecl表示, 单位为千克每吨 (kg/t) 。
i.为鼓励加大对固体废弃物的综合回收利用, 采用废弃物作为替代燃料时, 处理废弃物消耗的燃料可折算计入燃料消耗, 废弃物带入的热量也可不折算成标煤计入烧成煤耗;采用工业废弃物作为砖坯混合材时, 烘干砖坯混合材消耗的燃料可不计入产品综合能耗。
j.产品综合电耗统计包括从原燃材料进入生产厂区开始, 到产品出厂的整个生产过程消耗的电量, 包括原材料破碎、输送的电耗, 产品包装的电耗等。采用废弃物作 (如污泥等) 为原料时, 单独烘干废弃物消耗的电量不计入产品综合能耗。
k.能耗限额标准将有利于国家的专门机构对能耗限额进行管理和定期组织对烧结墙材企业的能耗进行检测, 并根据检测结果对烧结墙材企业的能耗进行考核。
5 标准制定对生产工艺和干燥焙烧技术的提升
生产工艺要求:烧结墙材生产原料应符合国家产业政策, 符合节土和生态环保要求, 以煤矸石、粉煤灰、炉渣、污泥、淤泥、建筑垃圾、页岩等为主要原料。以建筑垃圾、煤矸石、炉渣或页岩等硬质原料为主时、需要粉磨加工的原料和硬质燃料的企业, 其原料破碎粉磨加工过程中会增加一定量的电耗, 综合电耗会进行修正。在原料处理方面采用陈化工艺所占比例在增大, 今后的发展趋势将是根据原料的混合工艺, 将不同原料按比例配料混合, 再进陈化库内陈化。新建生产线的企业应采用60型以上真空挤出机, 产品以烧结多孔砖、空心砖和保温砌块为主、生产线应采用人工干燥, 一次或二次码烧工艺。
烧结墙体材料行业的生产工艺结构比较多, 生产设备装置、生产能力各有不同, 有些企业同时拥有不同工艺路线的生产线, 设备、窑炉、产量都不相同。我国烧结墙体材料行业与发达国家相比还处于较落后阶段, 发达国家在十几年前就已经大量使用机械手。一些常规设备如轮碾机、对辊机、破碎机等亦无法与发达国家的设备相比。另外, 工艺过程的优化、基础理论研究、建筑应用等诸多方面都不能与之相比。例如采用现代流变学理论知识和实验方法对挤出过程进行研究, 就有可能开发出非常节能的、在最佳状态下挤出的成型设备。在这方面国外有着非常成功的实例。如德国布朗 (Braun) 公司从1992年始就根据流变学的原理对挤出机的机口、机头、芯具等进行研究。1994年, 布朗公司在瑞格工业集团的支持下, 联合德国的瀚德尔公司、斯多加大学的电子计算机应用技术研究所、卡尔斯鲁赫大学的机械工艺工程和机械系统工程研究所、克劳斯尔大学的玻璃陶瓷研究所, 在有三位博士头衔的教授参与下, 先后用了8年的时间, 按照流变学原理, 在解决了一系列的数学问题之后, 建立起了挤出过程的流变学的原理。因此我国烧结墙体材料行业必须在技术上大踏步的前进, 节能机械设备的研制与开发一定要使用科技手段, 将烧结墙体屋面材料的装备水平提升一个全新的水准, 尽快缩小与发达国家的差距。
烧结墙材行业在产品焙烧过程中的能源浪费距国家提出的节能要求还有很大差距, 而干燥和焙烧则是烧结墙材生产最主要的高耗能部分。通过加强企业的能源管理可为企业节约15%~20%的能源消耗。特别是在现在能源价格不断上涨的情况下, 企业实施有效的节能管理、提高能源利用率, 可降低成本、提高产品的市场竞争力。另外, 烧结墙材行业普遍存在产能过小的状况, 国家的发展政策将调整产业结构、淘汰落后产能, 实现节能减排突破性进展, 使墙材行业走上可持续发展的道路。从干燥和焙烧工艺来看, 干燥室和焙烧的密封性能和窑壁保温性能的改善均有助于能耗的减少。控制半成品从干燥室出来的温度以及缩短干燥室和焙烧窑之间的距离均是工艺设计中应考虑的问题。
6 制定限额标准将提出相关的节能管理要求与措施
今后我国将对各类烧结墙材企业加大能耗治理力度, 在本次标准制定中, 我们将提出相关的节能管理要求与措施:
生产工艺:烧结墙材新建生产线应采用人工干燥, 一次或二次码烧工艺, 必须选用60型以上、生产挤出压力2.4 MPa以上的大型真空挤砖机, 生产产品以保温砌块、空心砖和多孔砖为主。
生产空心砖的优势:空心砖不但在使用过程中节约建筑能耗, 而且在焙烧过程中也节省生产能耗。相同体积的产品, 随着其孔洞率的增加, 燃料消耗也有所减少。空心砖孔洞率的大小、孔洞布局、孔壁的厚薄等会对焙烧的程度和时间产生影响。空心砖的销售是以数量 (体积) 计而不是以重量计, 而烧砖的能耗与砖的重量有关, 砖越重, 能耗越大。这也是空心砖生产产量越来越大的主要原因。在欧州, 空心砖的品种记录在案的高达800多种, 常用的达200多种;烧结砌块和楼板砖高达130多种, 常用者有60多种;烧结屋面瓦高达640多种, 常用的有近300种。而我国现在市场上常用的空心砖不足30种;常用的屋面瓦品种就更少。这样的产品结构形式根本就不能满足建筑业发展和节能的需要, 必须要进行研发。
我国绝大部分采用的是内燃烧砖, 应根据原料的不同, 结合窑炉结构特点, 掺配适量的内燃料, 而且要做到掺配均匀。内燃烧砖应优化窑体结构和燃烧系统、热风系统、排烟和分部位取热, 多点取热, 分道送排, 既利于含水汽、二氧化硫较高的低温烟气经风机从烟囱排走, 减少了含硫烟气对干燥室和环境、空气的污染。又有利于坯体干燥。尤其是将国外普遍使用的外置式金属排抽烟道, 改为内置式砖砌排抽烟道, 可使烟道增加保温效果, 有利于保温、节能。但要改善了送风条件, 方便烟道维修。
干燥和焙烧是墙材生产最主要的能耗部分。新建生产线必须综合各方面的技术, 合理选择节能的焙烧窑炉;选择合理的窑的规格尺寸和结构形式, 是窑炉热能是否可以合理利用的重要方面, 新建隧道窑要因地制宜、因原料制宜、因产品制宜、因具体情况制宜, 切忌生搬硬套, 新建生产线时应引起企业的重视。应选择经过正规设计的隧道窑, 根据GB50528-2009《烧结砖瓦工厂节能设计规范》、JC 982-2005《砖瓦焙烧窑炉》标准进行设计, 对隧道窑的热效率、能耗水平、单位产品能耗等都用指标要求, 以消耗最少的能源烧成产品, 特别是伴随着快速干燥技术的发展, 发挥隧道窑的生产能力用好余热。配备温度、湿度、压力控制手段, 以保持稳定的热工制度, 能耗将进一步降低。窑体采用隔热保温性能良好的砌筑材料;采用风机变频技术;控制好窑车质量。以上措施均可使节能降耗达到理想效果。
a.窑体采用隔热保温性能良好的砌筑材料:按照烧砖隧道窑各部位所处的热工状态合理选择隔热保温性能良好的砌筑材料, 以求得既造价合理, 又热能消耗低。
b.采用压力平衡技术:窑内合理的压力平衡, 能使隧道窑内的窑车上、下不互相影响, 如果处理不好, 烧成过程会增加能源消耗。
c.采用风机变频技术:隧道窑的附属设备电动机大小配置合理, 采用节能风机, 风机设变频器等, 也是重要节能措施之一。
d.窑车在隧道窑焙烧过程中扮演着重要角色, 会造成大量热能浪费, 甚至导致隧道窑生产缺陷, 要把好窑车质量关, 采用优质的耐火材料。
通过热平衡测试节能减排:热平衡测试是通过现场测试、统计、计算等手段, 用热平衡的各项技术指标来分析和掌握企业的能耗状况及水平, 我们通过对企业的热平衡测试, 对企业隧道窑的热效率、能耗水平、单位产量能耗等数据分析, 找出能源利用中存在的问题、浪费的原因。为加强能源科学管理、改善工艺设备、制定综合节能措施、实现合理用能提高其有效利用程度, 力求以最少数量的能源消耗, 获得最大的经济效益, 为制砖企业在循环经济模式中, 节约能源, 减少排放提供科学的依据。
7 制定标准对调查烧结墙材企业的选择条件
今后我国将对各类烧结墙材企业加大治理力度, 在新标准制定中, 我们将进行广泛调研, 参考相关标准, 征求各省、市烧结墙材主管部门、部分生产企业及专家的意见, 尽可能使制定的标准出台后有很好的先进性、实用性和方向引导性。
在中国众多的烧结墙材企业中, 我们将选择20~30家企业作为实际生产能耗数据调查的企业, 要求他们建厂投资理念、经营机制、管理模式、工艺技术装备均处于国内领先水平。产品品种质量、有一定的代表性和先进性, 能代表地区烧结墙材工业的发展方向。同时选择调查企业时, 充分考虑我国制砖业的现有条件, 选择调查企业的产品在当地应为用户首选产品。重点将选择对各地烧结墙材企业的改造和发展有着重要示范指导意义的企业进行调查。
选择调查的企业的条件: (1) 使用的原料符合国家产业政策, 符合节土和生态环保要求, 煤矸石、粉煤灰、炉渣、污泥、淤泥、建筑垃圾、页岩等为主要原料; (2) 产品品种多, 主要生产标准规定的多孔砖, 孔洞率在28%以上, 空心砖, 孔洞率在40%以上的非承重材料, 且产品质量符合国标; (3) 在工艺和装备上处于行业先进水平, 机械化程度较高, 生产规模均在6 000万块/年以上的企业; (4) 工厂制度健全, 管理较规范, 经济效益较好; (5) 在行业和所在地区曾获奖励, 有影响力, 发展前景好的企业; (6) 利用煤矸石、污泥、粉煤灰、炉渣等中的残余热量作为内燃料, 以煤作辅助燃料及利用窑炉余热人工干燥的企业。
通过对调查企业的调查数据分析对比和对企业实地考察了解, 对调查企业实际生产能耗数据将做综合分析, 以便制定适合我国烧结墙材工业的烧结墙材单位产品能源消耗限额指标。
烧结页岩墙体材料 第6篇
近年来, 国内利用工业废弃物制造烧结墙体材料的成功技术数不胜数, 在此, 就硫铁矿尾矿制造烧结墙体材料的可行性进行探讨。
1 硫铁矿尾矿特性
选用川南煤系硫铁矿尾矿进行研究, 该尾矿呈青灰色, 粉状, 自然含水率为3.43%;富含高岭土矿物, 低Si O2、高Al2O3、SO3含量的中等塑性、低敏感性原料, 其物理性能、化学成分、矿物组成分别见表1、表2、表3。
2 硫铁矿尾矿制造烧结墙体材料试验
2.1 可塑性
塑性指数是反映原料挤出成型性能的重要指标,
塑性指数0~7为低塑性原料;塑性指数7~15为中等塑性原料;塑性指数在15以上为高塑性原料。塑性指数高, 则原料的成型性能好。硫铁矿尾矿塑性指数为7.40, 可单独成型, 但其化学、矿物组成是否影响产品质量, 还需研究考证。
2.2 原料制备及成型
硫铁矿尾矿经机械处理直至全部通过0.5 mm筛, 处理好的原料加水搅拌, 陈化24 h后由小型真空挤出机挤出成型, 成型试件为截面50 mm×25 mm, 空心率35%。成型好的试件表面及棱边均光滑, 湿坯强度较好。经搅拌、陈化并挤出成型的硫铁矿尾矿塑性指数提高至9.37, 测试结果详见表4。
2.3 干燥及焙烧
将成型好的试件, 进行干燥性能测试, 试件在室温下分别放置0 h、24 h、48 h后再进入干燥箱干燥。通过干燥测试该尾矿的干燥敏感系数小于1, 属低敏感性原料, 试件适宜于快速干燥, 且干坯强度较好。试件测试结果见表5。
为了合理掌握适宜的烧成制度, 采取温度梯度炉进行焙烧试验, 并测试不同烧成温度试块的收缩率和吸水率, 试块的烧成温度与吸水率、收缩率的关系曲线如图1所示。结合显微结构 (见图2、图3、图4) 分析, 进行烧成温度范围及焙烧温度的确定。
当烧成温度为1 050℃时试块的颗粒状明显, 生成的液相较少 (如图2所示) , 虽然吸水率较低, 为11.32% (见图1) , 但是敲击试块声音沙哑, 说明试块未完全烧结;当烧成湿度为1 130℃时试块的显微结构明显不同于1 050℃, 颗粒物被大量液相粘结, 表面平滑, 且比较致密 (如图3所示) , 吸水率低至7.51% (见图1) , 敲击试块声音清脆;当烧成湿度为1 200℃时, 试块的颗粒原始形貌基本消失, 颗粒熔融连成一体, 整体结构致密 (如图4所示) , 吸水率仅为6.95%, 烧成收缩率高达5.79% (见图1) , 但此温度下的试块仍未出现变形, 这表明, 随着烧结温度的增加, 硫铁矿尾矿试样的烧结程度逐渐提高。
根据焙烧曲线、显微结构分析, 再结合梯度炉小型试块焙烧情况, 确定试件的烧成温度范围为1 080℃~1 200℃, 焙烧温度1140℃, 烧成好的试件呈白色, 敲击声音清脆。
2.4 小试样品测试
将烧好的小试样品进行基本性能测试, 包括石灰爆裂、泛霜、吸水率和抗风化性能测试, 其结果见表6。
将小试样品测定值参照《烧结空心砖和空心砌块》 (GB13545-2003) 国家标准进行评定, 小试样品强度高达22.4 MPa, 石灰爆裂、吸水率、抗风化性能指标均满足标准要求值;小试样品虽出现泛霜现象, 但轻微泛霜依旧处于标准要求的范围内。
小试样品泛霜的原因为:硫铁矿尾矿原料SO3含量为1.23%, 高出适宜制造烧结砖对SO3要求值1%, 且矿物组成中含有部分硫酸盐矿物石膏和石灰, 因此, 制品出现了轻微泛霜。
3 结论及建议
小型模拟试验表明, 以川南煤系硫铁矿尾矿为主要原料制造烧结墙体材料, 能够生产出符合产品标准要求的烧结墙体材料, 小型试件抗压强度高达22.4 MPa。
通过焙烧试验, 该硫铁矿尾矿的烧成温度范围较宽, 但焙烧温度较高, 建议在产业化生产时采用隧道窑烧成。
由于小型模拟试验烧好的样品呈白色, 外形美观, 吸水率较低, 且强度高, 可作为很好的烧结装饰砖。另外, 为提高产品附加值, 该原料可掺加少量着色外加剂生产制造出不同颜色的烧结装饰砖产品。通过泛霜试验, 小试样品出现轻微的泛霜现象, 建议产业化生产中在掺配原料的选择上, 采用低镁、钾、钠、硫的原料;焙烧燃料的选用上, 采用低硫煤焙烧。
摘要：通过对川南煤系硫铁矿尾矿的物理性能、化学成分、矿物组成等性能的测定, 分析确定该尾矿制备墙体材料的干燥性能、烧成范围及最佳烧成温度等参数;小试样品参照国标GB13545-2003进行性能检测, 产品性能均符合国家标准;根据试验结果, 对规模生产提出了合理化建议。
烧结页岩墙体材料 第7篇
随着城市化进度的推进, 在城市建设中产生越来越多的建筑渣土、拆迁装修垃圾等固体废弃物。目前这类建筑垃圾主要是以填埋的方式处理, 对环境造成破坏。污泥是城市污水处理厂的产物, 未经处理的污泥进入环境后, 会对水体和大气带来污染, 严重威胁到生态环境和人类的活动。国家政府一直都非常重视废弃物的资源化利用, 鼓励相关的企业和科研机构积极研究废弃物再利用的新技术、新工艺。因此, 本文着重研究如何将建筑渣土、装修拆迁垃圾、污泥等废弃物用于生产合格的新型墙体材料。
考虑到废弃物的利用率及市场需求量, 本文选择将废弃物用于烧制多孔砖和保温砌块。基于前期的调研和工艺成本, 本文针对性的在原材料中添加煤渣进行烧结, 将产品研制成内燃砖, 降低生产能耗[1]。
2固体废弃物前处理
不同的废弃物性质不一样, 例如建筑渣土里面的石块需要破碎, 拆迁垃圾里面的金属件需要剔除等, 所以在制备混合料前需要分别对废弃物原材料进行前期处理。
2.1建筑渣土
建筑渣土 (图1所示) 的主要成分是以Si O2为主的黏土质材料, 适合用于制备烧结制品[4]。但建筑渣土中通常夹杂着大块碎石、大块硬化土, 应进行破碎处理。使用颚式破碎机、圆锥破碎机将其破碎后筛分, 控制粉料最大粒径在2 mm以内。
2.2拆迁装修垃圾
拆迁装修垃圾是指建筑物装修或者拆除过程中产生的垃圾, 包括敲掉的砌体、粉刷材料、钢筋、电线、木材等, 还有小件的铁钉、铁丝、五金件等。对于拆迁装修垃圾的前处理分为三步:首先将其中的大件金属材料剔除, 例如混凝土结构中的钢筋及其连接件。其次要把电线、木门板等含有机成分的材料剔除另行处理。最后将预处理完的建筑垃圾通过颚式破碎机和圆锥破碎机进行破碎处理。破碎处理流程与建筑渣土类似, 但还应注意增加除铁工序, 用于吸附小金属件, 避免其对破碎机造成损坏。
2.3污泥
污水处理厂的污泥经过初步脱水后含水率在75%~80%左右, 含水率依然太高, 还需根据实际使用进行烘干处理。在生产厂区内通过风机管道将烧结炉膛的热量收集起来以用于烘干污泥, 降低能耗。烘干后的污泥含水率控制在30%~35%左右。含水率较高的污泥配合渣土、装修垃圾可以调整混合料含水率, 进而调整其塑性。
2.4煤渣
煤渣作为工业废弃物的一种, 很多未完全烧透, 可以用作烧结砖中的内燃材料组分。同样的, 需要将煤渣进行破碎处理到颗粒粒径2 mm以下备用。
3混合料的制备
混合料的颗粒组成直接影响到其可塑性、收缩率和烧结性等各个方面, 故而需要进行严格把控。通常粒径小于0.05 mm的粉料称为塑性颗粒, 粒径在0.05 mm~1.2 mm之间的粉料称为填充颗粒, 粒径在1.2 mm~2 mm之间的粉料称为骨架颗粒。混合料中较合理的颗粒组成应该是塑性颗粒占35%~50%, 填充颗粒占20%~65%, 骨架颗粒小于30%。为了调制出适合的混合料配方, 基于前期的调查研究工作选择了以下3种配方研究其混合料性能, 见表1。由于需要满足烧结砖内燃热值的要求, 根据相关文献和试生产经验将废弃煤渣掺量控制在30%。
在生产混合料的过程中通过采用喷水或者烘干的工艺将混合料的含水率控制在经验值16%左右。通常混合料需经过48 h的陈化后颗粒内部的含水率才会达到平衡, 方可用于压制砖胚。选择不同配方制成的混合料经陈化后进行颗粒组分分析, 得到如图5所示的颗粒组成分布图, 混合料的塑性指数见表1。混合料的可塑性用塑性指数来表示。废弃物混合料适宜的塑性指数宜在7~15左右。可塑性太高虽有利于挤出成型, 但干燥和焙烧时容易产生裂纹, 且砖坯强度也较低, 不利于机械手码砖;可塑性太低虽有利于干燥和焙烧, 但又会给成型带来困难。考虑到成型的为烧结多孔砖和烧结保温砌块, 砖壁较薄, 宜尽可能选择较高塑性的混合料。
从图5中可以看出, 配方1和配方2能够较好地满足颗粒粒径分布的要求。由于配方1中渣土含量较高, 对烧结成品砖的强度贡献较大, 同时塑性指数为13, 较为适宜压制砖坯。
由于混合料的塑性与其含水率密切相关, 含水率越高压制出的砖坯在干燥过程中更容易发生不均匀的干燥收缩, 容易导致砖坯表面出现开裂, 影响烧结成品率。为此, 针对表1中配方1的混合料设计了不同含水率及塑性指数的试样压制成规格尺寸为240 mm×115 mm×53 mm的标准砖砖坯, 以研究其最佳含水率, 如表2所示。废弃物烧结成品砖的制备按照如图6所示的工艺流程图进行。
从表2可以看出, 随着混合料含水率的增加, 砖坯成型使用的挤压成型机需要的挤出压力会变小, 砖坯外观也会更加光滑、完整、破损率低。但同时也会带来湿坯强度的降低, 不利于机械手的夹持, 含水率的增加还会带来较高的收缩率, 对产品外观和强度影响较大。综合考虑各方面影响因素, 在保障烧结成品砖强度的前提下, 选择16%含水率的混合料可以获得各方面性能较均衡的砖坯, 保障成品率。
4砖坯成型及烧结工艺研究
由于成型出来的砖坯质量好坏与成品砖外观质量好坏有着直接关系, 为了节省研究成本并保障后续研究的成功性, 先以尺寸240 mm×115 mm×53 mm的标准砖坯作为烧结工艺研究对象。
4.1砖坯成型
将陈化完全的混合料送入挤压成型机成型。将成型出来的湿坯经过自动切割设备切成规定尺寸的标准砖坯, 然后通过一次码砖装配到窑车上进行自然脱水干燥, 如图7所示。码砖过程注意应纵横向交替进行, 使砖垛上能形成自然风道, 好利用大气进行自然干燥, 将湿坯晾晒成干坯。湿坯干燥过程中应注意观察其外观质量, 例如是否发生变形、开裂, 不然无法保证成品的外观质量, 导致废品率升高, 影响经济效益。根据前面的研究结果, 按照配方1选用16%含水率的混合料生产砖坯, 可以获得比较好的砖坯强度和外观质量, 保障成品率。
4.2砖坯烧结工艺
经过自然干燥24 h的湿坯, 残余的含水率达到约6%, 可以将坯体放入焙烧隧道窑中进行烧成。首先将外观有较大裂纹或者破损的干坯挑除, 接着将窑车推送至隧道窑洞口风道上进行排潮和进一步恒速干燥。这时利用隧道窑出口方向的风机通过反向送风将窑体内的高温空气带到处于干燥平衡阶段的砖坯界, 要控制好风量使得该阶段的干燥温度不宜过高, 避免产生过多的裂纹而影响成品率。通常应该控制这一阶段的干燥收缩率在3%以内。
经过约6 h的恒速干燥后, 干砖坯随窑车进入隧道窑中进行焙烧。根据原材料的组成特性, 初步选择将砖坯的焙烧温度控制在950℃~1 000℃之间。由于砖坯内使用了一定量的煤渣作为内燃材料, 故而在隧道窑中部的烧成区不需要使用其他燃料。砖坯在隧道窑中烧成达到一定时间后 (约12 h) 逐步进入窑出口处的保温和冷却区准备出窑, 整个烧制过程温度曲线如图8所示。按照设计, 砖坯中的内燃成分煤渣所释放的热量应能恰好的维持隧道窑中心区的烧成温度, 所以应根据实际烧成情况严格控制好入窑砖坯的数量。在生产过程中应随时监测隧道窑内的温度和压力以及成品砖的烧成度, 避免欠火砖或者过火砖。
4.3成品砖物理力学性能和环境安全性能测试
为了研究废弃物烧结砖成品的物理力学性能和环境安全性能否满足后续进一步进行产品设计的基本要求, 对烧结出的标准砖分别进行了外观质量、尺寸允许偏差、体积密度、抗压强度、泛霜、石灰爆裂、抗风化性能、放射性以及浸出液毒性成分这些性能的试验测试, 详见表3~表6。通过测试发现, 该烧结成品砖的各项性能均能满足要求, 且抗压强度达到了18.73 MPa, 给下一步的孔型研究设计提供了较大的空间。
5废弃物烧结砖产品设计
从目前建筑市场应用较普遍的新型烧结墙体材料类型出发考虑, 本文选择烧结多孔砖, 烧结保温砌块这两类产品进行规格尺寸及孔型设计。其中烧结多孔砖根据工程应用实际通常强度要达到MU10以上, 执行标准为国家标准GB13544-2011《烧结多孔砖和多孔砌块》, 可以用于对保温没有要求的墙体承重部位和非承重部位;而烧结保温砌块执行标准为GB26538-2011《烧结保温砖和保温砌块》, 要求抗压强度达到MU5.0即可, 需要满足密度等级在1000等级以下, 还需要满足一定的节能保温的要求 (通常传热系数K值应在1.5 W/ (m2·K) 以下) , 用于非承重部位的自保温墙体。
5.1废弃物烧结多孔砖设计
对烧结多孔砖而言, 按照标准GB13544-2011《烧结多孔砖和多孔砌块》[6]中的要求进行设计, 选择常见的规格尺寸为190 mm×190 mm×90 mm。由于烧结多孔砖砖坯在干燥和烧成过程中会有比较大的收缩, 190 mm长度方向的尺寸收缩约在4 mm左右, 故而在设计砖坯模具尺寸时按照194 mm×194 mm×92 mm的规格尺寸进行。
由于应保证其孔洞率在28%以上, 同时还应满足其强度不低于MU10等级要求, 并应尽可能照顾到其保温性能和降低原材料用量, 故而先按六排孔的排列方式进行孔型设计。考虑到较适宜成型的孔型宽度应尽可能大, 在此取标准中的上限值为13 mm。同时应标准矩形条孔要求, 孔长应大等于孔宽的3倍, 选择孔型之一为孔长为标准上限值40 mm的矩形条孔;为了满足长度方向的孔洞排列紧凑对称的原则, 在满足最小壁厚不小于12 mm, 最小肋厚不小于5 mm下, 设计了另一孔型长度为36 mm, 将两种孔型上下左右对称排列。接着, 参考标准中给出的手抓孔尺寸, 将中间的四个矩形孔改为尺寸为75 mm×45 mm的手抓孔。矩形孔洞的四个角应进行倒角处理, 选择倒角半径R为4 mm;在设计排列孔洞过程中应按上述要求进行排列设计, 最终得到如图9所示的烧结多孔砖孔型设计图, 经过平面孔面积计算, 得到的理论孔洞率为35.7%, 满足预期设计目标。
5.2废弃物烧结保温砌块设计
废弃物烧结保温砌块按照标准GB26538-2011《烧结保温砖和保温砌块》[7]的要求进行设计。为了获得较好的保温性能, 同时兼顾到搬运及砌筑的便捷, 选用砌块长度240 mm进行砌块设计, 截面尺寸同样采用190 mm×190 mm。同样的, 考虑到收缩的影响, 在设计砖坯模具尺寸时按照244 mm×194 mm×194 mm的规格尺寸进行。
烧结保温砌块除了要满足平均抗压强度达到5 MPa的基本要求外, 重点考虑的就是孔型的布置对其保温性能的影响。考虑到实际砌筑过程中砌筑砂浆对墙体的影响, 在沿孔洞方向竖向砌筑时砂浆较容易掉入孔洞中, 影响墙体保温性能, 故而按照孔洞方向与竖向砌筑方向相垂直的排布方式进行设计。
在保证砌块强度的前提下, 应尽可能地使用多排细条孔的排布方式进行孔型设计[8];但考虑到孔洞排数过多会导致成型困难, 且烧制废品率高, 故而折中采用七排孔进行设计。由于保温砌块对孔洞尺寸没有特殊要求, 强度指标也相对多孔砖来的低, 故而可以适当增加孔洞宽度尺寸。因此, 在保障必要的壁厚和肋厚的前提下, 采用15 mm×45 mm和15 mm×60 mm作为两种基本孔型进行设计, 同样的将两种孔型上下左右对称排列。孔型也应进行倒角处理并进行均布调整后, 得到如图10所示的烧结保温砌块孔型设计图。
6废弃物烧结砖性能测试与产品鉴定
6.1废弃物烧结砖物理力学性能测试
为了研究设计的孔型构造能否满足烧结多孔砖以及烧结保温砌块物理性能和热工性能的要求, 针对以上烧制出来的烧结多孔砖和烧结保温砌块成品分别进行了基本物理力学性能和热工性能的测试试验, 包括体积密度、孔洞率、抗压强度, 测试结果见表7。
从表7可以看出, 废弃物烧结多孔砖的抗压强度平均值为11.2 MPa, 满足MU10的强度等级设计要求, 且实测孔洞率与理论孔洞率相近, 达到了35%, 可以较好地节省原材料, 提高效益。而废弃物烧结保温砌块的密度为984 kg/m3, 抗压强度为5.2 MPa, 墙体传热系数为1.33 W/ (m2·K) , 也均符合预期的设计指标。
6.2产品鉴定
根据前面的研究成果, 按照国家标准中产品数量组批的要求, 对以上两种烧结砖产品进行了连续性生产, 生产的产品数量分别为3.5万块左右, 并分别按照标准GB13544-2011《烧结多孔砖和多孔砌块》和GB26538-2011《烧结保温砖和保温砌块》的要求进行了随机抽样型式检验, 型式检验结论均为合格品, 可以作为新型墙体材料用于各类砌体工程。
7结论
本文针对性的以福建省宁德地区的建筑渣土、拆迁装修垃圾、污泥等废弃物作为研究对象, 在充分调研分析的基础上, 通过对废弃物进行前处理, 研究混合料的制备, 确定烧结的工艺, 设计烧结砖产品的类型, 最终成品的鉴定等步骤成功制备出符合相关国家规范的新型墙材产品;此外, 产品还通过了放射性、重金属浸出离子等环境安全性测试, 能够放心的用于建设工程中, 经济效益和社会效益显著, 总结起来有以下几点结论:
a.采用40%建筑渣土、20%拆迁装修垃圾、10%污泥和30%煤渣的废弃物组合配比, 在通过前期处理后可以制备出颗粒级配合理的混合料, 混合料塑性指数为13;混合料在16%含水率下制得的砖坯性能较优异。
b.通过控制砖坯的干燥速率和烧成温度可以制得外观质量和尺寸偏差良好的产品;烧制出的标准砖通过了放射性和重金属浸出离子的安全性检测。
分别设计并生产了一种烧结多孔砖和一种烧结保温砌块产品, 按照国家标准鉴定为合格品, 能够较好的应用于建设工程中。
摘要：研究利用建筑渣土、拆迁装修垃圾等固体废弃物制备新型烧结墙材, 介绍不同类型固体废弃物的来源和主要特性, 研究烧制用的固体废弃物混合料配比、性能及烧结工艺, 并对烧成制品进行物理力学性能和环境安全性测试;根据工程实情设计了新型烧结多孔砖及保温砌块, 并进行了相应的性能验证。研究结果表明, 使用建筑渣土、拆迁装修垃圾、污泥和煤渣这些固体废弃物在合适的配比、生产工艺条件下可以烧制出合格的新型墙材。
关键词：建筑垃圾,废弃物,烧结工艺,新型墙材
参考文献
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[5]项阳, 宋守志.利用矿山废弃物生产烧结多孔砖的工艺研究[J].辽宁建材.2003, (4) :10-11.
[6]中国国家标准化管理委员会.GB13544-2011烧结多孔砖和多孔砌块[S].北京:中国标准出版社, 2011.
[7]中国国家标准化管理委员会.GB26538-2011烧结保温砖和保温砌块[S].北京:中国标准出版社, 2011.