石材加工粉末废料生产加气混凝土砌块研究.pdf

第3 7 卷第4 期 2 0 1 4 年 7 月 非金属 矿 No n M e t a l l i c M i n e s Vb 1 3 7 NO 4 J u l y ，2 01 4 石材加工粉末废料生产加气混凝土砌块研究 刘 家弟 ( 山东理工大学 资源与环境工程学院，山东 淄博2 5 5 0 4 9 ) 摘 要讨论了石材加工粉末废料生产加气混凝土砌块的原料性质、 原料配比、 发泡荆用量、 料浆水分和养护制度等影响因素， 确定了最佳 工艺参数， 探讨了 砌块强度机理。在最佳工艺参数条件下， 可生产出 1 0 级以上加气混凝土砌块。 关键词 石材加工粉末废料养护加气混凝土砌块 中图分类号： T U 5 2 2 3 + 2 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 0 - 8 0 9 8 ( 2 0 1 4 ) 0 4 - 0 0 5 0 0 3 S t u d y o f S t o n e Pr o c e s s i n g Po wd e r W a s t e Pr od u c t i o n o f Ae r a t e d Co n c r e t e Bl o c k Liu J i a d i ( Co l l e g e o f R e s o u r c e a n d E n v i r o n me n t E n g i n e e r i n g ， S h a n d o n g Un i v e r s i ty o f T e c h n o l o g y , Z i b o ， S h a n d o n g 2 5 5 049 ) Ab s t r a c t S t o n e p r o c e s s i n g p o wd e r wa s t e p r o d u c t i o n o f a e r a t e d c o n c r e t e b l o c k o f r a w ma t e r i a l p r o p e r t i e s ，r a w ma t e r i a l r a t i o ， t h e f o a mi n g a g e n t c o nt e n t ， wa t e r c o n t e n t i n s l u r r y , ma i n t e n a n c e me t h o d s a r e di s c u s s e d , a n d t h e o p t i mu m p r o c e s s pa r a me t e r s we r e d e t e r m i n e d ， b l o c k s t r e n g t h me c h a n i s m Un d e r t h e o p t i mum p r o c e s s c o n di t i o n s ， c a l l p r o d u c e 1 0 g r a d e s a b o v e a e r a t e d c o n c r e t e bl o c k Ke y wo r d s s t o n e p r o c e s s i n g p o wd e r wa s t e ma i n t e n a n c e a e r a t e d c o n c r e t e b l o c k 花岗岩石材加工过程中， 由于切割、 研磨等工艺 产生大量粉末废料。研究表明口 ， 由于粒度太细， 用 此粉末废料生产蒸压养护建筑砌墙砖 时需要加入大 量的粗骨料 ， 粉末废料 的加入量不足 2 4 ， 因此该粉 末废料的使用受到了限制。 本项目采用花岗岩石材加工粉末废料为主要原 料， 适 当填加水泥、 生石灰等胶结料 ， 以铝粉为发泡 剂， 通过静养发泡、 蒸压养护等工艺可生产出1 0 级以 上加气混凝土砌块。 1 实验部分 1 1 花 岗岩石材加 工粉 末废料研究使用的花 岗 岩石材加工粉末废料是莱州市某石材加工厂所排废 弃物。粉末废料 的化学组成 ( ) 为： S i0 2 ， 7 6 1 0 ； Al z O3 ， 1 2 0 8 ； T i O2 ， 0 1 8 ； F e 2 O3 ， 2 0 6； C a O， 2 3 0 ； Mg O， 0 6 0 ； K 0， 2 5 l ； Na 2 0， 3 6 1 ； 烧失， 0 5 6 。 粉末废料 中主要矿物为石英， 其次为长石、 云母 等， 微量的含铁矿物主要为黄铁矿和赤铁矿 。粉末废 料的物理性能为： 密度 2 7 2 e c r n 3 ， 容重 0 9 8 g c m 3 ， 硬 度产 6 7 ， 含水率 4 。5 6 5 ， 粒度组成见表 1 。从 表 1 可看出， 小于0 0 3 8 I T l m含量为8 7 5 2 ， 粒度极细。 1 _2 水泥水泥的作用主要为胶结料， 水泥中的硅 酸三钙、 p - 硅酸二钙等成分水化反应后生成水化硅酸 钙凝胶 ( 用 C S H表示) ， 从而使砌块产生强度 。研究 使用P O 4 2 5 普通硅酸盐水泥。 收稿 日期 ：2 0 1 4 - 0 5 1 9 5 0一 表 1 石材加工粉末废料的粒度组成 1 - 3 生石灰生石 灰的作用与水泥类似 ， 也是胶结 料。石灰中的钙与粉末废料 中的活性组分合成水化 硅酸钙和水化铝酸钙( 晶体或它们的凝胶) 而形成一 定强度。另外， 生石灰在消化过程中放出一定热量， 有利于发泡和水化反应的进行。生石灰需研磨成粉 末， 磨细粒度要求 0 1 5 m m筛上含量不大于 5 ； 另外 要求有效氧化钙含量大于 8 0 。 1 4 石膏石膏的作用为水泥、 石灰的水化激发剂， 掺入少量石膏后能加速水化产物的生成 ， 提高砌块中 水化产物的结晶度， 从而提高砌块的早期强度。研究 所用石膏为0 【 型半水石膏， 粒度小于 0 2 m i l l 。 1 5 铝粉铝粉 的主要作用为加气混凝土发气剂。 铝作为活泼 的两性金属 ， 能与酸、 碱反应放 出氢气。 料浆中投入铝粉后与细生石灰或与水泥水化生成的 氢氧化钙作用， 从而生成氢气气泡。 随着作用的加剧， 气 泡压力上升 ， 并传给具有一定塑粘性强度的料浆 ， 当气体压力超过料浆的塑性极 限时， 料浆开始变形， 刘家弟 石材加工粉 末废料生产加 气混凝土砌块研 究 也就是发气 。在料浆固化后， 其内部形成蜂窝状结 构 ， 就形成了轻质加气混凝土。研究所用铝粉发气率 为 8 7 ， 发气时间为 1 8 mi n ； 松 装密度为 0 1 8 g c m ， 粒度 0为 4 0 u m。 1 6 砌块发气机理及强度机理花岗岩石材加工粉 末废料加气混凝土砌块是将石材粉末废料、 生石灰、 水泥、 石膏、 铝粉及水进行混合， 混合后在静停过程中 开始发气， 发气机理如下： 2 AI + 3 C a ( O H ) 2 + 6 H2 O = 3 C a O + A1 2 O3 + 6 H2 O+ 3 H2 t 或 2 AI + C a ( O H ) 2 + 6 H 2 O= C a A1 ( O H ) 4 】 0 2 + 3 H 2 t 加气混凝土砌块采用蒸压养护方式， 强度来源主 要依靠粉末废料中的S iO ： 、 A 1 O ， 与石灰中的钙产生 水化反应以及水泥 的水化反应而获得强度。石灰水 化反应的基本原理如下 【 l J 。 C a O+ H 2 O- C a ( OH ) 2 m C a ( O H) 2 +S i O2 + 2 O= mC a O S i O 2 x H2 O ( C S H ) + mH2 0 in C a ( O H ) 2 + A1 2 0 3 + H 2 O= m C a O A1 2 0 3 x H 2 0 ( C A H) + mH2 O 水泥的水化反应产物统称为水化硅酸钙凝胶 ( 用 C s H表示)或水化铝酸钙凝胶 ( 用 c A H表示) 。 3 C a O S i O ， ( 硅酸三钙) + n H， O= x C a O S i O 2 y H 2 O+ ( 3 - x ) C a ( O H) 2 2 C a O S i O 2 ( p 一 硅酸二钙) + H 2 O= x C a O S i 0 2 y H 2 0+ ( 2 - x ) C a ( O H) 2 如果 上述反应 中存在 二水石膏 ( C a S O 2 H O ) 则发生如下反应 ： mCa O A1 2 03 。 xH2 O+Ca S O4 。 2 H2 O = mC a O。 Ah O 3 C a S O 4 ( 2 ) H 2 O C S H、 C A H正是花 岗岩石材加工粉末废料加气 混凝土砌块的强度来源。而他们的生成速度、 强度形 成时间的长短与反应条件、 发气剂的性能及粉末废料 本身的硅铝含量、 活性铮陛能有关。 1 7 试验工艺流程花岗岩石材加工粉末废料加气 混凝土砌块的试验工艺流程见图 1 。 图1 试 验 工艺流程 ( 1 ) 将石材粉末废料用筛孔为 3 m m的筛子进行 筛分， 除去杂物； 将生石灰用球磨机磨至 O 1 5 m m以 下。( 2 ) 将石材粉末废料、 石灰粉、 水泥、 石膏粉、 铝粉 按 比例进行配料和混匀。( 3 ) 加入一定量的水进行搅 51一 拌制浆。 (4 ) 在 2 0 6 O 室温条件下静止养护发泡( 静 养) 2 3 h 。( 5 ) 在钢丝切割机上切割成块状。( 6 ) 在 蒸压釜内蒸压养护 8 1 0 h 。 2 结果与讨论 2 1 原料配比试验 2 1 1 生石灰、 石膏及水泥用量确定： 生石灰、 水泥及 石膏主要为胶结作用， 增加砌块的初期强度和产 品的 最终强度。生石灰 的用量及有效氧化钙含量决定砌 块最终的抗压强度。采用正交试验方法， 生石灰用量 与砌块强度的关系曲线见图 2 。 生 石 灰 用 量 图2 生石灰 用量与砌块 抗压 强度 的关 系 由图 2可 知 ， 生石灰用量为 1 0 1 8 时， 砌块 的抗压强度可以达到 3 0 M P a 以上。用量小于 l 0 或大于 1 8 ， 砌块 的抗压强度均较低， 用量小则钙质 含量不足， 生成的水化硅酸钙晶体少， 用量大则钙质 富余， 造成砌块膨胀、 疏松。根据实验， 确定生石灰最 佳用量为 1 4 。 石膏可以提高砌块的初坯强度和砌块的最终强 度， 在适当范围内石膏用量增加 ， 砌块强度也相应提 高 ， 但考虑所用石膏 的成本较高 ， 确定石膏 的用量为 2 。 水泥的用量、 初凝时间、 终凝时间对砌块的初期 强度有较大影响， 对砌块的最终强度也有一定影响。 水泥用量对砌块的影响见表 2 。由表 2可知， 水泥用 量超过 4 时， 切割后 的初坯规整， 砌块 的抗压强度 可以达到 3 5 I V I P a以上。确定水泥用量为 4 。 表 2水泥用量试验 霉 导 粉 性 秀 抗 M PaKP- 序 号 “ ： 外 观 1 8 2 2 0 1 4 2 0 4 5 0 5 难成 型 一 2 8 1 3 0 1 4 2 0 4 5 3 6 掉 角 2 8 3 8 0 4 0 1 4 2 0 4 4 8 5 规整 3 5 4 7 9 5 0 1 4 2 0 4 3 7 6 规整 3 7 5 7 8 6 0 1 4 2 0 4 6 2 5 规整 3 8 2 1 - 2 铝粉的影响： 采用铝粉作为加气混凝土砌块的 发气剂， 铝粉的发气率、 发气速度、 粒度、 松装密度对 加气混凝土砌块的质量有较大影响， 另外料浆的碱度 也影响发气质量。研究所用铝粉发气率为 8 7 ， 发 第3 7 卷第4 期 非金 属矿 2 0 1 4 年7 月 气时间为 1 8 m in ， 松装密度为 0 1 8 g c m 3 ， 粒度d 5 0 为 40 Um 。 根据理论计算， l 铝粉可以制出 1 2 5 m 3 的氢 气 f2 1 ， 研究发现， 按此理论计算量添加铝粉， 发气量往 往不足， 虽然砌块的抗压强度较大 ， 但砌块的干体积 密度大， 从而使砌块保温性能差， 产品体积量少 ， 成本 高。铝粉用量与砌块之间的关系， 见表 3 。 表 3 铝粉用量与砌块之间的关系 由表 3 可知， 当铝粉用量等于 0 5 k g m 3 砌块时， 砌块的干体积密度为 5 5 2 k g m3 ， 发泡时有适量 的泡 溢出； 当铝粉 用量大于 0 7 k g m3 砌块时， 砌块的千体 积密度小于 4 1 0 k g m3 ， 发泡时有大量的泡溢出， 说明 铝粉用量大于 0 7 k g m 3 砌块时， 铝粉浪费严重。因 此确定铝粉用量为 0 5 - 0 6 k g m 3 砌块。 2 - 2 料浆含水率的确定料浆的稠度与原料的性质 ( 包括矿物成分、 含水率、 细度等) 、 胶结料 冰 泥、 石灰、 石膏等)的性质、 加水量等因素有关。加气混凝土砌 块生产中料浆的稠度控制在 2 8 2 9 c m较好 3】 。水料 比试验见表 4 o 表 4水料比试验 由表 4 可知， 控制水料比在 0 6 l 0 5 8 范围内， 可满足料浆的稠度在 2 8 - 2 9 c m。按此计算， 料浆的 含水率为 3 6 8 - 3 7 9 ， 确定料浆含水率为 3 7 4 。 2 - 3 养护制度的确定 2 3 1 静养温度和时间的确定： 料浆配置好后， 立即 倒入模具中进行发泡( 即静养) 。此过程主要的影响 因素为静养温度和静养时间， 试验得到的静养温度与 产品抗压强度之间的关系见图 3 。由图 3可知 ， 适宜 的静养温度在 4 5 以上， 一般控制在 4 5 - 6 5 ， 当静 养温度低于 1 5 时， 发泡效果很差， 但如果提高料浆 5 2 温度， 也会得到较好的发泡效果。 静 养温度 图3 静养温度与产品抗压强度之间的关系 由试验可知， 静养 的最佳时间为 1 2 0 - 1 8 0 mi n 。 时间小于 1 2 0 mi n发泡不足， 初坯的气孔率低 ， 砌块的 干体积密度大； 时间大于 1 8 0 m in ， 生产率低， 而且水 泥反应时间过长， 初坯过硬， 切割困难。 2 3 2 蒸压养护制度的确定： 试验采用升温2 h 、 恒温 4 h 、 降温2 h 蒸压养护制度， 恒温蒸气压力与砌块强度 的关系， 见图 4 。 恒 温 蒸 汽 压 力M P a 图4 恒温蒸汽压力与制品抗压强度的关系 由图 4可知， 恒温蒸气压力在 1 2 1 V J P a以上 时， 砌块抗压强度可 以达到 3 5 l P a以上。确定适宜 的 恒温蒸气压力为 1 2 1 5 lrP a 。 3 结论 1 最 佳 的 原 料 配 比 为 石 材 粉 末 废 料 8 0 ， 生 石 灰 1 4 ， 石 膏 2 ， 水 泥 4 ； 铝 粉 的 最 佳 用 量 为 0 5 - 0 6 k g m 3 砌 块； 料 浆 的最 佳 含 水率 为 3 6 8 - 3 7 9 。 2 养护制度： 静养温度一般控制在 4 5 - 6 5； 静养 时 间控 制在 l 2 0 1 8 0 rai n ； 采 用升温 2 h 、 恒温 4 h 、 降温 2 h的蒸压养护制度， 恒温蒸汽压力最佳值为 1 2 1 5 MP a 。最佳工艺参数条件下， 可以生产出 1 0 级以上加气混凝土砌块。 参考文献： 1 刘家弟 石材加工粉末废料生产建筑砌墙砖研究 非金属矿， 2 0 1 2 ( 6 ) ： 3 2 3 4 2 】 宋晓辉， 任中京 加气混凝土用铝粉的应用与制备 中国粉体技 术， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 4 5 4 7 3 王雨利 ， 刘素霞，罗树琼， 等 利用固体废 弃物制备蒸压加气混凝土 砌块的研 究 叨 河南理工大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 1 2 ( 5 ) ： 6 1 3 6 1 6