利用固硫灰渣研发蒸压加气混凝土砌块.pdf

杆 蟓 粉 中 国 科 技 核 心 期 刊 利用固硫灰渣研发蒸压力 口 号混凝土砌块 刘宏 ， 刘红宇， 贾冠华 ( 山西大学 工程学院， 山西 太 原0 3 0 0 1 3 ) 摘要： 通过室内模拟试验， 研究了磨细的固硫灰和固硫渣在不同用量比例时对蒸压加气混凝土砌块的干密度和抗压强度的影 响； 并提出了固硫灰和固硫渣用于蒸压加气混凝土砌块试生产中的材料用量比例。试验结果表明： 在固硫灰的用量较大时， 掺加适 量的固硫渣 ， 不仅可有效地改善蒸压加气混凝土砌块的技术性能， 而且有利 于提 高固硫灰渣 的整体利用率 。 关键 词： 固硫灰： 固硫渣； 蒸压加气混凝土砌块 中图分类号： T U 5 2 2 3 2 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 6 5 0 3 Re s e a r c h o n p r o d u c i n g a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e b l o c k s b y u s i n g flu i d i z e d b e d c o mb ust i o n fly a s h e s a n d flu i d i z e d b e d c o mb us ti o n s l a g L I U Ho n g ， L I U Ho n g y u ， G u a n h u a ( En g i n e e r i n g Co l l e g e o f S h a n x i Un i v e r s i t y， T a i y ua n 0 3 0 01 3， S h a n x i , Ch i n a ) Abs t r a c t ： Th e d r y d e n s it y a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e b l o c k s b y u s i n g fi n e l y g r o u n d fiu i d i z e d b e d c o mb u s t i o n fl y a s h e s ( F B C F ) a n d fl u i d i z e d b e d c o mb u s t i o n s l a g ( F B C S ) i n d i f f e r e n t p r o p o r ti o n s a r e s t u d i e d t h rou I s h e x p e r i me n t a l t e s t s ： Th e p r o p o r t i o n o f FB CF a n d F BCS wh i c h c o u l d b e u s e d i n a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e b l o c k s t ri a l p r o d u c t i o n i s p r o p o s e d u n de r t h e ma t e r i al c o n d i t i o ns o f t h e e x p e r i me n t al i n t h i s p a p e r Re s u l t s o f t h e e x p e rime n t al t e s t pr e s e n t t h a t whe n t h e FB CF c o n t e n t i s b i g ， mi x a p p rop ria t e a mo u n t o f F BCS c o u l d e f f e c t i v e l y i mp rov e t h e t e c h n i c al c a p a b i l i t i e s o f a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e b l o c k s ， and b e n e fit f o r i nc r e a s i n g t he o v e r a l l u t i l i z a t i o n r a t e o f F BCF a n d F BCS Ke y wo r d s ： fl u i d i z e d b e d c o mb u s t i o n fl y a s h e s ； fl u i d i z e d b e d c o mb u s t i o n s l a g ； a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e b l o c k s 我国是世界煤炭生 产大国， 在煤炭生产和加工过程中 排 出大量的煤 矸石 和劣 质煤：煤矸石每年的 排放量约3 8 亿t ， 且随着煤炭开采量的增加， 存量仍在上升。为了节约资源， 减 少对环境的影响， 我国大力推广以煤矸石和劣质煤为主要燃 料的循环流化床锅炉发电机组。目 前， 仅山西省投入运行的 煤矸石发电厂总装机容量已达到4 1 6 5 万k W， 并计划在5 年 内再建设 1 2 l 4 座煤矸石发电厂， 到“ 十二五” 末煤矸石电厂 总装机容量将达到 1 2 0 0 万 k Wt ” 。随着这种发电厂数量及发 电量的 增加， 煤矸石和劣质煤的利用率在不断提高， 排出的 固硫灰与固硫渣( 统称固硫灰渣) 也在急剧增加。然而， 由于 固硫灰的理化特性不同于一般燃煤电厂排放的粉煤灰嘲 ， 而 固硫渣又是由粒径较大的煅烧煤矸石颗粒组成， 因此， 二者 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 1 - 2 7 作者简介： 刘宏， 男， 1 9 6 6 年生， 山西襄汾人， 硕士， 副教授， 主要从事 土建结构及工业固体废弃物利用研究。 地址： 山西省太原市大东关红 沟南街 3 6 号， 电话： 0 3 5 1 2 6 4 6 2 9 0 ， E m a i l ： L i u h o n g d z 7 6 s o h u C O rn 。 较难直接整体利用。近年来， 固硫灰渣虽在水泥生产或公路 路基混合料等中均有所使用， 但用量少， 范围小。当今国内 对 固硫灰渣在建材中的利用研究，仍主要集中在理化特性、 活 性激发及资源化综合分析等方面 ， 尚未进入高附加值利用 的产品研发阶段。本文根据循环流化床锅炉发电机组在运行 过程中， 固硫灰与固硫渣的总体产出比， 以同时利用固硫灰 和固硫渣为目 标， 研发可在建筑工程中大量使用的蒸压加气 混凝土砌块， 以提高我国固硫灰渣的整体资源化利用率。 1 试验研究 1 1 原材料 固 硫灰与固硫渣： 山西某循环流化床锅炉发电厂提供， 固 硫灰呈微红棕色， 0 0 4 5 m m筛筛余6 8 2 ； 固硫渣呈浅灰色， 颗粒粒径为 l 1 5 m m ； 化学成分分别见表 1 。 水泥： 山西某水泥厂生产的P 0 4 2 5 水泥， 比 表面积为3 4 5 m 2 k g ， 3 d 抗折和抗压强度分别为4 2 、 l 8 - 3 M P a ， 2 8 d 抗折和 抗压强度分别为7 - 3 、 4 6 9 M P a 。 NE W BUl L DI NG MAT E RI AL S 65 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘宏， 等： 利用 固硫灰渣研发蒸压加气混凝土砌块 表 1 固硫灰及固硫渣的化学成分 块状生石灰： 太原某石料厂生产， 消化时间为9 6 ra i n ， C a O 和M g O的含量分别为7 7 6 1 、 3 2 6 。 石膏： 市售建筑石膏粉。 发气剂： 市售铝粉。 1 2 材料制备 对原状固硫灰、 固硫渣及块状生石灰分别用S M 一 5 0 0 型试 验专用球磨机进行磨细处理。在每次装料质量相同的情况 下， 分别设定不同的磨细时间， 然后对磨细后的粉料进行筛 分试验。经对试验结果分析， 当固硫灰、 固硫渣的磨细时间大 于2 5 m i n 、 生石灰的磨细时间大于 1 0 m i n 时， 其各自的细度 均已无明显的变化。因此， 本试验用固硫灰、 固硫渣均按其磨 细时间为2 5 m i n时相应的细度控制，分别取0 0 4 5 m m筛筛 余7 3 和 1 2 1 ：生石灰则取磨细时间为1 0 m i n时的细度， 即取0 0 8 m m筛筛余 1 1 8 。 1 3 试验方法 根据试验材料的 理化性能 及文献5 】 的 相关试验研究， 经 综合分析， 各试验方案的固硫灰与固硫渣的用量比例见表2 ， 二者之和占 材料总用 量的比例均为6 8 ； 水泥、 生石灰粉、 建 筑石膏粉在各方案中的用量比例分别为1 0 、 1 7 、 5 ； 铝粉 外掺， 用量为材料总量的0 0 6 。 表 2 试验方案 编号 S 1 S 2 S 3 s 4 S 5 S 6 S 7 S 8 固硫灰用量， 4 2 4 4 4 6 4 8 5 0 5 2 5 4 6 8 固硫渣用量， 2 6 2 4 2 2 2 o 1 8 1 6 1 4 0 按各试验方案确定的材料用量比 例， 采用目 前利用粉煤 灰生 产蒸压 加气砌块相同的 技术工艺 进行料浆制备、 试块制 作及蒸 压养护。 考虑砌块实际生产浇模的要求， 各试验方案 的 用水量按 浇注试模时 料浆的扩展度达到1 8 0 m m控制。 试 验时， 各方案均浇注成型 1 0 0 m m x l O 0 m m x l O 0 m m的立方体 试块， 在经过0 8 M P a 蒸 压养护9 h 后， 按G B ， I1 1 1 9 6 9 - - 2 0 0 8 蒸压加气混凝土性能试验方法 进行干密度及抗压强度测 试。 2 结果与分析 各方案的 水料比、 试块的干密度及抗压强 度测试结果见 表3 。 6 6 新型建筑材料 2 0 1 3 3 表 3 各方案水料比及干密度、 抗压强度测试结果 编 号 抗 篇 编 号 怎 抗 篇 S1 0 71 3 6 7 6 4 6 9 S 5 0 7 5 3 6 0 2 3 4 2 S 2 0 7 2 3 6 5 8 4 4 6 S 6 0 7 6 3 5 8 5 3 0 6 S 3 0 7 3 3 6 3 8 4 1 5 S 7 0 7 7 3 5 6 9 2 7 7 S 4 0 7 4 3 6 2 l 3 - 8 O S 8 0 8 4 3 5 3 4 2 2l 2 1 水料 比对试块干密度和抗压强度的影响 各试验方案在料浆扩展度相同的条件下， 随着固硫灰的 用量增加， 拌和用水量呈线性增加。 S 8 方案仅用固硫灰、 不掺 加固硫渣，其水料比达到最大值 0 8 4 3 ，较 S 1 方案增大 1 8 2 。 分析其原因， 主要是磨细后的固硫灰具有较大的比表 面积， 在拌制料浆时， 需要较多的水浸润其颗粒表面， 从而使 水料比随着固硫灰的用量增加而增大； 其次是本试验用固硫 灰具有较大的烧失量， 亦即较高的含炭量， 在磨细处理后， 炭 粉吸附水量的增大，使水料比随固硫灰的用量增加而提高； 再者， 由于受燃料和燃烧温度等影响， 固硫灰中所含玻璃微 珠较少， 拌制料浆时的 “ 滚珠”减水效应小， 也将引起水料 比的增大。对于固硫渣， 因其主要由经粉碎、 煅烧后的煤矸石 颗粒组成， 进一步磨细处理后， 其颗粒表面较密实， 对水料比 的影响不起主导作用。随着水料比的增大， 使加气试块硬化 后的空腔壁间结构空隙增多， 导致试块的干密度及抗压强度 减小。可见， 水料比是影响试块干密度和抗压强度的主要因 素之一。 2 2 固硫灰和 固硫渣的用量对试块 千密度和抗压 强度的影响 从S 1 一 S g 方案， 随着固硫灰的用量增加、 固硫渣的用量 减小， 试块的干密度和抗压强度呈逐渐降低的趋势。S 1 方案 固硫渣的用量为各试验方案中的最大值， 其试块的干密度和 抗压强度亦为最大值； S 8 方案固硫渣的用量为0 ，固硫灰的 用量为最大值，但试块的干密度和抗压强度却为最小值； 两 者相比较， S 1 方案试块的干密度较S 8 方案增加了2 6 6 ， 而 抗压强度较 S 8 方案提高了1 1 2 2 ， 由此可见， 固硫渣的用量 较大时， 可显著提高试块的抗压强度。但S 7与S 8 方案相比 较， S 7 方案试块的干密度较S 8 方案增加了6 6 ， 抗压强 度 较S 8 方案仅增大了2 5 3 ，且该2 种方案的抗压强度均较 小， 说明固硫渣的用量较小时， 对试块的性能无明显影响。S 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘宏， 等： 利用固硫灰渣研发蒸压加气混凝土砌块 方案试块的干密度和抗压强度虽然均较S 1 方案的小， 但其值 符合G B 1 1 9 6 8 -2 0 0 6 ( ( 蒸压加气混凝土砌块 中A 3 5 、 B 0 6级 合格品的质量要求。 根据表 1 和上述结果分析， 结合文献【 5 6 ， 综合分析可 见， 固硫灰中的硅、 铝氧化物虽然含量较高， 但其活性较低， 在 蒸压条件下未能生成较多的水化产物， 因此， 导致试块的抗压 强度随着固硫灰的用量增加而降低。 另外， 固硫灰较大的烧失 量也是试块的抗压强度随着固硫灰用量增加而降低的原因。 对于固硫渣， 其不但含有较高的硅、 铝氧化物， 可参与水化反 应， 而且烧失量较小； 同时， 经过磨细处理后可发挥微骨料作 用和形态效应， 使试块硬化后的空腔壁间结构致密； 所以， 随 着固硫渣用量增大， 试块的抗压强度不断提高， 但干密度随之 增大。在本试验条件下， S 4 方案固硫灰和固硫渣的用量比例 较匹配， 能够较好地发挥两者理化特性的复合效应， 起到互补 作用， 其试块的干密度和抗压强度值可达到G B 1 1 9 6 8 -2 0 0 6 中A 3 5 、 B 0 6 级合格品的质量要求。 3 结语 以煤矸石和劣质煤为主要燃料的循环流化床锅炉排出的 固硫灰与固硫渣， 经适当的磨细处理后， 可作为生产大掺量固 硫灰渣蒸压加气砌块的主要原料。本试验研究提出的S 4方 案， 不仅固硫灰与固硫渣的用量达到6 8 ， 而且试块的干密 度和抗压强度符合 G B 1 1 9 6 8 -2 0 0 6中A 3 5 、 B 0 6 级合格品 的质量要求，可作为本试验条件下砌块试生产的原材料用量 基本方案。同 时， 该方 案固 硫灰、 固 硫渣的 用量分别占 二者 掺 量的7 0 6 和2 9 4 ， 与我国目 前循环流化 床锅炉发电 机组 排放的固硫灰与固硫渣的总体产出比基本接近，为同时利用 固硫灰和固硫渣研发新型建材产品，实现固硫灰渣的整体资 源化利用提供技术借鉴。 参考文献 ： 【 1 】 中国经济网 山西发展循环经济新兴能源加快煤矸石利用 E B O L 2 0 1 1 - 0 3 3 1 h t t p ： w w w s i n a c o rn c r d 【 2 王智 流化床燃煤固硫渣特性及其建材资源化研究f D 重庆： 重 庆大 学， 2 0 0 2 3 】 宋远 明， 柴俊青 ， 陈菲 硫化床燃 煤固硫灰渣 体积稳定 性及影 响 因素研翘J 】 _ 粉煤灰， 2 O t 0 ( 1 ) ： 3 - 4 【 4 宋远 明， 刘景相 ， 王 波， 等 固硫灰渣 C a O A 1 2 0 ， 一 S O ， 一 H2 0系统水 化研 究 E l 第八届 国际粉煤灰 、 脱硫石膏及 其它工业 固废综合 利用高峰论坛暨 2 0 1 1 年中国新型墙 体材料 、 外墙保温与建筑节 能技术交流会论文集 沈阳： 中国工业固废综合利用产业联盟， 2 01 1 5 】 尹维新， 刘红宇， 洪彩霞 利用煤矸石电厂粉煤灰生产加气混凝 土砌块 J 】 新型建筑 材料 ， 2 0 0 8( 4 ) ： 1 2 1 4 6 6 刘红宇， 尹维新 矿渣粉一 生石灰粉对粉煤灰胶凝材料强度的影 响 J 】 建筑材料学报， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 6 2 7 6 3 0 A ( 2 z 接第 6 2页) 组合节点 和轻钢节点都体现出半刚 性性能， 但组合节 点偏于刚性， 而轻钢节点偏于柔性。 ( 4 ) 关于承载能力 组合节点和轻钢节点相比，组合节点的承载力提高 l 4 倍。焊接节点和自攻螺钉节点相比承载力提高 1 7 倍。 参考文献： 1 1 刘飞， 李元齐， 沈祖炎 低层冷弯薄壁型钢龙骨式住宅结构抗震 性能研究进展 J 结构工程师， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 4 ) ： 1 3 8 1 4 4 2 】2 陈峰 轻钢龙骨多层钢结构住宅体系的结构经济性分析 J 结构 工程师 ， 2 0 1 1 ， 2 7 ( 2 ) ： 2 3 2 7 【 3 】 吴学韬 轻型钢结构组合节点性能研究【 D 吉林建筑工程学院， 2 01 1 ： 1 -3 4 4 】 赵莹 冷弯薄壁型钢一 轻质混土组合节点性能研究 D 】 吉林建筑 工程 学院， 2 0 1 1 ： 1 - 3 4 5 】 赵莹 冷 弯薄壁型钢焊 接节点试验研 究及 有 限元分 析叨 吉林建 筑工程学 院学报 ， 2 0 1 l ( 6 ) ： 1 4 6 赵莹 冷弯薄壁型钢焊接节点试验研究与对比 分析叨 吉林建筑 工程学 院学报 ， 2 0 1 2 ( 6 ) ： 5 8 【 7 黄兴 冷弯薄壁型钢焊接节点试验研究及有限元分析叨 建筑钢 结构进展 ， 2 0 1 0 ( 4 ) ： 1 3 2 0 8 】 郑廷银 钢结构高等分析理论与实用计算 M 】 北京： 科学出版社 2 0 0 7 ： 1 0 0 1 1 5 A N E W B UI L DI NG MA T E R I AL S ，6 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m