煤渣轻集料混凝土自保温复合砌块的生产工艺.pdf

中国科技核心期刊 钎 建蟓 煤渣轻集料混凝土自保温 复合砌块硇生产工艺 江嘉运 ， 赵明 ， 刘亚冰 ， 陈立军 ( 1 吉林建筑大学 材料科 学与工程学 院， 吉林 长春1 3 0 1 1 8 ； 2 吉林省圣翔建筑材料 有限公司， 吉林 公主岭1 3 6 1 0 0 ) 摘要： 煤渣轻集料混凝土自保温复合小型空心砌块利用低品质工业废料煤渣为主要原料， 采用新颖的生产工艺设计理念和先 进 的混凝土砌块成型设备生产， 生产 自动化水平较高 。其 内部构造 由基层、 保温层和保护层一次 加工 成型， 是集 保温和建筑围护功 能为一体的外墙材料， 在不增加其它保温措施的前提下， 墙体可达到严寒地区围护结构建筑节能 6 5 的目标， 具有显著的经济技术 效益 。 ， 关键词 ： 煤渣： 自 保温； 砌块； 生产工艺； 经济技术 中图分类号： T U 5 2 2 3 + 3 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 4 ) O 1 0 0 1 0 0 5 Pr o d u c t i o n p r o c e s s o f t h e r ma l i n s u l a t i o n c o m p o s i t e b l o c k wi t h c o a l c i n d e r l i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e J I A NG J i a y u n l , Z H A0 Mi ， ， L I U Y a b i n g a ， C HE N L i u n ( 1 Co l l e g e o f Ma t e r i a l S c i e n c e a n d E n g i n e e rin g ， J i l i n J i a n z h u Un i v e r s i t y， C ha n g c h u n 1 3 0 11 8 ， J i l i n， Ch i n a； 2 J i l i n P r o v i n c e S h e n g x i ang B u i l d i n g Ma t e ri a l s C o L t d ， G o n g z h u l i n g 1 3 6 1 0 0 ， J i l i n ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e r mal i n s u l a t i o n c o mp o s i t e s mall h o l l o w b l o c k w i t h c o a l c i n d e r l i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e w a s ma d e f r o m ma i n r a w ma t e r i al o f p o o r i n d u s t r i al s c r a p ma t e rial o f c o al c i n d e r T h e p r o d u c t i o n p r o c e s s d e s i g n a d o p t s n o v e l s t y l e o f the o r y a n d t h o u g h t An a d v an c e d fin i s h e d f o rm ma c h i n e o f c o n c r e t e b l o c k wa s ma d e u s e o f i n t h e h i g h l e v e l o f a u t o ma t i o n p roc e s s Th e b a s i c l a y e r ， t h e r ma l i n s u l a t i o n l a y e r a n d p r o t e c t i o n l a y e r for t h e i n s i d e c o mp o s i t i o n o f t h e c o mpo s i t e b l o c k w e r e fin i s h e d form wi t h mo ul d i n g o n c e i n t o i n t e g r a t e d s t r u c t u r e T h e b l o c k wa s a k i n d o f e x t e r n a l wall ma t e rial p e r f o rm i n g t h e f u n c t i o n s o f t h e rm a l i n s u l a t i o n a n d b u i l d i n g e n - c l o s ur e Th e g o al o f e n c l o s u r e s t r u c t u r e b u i l di n g e n e r g y s a v i n g 6 5 p e r c e n t c o u l d b e a c h i e v e d c o n c e r n i n g t h e b l o c k wall i n s e v e re c o l d a r e a w i t h o u t ma k i n g a n y a d d i t i o n al me a s u r e o f t h e rm al i n s u l a t i o n I t h a d r e ma r k a b l e e c o n o mi c an d t e c h n o l o g i c al b e n e fi t Ke y wo r d s ： c o a l c i n d e r ； t h e rm al i n s u l a t i o n ； b l o c k ； p r o d u c t i o n p r o c e s s ： e c o n o m y a n d t e c h n o l o gy O 前言 目前， 煤矸石烧结多孔砌块、 粉煤灰加气混凝土砌块和 混凝土小型空心砌块是吉林省新型墙体材料的主导产品， 其 中， 按照当地相关资源的供应情况， 可以采用多种粗细集料 为原料的混凝土小型空心砌块还有很大的发展空间。 吉林省圣翔建筑材料有限公司始建于2 0 1 1 年8 月， 总 投资1 5 亿元， 分二期建设， 厂区占地面积5 万m ， 具有年产 收稿 日期 ： 2 0 1 3 1 0 0 9 作者简介： 江嘉运， 男， 1 9 6 4年生， 吉林长春人， 副教授。地址： 吉林省 长 春 市 净 月 区新 城 大 街 5 0 8 8号 ， 电话 ： 0 4 3 1 8 4 5 6 6 2 3 3 ， E m a i l ： b l ue 1 9 6 4 1 6 3 c o m。 1 O 新型建筑材料 2 0 1 4 1 4 0 万 i n 环保型混凝土空心砌块等多品种系列产品的生产 线， 于2 0 1 2 年 5 月成功开始试生产。企业投资方看好利用长 春地区的热电厂煤渣资源生产轻集料混凝土空心砌块的广 阔市场前景， 该环保利废项目立项得到国家发展和改革委员 会、 工业和信息化部的支持， 主要生产设备引进了日本虎牌 ( T i g e r) 机械有限 公司的全自 动混凝土制品成型设备， 使整条 生产线完全实现自 动化， 较大程度保证了的 生产质量和生产 效率。 其中， 该企业生产的 煤渣轻集料混凝土自 保温复合小型 空心砌块的内部结构设计和生产过程新颖独特， 主要用于框 架结构的非承重外墙体， 可满足严寒地区第三阶段围护结构 建筑节能6 5 的要求，大幅度提高建筑物的 居住舒适度， 可 替代使用外墙外保温结构， 因而避免了 外保温表面 饰面层常 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江嘉运， 等： 煤渣轻集料混凝土自 保温复合砌块的生产工艺 出现的开裂、 渗漏和脱落问题， 解决了有机保温材料与建筑物 主体不同寿命的难题。该复合砌块施工方便，可降低工程造 价。复合砌块的砌筑方法和普通砌块基本相同， 施工速度快， 工效较高， 它与E P S 外墙外保温技术进行比较， 优势为墙体 砌筑与保温层同时完成， 无二次室外作业， 简化施工程序， 缩 短工期， 可确保工程质量。 1 原材料 1 1 原料要 求 1 1 1 碎 石 要求碎石连续粒级的公称粒级5 1 0 m m ，表观密度约 2 7 0 0 k g m 。 ， 干堆积密度约1 2 6 0 k g m ， 含泥量和针片状颗粒 含量等指标应符合G B T 1 4 6 8 5 -2 0 1 1 建筑用碎石、 卵石 有 关规定。 1 1 2 煤渣 目 前煤渣已成为仅次于粉煤灰的电厂主要工业固体废弃 物。在某些地区， 煤渣的应用还未引起足够重视， 仍在大量积 存， 其利用率远低于粉煤灰。 长春热电二厂的煤渣原料粒径分布见表 1 。但是某些地 区热电厂原状煤渣颗粒可能偏粗， 需要磨细， 煤渣细度应与混 凝土的细集料天然粗砂接近( 细度模数为3 7 3 1 ) ， 但不宜过 细。 煤渣的绝干体积密度宜为7 1 4 8 9 3 k g m ， 作为混凝土的轻 集料， 它的绝干体积密度与较大密度的陶粒( 3 0 0 9 0 0 k g m ) 近。统计表明， 各个地区煤渣粗细程度差别很大， 一般情况， 要 求原状煤渣或者磨细煤渣的最大粒径小于5 m m ；如果煤渣较 粗时， 应考虑砌块薄壁孔洞和肋厚尺寸的影响， 原状煤渣或者 磨细煤渣的 最大粒 径应小于1 0 m m 。 煤 渣的 烧失量 等指标应 符 合G B ， I 1 7 4 3 1 -2 0 1 0 集料及其试验方法 有关规定。 表 1 原状煤渣原料的粒径分布 筛孔尺寸 m m 5 O 0 2 5 0 1 2 5 0 6 3 0 0 3 1 5 0 1 6 0 分计筛余， 0 6 5 3 0 3 3 1 4 7 9 2 3 9 1 1 3 粉煤灰 可以采用 级粉煤灰， 但为了节约优质灰以及降低成本， 一 般采用低等级粉煤灰， 如级灰( 或者技术性能接近于级 灰) 。粉煤灰的技术要求应符合G B 1 5 9 6 9 1 佣 于水泥和混 凝土中的粉煤灰 的规定， 但含水量不作规定， 其中4 5 m方 孔筛筛余量不大于4 5 ， 烧失量不大于1 5 ， 以限制未燃尽 碳的 含量，以 免碳含量过多使粉 煤灰的 活性组分减少并导致 小型空心砌块强度降低。 如果采用低于 级的粉煤灰， 应考虑 适当增加粉煤灰的用量( 超量系数 1 3 ) l l l 。 1 1 4 水泥 采用强度等级 3 2 5 的普通硅酸盐水泥或者矿渣硅酸盐 水泥。 1 1 5 生石灰 要求生石灰中C a O和M g O总含量不少于7 5 ， 1 m m筛 筛余不大于 1 5 ， 技术指标应符合J C 厂 I 4 8 O 一9 2 建筑生石 灰粉 的规定。由于相对应的粉煤灰不是主要原料， 根据粉煤 灰的质量情况， 亦可不使用硫酸盐激发剂， 以降低成本。 1 1 6 高效减水剂 采用萘系F D N型， 掺量为水泥用量的0 5 1 0 。技术 指标应符合G B 8 0 7 6 -2 0 0 8 混凝土外加剂 的规定。 1 1 7 聚苯 乙烯型材 自 熄型阻燃聚苯乙 烯泡沫塑料应具备质量轻、 结构均匀、 导热系数低、 吸水率较小、 机械强度高和耐冲击性能较好等特 点。根据 G B 1 0 8 0 1 -1 9 8 9 隔热用聚苯乙烯泡沫塑料 ， 应不 低于级聚苯乙烯泡沫塑料的技术要求， 表观密度不小于2 0 k g m 3 ， 抗压强度在0 1 5 M P a以上。 按照设计要求加工成型材。 1 2 配合 比设计 原材料质量比为： 碎石 l 0 2 5 、 煤渣 3 0 7 0 、 粉煤 灰 1 5 3 5 、 水泥 1 2 1 6 、 生石灰 2 4 ； 减水剂适量； 水固比为0 1 4 0 1 6 。 2 生产工艺过程的优化 以邻近的辽宁省为例， 2 0 0 9 年 1 0 月辽宁省建筑材料监 督检验院受辽宁省质量技术监督局的委托， 对沈阳、 大连、 鞍 山等9 个地区生产的轻集料混凝土小型空心砌块进行了质量 抽查， 共抽查了6 0 个企业( 全部采用煤渣为原料) 生产的产 品。检测结果表明， 仅抗压强度问题就占受检总数的7 0 左 右2 - 3 ， 其它质量问题也较为严重， 这些基本问题的频繁发生应 引起我们高度重视。 2 1 煤渣的来源 煤渣是指燃煤灰渣的简称， 亦可称为炉渣。 其中炉渣也包 括以块煤为燃料的工业和民用锅炉，以及冬季采暖锅炉排放 的固体废弃物。 燃煤灰渣主要有粉煤灰、 沸腾炉渣和流化床固 硫灰渣( 简称固硫灰渣) 等。粉煤灰和沸腾炉渣是人们比较熟 悉的2 类燃煤灰渣。 固硫灰渣是指含硫煤与固硫剂( 通常为石 灰石)以一定比例混合后在循环流化床锅炉内经8 5 0 9 0 0 o C 燃烧固硫后所产生的固体废弃物， 固硫灰渣成分特殊， 不宜用 于生产墙体材料的原料田 。 火电厂以磨细煤粉为燃料， 平均粒径约5 0 m ， 小于 1 0 m和大于 1 0 0 m颗粒占煤粉总量的 l 0 左右， 制粉系统磨 制的细煤粉， 经燃烧器与送煤粉的一次热风一起喷入炉膛， 煤 粉与助燃热空气在炉膛内强烈混扰和悬浮燃烧，大约经几秒 钟的时间 就完成了 燃烧过 程。 燃烧室内 收集的炉 底灰 和粗 灰 N E W BUI L DI NG MAT E RI AL S 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江嘉运， 等： 煤渣轻集料混凝土自 保温复合砌块的生产工艺 约占灰渣总量的1 0 ，其余经电收尘器收集的粉煤灰 9 0 左右 I 。 沸腾锅炉燃烧温度均在 l 0 o 0 以下，远低于煤粉炉的 1 4 0 0 ， 因此粉煤灰是在高温流态化条件下形成的。而沸腾 炉渣生成温度较低， 不会出现较强致密组织， 造成沸腾炉渣表 面结构疏松， 吸水性较强。 低钙粉煤灰中A 1 ： 0 ， 在较高温度下 ( 1 4 0 0 ) ， 主要形成低活性的莫来石的结晶相， 而沸腾炉渣 的A l ： 0 在较低温度下( 8 5 0 9 0 0 c c ) ， 主要形成较高活性的偏 高岭石。 从而使沸腾炉渣的活性明显高于粉煤灰6 1 。 因此， 本项 目的煤渣轻集料是指上述炉底灰( 炉底渣) ， 无论是否需要磨 细， 其细度远大于粉煤灰， 使它的潜在活性难以发挥， 可看作 惰性轻集料。 2 2 粗细集料的颗粒级配 本项目的煤渣轻集料作为主要原料，可看作全部取代天 然河砂细集料使用， 并添加少量碎石以弥补粗集料的不足。 因 此，粗细集料的适宜颗粒级配可参考表 2 的美国和日 本普通 混凝土小型空心砌块推荐标准的内容 。 表 2 美国和 日本普通混凝土小型空心砌块用集料级配 项 目 9 5 0 7 5 2 3 6 1 1 8 06 0 0 3 0 0 1 5 4 T 无 累计 0 2 1 3 0 3 6 5 0 5 1 6 7 6 6 8 1 8 2 9 1 9 4 9 8 A 1 7 筛 余： 昙o 15 -3 5 3 5 - 5 5 5 0 - 7 0 6 0 8 0 7 0 9 0 8 0 - 9 5 从表2 可以看出，煤渣轻集料的合理颗粒级配应略粗于 天然粗砂，并允许掺加少量粒径小于1 0 m m的其它粗集料； 如果某一个地区热电 厂煤渣颗粒太粗， 应进行磨细处理， 但粒 径不宜过细， 并可以不掺加其它粗集料。显然， 上述合理的粗 细集料颗粒级配是正确解决小型空心砌块产品的抗压强度、 抗冻性、 吸水性、 干缩裂缝和其它耐久性等问题的基础。 2 3 养护方式 如果采用自然养护，周围环境的湿度是保证混凝土砌块 中水泥正常水化的重要条件。如湿度过低，混凝土表面会失 水， 迫使内部水分向表面迁移， 在混凝土中形成毛细管通道， 结构疏松， 使混凝土的密实度、 抗冻性、 抗渗性下降， 砌块强度 较低； 或者混凝土表面产生干缩裂缝， 也影响表面质量和耐久 性。 生产企业 采用自 然养护， 很 难严格按自 然养护工艺的相关 要求进行操作， 砌块质量受气候影响较大。 企业砌块堆放场地 可能无防雨和排水措施， 造成砌块相对含水率超标， 加之砌块 强度偏低， 致使砌块砌 筑完毕 后由 于干燥收缩造成墙体开 裂。 露天养护时，需在砌块坯体表面覆盖草垫或塑料薄膜等 遮盖物， 并定期浇水养护。当环境温度低于4 时， 不得浇水 养护。因此， 自 然养护属于北方企业夏季简易生产方式， 正规 l 2 新型建筑材料 2 0 1 4 1 的大中型企业应采用蒸汽养护方式，可保证较长的生产周期 和稳定的砌块质量。 3 生产工艺过程 3 1 生产工艺流程 煤渣轻集料混凝土自 保温复合小型空心砌块在模振成型 阶段， 先将预制的阻燃型聚苯乙烯保温型材放入模箱中， 再浇 注煤渣轻集料混凝土拌合物， 振动成型后经养护， 使保温层、 结构层和面层成为一个整体。生产工艺流程见图1 。 I 1 冈 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江嘉运， 等： 煤渣轻集料混凝土 自 保温复合砌块的生产工艺 低， 而效果较好， 避免了南方某些养护窑产品可能的水土不服 现象。该养护窑为长条形隧道窑型式，内侧设有带孔的蒸汽 管， 顶部设有蝶阀的排气孔， 用于排湿和排汽， 底部设有冷凝 水排水沟， 墙壁外侧采用聚苯板外保温方式， 门的外侧为纯棉 门帘密封， 保温封闭效果较好。 3 2 2 主要机械设备特点 采用先进水平的混凝土砌块模振成型设备，由日 本虎牌 机械有限公司的全资子公司中国天津虎牌美泰科机械有限公 司生产。 该设备可生产上百种制品， 包括各类多孔、 盲孔砌块、 节能保温砌块、 承重砌块、 劈裂砌块、 装饰墙砖等墙体砌筑材 料； 园林挡土砌块、 彩色地砖、 路缘石、 植草砖、 透水砖、 园艺 砖、 境界石、 重载铺地砖等地面工程材料； 水工砌块、 护路护坡 砌块等环保工程材料。 M 一 8型成型机是先进和经济的模振设备， 配有强有力的 振动电机和虎牌公司独有的旋转扒料器。适用于粉煤灰等多 种原料， 原料进入模箱迅速而平稳， 布料时间短且均匀， 成型 速度快， 产品密实度高。 设备设计结构简捷而厚实， 操作简单， 寿命长， 维护保养费用低。 该成型设备配有可调振动器，并可以手动调频调幅或遥 控自 动调频调幅， 为生产出省时、 水泥耗量低的高质量砌块创 造了条件。并安装有横向拉孔装置。成型机可以快速换置模 具， 采用手动方式或自 动方式， 全过程最快只需2 m i n 。 成型机 装有先进的控制技术， 整条生产线的生产过程可用图形表示， 并配有电子自动诊断和清除故障控制盘， 使操作运行简便、 有 效安全。另外， 使用垂直二次布料系统， 可以节省一半以上为 达到彩色装饰效果所花费的昂贵的原材料成本，同时砌块强 度不变。并配有高成品率劈裂机， 大大提高了劈裂块的成品 率。 采用的M 一 8 型成型机还配有托板运送系统和码垛系统， 主要技术经济指标为振动电机2台或4 台，单次砌块成型数 量8 块， 成型速度 1 l 1 3 s ， 砌块生产量2 6 0 0 块h ， 年生产量 1 7 5 万 m 3 。 4 产品性能和经济技术分析 4 1 产品性能 目前， 吉林省地方标准规定长春地区( 严寒地区) 的新建 住宅工程应满足建筑节能6 5 的外墙传热系数限值要求， 当 体型系数S c 0 3 时，建筑节能6 5 的外墙主体部位传热系 数限值为0 4 5 W ( m K ) 。 煤渣轻集料混凝土自 保温复合小型空心砌块的主规格为 3 9 0 m m x l 9 0 m mx l 9 0 m m ，采用3 9 0 m m x l 9 0 m mx l 9 0 m m + 3 9 0 m m x l 9 0 m m x l 9 0 m m砌块组砌方式，自保温复合砌块墙 体的传热系数和产品性能见表3 。吉林省建筑材料产品质量 监督检验站按照G B T 4 1 1 l 一1 9 9 7 混凝土小型空心砌块试 验方法 对该产品进行检测( 其中放射性按照G B 6 5 6 6 -2 0 1 0 健 筑材料放射性核素限量 进行检测) ， 结果为合格品。 表 3 混凝土自保温复合小型空心砌块的性能指标 该企业以煤渣轻集料为主要原料生产的普通型混凝土小 型空心砌块计有 1 1 种规格。 此外， 利用先进砌块成型设备、 模 具和金属刀具优势， 设计开发出掺加无机颜料( 普通型) 的彩 色吸声隔音砌块、 装饰砌块、 转弯劈裂砖、 彩色劈裂砖、 荷兰 砖、 荷兰花格砖、 透水砖、 盲道盲点砖、 波浪砖、 地砖等符合市 场需求的多品种系列产品， 共有建筑砌块、 马路方砖、 护坡水 工砌块、 挡土墙、 路牙石等5 大系列化的优势商品。 其中， 彩色 或普通色的混凝土劈裂砖为新型产品( 非传统陶瓷类劈裂 砖) ， 可用于外墙装饰、 挡土墙和步道砖等部位， 该砖由 相互咬 合的凹凸两个部分所组成， 有浑厚、 大气、 朴素、 自然的新颖装 饰效果。 4 2 复合砌块成本和墙体直接造价分析 按企业年产4 0 万m ， 煤渣轻集料混凝土自 保温复合小型 空心砌块 进行测算。 普通砌块 所用原料进厂价1 1 4 8 6 元 m ( 砌块) ， E P S 板原料6 5 5 2 元 m 。 ， 动力、 工资费2 7 2 5 元 m ， ， 财 务费用 1 2 4 0元 m ， 资产折旧费1 9 0 元 m ， 税金5 0元 m ； 由 于仅废料之一的 煤渣用量就 超过3 0 ， 可以 享受国家减免增 值税政策， 该砌块合计成本2 4 4 0 3 元 m 3 ， 销售价格2 8 5 元 m ， ， 利润4 0 9 7 元 m ， 则利润可达 1 6 3 8 8 万元 年。 自保温复合砌块主规格3 9 0 m m x l 9 0 m m x l 9 0 m m，价格 为2 8 5元 m ， 3 9 0 m m厚墙体每m 墙体的复合砌块用量为 0 3 8 m s ， 该墙体直接造价为 1 3 0 0元 m z ， 可达到节能6 5 的 N E W BUl L DI NG M AT ERl AL S 1 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m