高性能蒸壓粉煤灰磚生產工藝技術綜述（中）

高性能蒸壓粉煤灰磚生產工藝技術綜述

李慶繁1            高連玉2         趙成文 3

（1遼寧省墻體材料協會  撫順  113008；   2中國建筑東北設計研究院有限公司 沈陽110003； 

3沈陽建筑大學 沈陽110168）

摘  要：本文首先就中國工程建設協會標準CECS 256∶2009《蒸壓粉煤灰磚建筑技術規范》，對蒸壓粉煤灰磚提出的技術要求，進行了簡要介 紹。其次就如何生產滿足《蒸壓粉煤灰磚建筑技術規范》要求的高性能蒸壓粉煤灰磚的生產工藝技術進行了討論，并以利用工業廢渣生產蒸壓粉煤灰磚的實例，說明 了配合比與產品性能的關系。

關鍵詞：高性能  蒸壓粉煤灰磚  配合比  多次排氣壓制  高壓蒸汽養護

2.2.2  石灰摻量

蒸壓粉煤灰磚的性能是由于粉煤灰中的硅、鋁質成分與石灰中ACaO相互作用的結果，而石灰中的ACaO的含量是變動的，因此，確定石灰摻量應以ACaO進行計算。

石灰提供與硅、鋁組分發生作用的ACaO，并在水化時發熱，可以促進石灰消化和有利于磚坯在養護前的強度增長。

混合料的活性石灰用量，對硅酸鹽制品的強度影響很大。當其它條件相同時，特別是當硅質材料的細度一定時，其強度起初是隨ACaO數量的增加而增長。但當ACaO超過一定值時，其強度反而下降。因此，存在一個最佳的ACaO含量。

1、當ACaO含量不足時，水化產物數量少，產品強度低，碳化后強度降低比例大(碳化系數小)，其它性能也難保證；

2、如果ACaO過量，強度卻并不顯著增長，而且蒸汽養護中易于產生體積膨脹，產品尺寸偏差大，發生微裂紋等缺陷，此種情況下，強度反而降低。

3、對于不同品質的粉煤灰，最佳石灰摻量（或最佳ACaO含量）及對強度影響的具體數值不同，但其與強度之間的關系曲線是相似的，呈拋物線關系。

石灰的摻量除了影響水化產物的數量以外，還直接影響到產物的相組成。不論是蒸壓或蒸養，對提高強度起主要作用的都是水化硅酸鈣，隨著石灰摻量的增加，存在著一個強度的最佳值，也就是石灰摻量的最佳值，大于這個最佳值或小于此最佳值，強度都偏低，我們稱此最佳摻量為臨界最佳摻量。當處于臨界摻量時，水化產物是處于多相平衡的狀態的，如在蒸壓條件下，托勃莫來石、CSH(Ⅰ)、C—S—H凝膠、單硫型水化硫鋁酸鈣及水化石榴子石等同時并具有合適的比例而平衡存在的，使制品具有良好的綜合性能。如果石灰摻量太低，低于臨界摻量，即使有蒸壓條件，也不能生成結晶良好的托勃莫來石和水化石榴子石。制品中有托勃莫來石晶相很重要，它不僅僅對強度有好處，而且對抵抗收縮和耐久性能都是非常有用的。因此，粉煤灰制品中控制合適的石灰摻量是非常重要的措施。

有關資料統計數據表明，ACaO摻量最佳范圍應為8%～14%(粉煤灰顆粒粗時取上限,顆粒細時取下限) ，有的則要求為7%。筆者認為上述所要求的比例，是通過石灰摻量對磚的強度影響的統計數據取得的，即為滿足粉煤灰磚強度要求的最佳摻量，如圖1所示的關系曲線。

另據有關科學實驗研究表明，當“有效CaO（ACaO）低于10%時，則只有CSH(Ⅰ)產生。”并強調“這是經很多次試驗測試并能重復得證的事實”。由于CSH(Ⅰ)在水化產物中對磚的強度貢獻最大，當ACaO含量低于10%時，只有CSH(Ⅰ)產生，并不會使磚的強度受到不良影響，但因沒有托勃莫來石和水化石榴石等具有較好的抵抗干燥收縮和耐久性能的晶體生成，這樣將會嚴重影響粉煤灰磚的耐久和干燥收縮性能。

因此，既要使磚具有高強度，又要具有較好的耐久和干燥收縮性能，最佳ACaO摻量不應低于10%，其最佳摻量范圍應為10%～14%。對于不同品質的粉煤灰，這個最佳摻量是不相同的，與SiO2和Al2O3含量有關。具體摻量應通過試驗確定。

蒸壓粉煤灰磚的配合比中，石灰摻量的計算方法，是根據上述的最佳ACaO含量范圍選定混合料中所需ACaO含量，以下式計算石灰摻量：

石灰摻量=（混合料中所需ACaO含量/所用石灰中ACaO含量）×100%

粉煤灰摻量（%）= 100%－石灰摻量

2.2.3  石膏摻量

配料中是否摻石膏，應根據實驗決定。在所確定的工藝條件下，如果可以達到預期的強度要求（包括抗壓強度和抗折強度），則可以不摻石膏。石膏的摻入會形成鈣礬石。它具有良好的物理力學性能，但能夠使制品產生微膨脹，若數量過多，則能使制品崩裂而破壞，因此，在粉煤灰磚中，其抗凍性一般會降低，所以在生產有抗凍性要求的粉煤灰磚時，應該嚴格控制石膏的摻量。

蒸壓粉煤灰磚的石膏（天然石膏或脫硫石膏）摻量以1%～2%(外摻)為宜。摻量過多,并不能有效提高強度,反而對碳化穩定性和抗凍性有不利影響。使用磷石膏時，采用2%～3%為宜；氟石膏以1%為宜。

石膏常采用外摻計量，即以石灰、粉煤灰之和為100%，外加石膏。

2.2.4  集料摻量

砂、爐渣等集料，主要起調整級配的作用，其摻量應以組成最佳顆粒級配為目標加以確定。一般來說：粉煤灰:集料=1.0～2.0:1.0?？茖W研究和生產實踐表明，生產高強度蒸壓粉煤灰磚，宜采用砂子（或細石屑）作集料，砂子既屬硅質材料，又是制品的骨料。石英砂制品較長石砂制品的物理力學性能優越。砂的顆粒級配好，孔隙率小，填充于空隙中的膠結料就少。為了降低磚的表觀密度，可適量摻入一些煤渣，但應保證磚的產品質量。

2.2.5  水用量

水用量是影響蒸壓粉煤灰磚產品質量和成型工藝的重要因素。水量應保證在工藝過程中消化和形成水化產物的需要,還需保證成型時和易性良好。成型水分過多或過少都會使成型時產生“過壓”現象,而易損壞壓磚機,另外,水分過少還會產生磚坯過厚,過多易產生磚坯層裂,這些都是影響磚的外觀和質量,造成廢品。

水用量與原材料性質、配合比、原料顆粒級配、消化方式、壓磚機型號等有關。例如:用煤渣作細集料時,就需要較大用水量；采用砂時,用水量就小;采用生石灰,用水量大；采用電石渣(相當于消石灰)加水量可以減少。

蒸壓粉煤灰磚，當鈣質材料采用生石灰、集料采用煤渣時，配合比中的成型含水量應控制在19%～23%（絕對含水率）。它是原材料中所含水量與在攪拌、輪碾等工藝過程中加入的水量總合。當采用消石灰（電石渣）和砂做集料時成型含水量最低可降至8%。對于每一種具體的成型方法和一定配比的硅酸鹽制品，都存在一個最佳的含水量，它可用實驗方法確定，并應盡量降低成型含水量。降低成型含水量，是改善制品結構的有效途徑，同時采用相應的成型方法使之充分密實，可使制品的密實度和強度增加，從而可減少孔隙和毛細管，提高其耐久性。

2.2.6  配合比的確定

由于原材料的品質不同，各廠采用的工藝流程和選用的設備不同，因此，對于某一具體工廠的配合比，根據上述一些原則，在初定配合比的基礎上，需通過半工業性試驗加以調整、最后予以確定。

2.3  生產工藝

蒸壓粉煤灰磚的生產過程大體上包括原料處理，混合攪拌、消化（陳化）、輪碾、磚坯成型、蒸壓養護和成品處理等過程。它的基本工藝流程見圖2。

2.3.1  原料處理

1、粉煤灰脫水

生產蒸壓粉煤灰磚可采用干排灰亦可采用濕排灰。

采用干排灰時，可不進行處理，進廠后可直接貯存于料倉中待用。

采用濕排灰時，根據其含水量大小，選用不同脫水方法進行處理，使其含水率達到要求。

電廠濕法排出的粉煤灰漿，含水率很高，粉煤灰與水的質量比（固液比）高達1∶20～1∶40，即含水率為95%～98%。要使水分達到制磚要求，含水率應為30%～33%，需經過兩級脫水。蒸壓粉煤灰磚在年產量為5000塊左右規模時，可采用濃縮-真空過濾法進行脫水處理。

2、石灰、石膏的破碎和磨細

采用塊狀生石灰時，需經破碎和磨細，其細度應達到一定要求見表8。

生石灰顆粒越細，與粉煤灰顆粒之間的反應越快，水化生成物也越多，產品的強度高，性能好；但也不宜磨得過細，因粉末耗電量大，使成本增加。對于不同消化工藝，細度要求可有所不同，因地面消化時間長，因而磨細度要求可適當放寬。

表8  生石灰粉磨細度

采用天然石膏，因其為塊狀，亦需破碎、磨細后使用。其細度要求為0.080mm篩孔篩余量≤15%。石膏可經破碎后按比例配料，在與石灰一起磨細。也可按細度要求單獨磨細。

石灰破碎、磨細時應注意以下幾點

（1）石灰極易受潮消化，因此，生石灰入廠后應注意防潮，不應該露天堆放。破碎、磨細過程中也要注意防潮。

（2）石灰破碎、磨細時，粉塵很大，應注意防塵。

（3）石灰粉磨經常發生“粘磨”現象，研磨體表面會被一定厚度的石灰粉包裹而降低研磨效果，為防止此種現象發生，可摻入石灰量10%左右的碎磚（破碎的蒸壓粉煤灰磚塊）作為助磨劑，這不但可消除或減輕“粘磨”現象，而且由于碎磚起晶坯作用，而有利于提高磚的強度。

3、細集料破碎、篩分

采用砂、細石屑為細集料應剔除雜物及粘土，有時應進行清洗。

采用煤渣、礦渣等工業廢渣作細集料時，渣中有時含有鋼鐵屑等夾雜物，在破碎前應剔除。通常采用磁選方法將鋼鐵屑除去。

經磁選后符合表5要求的集料，當顆粒不能滿足需要時，再經破碎后篩分，選用符合要求者作細集料。

2.3.2  配料

蒸壓粉煤灰磚的強度及各種性能均是由各種原料相互作用、生成一定的水化產物，組成一定的結構而獲得，因此，在生產過程中，要使各組分按規定的配合比進行配料。

配料的目的就是要使各種原料能均勻、準確地按確定配合比例相互混合。為此選擇合適的計量方法和計量精確的設備與配料方式，保證物料的準確是必要的，而如何保證物料的均勻性，也應作為選擇配料方式的不可缺少的必要條件，尤其是對那些數量較少的原料的配料。例如石膏的配料問題。在選用石灰、石膏混磨工藝時，如果石灰采用機械連續喂料，而石膏采用人工間歇喂料的配料方式，則加入石膏時，不但要稱量準確，而且要做到加料時間間隔足夠短，保證石灰、石膏在磨中能混合均勻。否則，即使數量是正確的，但可能是不均勻的，將會造成石灰中石膏摻量有時不足，有時有過量的現象，這必然影響產品的性能。

1、配料精度要求

配料中，各種原料計量的允許誤差應達到表9的要求。

表9  各種原料計量允許誤差

2、配料方式

配料方式有間歇式和連續式兩種。

間歇式是以原料質量進行計量的，其稱量較精確，當原料變化，數量需要改變時，易于調整。但由于是間歇稱量，效率較低。常用設備有磅秤或電子秤等。在使用時，原料對磅秤刀口的沾污和灰塵對電子秤元件的損壞嚴重，需加強維修。否則，會影響正常生產。對于濕粉煤灰，由于粘性大，計量秤料斗不易下料，因此，不宜采用自動計量秤計量。

連續式則根據計量設備不同有體積計量和質量計量兩種。體積計量是以原料體積進行計量的，其設備簡單，但受材料含水率、粒度等因素的影響大，計量精確度差。而且配比改變時，調整也困難。常用的設備有調速螺旋給料機、電磁振動給料機、圓盤給料機、葉輪給料機和膠帶給料機。

連續計量是采用電子皮帶秤。用其計量，對磨細石灰和細集料等干物料，計量誤差能控制在1%左右，濕粉煤灰計量誤差在3%左右。

2.3.3  混合料攪拌

混合料攪拌的作用是使混合料混合均勻，這是使產品獲得預期質量和質量均勻的基礎。

攪拌方式有連續和間歇兩種。選用哪種方式，應從整個生產過程是否協調考慮和確定。當生產中采用間歇式攪拌時，多選用質量配料法，用自動計量秤計量。

連續攪拌，可選用雙軸攪拌機、快速雙軸攪拌機等，從攪拌機一端的上方進料，從另一端槽下開口卸料，在進料端部有水管加水，物料在機內停留時間（攪拌時間）可通過機內絞刀角度適當調節，但一經確定，不宜改變。

間歇攪拌，可采用砂漿攪拌機和渦輪強制攪拌機。后者攪拌作用強烈，混合料質量均勻。間歇攪拌時，攪拌時間可根據需要隨時調節。

攪拌時間：雙軸攪拌機一般為1.8min，間歇式攪拌機一般為2～3min。

攪拌加水量：攪拌加水量應滿足生石灰消化及磚坯成型對水量的要求。攪拌時加水應盡量將磚坯成型所需水量一次加足，使碾壓中不再加水或少加水。因為攪拌后，混合料經消化，水分可以充分滲入物料中，而碾壓中加入的水分，往往較多地留在顆粒表面，如加水過多，則不利于磚坯成型，也不利于磚強度的增長。

同時，應嚴格控制加水量。攪拌加水量過少，會造成石灰消化不充分，達不到消化目的；加水量過多，混合料在消化時易于“結倉”（混合料粘結在一起，無法出料），使生產不能正常生產。

2.3.4  消化

各種物料經過配料攪拌制成混合料后，生石灰會吸收混合料中的水分，變成Ca(OH)2，這個過程就是消化過程。消化的作用，一是使生石灰充分消解，以便各原料之間進行反應，；二是提高混合料的可塑性，便于成型，這個作用稱為“陳化”。消化時間過短，會使生石灰消解不完全，在蒸壓養護時繼續消化，造成磚坯開裂，嚴重影響產品質量；消化時間過長，很容易造成混合料結倉，而且影響生產周期，降低經濟效益。在使用電石渣等消石灰作原料時，雖然不需消解過程，但經過一段時間“陳化”，使Ca(OH)2溶液滲透到粉煤灰和煤渣等細集料顆粒內部，增加混合料的可塑性，提高坯體成型性能是非常必要的。

消化方式有料倉消化和地面消化兩種。

1、料倉消化

料倉消化時將混合料放在消化倉內進行消化。按其操作方式又分間歇式和連續式兩種。

間歇式消化分進料、靜置消化（按消化要求所需時間靜置）、出料等三個階段。其缺點是易造成“結倉”，影響生產，同時當倉頂進料時，易發生顆粒分離現象，影響磚的質量。

連續式消化的操作不分階段，連續作業。混合料由頂部連續進料，底部連續出料。物料在倉內邊移動邊消化。物料在倉內移動的時間，正好相當于消化所需時間，這個時間的長短，可由粉倉底部圓盤給料機調節。這個方法較間歇式為優，但耗電量大。

料倉消化可將石灰消化時放出的熱量積蓄起來，消化時溫度高，可加速消化過程，還可促進過燒CaO、過燒MgO提早在消化倉內吸水消化，消除磚的質量隱患。

2、地面消化

地面消化時將攪拌好的混合料放置于庫房內地面上進行消化。與料倉消化進行比較，由于保溫效果差，消化所需時間長，需較大的堆放面積，故一般產量較大時，不宜采用。但陳化效果好，混合料質量高。

3、消化時間

采用生石灰消化時，兩種消化方式的消化時間分別為：料倉消化1.5 h～4h，地面消化8 h～16h，采用消石灰（包括電石渣）為原料時，消化時間為35min左右。

混合料消化時間除與消化方式、采用原料不同而有差別外，還應根據原料磨細度、氣溫等因素進行調節。

2.3.5  碾練

混合料消化后采用輪碾機進行碾練，主要起壓實、活化和均化作用。如消化后混合料的含水率不能滿足成型的需要，則應加水碾練，加水時應將水噴成霧狀加入到混合料中。

輪碾碾練能提高混合料的活性和均化程度，并使物料中大部分空氣排除，而有利于提高極限成型壓力和坯體密實度，從而提高制品的強度，對于保證磚坯和產品質量都有重要的作用。

粉煤灰是一種具有多孔結構的物料，其空隙率高達65%～75%，因此，在粉煤灰顆粒內部和顆粒間存著在大量的空氣。在成型過程中一部分空氣排出磚坯，而另一部分則被壓縮和產生較大的反作用力，并使磚坯加壓結束時產生強烈的回彈作用。通過輪碾可以排出物料中的一部分空氣，使其更加密實，并避免磚坯的分層現象和產生裂紋。根據實測，未經輪碾的混合料，其極限成型壓力為16MPa，而輪碾后的則為24MPa，這就足以證明輪碾可以提高混合料的成型性能。

此外，輪碾也可將粉煤灰顆?？紫秲鹊牟糠炙謹D出，使其分布在顆粒表面，增加塑性，降低成型用水量。根據試驗資料，用于輪碾的混合料成型水分可明顯降低，如輪碾前成型水分若為25%，輪碾后可降至15%，這對提高磚的質量頗為有利。

當用礦渣和爐渣做集料時，對礦渣和爐渣而言，輪碾的作用主要是活化，這是由于物料通過碾磨和破碎，出現了新的表面，增加了水化表面積，加強了水化作用，使水化產物增多，有利于提高磚的強度。例如，混合料未經輪碾時，磚的強度僅為8.7MPa，而經輪碾后的混合料，磚的抗壓強度增至17.2MPa。

影響輪碾效果的主要因素之一是碾輪的質量。碾輪質量不同，輪碾效果也不同。例如，當采用600kg的碾輪時，輪碾10min，磚的強度僅為6.2MPa，而采用碾輪為3990kg的輪碾機時，只需5min輪碾，磚的強度就增至20.2MPa。

影響輪碾效果的另一重要因素是輪碾時間。試驗表明，無論是采用φ1600×370mm的輪碾機，還是采用φ1600×400 mm的輪碾機，輪碾5min后再延長時間，對提高磚強度的作用不大。經驗表明，對于φ1600×450mm的輪碾機，當每次的加料量為400～600kg時，其輪碾時間為5～6min。