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礦渣超細粉制備粉煤灰磚和加氣砌塊研究
[摘 要]本文通過使用礦渣超細粉替代生石灰試制粉煤灰蒸壓制品，結果表明礦渣超細粉完全替代生石灰后，所生產粉煤灰磚強度很差，而替代50%生石灰時，粉煤灰磚的抗壓強度降低約42%。當礦渣超細粉替代5%生石灰生產加氣砌塊時，坯體前期發氣速度降低，冒泡時間和靜養總時間均有所延長，由于礦渣超細粉的致密性，導致制品容重明顯變大，而含水率則沒有明顯變化，能夠在一定程度上提高砌塊的抗壓強度。
[關鍵詞]礦渣超細粉;粉煤灰磚;粉煤灰加氣砌塊
1 概述
粉煤灰是煤炭燃燒后經過收集得到的細灰，是燃煤電廠產生的主要固體廢棄物。粉煤灰由于具有較好的火山灰活性被廣泛用于墻體材料中蒸壓制品的生產[1-3]，其中蒸壓粉煤灰標準磚和蒸壓粉煤灰加氣砌塊是最具有代表性的產品。蒸壓粉煤灰標準磚尺寸與標準粘土磚完全相同，抗壓強度可以達到10 MPa以上，在國家節能減排保護環境的發展思路指引下，“禁實限粘”政策的執行力度進一步加強，蒸壓粉煤灰標準磚能夠完全替代實心粘土磚。蒸壓粉煤灰加氣砌塊具有輕質特性，保溫、隔熱、隔聲性能優異，并且具有一定的可加工性，目前已經廣泛應用于高層建筑的建設中。蒸壓粉煤灰標準磚和蒸壓粉煤灰加氣砌塊已經形成了較為穩定的生產工藝并進行工業化生產，國內學者也對粉煤灰蒸壓制品的性能進行了大量研究[4-5]。
粉煤灰蒸壓制品中使用生石灰作為膠凝材料，需要消耗大量生石灰，不僅增加了成本，而且石灰礦的開采還會對生態環境造成嚴重破壞，因此需要尋找合適的替代材料。�；郀t礦渣是在煉鐵過程中產生的廢渣，經水淬冷卻后形成的顆粒物，具有很好的潛在水化活性[6]。隨著我國鋼鐵產業的發展，每年這類廢渣產生量巨大[7]。經過粉磨后的礦渣超細粉比表面積能夠達到400 m2/kg，其活性進一步提高，具備一定的膠凝性能。
本文通過使用礦渣超細粉部分替代生石灰試制粉煤灰蒸壓制品，以研究其作為膠凝材料替代生石灰的可行性，為生產實際中降本增效提供參考。
2 試驗
2.1 試驗原料
粉煤灰：選用山西省太原鋼鐵(集團)有限公司自備電廠所產粉煤灰，試驗用粉煤灰達到II級要求。
爐底渣：來源同粉煤灰。
礦粉超細粉：采用太鋼集團水淬粒化礦渣超細粉S95。
骨料：采用市售建材石子，最大粒徑10 mm。
以上各原料的化學成分如表2.1所示。
生石灰：采用市售生石灰。
水泥：采用雙良水泥廠生產的32.5級礦渣硅酸鹽水泥。
水：采用自來水作為實驗用水。
2.2 試驗方法
2.2.1 蒸壓粉煤灰標準磚
使用礦渣超細粉分別取代100%和50%生石灰，測試制品的抗折、抗壓強度和重量，并與原制品進行對比。
試驗步驟：將粉煤灰、生石灰、礦渣超細粉、石子、爐底渣按照試驗配比進行干混，加入水后攪拌5min;將混合物料裝入鐵桶中加蓋消解，消解時間為100 min;將消解之后的物料填入模具中加壓成型，成型壓力130巴，每組成型3塊;將磚坯置于蒸養釜中養護，養護條件為1.1 MPa恒壓6.5h，溫度保持在174℃。按照《粉煤灰磚》(JC239 2001)檢測制品抗折、抗壓強度和重量。試驗配比如表1所示，其中第3組為對照組。
2.2.2 蒸壓粉煤灰加氣砌塊
使用礦渣超細粉取代5%生石灰，測試料漿在稠化過程中冒泡時間、靜養時間、切割溫度等過程參數的變化，并檢測制品的強度、容重及含水率，與全部使用生石灰作為膠凝材料的組別進行對比。
試驗步驟：使用60℃自來水按照0. 46的水灰(粉煤灰)比配制粉煤灰漿;依次加入生石灰、礦渣超細粉、水泥攪拌2 min;待料漿溫度達到45℃時加入鋁粉液繼續攪拌30 s，然后將料漿澆筑至模具中，連同模具一起放入40℃保溫箱中靜養，記錄冒泡時間和靜養時間;將稠化完成后的坯體置于蒸養釜中養護，養護條件為1.1恒壓5 h，溫度保持在174℃。按照《蒸壓加氣混凝土砌塊》(GB 119682006)檢測制品抗壓強度、容重和含水率。試驗配比如表2所示，其中第1組為對照組。
3 結果與討論
3.1 蒸壓粉煤灰標準磚
試驗結果如表3所示：
三組試塊的單塊重量相差不大。其中第一組完全使用超細粉試制的試塊強度很低，用手即可捏碎，遠遠達不到使用要求，未進行抗折、抗壓強度檢測。對比第2、3組可以看出，使用超細粉替代一半生石灰，抗折強度沒有明顯變化，抗壓強度方面，使用礦渣超細粉替代50%生石灰，抗壓強度降低約42%。
通過試驗可知：礦渣超細粉不能單獨當作膠凝材料使用來制備蒸壓粉煤灰標準磚，完全替代生石灰制備蒸壓粉煤灰標磚強度指標無法達到。原因在于礦渣超細粉潛在膠凝性質必須在堿性環境下才能激發，粉煤灰亦然。試驗混合物料體系中缺乏活性堿物質，導致水化反應不能進行，制品不能形成有效強度。
超細粉與生石灰配合使用的比例具備進一步探索的空間，超細粉的加入對抗壓強度有不利影響，可以通過進一步試驗尋找最佳配合摻量。
3.2 蒸壓粉煤灰加氣砌塊
經檢測，試驗澆注料漿擴散度為13.5 cm，實際澆注溫度為44℃。過程參數比較見表4。
通過對比可以看出，礦渣超細粉的加入延長了冒泡時間和靜養時間，切割坯體溫度降低。觀察試驗坯體發氣過程，出現發氣高度低于模具邊緣3 cm、發氣不均勻導致局部鼓起等現象。
通過對比可以看到使用礦渣超細粉少量替代生石灰之后，坯體前期發氣速度降低，冒泡時間延長3min，靜養總時間延長15 min以上。制品容重明顯變大，而含水率則沒有明顯變化。
礦渣超細粉具有一定的吸水性能，對料漿攪拌均勻性會產生一定程度的不利影響。礦渣超細粉較為致密，其潛在水化活性在反應前期不能有效發揮，水化放熱能力遠遠不及生石灰。礦渣超細粉中的鈣質材料和硅質材料隨著反應的持續進行，對制品后期強度貢獻明顯，抗壓強度相比對照組得到一定程度提升。見表5。
4 結論
通過本文研究可以得到以下結論：
(1)礦渣超細粉雖然經過粉磨機械活化，不過依然無法作為膠凝材料單獨使用制備蒸壓粉煤灰標準磚，其制品不能形成有效強度。
(2)超細粉替代生石灰的比例具備進一步探索的空間，超細粉的加入對抗壓強度有不利影響，可以通過進一步試驗尋找最佳配合摻量，以期在滿足產品性能要求的前提下盡可能降低生產成本。
(3)礦渣超細粉少量替代生石灰生產加氣砌塊，坯體前期發氣速度降低，冒泡時間和靜養總時間均有所延長，由于礦渣超細粉的致密性，導致制品容重明顯變大，而含水率則沒有明顯變化，對抗壓強度產生有益影響。
參考文獻：
[1]柯昌君，高鋁粉煤灰蒸壓制品強度的研究[J].長江大學學報(自科版)理工卷.207，4(3)：111- 114
[2]謝堯生，蒸壓粉煤灰磚的性能研究與應用[J].粉煤灰.2006，(2)：1～3
[3]張維波，談粉煤灰的綜合利用[J].磚瓦.2006.(4)：1-3
[4]柯昌君，粉煤灰蒸壓制品中長石的激發機理[J].硅酸鹽學報.2006，34 (8)：1011-1016
[5]柯昌君，石膏的改性及其在粉煤灰蒸壓硅酸鹽制品中的應用[J].非金屬礦.2004，27(3)：20-22
[6]吳達華，吳永華，林蓉，高爐水淬礦渣結構特性及水化機理[J].石油鉆探技術.1997，25(1)：3l～33
[7]孔祥文，王丹，隋智通，礦渣膠凝材料的活化機理及高效激發劑[J].中國資源綜合利用.2004.22-26
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