石英尾砂-水泥-粉煤灰加氣混凝土制備與養(yǎng)護

石英尾砂-水泥-粉煤灰加氣混凝土制備與養(yǎng)護

石英渣是玻璃廠生產(chǎn)玻璃的原料。經(jīng)過粉碎和過濾后，它變成了廢水。據(jù)統(tǒng)計,我國每年產(chǎn)生石英尾砂約100萬t。石英尾砂中主要礦物是細粒晶質(zhì)石英,故SiO2含量一般介于90%～99%之間。目前,我國的石英尾砂基本堆存于尾礦庫中,不僅占用大量土地,還造成嚴重的環(huán)境污染。我國對石英尾砂綜合利用的研究主要集中在用于聚醋酸乙烯酯涂料、作為配料生產(chǎn)水泥熟料、提取超高純石英砂、生產(chǎn)陶粒等方面。但生產(chǎn)的這些制品附加值低,受運距限制,不易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。蒸壓加氣混凝土是以硅質(zhì)材料(砂、粉煤灰及含硅尾礦等)和鈣質(zhì)材料(石灰、水泥等)為主要原料生產(chǎn)的集質(zhì)輕、隔音、保溫、防火、施工方便等優(yōu)點于一體的新型墻體建筑材料,可使建筑節(jié)能50%。利用石英尾砂生產(chǎn)蒸壓加氣混凝土,不僅可以解決石英尾砂占用土地、污染環(huán)境的問題,而且可實現(xiàn)石英尾砂的大宗量綜合利用。本試驗利用河北秦皇島鑫華玻璃廠的石英尾砂制備蒸壓加氣混凝土。目前市場上流通的蒸壓加氣混凝土主要為水泥-石灰-河砂制品、水泥-石灰-粉煤灰制品、水泥-礦渣-河砂制品,由于石英尾砂與天然河砂成分近似,所以本試驗選擇水泥-石灰-河砂蒸壓加氣混凝土生產(chǎn)工藝作為參考。1試驗材料1.1原材料(1)尾砂的物化性質(zhì)石英尾砂由河北秦皇島鑫華玻璃廠提供,呈土黃色,體積平均粒徑為85.2μm,密度為2.62g/cm3,白度為34.3,0.08mm方孔篩篩余為12%左右,其主要化學成分分析結(jié)果見表1,XRD分析結(jié)果見圖1。由表1可知,所用石英尾砂SiO2含量>65%,K2O+Na2O含量<5%,SO3含量<2%,符合《JC/T622—2009硅酸鹽建筑制品用砂》要求。從圖1可以看出,石英尾砂中的主要礦物為石英、微斜長石、鈉長石。按照物質(zhì)平衡原理,采用線性規(guī)劃法程序LINPRO,算得石英尾砂中各礦物相的含量為石英90%、鈉長石2%、微斜長石8%。(2)u3000添加smo、sio的含量采用北京市金隅加氣混凝土有限公司生產(chǎn)所用中速消解石灰,其有效CaO含量為74%,MgO含量為3.59%,SiO2含量為5.45%,消解溫度為65℃,消解時間為13min,200目篩余量小于15%,符合《JC/T621—2009硅酸鹽建筑制品用生石灰》的要求。石灰的化學成分見表1。(3)水泥取自北京市金隅加氣混凝土有限公司,符合《GB175—2007通用硅酸鹽水泥》對C42.5水泥的質(zhì)量要求。其化學成分見表1。(4)石膏脫鹽取自北京京能熱電股份有限公司,200目篩余量為8%,其化學成分見表1。1.2性鋁溶液及水分散性采用河北邯鄲馬頭銀泉鋁粉膏廠生產(chǎn)的鋁粉膏作為發(fā)氣劑,其活性鋁含量為87%,固體含量為78%,16min發(fā)氣率為92%,30min發(fā)氣率大于99%,200目篩余量為2%,水分散性好,無團粒,蓋水面積為5100cm2/g。2測試方法2.1球磨和養(yǎng)護管理本研究在前期試驗基礎(chǔ)上,主要通過調(diào)整石英尾砂的細度和原料配比來制備強度級別為A3.5(抗壓強度≥3.5MPa)、密度級別為B06(干密度≤650kg/m3)的蒸壓加氣混凝土。具體制備方法如下:(1)將石英尾砂烘干,采用SM?500×500球磨機通過干式粉磨進行細化和均化處理。每次裝料量為5kg,研磨介質(zhì)為磨機原配的60kg鋼球和40kg鋼鍛。(2)將磨好的石英尾砂與石灰、水泥、石膏按一定配比攪拌混勻,然后按水料質(zhì)量比為0.57加入55℃的溫水攪拌90s,再按原料總量的0.06%加入鋁粉膏攪拌40s。(3)將配好的物料澆注到100mm×100mm×100mm的試模中,在50±2℃下靜停養(yǎng)護4h。(4)脫模,將坯體送至北京市金隅加氣混凝土有限公司,采用工業(yè)蒸壓釜進行飽和蒸汽壓力蒸壓養(yǎng)護,蒸壓養(yǎng)護條件為壓力1.25MPa、溫度180℃、時間8h。蒸壓完成后烘干,即得成品。2.2砂體比表面積測定采用LMS-30型激光粒度分析儀測定磨后石英尾砂的粒度分布,采用CZB-9型自動比表面積儀測定磨后石英尾砂的比表面積。參照《GB/T11969—2008蒸壓加氣混凝土性能試驗方法》測定制品的干密度和抗壓強度?？箟簭姸葴y定設(shè)備為YES-300型數(shù)顯液壓壓力試驗機。采用D/MAX-RC型旋轉(zhuǎn)陽極X射線衍射儀對石英尾砂和制品進行XRD分析,采用SUPRATM55型場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)對制品進行微觀形貌分析。3試驗結(jié)果與討論3.1石英尾砂細度對澆注性能和制品性能的影響控制石英尾砂的粉磨時間分別為15、20、25、30、35、40min,粉磨后石英尾砂的比表面積分別為200.02、231.46、286.70、321.57、341.57、376.82m2/kg,粒度分布如圖2所示。暫定原料配比為石英尾砂質(zhì)量分數(shù)60%、水泥質(zhì)量分數(shù)12%、石灰質(zhì)量分數(shù)23%、脫硫石膏質(zhì)量分數(shù)5%,采用上述不同粉磨時間下的石英尾砂制備蒸壓加氣混凝土,考察石英尾砂細度對澆注性能和制品性能的影響,試驗結(jié)果如表2所示。表2表明:石英尾砂的細度影響其反應(yīng)活性,進而影響料漿的穩(wěn)定性和制品的性能。石英尾砂顆粒粗,料漿流動性差,澆注后沉降速度快,易造成塌模,制品強度低。而提高石英尾砂的細度,可改善料漿的料漿流動性和發(fā)氣性,增加制品的強度。這是因為同水泥等膠凝材料一樣,提高細度可增大石英尾砂與水的接觸面積,加快其溶解速度,增強其參加化學反應(yīng)的能力。但石英尾砂粒度過細,易導致料漿過稠,造成發(fā)氣程度不夠,同時引起制品強度有所下降。根據(jù)表2結(jié)果,選擇石英尾砂粉磨時間為30min,此時料漿流動性好,發(fā)氣充分,制品強度達到最大值,而且制品外觀最佳。3.2原料配比試驗將石英尾砂粉磨30min,按石英尾砂摻量為60%～65%、水泥摻量為5%～15%、石灰摻量為15%～30%、石膏摻量為5%進行原料配比試驗,結(jié)果見表3。從表3可知,除A4號原料配比下制品的抗壓強度太低外,其余各原料配比下制品的抗壓強度和干密度均達到試驗?zāi)繕?。從最大限度地利用石英尾砂考慮,確定采用A2號原料配比,此時制品的抗壓強度為4.34MPa,干密度為562kg/m3,比強度為7.72m2/s2。3.3蒸壓過程中c-s-h凝膠的殘留對按照A2號原料配比制得的產(chǎn)品進行XRD和FE-SEM分析,結(jié)果如圖3、圖4所示。從圖3可以看出:托貝莫來石和方解石是蒸壓加氣混凝土中的新生成物相,托貝莫來石的生成保證了蒸壓加氣混凝土具有較高的強度。石英尾砂中的鈉長石、微斜長石經(jīng)高溫蒸壓反應(yīng)之后仍有較多殘留,說明它們在本研究所采用的蒸壓條件下活性較低,未能全部參與反應(yīng)。此外,圖3中有一些彌散背景,證明有無定形(無衍射性)物質(zhì)存在于制品之中,這些無定形物質(zhì)導致衍射峰寬化。從圖4(a)可以看出:水化產(chǎn)物密集叢生,包括結(jié)晶比較差的無定形C-S-H凝膠(圖中A處)和大量結(jié)晶度比較好的柳葉狀或葉片狀托貝莫來石(圖中B處)。C-S-H凝膠作為“黏結(jié)劑”將托貝莫來石相互膠結(jié)在一起,形成良好的網(wǎng)絡(luò)狀框架結(jié)構(gòu),促進了制品強度的提高。從圖4(b)可以看出,片狀的托貝莫來石結(jié)晶良好,寬度為1～2μm,厚度為60～80nm,它們相互穿插搭接,同時各片之間形成空腔,使蒸壓加氣混凝土制品具備了隔熱保溫性能。4施工方案及施工條件確定(1)利用石英尾砂成功制備出了強度級別為A3.5、密度級別為B06的蒸壓加氣混凝土制品,為拓寬蒸壓加氣混凝土的原材料范圍、解決石英尾砂大宗量綜合利用問題和保護礦山環(huán)境提供了一條新途徑。(2)通過試驗,確定利用秦皇島鑫華玻璃廠石英尾砂制備石英尾砂-水泥-石灰蒸壓加氣混凝土的合適工藝條件如下:石英尾砂粉磨至比表面積為321