CN103737706B

CN103737706B - 粉煤灰免烧砖阶梯温度蒸压养护方法

Info

Publication number: CN103737706B
Application number: CN201310663294.1A
Authority: CN
Inventors: 韩涛; 靳秀芝; 王慧奇; 曹红红; 杨学腾; 雷永胜; 杨芳
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2033-12-10
Also published as: CN103737706A

Abstract

本发明为一种粉煤灰免烧砖阶梯温度蒸压养护方法，解决了现有粉煤灰免烧砖蒸压养护方法存在养护温度过高、养护时间过长、能耗大，免烧砖外熟内生、开裂掉角、强度低、抗冻性差等问题。本发明方法共分四个阶段进行养护，四个阶段的保温温度分别为110～120℃、130～140℃、150～160℃、180～200℃，保温时间前三段为0.5～2h、第四段为2～6h；本发明方法能使粉煤灰免烧砖中内外温度小、体积变化均匀、无开裂掉角现象，改善了粉煤灰免烧砖的强度等性能，同时也缩短了高温蒸压时间，从而降低能耗。本发明方法还可用于加工其它废渣制备的免烧砖、加气混凝土等，经济效益和社会效益十分显著，具有很好的应用前景。

Description

粉煤灰免烧砖阶梯温度蒸压养护方法

技术领域

本发明涉及一种粉煤灰免烧砖的高效蒸压养护方法，具体地说涉及一种利用不同蒸压保温温度及养护时间组合成的阶梯温度蒸压养护方法，也适用于加工其它废渣免烧砖及加气混凝土等。属于建筑材料领域。

背景技术

粉煤灰是火力发电厂燃煤锅炉排出的一种工业废渣，大量占用土地，严重污染环境，用其采用蒸压养护方法制备蒸压粉煤灰免烧砖具有比较广泛的应用前景。

蒸压粉煤灰免烧砖强度取决于生产过程中产生的水化产物的种类和数量，在配比相同的条件下，蒸压养护温度和养护时间是影响水化产物的种类和数量的关键因素，其中蒸压养护温度决定着水化速度和水化产物的种类、数量和性能。研究表明，水化产物除了有C-S-H凝胶外，还有结晶度良好的托勃莫来石、硬硅钙石、水石榴石以及水化硫铝酸钙等。

免烧砖砖坯为固液气三相体系，含有较多的空隙，高温高压水蒸气可以携带大量的热量通过毛细孔渗透到免烧砖内部，快速提高砖坯内部温度，促进内部活性成分水化硬化。为了使免烧砖中产生较多的水化产物和生成较多的比较致密的对抗冻性有利的晶体矿物，传统的蒸压养护方法都会在较高温度（180～200℃）下保温较长的时间（8～11h），使得结晶度较低的水化硅酸钙凝胶转化为结晶度较高的托勃莫来石、硬硅钙石等矿物。

但传统的蒸压粉煤灰免烧砖生产过程中经常出现外熟内生、开裂掉角等现象造成粉煤灰免烧砖强度低、抗冻性较差，另外蒸压养护时间和生产周期长（200℃保温养护8小时左右，加上升温1小时和降温2小时左右，生产周期大约为11小时），降低了生产效率、增加了生产成本，限制了粉煤灰免烧砖的推广。究其原因可能是传统生产工艺中粉煤灰免烧砖砖坯直接与高温高压饱和蒸气（180～200℃）接触，免烧砖砖坯表面快速形成了致密的水化产物，堵塞了水蒸气进入内部的毛细孔道，而多孔的粉煤灰免烧砖砖坯导热系数小，阻碍了外部热量向砖坯内部传递，砖坯内部升温慢、温度低，水化慢，水化产物少，致密性差，造成粉煤灰产品外熟内生现象；砖坯内外温差较大，在升温冷却过程中，体积变化不均匀，引起免烧砖局部开裂掉角，降低了粉煤灰免烧砖的强度和抗冻性。为了提高粉煤灰免烧砖的强度，常规的做法是提高蒸压养护温度和延长养护时间，提高蒸压养护温度会使粉煤灰免烧砖砖坯表面在较短的时间内变的更加致密，水蒸气通过砖坯孔隙进入砖坯内部更加困难，砖坯内外温差加大，这些都不利于粉煤灰免烧砖强度的提高；在一定情况下，延长蒸压时间可以提高免烧砖内部温度，小幅度提高粉煤灰免烧砖的强度，但大大降低了粉煤灰免烧砖的生产效率，增加了粉煤灰免烧砖的生产成本。实践证明，粉煤灰免烧砖的蒸压养护方法的调节是改善粉煤灰免烧砖强度、抗冻性以及能否降低粉煤灰免烧砖生产成本的关键，对粉煤灰免烧砖的推广应用具有重要意义。多年来人们一直在寻找解决粉煤灰免烧砖外熟内生、开裂掉角、强度低、抗冻性差等技术难题的综合利用途径，目前已有用改变粉煤灰物性、调整粉煤灰免烧砖配比、加入激发剂和提高养护温度、延长养护时间等方法的资料记载，但利用不同蒸压养护温度和养护时间组合成的阶梯温度蒸压养护方法尚未见任何报道。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有粉煤灰免烧砖蒸压养护方法存在蒸压养护温度过高、蒸压养护时间过长、能耗大，免烧砖外熟内生、开裂掉角、强度低、抗冻性差等问题，而提供一种粉煤灰免烧砖阶梯温度蒸压养护方法。本发明方法是一种由不同温度及时间组合成的阶梯温度蒸压养护方法，使用阶梯升温的方式，分阶段、分时段进行。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种粉煤灰免烧砖阶梯温度蒸压养护方法，在不改变粉煤灰免烧砖其它生产工艺的前提下（即通过现有公知常规技术来制备粉煤灰免烧砖，通过本发明的蒸压养护方法来养护粉煤灰免烧砖），具体养护方法是：将粉煤灰免烧砖置于蒸压釜中利用饱和蒸汽养护，按温度分成四个阶段进行：第一阶段保温温度为110～120℃，蒸压釜的表压为0.15～0.2MPa，保温时间为0.5～2h；第二阶段保温温度为130～140℃、蒸压釜的表压为0.27～0.36MPa，保温时间为0.5～2h；第三阶段保温温度为150～160℃，蒸压釜的表压为0.48～0.62MPa，保温时间为0.5～2h；第四阶段保温温度为180～200℃，蒸压釜的表压为1～1.55MPa，保温时间为2～6h。

本发明提高粉煤灰免烧砖强度、降低能耗的机理：

粉煤灰免烧砖蒸压养护后水化产物比较复杂，随蒸压温度和时间的不同水化产物结构和形貌变化较大。研究表明，蒸压温度较低时水化产物为结晶度较低的水化硅酸钙凝胶与水石榴石，随着蒸压温度的升高，水化硅酸钙凝胶发生转化，形成密度较大的托勃莫来石及硬硅钙石晶体相，粉煤灰免烧砖整体体积稍微收缩，但变得更加致密。蒸压温度升高时，体系中溶出大量的Si⁴⁺改变了水石榴石所处的碱性环境，使胶结能力较差的水石榴石发生分解，生成纤维状或板状的结晶良好的水化硅酸钙。而蒸压时间的延长会促进Ca²⁺、Al³⁺、Si⁴⁺的进一步溶出，改变水化产物的结晶度，使免烧砖中的胶凝材料水化完全，从而提高强度。

本发明采用阶梯升温的方式，初始阶段不至于使粉煤灰免烧砖砖坯表面水化太快从而堵塞通向内部的孔隙，水蒸气可以携带大量的热渗透到免烧砖内部，提高了砖坯内部温度，使得内外温度均一，水化同步进行，减少了粉煤灰免烧砖因温度不均引起的开裂掉角现象。在各温度保温一段时间有助于原料中Ca²⁺、Al³⁺、Si⁴⁺的持续溶出，并使免烧砖内外温差较小；升到适宜的养护温度后，在较短的时间内即可使前期生成的水化产物转化为比较密实、结晶度较好的水化产物，在缩短蒸压时间的同时提高了免烧砖的强度和抗冻性。

在不改变粉煤灰免烧砖其它生产工艺的前提下，使用本发明阶梯蒸压养护方法养护得到的粉煤灰免烧砖和使用传统蒸压养护方法得到的粉煤灰免烧砖的性能比较：

（1）使用传统蒸压养护方法得到的粉煤灰免烧砖

按表1中的配比将粉煤灰、石灰、石膏、河砂、水泥和水混合均匀，消化后将50克物料装入Φ50圆模中，由压力机压制成型。加压速率控制在2～5KN/s，成型压力20KN，在最高压力恒压10秒钟。砖坯静置12h后，在压蒸釜中按表2中单一温度养护方法进行蒸压养护，砖块在釜中冷却到60℃后出釜制得粉煤灰免烧砖对比试样（编号1-1、1-2、1-3），利用压力机测其抗压强度，见表3。

（2）使用本发明阶梯蒸压养护方法养护得到的粉煤灰免烧砖

按表1中的配比将粉煤灰、石灰、石膏、河砂、水泥和水混合均匀，消化后将50克物料装入Φ50圆模中，由压力机压制成型。加压速率控制在2～5KN/s，成型压力20KN，在最高压力恒压10秒钟。砖坯静置12h后，送入压蒸釜中按表2中阶梯温度养护方法进行蒸压养护，砖块在釜中冷却到60℃后出釜制得粉煤灰免烧砖（编号2-1、2-2、2-3），利用压力机测其抗压强度，见表3。

表1 免烧砖配比（%）

表2 蒸压养护方法

表3 免烧砖抗压强度及抗冻性（MPa）

表3显示了不同蒸压制度制备的粉煤灰免烧砖的抗压强度及抗冻性能指标。可以看出，与传统的蒸压养护方法相比，使用本发明的阶梯温度蒸压养护方法蒸压的免烧砖的抗压强度及抗冻性得到大幅度的提高，利用本发明的阶梯温度蒸压养护方法生产的粉煤灰免烧砖（2-1、2-2、2-3）的平均抗压强度比利用传统蒸压养护工艺生产的粉煤灰免烧砖（1-1、1-2、1-3）平均强度提高了13.2%；与传统养护工艺制备的粉煤灰免烧砖相比，采用本发明的阶梯温度蒸压养护方法制备的粉煤灰免烧砖的抗冻融强度损失率由13.6%下降到9.88%，大大提高了粉煤灰免烧砖的抗冻性。其中，2-1的抗压强度达到43.75 MPa，比强度最高的对比样品1-1的抗压强度提高了9.7%；其蒸压养护时间为5.5小时，比传统蒸压时间（8小时）缩短了2.5小时，且在180℃只蒸压2h，大幅度缩减了高温蒸压时间，提高了免烧砖强度的同时降低了能耗。

本发明方法与现有方法相比，本发明突出的实质性特征和显著的效果是：

（1）解决了传统蒸压养护方法生产粉煤灰免烧砖过程中产生的外熟内生、开裂掉角、强度较低、抗冻性差等的问题。利用阶梯温度对免烧砖进行蒸压养护有助于提高粉煤灰免烧砖内部温度、减小免烧砖内外温差，避免了因温度不均引起的开裂问题，同时增加了粉煤灰免烧砖内部产物，提高了粉煤灰免烧砖内部致密性，因此经本发明蒸压的免烧砖强度较高、抗冻性较好且不容易开裂。

（2）缩短了高温蒸压养护时间，提高了粉煤灰免烧砖生产效率，从而降低粉煤灰免烧砖的生产成本。依据本发明的蒸压养护方法对免烧砖进行养护时，在高温只需保温较短的时间既能生成所需的水化产物，大大缩短了高温蒸压养护时间，在提高粉煤灰免烧砖强度及抗冻性的同时提高了粉煤灰免烧砖的生产效率，降低了粉煤灰免烧砖的蒸压成本。

本发明的粉煤灰免烧砖阶梯温度蒸压养护方法有效解决了传统蒸压养护工艺生产粉煤灰免烧砖过程中蒸压温度高、养护时间长和生产的粉煤灰免烧砖外熟内生、开裂掉角、强度低、抗冻性差等技术难题。本发明方法能使粉煤灰免烧砖中内外温度小、体积变化均匀、强度高、无开裂掉角现象，改善了粉煤灰免烧砖的强度等性能，同时也缩短了高温蒸压时间从而降低能耗，具有高效、低耗的优点。本发明用于粉煤灰免烧砖生产，成品砖强度可达到或超过建筑用砖的标准，并且可以降低蒸压养护过程中的能耗，还可用于加工其它废渣制备的免烧砖、加气混凝土等，经济效益和社会效益十分显著，具有很好的应用前景。

具体实施方式

实施例1

一种粉煤灰免烧砖阶梯温度蒸压养护方法，具体是：将通过现有工艺制成的粉煤灰免烧砖置于蒸压釜中利用饱和蒸汽养护，按温度分成四个阶段进行：第一阶段保温温度为120℃，蒸压釜的表压为0.20MPa，保温时间为1h；第二阶段保温温度为140℃、蒸压釜的表压为0.36MPa，保温时间为1h；第三阶段保温温度为160℃，蒸压釜的表压为0.62MPa，保温时间为1.5h；第四阶段保温温度为180℃，蒸压釜的表压为1MPa，保温时间为2h。

实施例2

一种粉煤灰免烧砖阶梯温度蒸压养护方法，具体是：将通过现有工艺制成的粉煤灰免烧砖置于蒸压釜中利用饱和蒸汽养护，按温度分成四个阶段进行：第一阶段保温温度为115℃，蒸压釜的表压为0.17MPa，保温时间为0.5h；第二阶段保温温度为130℃、蒸压釜的表压为0.27MPa，保温时间为2h；第三阶段保温温度为158℃，蒸压釜的表压为0.59MPa，保温时间为0.5h；第四阶段保温温度为200℃，蒸压釜的表压为1.56MPa，保温时间为4h。

实施例3

一种粉煤灰免烧砖阶梯温度蒸压养护方法，具体是：将通过现有工艺制成的粉煤灰免烧砖置于蒸压釜中利用饱和蒸汽养护，按温度分成四个阶段进行：第一阶段保温温度为110℃，蒸压釜的表压为0.14MPa，保温时间为1.5h；第二阶段保温温度为138℃、蒸压釜的表压为0.34MPa，保温时间为1h；第三阶段保温温度为155℃，蒸压釜的表压为0.54MPa，保温时间为1.5h；第四阶段保温温度为190℃，蒸压釜的表压为1.26MPa，保温时间为6h。

实施例4

一种粉煤灰免烧砖阶梯温度蒸压养护方法，具体是：将通过现有工艺制成的粉煤灰免烧砖置于蒸压釜中利用饱和蒸汽养护，按温度分成四个阶段进行：第一阶段保温温度为113℃，蒸压釜的表压为0.16MPa，保温时间为2h；第二阶段保温温度为132℃、蒸压釜的表压为0.29MPa，保温时间为1.5h；第三阶段保温温度为152℃，蒸压釜的表压为0.50MPa，保温时间为1.5h；第四阶段保温温度为185℃，蒸压釜的表压为1.12MPa，保温时间为3h。

实施例5

一种粉煤灰免烧砖阶梯温度蒸压养护方法，具体是：将通过现有工艺制成的粉煤灰免烧砖置于蒸压釜中利用饱和蒸汽养护，按温度分成四个阶段进行：第一阶段保温温度为117℃，蒸压釜的表压为0.18MPa，保温时间为1h；第二阶段保温温度为135℃、蒸压釜的表压为0.32MPa，保温时间为0.5h；第三阶段保温温度为150℃，蒸压釜的表压为0.48MPa，保温时间为2h；第四阶段保温温度为195℃，蒸压釜的表压为1.4MPa，保温时间为5h。

Claims

1.一种粉煤灰免烧砖阶梯温度蒸压养护方法，其特征在于：将粉煤灰免烧砖置于蒸压釜中利用饱和蒸汽养护，按温度分成四个阶段进行：第一阶段保温温度为110～120℃、保温时间为0.5～2h；第二阶段保温温度为130～140℃、保温时间为0.5～2h；第三阶段保温温度为150～160℃、保温时间为0.5～2h；第四阶段保温温度为180～200℃、保温时间为2～6h。