粉煤灰陶粒的生产技术及发展方向

关键词：粉煤灰陶粒   生产技术   发展方向

    1        前言

粉煤灰综合利用的途径很多，其中生产新型建筑材料是最有效的途径之一。而用于生产轻型砼的粉煤灰陶粒吃灰量最大，应用范围广泛，可以用来制造轻质高强的砼，用于对自重有一定限制的工程结构及建筑工程中。如公路桥桥面，高层建筑楼面、墙板、屋面等。也可用于石材缺乏的平原地区，作为配制砼的骨料等等。粉煤灰陶粒制品及其空心砌块具有容重轻、保温隔热效果好、施工方便、抹灰无空鼓、不脱落等优点，使其经济和社会效益较为显著［1］。随着墙体改革的需要，其利用量也越来越大。本文着重讨论了粉煤灰陶粒的生产技术及其应用发展方向。

    2粉煤灰陶粒的生产技术

    2.1烧结粉煤灰陶粒

烧结粉煤灰陶粒是以粉煤灰为主要原材料，掺加少量粘结剂(粘土、页岩、煤矸石、固化剂等)和固体燃料(如粉煤)，经混合、成球、高温焙烧(1200～1300℃)而制得的一种性能较好的人造轻骨料。其用灰量大，还可以充分利用粉煤灰中的热值。当使用的粘土塑性指数在15%～20%左右时，粉煤灰约85%～90%［1,2］。

 

 

 

 

 

 

 

生产工艺一般由原料的磨细处理、混合料加水成球、焙烧等工序制成，其工艺流程如图1。

图1 烧结粉煤灰陶粒生产工艺流程图[3]

烧结通常采用烧结机、回转窑或立波尔窑。以烧结机烧结技术较好，因为其对原料的适用范围大、生产操作方便、产量高、质量较好、工艺技术成熟。用烧结机生产的粉煤灰陶粒容重一般为650kg/m3，可以配制300号砼。含铁比较高的矿物及固体废弃物皆可以作为陶粒生产中的复合助熔剂［1,2］。经焙烧好的陶粒经破碎筛分级后，将粒径0.2mm的尘粒回收到原材料中重新进行成球烧结，对于提高陶粒的烧结质量和处理自身废弃物是一项必要的措施，也是晶坯技术在陶粒生产工艺中的具体应用［1，2，4］。

    2.2蒸养粉煤灰陶粒

蒸养粉煤灰陶粒是以电厂干排粉煤灰为主要原料，掺入适量的激发剂(石灰、石膏、水泥等)，经加工、制球、蒸汽养护而成的球形颗粒产品［5］。与烧结粉煤灰陶粒相比，不用烧结，工艺简单，能源消耗少，成本低［6］，而且可以解决烧结粉煤灰陶粒散粒的问题［7］，因而具有较强的竞争能力和社会效益。
    新制成的陶粒外面裹有一层松散的粉煤灰，避免其在运输和养护过程中发生凝聚。其养护比较简单，通过控制养护条件可以控制陶粒内发生的火山灰反应，以使陶粒硬化。养护条件一般控制在温度80～90℃，相对 湿度100%，常压。

为解决蒸养粉煤灰陶粒密度高(800～850kg/m3)的问题，有研究表明［9］，分别掺加泡沫剂、铝粉或轻质掺和骨料到粉煤灰及胶结料中，经搅拌、制成多孔芯材，再成球而得陶粒坯体，养护后得陶粒，其自然状态下含水的堆积密度为780 kg/m3左右，绝干状态下堆积密度为650～720 kg/m3，筒压强度及吸水率都能达标。

2.3双免粉煤灰陶粒［1］

以粉煤灰为主，掺入固化剂、成球剂和水，以强制搅拌、震压成型，自然养护而成［10］。相对于前2种而言，明显具有能耗低、工艺简单、成本低等优点。

其主要原理是利用激发剂来激发粉煤灰的活性，使粉煤灰受激发后，形成类似水泥水化产物的水化硅酸钙和钙矾石，即依靠水化产物来获得强度［1,11］。其工艺流程如图2。

    3粉煤灰陶粒的新品种

当前，我国的砼技术正向轻质、高强、高性能的方向发展，轻集料及其砼的发展也不例外。近来，上海、宜昌等地轻质高强陶粒的出现正标志着这种发展趋势。轻集料砼是一种轻质、高强、节能的轻质砼，其中密度小、保温性能好的陶粒砼小型空心砌块得到迅速发展，成为取代普通粘土砖的最有发展前途的新型墙体材料［12，13］。随着轻集料砼的发展，粉煤灰陶粒的生产技术也不断地向前发展，又出现了以下的新品种。

3.1粉煤灰包壳免烧轻质陶粒

为克服传统工艺生产的陶粒存在能耗高、强度低等缺点，选择利用粒径1~2mm的膨胀珍珠岩粉作陶粒的核，以干排粉煤灰、水泥和外加剂为壳对核进行包裹，形成一种壳－核结构的粉煤灰免烧轻质陶粒。该产品具有能耗低、容重小、强度高、吸水率小、保温性能好、生产工艺简单等特点，可取代烧结或非烧结粉煤灰陶粒，广泛用在新型节能保温建材等方面，以便大大降低墙体自重，大幅提高墙体的保温性能，减少建筑物的能耗。
    在生产中，粉磨是重要环节，可以使原料均化，并降低细度，从而增加反应活性。其次，养护环节也很重要，最好用蒸养，以提高产品质量，缩短生产周期。该陶粒材料来源广，成本低，生产工艺简单，适于推广［3，14］。

    粉煤灰中含碳量越高、pH值越低、就易碳化，使表面起砂、强度降低，影响陶粒及砼质量。为改善陶粒性能，伊桂卿［15］根据壳体原理，提出陶粒表面包一层水泥薄壳的技术设想。即以粉煤灰为主，加入激发剂、活化剂，采用内裹外包新工艺，连续成球，自然养护而成的一种吃灰量最大的轻骨料。在成球区陶粒出成球盘的瞬间，利用陶粒表面的水膜，均匀地洒上碱性较高的水泥粉，使流动的陶粒表面包上一层水泥壳。经保潮养护，水泥迅速水化、硬化，形成密实、坚硬的薄壳，可大大提高陶粒表面的碱度、密实度，以及抗碳化、耐磨损、抗冻融等耐久性能。

    3.2全粉煤灰陶粒

    首钢设计研究院于1983年开始对全粉煤灰陶粒进行研究试制，用羧甲基纤维为粘结剂，取代传统粉煤灰陶粒生产所用的粘土，进行了全粉煤灰陶粒的半工业试验研究，效果良好。采用高温快速烧结、快速冷却，使陶粒球外表烧结而内部又未充分燃烧致密，或增加可燃物质碳，使陶粒气孔率增加且燃烧均匀。生产全粉煤灰陶粒要有良好的粉煤灰原料，最好有成分和细度均适宜的干粉煤灰固定来源。湿粉煤灰和粗灰应进行脱水和烘干处理，磨细或在使用中掺加细粉煤灰。应控制粉煤灰中的Fe2O3和SO3，前者含量应控制在10%以下，后者含量按标准要求越低越好［3,16］。

 4粉煤灰陶粒的应用及发展方向

    4.1粉煤灰陶粒的应用概况［17］

自1958年以来，我国陶粒的应用范围越来越广。据调查，95%用于建筑工程，使用多集中在大中城市，且北方广于南方。

    4.1.1房屋建筑工程  

我国生产的粉煤灰陶粒，在北京、上海、天津、东北等地较广泛地应用于高层建筑构件的保温和结构保温材料。

    4.1.2桥梁、船舶建造

用粉煤灰陶粒配制的轻骨料砼可以用于浇制桥梁上部结构、桥面板以及船用活动地板，比普通砼自重减轻47%，从而提高了桥梁、船舶的多项技术性能指标。

    4.1.3保湿隔热、耐火材料

采用陶粒砼制品代替其他耐火材料，其性能好、节能效果好，被广泛用于冶金、建筑、炼油等部门的窑、炉等热工装置方面。

    4.1.4过滤材料   

利用破碎型轻质陶砂的开口孔隙发育和高吸附比表面的特点，在滤水工程中使用效果颇佳。陶粒有吸水不吸油的特点，我国各大油田使用它可以除去重油中的水分。

    4.1.5吸声材料   

利用陶粒制作的微孔吸声砖，用于控制交响回荡时间，效果甚好。

    4.1.6农业方面  

可作无土栽培的介质或作土壤的调节剂。

    4.2粉煤灰陶粒的发展方向［17，18］

    4.2.1合理调整产业结构，发展高强陶粒。根据轻骨料的特点，提高陶粒砼的配制技术，切实解决其“高不成、低不就”的质量状态和售价过高等制约发展的因素。

    4.2.2建立一套完整的质量保证体系，确保工程质量，为在软土地区、抗震设防区和碱集料多发区大量推广应用作必要的技术准备。