工业废渣免烧砖配合料混合的均匀性会直接影响砖的最终强度。一般情况下,为了提高配合料的混合均匀度,除了加强搅拌外,加入减水剂能有效地增加配合料的流动性,大幅度减少拌合用水量,从而提高砖的密实度、强度、抗冻、抗渗等性有也因此得到改善;另一方面,由于减水剂的分散作用,使得各物料接触的表面积增加,从而有利于提高反应机率。 生产工业废渣免烧砖时,掺入的减水剂多是亲水性的表面活性物质,常用的有木质素类,如木质素磺酸钙等。早强剂是提高制品早期强度的外加剂,无论是无机盐类、有机盐类,还是无机--有机复合早强剂,他们都依靠加速配合料的水化速度来提高砖的早期强度。使用较多的早强剂有氯化钠、氯化钙、三乙醇胺、乙酸胺硫盐复合早强剂等。
另外,生产工业废渣免烧砖时,几种外加剂复合使用会产生协同效应,比单独使用某种外加剂的效果更明显。
2. 工业废渣免烧砖的生产工艺
工业废渣免烧砖的生产工艺流程见图1。 生产时注意事项如下: (1)如果用的是干料,需在轮碾时加入适量的水;如果料中本身已含有水分,视具体情况可不加或少加水。 (2)陈化与否应视具体情况而定,一般使用生石灰作固化剂就需要陈化,而使用熟石灰则可以免去陈化过程。 (3)如需要加水和水泥的,应在成型之前加入。 (4)加水量、成型压力等工艺参数对砖强度的影响比较大,相应的参数均需要通过试验确定。 3. 强度形成的机理分析 工业废渣免烧砖的强度主要来源于以下4个方面:(1)物理机械作用;(2)水化反应; (3)颗粒表面的离子交换和团料化作用;(4)相间的界面作用。 3.1 物理机械作用 生产工业废渣免烧砖时,搅拌机和轮碾机对配合料的充分混合,有利外加剂对物料活性的激发和物料之间的反应,对砖的强度提高起到更要作用。 工业废渣免烧砖的初期强度是在砖坯压力成型过程中获得的。成型不仅使砖坯具有一定的强度,同时由于原材料颗粒间紧密接触,保证了物料颗粒之间的物理化学作用能够高效进行,为后期强度的形成提供了条件。一般工业废渣免烧砖成型压力要求不低于20MPa。实验结果表明在其它条件相同时,工业废渣免烧砖试件的强度随成型压力增加而提高;如果没有高压成型作用,即使加入水泥和石灰,也无法形成高强度。
3.2 水化反应 水泥、石灰等胶凝材料的水化产物提供工业废渣免烧砖的早期强度,主要的水化反应如下: 3Ca0.SiO2+mH2O—>xCaO.SiO2.yH2O+(3-x)CA(OH)2 2Ca0.SiO2+mH2O—>xCaO.SiO2.yH2O+(2-x)CA(OH)2 4CaO.Al2O3.Fe2O3+7H2O—>3CaO.Al2O3.6H2O+CaO.Fe2O3.H2O Ca0+H2O—>Ca(OH)2
生产工业废渣免烧砖的原料(如粉煤灰、粘土、炉渣)中,含有的大量活性氧化硅和活件氧化铝等,在外加剂的作用下与氢化钙发生水化反应,生成类似于水泥水化产物的水硬性胶凝物质:水化硅酸钙、水化铝酸钙等,从而不断提高砖的强度。反应式如下: xCa(OH)2+SiO2+mH2O—>xCaO.SiO2.nH2O(水化硅酸钙) xCa(OH)2+Al2O3+mH2O—>xCaO.Al2O3.nH2O(水化铝酸钙) 另外,Ca(OH)2吸收空气中的CO2生成CaCO3晶体结构,即: Ca(OH)2+CO2—>CaCo3+H2O 原料中如有石膏存在时,还有如下反应: xCaO.AlO3.nH2O+CaSO2.2H2O—>xCaO.Al2O3.(n+2)H2O(钙矾石) 3.3 颗粒表面的交换和团料化作用 工业废渣免烧砖颗粒物料在水分子的作用下,表面形成1层薄薄的水化膜,2个带有水化膜作用下,一部分化学键开始断裂、电离,形成胶体颗粒体系。胶体颗粒大多数表面带有负电荷,可以吸附阳离子。而不同价、不同离子半径的阳离子可以与反应生成的Ca(OH)2中的Ca2+等当量吸附交换。
由于这些胶体颗粒表面的离子吸附与交换作用,改变了颗粒表面的带电状态,使颗粒形成了一个个小的聚集体,从而在后期反应中产生强度。
3.4 相间的界面反应 界面科学家认为一切化学都是从界面开始的。在工业废渣免烧砖的强度形成过程中,有着液相与固相及气相与固相之间的反应。比如加水后,水泥等发生的水化反应,就是液相和固相之间的反应;而配合料中的Ac(OH)2被空气中的CO2碳化生成CaCO3的反应,就是气相与固相间的反应。这些反应都是从两相的界面开始,不断地深入,使砖的强度不断增强。
综上所述,配合料的充分混合和成型过程中的加压,为砖的后期强度奠定了坚实的基础;通过颗粒表面的离子交换和团料化作用、水泥和石灰的水解和原料间的水化反应及各相间的界面作用,生成的各种晶体交叉搭接在一起,形成空间网格结构,使工业废渣免烧砖的强度逐步增强。 4. 结语 据统计,日前利用工业废渣生产免烧砖年产量正在以15%的速度增长。但是,在生产和使用中仍然存在不少问题。首先,一部分人的观念中,始终不能真正地接受免烧砖,觉得砖需要经过烧结其性能才可靠。其实不然,无数的实验,如利用矿渣、粉煤灰制成的免烧砖,养护28d后性能到GB11945要求的MU25。
其次,现在许多生产工业废渣免烧砖的厂家停产或倒闭,其大多是因为采用蒸养或者是没有合适地利用废渣,过多在加入外加剂,造成成本太高。为此,广大的科研工作者应该帮助企业选择合适的原料配比、工艺和设备,以提高企业的经济效益。
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