粉煤灰聚合物的制備與性能分析

張鵬輝,鄭茂盛,王攀

(西北大學物理學系,陜西西安710069)

隨著電力工業的不斷發展,粉煤灰的排放量也在迅猛的增長。目前,粉煤灰年排放量在1.6× 109t以上,存積量超過10×109t[1-3]。大量粉煤灰的堆積不僅占用了大面積的土地資源,而且對環境也造成了污染,對粉煤灰的綜合利用已經成為一個刻不容緩的問題。本文通過優化配比,以粉煤灰為主要成分制作了免燒免蒸磚(以下簡稱雙免磚),其性能優良,且生產成本低、工藝簡單,適合大規模推廣。

1 原料的性質

本試驗所用的粉煤灰為西安熱電廠的二級灰,其主要化學成分[4]見表1。

水泥為陜西秦嶺水泥(集團)股份有限公司生產的普通硅酸鹽42.5#水泥。

白灰為鈣質消石灰,其MgO含量＜4%,(CaO +MgO)含量＞65%,0.125mm篩篩余量＜10%,符合JC/T481-92建筑消石灰粉一等灰的要求。

表1 粉煤灰的化學組成Tab.1 Compositions of the fly ash

減水劑為西安紅旗混凝土外加劑廠生產的AS減水劑;石膏是以二水硫酸鈣(CaSO4?2H2O)為主要成分的礦石。

骨料采用普通建筑河砂,泥含量＜5%,泥塊含量＜1%,表觀密度約為2 550kg/m3,符合國家技術標準BG 14684-2001建筑用砂 Ш類砂的標準。

采用經過處理的無機纖維,其物理性能[5]見表2。

表2 經過處理的無機纖維的物理性能Tab.2 Physical properties of the inorganic fiber

2 正交試驗

經過前期的試驗研究,并進行分析后確定對雙免磚性能影響較大的主要是水泥、砂子、白灰的含量[6-7],本文采用正交試驗法來確定最佳性能的雙免磚配比,試驗中所確定的各個因素及水平見表3所示。

表3 正交試驗因素及水平Tab.3 The factor and level of orthogonal

根據正交試驗設計,選用三因素三水平的正交L9(34),并根據工藝流程壓制成型后,噴水養護28d,考察指標為抗折強度及抗壓強度。試驗方案及結果如表4所示。

表4 正交試驗方案及結果Tab.4 The program and result of orthogonal

對正交試驗數據進行極差分析(見表5)可知,砂子和水泥的含量對試驗的結果影響較大,為主要因素,且當砂子、水泥含量分別為25%、10%時為最優水平;白灰含量的影響為次要因素,選取15%～20%即可,從節約成本及利用粉煤灰程度最大化考慮,應選擇15%為宜。

表5 極差分析表Tab.5 The table of range analysis

3 試驗優化

根據以上分析可以確定雙免磚的最佳配比如表6所示。

表6 雙免磚的最佳配比Tab.6 The optimal ratio of unburned and non-autoclaved brick

根據以上配比壓制成型的雙免磚抗折強度可達到5.28MPa,抗壓強度達到27.49 MPa,滿足JC239-2001《粉煤灰磚》[8](如表7所示)中MU25的要求,可以應用于建筑的承重墻及其它承重建筑。

表7 JC239-2001《粉煤灰磚》的強度要求Tab.7 Strength requirements of fly ash bricks JC239-2001

近年來建筑行業常用空心磚作為墻體主材,其質輕、強度高、保溫、隔音降噪性能好等優點得到了大家的一致認同,用該配比制作粉煤灰雙免空心磚,采用規格390mm×190mm×190mm,空洞率可以達到15%以上,這樣可以大大節約成本,更有利于提高生產效率。

4 結論

1)用正交試驗法對試驗方案進行設計優化,試驗效率高,減少了人力和材料的浪費,而且最大限度地排除了其它因素的干擾,代表性強。能有效地進行比較,做出調整,使粉煤灰雙免磚配比設計更加合理。

2)以粉煤灰為主要原料,通過摻加適量的水泥、砂子、白灰和一定的外加劑,經常溫常壓養護28d后,抗折強度可達到5.28 MPa,抗壓強度達到27.49MPa,制成空心磚空洞率可達到15%以上。

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[8]蘇玉柱,楊靜,馬鴻文,等.利用粉煤灰制備高強礦物聚合材料的實驗研究[J].現代地質,2006,20(2)：359.