利用碱渣和陶瓷抛光渣制备蒸压加气混凝土砌块的研究

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碱渣是氨碱法制碱过程中排放的一种工业固废物。随着我国制碱规模不断扩大,大量碱渣堆积得不到处理,很多土地被占用,对环境造成较大污染。中国是陶瓷生产大国,陶瓷抛光渣是生产抛光砖时排放的固废物,目前回收利用率低,处理成本较高。蒸压加气混凝土砌块是一种环保节能的轻质墙体材料,具有保温、隔音、防火、抗收缩等优良特性。因此本文以广东南方碱业有限公司排放的碱渣和广东佛山某陶瓷抛光砖厂排放的陶瓷抛光渣为研究对象,详细地研究了碱渣和陶瓷抛光渣在加气混凝土中的应用,并成功制备了性能符合标准要求的碱渣陶瓷抛光渣加气混凝土砌块。此研究能够有效解决碱渣和陶瓷抛光渣长期堆积、污染环境的问题,实现碱渣、陶瓷抛光渣的资源化利用。论文首先研究了碱渣和陶瓷抛光渣的基本性质,包括化学成分、矿物组成、微观形貌、粒径分布等。其中重点研究了碱渣的煅烧工艺并确定了最佳煅烧温度和煅烧时间,同时对煅烧前后碱渣对石灰消解的影响进行了试验分析。然后研究了碱渣和陶瓷抛光渣共同制备蒸压加气混凝土砌块的具体流程:首先将两种固废物单独掺入加气混凝土,在总结单独掺入对砌块性能影响的基础上将两种固废物复掺,通过具体试验确定了最佳配合比、最佳工艺参数。紧接着,对碱渣陶瓷抛光渣蒸压加气混凝土砌块全过程性能进行了研究。包括砌块的孔结构、发气曲线、扩展度曲线、静停硬化时间、导热系数、干燥收缩值等。最后通过XRD和SEM分析了碱渣陶瓷抛光渣蒸压加气混凝土砌块的微观形貌,包括砌块的矿物组成以及主要水化硅酸钙的种类和形态表现。论文主要研究结论如下:(1)碱渣主要化学成分为CaCO3、CaSO4·2H2O、Mg(OH)2,中值粒径为8.424μm,比表面积为709.5m~2/kg,具有微集料效应。碱渣煅烧的最佳工艺为煅烧温度900℃,煅烧时间4h,煅烧完毕碱渣失重约33%。煅烧后碱渣所含物质包括Ca O、Mg O、CaSO4。碱渣无论是否煅烧,均对石灰消解具有抑制作用,可以作为石灰调节剂。陶瓷抛光渣化学成分主要为SiO2和Al2O3,其中值粒径为7.126μm,比表面积为633.4m~2/kg。(2)碱渣煅烧后不利于加气混凝土体系。随着煅烧碱渣掺量提高,砌块干密度持续提高,抗压强度有所下降,砌块不再符合B06合格品级别要求。碱渣不煅烧直接掺入后,加气混凝土中无需另外添加石膏类调节剂。当碱渣掺量为8%时,碱渣加气混凝土砌块的强度达到最大值,最大值为3.86Mpa,干密度为616kg/m~3。陶瓷抛光渣取代砂作为硅质材料可以提高砌块强度,当陶瓷抛光渣掺量占硅质材料总量60%时,砌块抗压强度达到最大,最大值为5.54Mpa,干密度为707kg/m~3。单独掺入两类固废物,不会对砌块性能造成不利影响,反而能提高砌块强度。(3)碱渣和陶瓷抛光渣复合制备加气混凝土的最佳原料配合比和工艺参数为:碱渣8%、陶瓷抛光渣68%、水泥11%、石灰13%,不需另外添加脱硫石膏等调节剂,铝粉用量0.08%;水料比0.72,预养护温度50℃、养护时间2.5h,蒸压养护温度为180℃,蒸压时间为12h(恒压8小时)。此时得到的砌块抗压强度为5.64Mpa、干密度为595kg/m~3,能达到B06优等品级别。(4)孔隙率和抗压强度呈现线性递减关系。料浆发气初始温度最适宜为40℃。碱渣可以代替脱硫石膏单独用于加气混凝土中,而不会造成发气和稠化有突变影响。扩展度曲线和发气曲线具有相关性,初始扩展度和最终发气量之间的关系可以用二次函数拟合表示。碱渣陶瓷抛光渣加气混凝土体系,发气稠化过程稳定,基本不出现冒泡或憋气现象,扩展度曲线和发气曲线较为平滑。同时静停时间不会滞后,能够满足工业生产排班作业需求。掺入8%碱渣、68%陶瓷抛光渣最优砌块其主要性能参数如下:孔隙率75.0%,初始扩展度255mm,发气时间大约30min,最终发气量62ml;静停时间147min,导热系数0.13W/(M·K),干燥收缩值为0.5(mm/m),各项指标均符合规范要求。(5)加气混凝土蒸压水化过程主要是石灰、水泥与硅质材料发生水热反应,生成各类水化硅酸盐的过程。对砌块强度贡献最高的是托贝莫来石和CSH(B)的组合。碱渣陶瓷抛光渣加气混凝土砌块矿物组成包括托贝莫来石、CSH(B)、水石榴石、石英、方解石、硬石膏、沸石等。蒸养温度180℃为最优,此时体系内的CSH(B)和托贝莫来石衍射峰数目较多,托贝莫来石呈现柳叶状和板状,结晶度较好,砌块强度也较高。
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