粉煤灰制砖设备煤研石粉煤灰加气混凝土的制备及性能

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煤研石的主要物相包括长石和石英等矿物，其胶凝性较弱。但是当煤研石中的Si-O键和Al-O键受到外界能量的激发（例如通过燃烧或自燃），晶格结构发生畸变，Si-O键和Al-O键打开，从而激发了煤研石的胶凝活性。

粉煤灰是指从燃煤（包括煤研石和煤泥）锅炉烟气中收集的粉尘和炉底渣。目前粉煤灰在建筑材料方面的应用主要集中在几个领域，包括混凝土掺合料、水泥配料、生产加气混凝土砌块、制砖以及粉煤灰陶粒等。

传统的加气混凝土制备方式主要依赖粉煤灰加气混凝土和砂加气混凝土，然而由于生态环保、安全以及去产能政策的实施，石材和沙子的采集受到严格限制。

为此提出了一种利用煤研石和粉煤灰作为硅质原料制备加气混凝土的方法，通过这种方式不仅可以解决资源短缺问题，还能实现资源的循环利用。再采用经过低温活化处理的煤研石和粉煤灰作为双重掺入的硅质原料，制备加气混凝土。

按照一定的配比精确称量并混合各种原料，接着将这混合物加入温度为55摄氏度的热水中搅拌2分钟。然后，将一定量的铝粉加入混合物中，并继续搅拌1分钟。

混合均匀的浆料迅速倒入尺寸为100毫米x100毫米x100毫米的模具中。将装有浆料的模具放入恒温养护箱中，温度设定为60摄氏度，使浆料在模具中硬化和成型。养护时间为3小时。

在坯体硬化后，取出模具，继续进行静态养护。养护温度为65摄氏度，养护时间为3小时。然后，将制品放入高压釜中进行蒸压养护。

蒸压养护时，保持压力在大约1.25兆帕左右，温度为185摄氏度，保温时间为8小时。经过这一步骤，最终获得加气混凝土制品。

使用粉末X射线衍射仪（XRD）来分析样品的矿物组成，扫描速度为每分钟40度，扫描范围从5度到90度，步长为每0.02度，使用Cu靶。采用TG/DSC204综合热分析仪对样品进行差热分析。

原状煤研石的工业分析(质量分数，%)

升温速率为每分钟10摄氏度，工作温度范围从0摄氏度到1000摄氏度，在空气气氛下进行。使用由德国蔡司公司制造的SUP-PATMS场发射扫描电镜来观察样品的形貌。

随着加热温度的升高，煤研石的失重呈现连续下降的趋势，失重范围集中在200摄氏度至580摄氏度之间，且持续到580摄氏度以上。

在200摄氏度之前，煤研石会失去吸附水和游离水。在378摄氏度处有一个明显的吸热峰，这可能是由于化学结晶水和物理吸附水的脱除所引起。

在200摄氏度至580摄氏度的范围内，总的失重达到24.15%。453摄氏度处的放热谷可能是煤研石中碳的燃烧以及部分菱铁矿在400摄氏度至500摄氏度范围内分解氧化为赤铁矿所致。

在523摄氏度处的吸热峰可能表示高岭石向偏高岭石的转变，并伴随轻质组分的脱离过程，而偏高岭石是煤研石活性的主要来源。

在煤研石中，B-石英的生成对应着原有的a-石英的相变，大部分伊利石和蒙脱石在这一温度区间脱去轻质组分，同时部分菱铁矿在490摄氏度至590摄氏度范围内吸热分解，生成少量磁铁矿和赤铁矿。

而在977摄氏度，经过偏高岭石、脱去轻质组分的伊利石和蒙脱石，在无定形的A1,0,SiO,生成时发生了相变。

由此可见煤研石的烧失重可以分为三个阶段，分别对应于1.13%、24.15%、1.01%的数据，总计达到26.29%。这与煤研石干燥基灰分为73.72%的结果非常接近。

经过燃烧处理后，煤研石中的粘土矿物（如蒙脱石、伊利石和高岭石）的特征峰消失，而长石矿物（包括钠长石、钙长石和微斜长石）以及石英的衍射峰仍然保留，其强度没有明显变化，但石英的衍射峰更加尖锐。

这表明经过模拟烧烤后，石英的晶体度提高，晶体形态更为完整。磁铁矿和赤铁矿是在煤研石经过模拟烧烤后新出现的物相，主要是由于煤研石中的部分菱铁矿经过吸热分解产生。在20到30度之间，出现了一个宽泛的“凸包”背景，表明存在着无定形或低结晶度的矿物。

煤研石掺量对加气混凝土性能的影响

在基础配比中，粉煤灰占68%，水泥占7%，生石灰占20%，脱硫石膏占5%，并添加金属铝粉（占4干料总量的0.60%）和稳泡剂（占4干料总量的0.26%）。随着煤研石掺量的增加，加气混凝土的水料比和料浆稠度也随之增大。

这是因为经过煅烧后的煤研石粉的比表面积（420m2/kg）远大于粉煤灰的比表面积（352m2/kg），从而导致原料体系的吸附水含量增加。为了保持料浆的流动性，必须增加水料比。随着煤研石掺量的增加，制品的绝干密度也呈现上升趋势，而抗压强度则逐渐降低。

当煤研石掺量从5%增加到45%，制品的密度从73kg/m3增加到603kg/m3，这显示出煤研石掺入对加气混凝土的绝干密度影响较大。

在FC1制品中，煤研石的掺量为5%，粉煤灰掺量为63%，这样未参与水化反应的煤研石颗粒较少，对水化产物的间隙填充也较少。在FC9制品中，煤研石的掺量为55%，而粉煤灰的掺量为13%，这样未参与水化反应的煤研石颗粒过多，导致FC9制品的绝干密度最大。

随着煤研石掺量的减少，制品的抗压强度从5.09MPa减小到2.98MPa。当煤研石掺量在5%~25%范围内时，FC1-FC5加气混凝土制品的抗压强度分别为5.09MPa、4.74MPa、4.21MPa、3.87MPa和3.65MPa，这些性能均符合A3.5、B06级合格品的要求。

同时在煤研石掺量为45%的FC9制品和掺量为35%的FC8制品内气孔结构不均匀，浇注时料浆的稠化速度较快。而FC9制品的外表面出现较大的裂缝（垂直于发气方向），FC8制品出现细小的裂缝，这表明本试验中煤研石用量过大，影响了加气混凝土的性能。

为了尽可能多地使用煤研石并考虑制品的物理力学性能和料浆稳定性，选择煤研石掺量为25%的加气混凝土制品FC5配比为最优。

为了验证FC5号配方的可靠性，我们利用X射线衍射（XRD）对FC5制品在蒸压前后的物相组成进行了研究。混合料的主要矿物成分包括石英、莫来石、钠长石、钙长石和微斜长石。

从未经静置养护的硬化坯体的XRD分析（曲线A）中，可以看出在常温常压下，浇注料浆硬化后，与粉煤灰和煤研石的物相相比，出现了新的钙矾石和Ca(OH)2的衍射峰，粉煤灰主要矿物的XRD衍射峰强度有所降低。

钙矾石和Ca(OH)2的生成是由于水泥水化以及石灰在水中的分解引起的。钙矾石（AFt）的形成有两个主要原因：一是在存在石膏的情况下，水泥水化生成的水化铝酸钙（C-A-H）和石膏中的SO4结合形成水化硫铝酸钙晶体，即AFt。

二是在碱性条件下，粉煤灰和煅烧后的煤研石中的少量超细颗粒开始表现出化学反应活性，可以与Ca(OH)2发生反应，生成相应的水化产物，如水化硅酸钙（C-SH凝胶）和CAH晶体，而在存在石膏的情况下，形成的C-AH晶体会迅速转化为AFt晶体，这也是石英XRD衍射峰强度降低的原因。

同时曲线A中20°到26~34°之间出现宽泛的“凸包”背景，表明在坯体中存在无定形（无衍射性）的非晶态物质和结晶度极低的C-SH凝胶。

比较曲线A和曲线B，可以发现经过65°C静置养护3小时后，硬化坯体中出现了新的托贝莫来石和硬石膏相，AFt的衍射峰消失，Ca(OH)2的衍射峰强度降低，粉煤灰中石英的衍射峰强度进一步降低。

这主要是因为在静置养护过程中，铅锌尾矿中的SiO2和Al2O3的溶解速度加快，更多的SiO2和Al2O3与Ca(OH)2发生反应，生成相应的水化产物（如C-SH凝胶和水化铝酸钙晶体）。

增加SiO2的含量后，液相中的Ca/Si比降低，初期形成的双碱性C-SH凝胶与SiO2结合，形成了低碱性的C-SH凝胶和托贝莫来石。较高温度下，AFt发生分解，生成单硫型水化硫铝酸钙（AFm）、Al(OH)3和SO2-。同时，部分钙矾石分解形成石膏和水石榴子石。

在静置养护期间，AFm继续分解为六水铝酸三钙（C,AH）和CaSO4。因此在经过65°C静置养护3小时后，XRD曲线B中没有AFt的特征峰，而石膏的衍射特征峰明显可见。随着保温时间的延长，在曲线C上，托贝莫来石晶体、水化石榴子石和硬石膏的XRD衍射峰强度增加。

从XRD、DSCTG以及胶砂性能测试方法的分析结果可得知，实验中所选用的煤研石在有效活化温度达到600°C。以经过烧后的煤砰石和粉煤灰为主要硅质原料制备的加气混凝土制品符合GB11968-2006标准中A3.5、B06级合格品的要求。

其生产优化方案包括煤研石、粉煤灰、石灰、水泥、石膏的质量比为25:43:20:7:5，铝粉掺量为干料总量的0.60%，水料比为0.64，浇注水温为55°C，静停养护温度为65°C，蒸压养护压力为1.25MPa，温度为185°C；蒸压制度为升温2小时、恒温恒压8小时、降温2小时。

通过XRD和SEM的分析结果显示，煤研石粉煤灰加气混凝土未经静停养护的坯体中主要水化产物为Ca(OH)2；经静停养护后的坯体中出现了AFt、托贝莫来石、C-SH凝胶和水石榴子石等水化产物。

经蒸压养护后的制品中AFt逐渐分解，主要水化产物为结晶完整的托贝莫来石、C-SH凝胶和水石榴子石。煤研石和粉煤灰中残留的石英、钠长石、钙长石、微斜长石、莫来石与硬石膏、方解石以及水化产物相互胶结，有助于提升制品的强度。

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