粉煤灰聚合物的制备与性能分析

张鹏辉,郑茂盛,王攀

(西北大学物理学系,陕西西安710069)

随着电力工业的不断发展,粉煤灰的排放量也在迅猛的增长。目前,粉煤灰年排放量在1.6× 109t以上,存积量超过10×109t[1-3]。大量粉煤灰的堆积不仅占用了大面积的土地资源,而且对环境也造成了污染,对粉煤灰的综合利用已经成为一个刻不容缓的问题。本文通过优化配比,以粉煤灰为主要成分制作了免烧免蒸砖(以下简称双免砖),其性能优良,且生产成本低、工艺简单,适合大规模推广。

1 原料的性质

本试验所用的粉煤灰为西安热电厂的二级灰,其主要化学成分[4]见表1。

水泥为陕西秦岭水泥(集团)股份有限公司生产的普通硅酸盐42.5#水泥。

白灰为钙质消石灰,其MgO含量＜4%,(CaO +MgO)含量＞65%,0.125mm筛筛余量＜10%,符合JC/T481-92建筑消石灰粉一等灰的要求。

表1 粉煤灰的化学组成Tab.1 Compositions of the fly ash

减水剂为西安红旗混凝土外加剂厂生产的AS减水剂;石膏是以二水硫酸钙(CaSO4◦2H2O)为主要成分的矿石。

骨料采用普通建筑河砂,泥含量＜5%,泥块含量＜1%,表观密度约为2 550kg/m3,符合国家技术标准BG 14684-2001建筑用砂 Ш类砂的标准。

采用经过处理的无机纤维,其物理性能[5]见表2。

表2 经过处理的无机纤维的物理性能Tab.2 Physical properties of the inorganic fiber

2 正交试验

经过前期的试验研究,并进行分析后确定对双免砖性能影响较大的主要是水泥、砂子、白灰的含量[6-7],本文采用正交试验法来确定最佳性能的双免砖配比,试验中所确定的各个因素及水平见表3所示。

表3 正交试验因素及水平Tab.3 The factor and level of orthogonal

根据正交试验设计,选用三因素三水平的正交L9(34),并根据工艺流程压制成型后,喷水养护28d,考察指标为抗折强度及抗压强度。试验方案及结果如表4所示。

表4 正交试验方案及结果Tab.4 The program and result of orthogonal

对正交试验数据进行极差分析(见表5)可知,砂子和水泥的含量对试验的结果影响较大,为主要因素,且当砂子、水泥含量分别为25%、10%时为最优水平;白灰含量的影响为次要因素,选取15%～20%即可,从节约成本及利用粉煤灰程度最大化考虑,应选择15%为宜。

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

3 试验优化

根据以上分析可以确定双免砖的最佳配比如表6所示。

表6 双免砖的最佳配比Tab.6 The optimal ratio of unburned and non-autoclaved brick

根据以上配比压制成型的双免砖抗折强度可达到5.28MPa,抗压强度达到27.49 MPa,满足JC239-2001《粉煤灰砖》[8](如表7所示)中MU25的要求,可以应用于建筑的承重墙及其它承重建筑。

表7 JC239-2001《粉煤灰砖》的强度要求Tab.7 Strength requirements of fly ash bricks JC239-2001

近年来建筑行业常用空心砖作为墙体主材,其质轻、强度高、保温、隔音降噪性能好等优点得到了大家的一致认同,用该配比制作粉煤灰双免空心砖,采用规格390mm×190mm×190mm,空洞率可以达到15%以上,这样可以大大节约成本,更有利于提高生产效率。

4 结论

1)用正交试验法对试验方案进行设计优化,试验效率高,减少了人力和材料的浪费,而且最大限度地排除了其它因素的干扰,代表性强。能有效地进行比较,做出调整,使粉煤灰双免砖配比设计更加合理。

2)以粉煤灰为主要原料,通过掺加适量的水泥、砂子、白灰和一定的外加剂,经常温常压养护28d后,抗折强度可达到5.28 MPa,抗压强度达到27.49MPa,制成空心砖空洞率可达到15%以上。

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[7]井巍,刘剑虹,林枫.粉煤灰地质聚合物的制备研究[J].高师理科学刊,2006,26(4)：40-42.

[8]苏玉柱,杨静,马鸿文,等.利用粉煤灰制备高强矿物聚合材料的实验研究[J].现代地质,2006,20(2)：359.