赤泥-固硫灰加氣混凝土砌塊開題報告

1、編號： ccgs1502赤泥-固硫灰加氣混凝土砌塊的制備研究開 題 報 告項目名稱：赤泥-固硫灰加氣混凝土砌塊的制備研究承擔(dān)單位：（蓋章） 太原市程材科技有限公司 項目負(fù)責(zé)人： 劉永明 研究起止年限： 2015年1月至2015年12月 2015年4月22日赤泥-固硫灰加氣混凝土砌塊的制備研究1 項目概述1.1 選題依據(jù)和背景情況2014年國家發(fā)改委出臺了煤炭經(jīng)營監(jiān)管辦法，明確禁止劣質(zhì)煤銷售，將輸煤改為輸電的形式進行劣質(zhì)煤的銷售和使用。這一政策的出臺將進一步加大我省燃煤企業(yè)的脫硫壓力，而循環(huán)流化床脫硫技術(shù)由于其低廉的脫硫成本而被燃煤企業(yè)所接受，這一固硫技術(shù)的推廣使用也一定程度上減少了普通粉煤灰的

2、排放，而排放出很多含硫量較高的固硫灰渣。目前我國流化床燃煤固硫灰渣年排放量已達1.8億噸以上。隨著更多循環(huán)流化床機組脫硫技術(shù)的實施將有更多的固硫灰渣排放，并且固硫灰渣由于自有的膨脹特性使得它的使用受到了很大的限制，我國排放的固硫灰渣95%都未得到利用，自然堆放不僅占用了大量的土地，而且嚴(yán)重污染空氣和堆積處的地下水，對環(huán)境的危害很大，急需有效處理方式。國家從政策局面也倒逼固硫灰渣排放企業(yè)應(yīng)加快固硫灰渣等煤基廢棄物資源的綜合利用速度。加氣混凝土砌塊作為一種廢渣使用率較高（85%以上）的綠色環(huán)保建材產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于機械廠房和民用建筑中的墻體材料、填充墻、樓板和屋面板等承重墻材以及非承重材料，已成為

3、了建筑材料行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品，被視為是粘土磚的替代品。而固硫灰渣和其主要原料粉煤灰除SO3、CaO含量外化學(xué)組成和礦物組成均比較相似，并且固硫灰渣活性要高于粉煤灰，因此，用固硫灰渣代替粉煤灰生產(chǎn)加氣混凝土具有一定的可行性。使用固硫灰渣作為原料生產(chǎn)加氣混凝土砌塊，在利用其高活性的同時，固硫灰渣的微膨脹性也可以減少甚至消除加氣混凝土常見的干燥收縮問題。本項目是在充分的市場調(diào)研和大量的生產(chǎn)技術(shù)分析研究的前提下提出的，對綜合利用燃煤企業(yè)排放的固硫灰渣、保護生態(tài)環(huán)境、提高加氣混凝土砌塊質(zhì)量、建設(shè)山川秀美的新山西具有示范性作用，項目的成功研發(fā)一定會產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，是非常必要的。1.2

4、項目研究目的、意義及實際應(yīng)用價值 循環(huán)流化床固硫灰渣與普通粉煤灰相比它形成溫度較低，不含惰性的莫來石，且含有脫硫過程中產(chǎn)生的無水CaSO4和殘留脫硫劑煅燒生成的CaO，另外脫硫過程中可能生成硅酸二鈣等活性礦物，同樣也具有粉煤灰中的活性SiO2和Al2O3，因此固硫灰渣具有一定的水硬性，活性比粉煤灰還高，但由于SO3含量較高，具有一定的膨脹性，限制了固硫灰渣在水泥混凝土中的使用。固硫灰渣是近年來熱電廠排放較多的一種工業(yè)廢渣，每年排放量達上億噸，利用率較低，對環(huán)境的危害很大。用其制備廢渣使用率較高易于被市場接受的加氣混凝土砌塊等建筑材料是實現(xiàn)固廢利用、節(jié)約能源的最有效途徑。固硫灰渣用于生產(chǎn)加氣混凝

5、土砌塊可以充分利用其高活性、微膨脹的特點，減少石膏摻量、緩解干燥收縮問題，但由于SO3含量較高，固硫灰渣代替粉煤灰生產(chǎn)加氣混凝土?xí)霈F(xiàn)開裂等問題。加氣混凝土砌塊制備工藝、各原料之間的相互比例對加氣混凝土砌塊的強度、干燥收縮以及干密度等性能指標(biāo)影響較大。因此通過研究固硫灰渣基加氣混凝土砌塊的制備工藝及配方可以為優(yōu)化固硫灰渣基加氣混凝土砌塊的性能提供依據(jù)，使固硫灰渣的資源化利用及加氣混凝土砌塊的性能產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，這對整個國民經(jīng)濟建設(shè)與環(huán)境保護將具有十分重要的意義。2 文獻綜述2.1 固硫灰渣的形成 我國目前能源結(jié)構(gòu)仍以燃煤為主，而含硫煤占40%以上，循環(huán)流化床能有效控制燃煤過程中SO2的排放，是一

6、種較為成熟的清潔燃煤技術(shù)，具有良好的發(fā)展前景。 循環(huán)流化床鍋爐通過在燃燒過程中直接加入石灰石可以在不降低燃燒效率的情況下極大的提高對燃燒過程中產(chǎn)生的SO2的固化效率，通過脫硫劑中Ca2+與SO2的反應(yīng)來控制煙氣中SO2的含量，當(dāng)控制鈣硫比為1.52時，脫硫效率可達85%90%。循環(huán)流化床在850900下進行燃燒，燃燒過程中進行固硫反應(yīng)，固硫反應(yīng)可分為三個步驟，硫化物氧化反應(yīng)、固硫劑（石灰石）煅燒分解、氧化鈣吸收SO2。 循環(huán)流化床鍋爐的燃燒溫度為850900，屬于石灰石的低溫煅燒區(qū)，與水泥熟料中的游離氧化鈣不同，石灰石不會出現(xiàn)煅燒中氧化鈣燒結(jié)成塊，氣孔和試樣體積縮小的情況，石灰石在煅燒過程中產(chǎn)

7、生CO2，使得石灰石產(chǎn)生較多CO2排出后留下的孔道，因此循環(huán)流化床鍋爐中的石灰石是高度疏松多孔的物質(zhì)，SO2和O2通過CO2排出后留下的孔道與石灰石分解形成的氧化鈣發(fā)生固硫反應(yīng)，固硫剩余的CaO以及固硫反應(yīng)形成的無水CaSO4隨同煤燃燒后的粉煤灰或爐渣一同排出，其中從煙道收集到的灰狀物為固硫灰，爐底排出的塊狀物為固硫渣。為了能使固硫效率在90%以上，Ca/S摩爾比往往超過理論值，一般在22.5之間，因此固硫灰渣中含有較多的無水CaSO4和固硫劑殘留下來的f-CaO，由于流化床燃燒方式不同于其他燃煤方式，而且燃煤灰渣組分也與其他燃煤灰渣有很大差異，因此其灰渣特性不同于人們通常所熟悉的粉煤灰和沸騰

8、爐渣等。2.2 固硫灰渣與粉煤灰物化特性對比2.2.1 基本性質(zhì)固硫灰渣和粉煤灰物理特性有關(guān)的試驗結(jié)果如表2-1所示。從表2-1可以看出固硫灰與粉煤灰主要的區(qū)別在于：（1）固硫灰標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量很高，在50%以上，比粉煤灰的高出1倍左右；（2）固硫灰顆粒比較大，平均粒徑高于粉煤灰。表2-1 固硫灰渣和粉煤灰物理特性樣品密度/(g·cm-3)堆積密度/(g·cm-3)比表面積/(cm2·g-1)平均粒徑/m標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量/%固硫灰1#2.620.80296226.2750固硫灰2#2.480.77260531.8157粉煤灰1#2.330.99440021.0428粉

9、煤灰2#2.410.95401619.3427 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量主要取決于其顆粒的表面形態(tài)。固硫灰顆粒表面疏松多孔，水分很容易通過顆粒孔隙滲入到顆粒內(nèi)部，從而占滿整個顆粒的內(nèi)部通道而儲蓄起來，因此固硫灰的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量明顯高于粉煤灰，通過機械磨細(xì)可以一定程度上緩解需水量大的問題。2.2.2 顆粒形貌 固硫灰和粉煤灰的形成溫度不同，因此兩者的顆粒形貌差別也較大，圖2-1分別為粉煤灰和固硫灰的SEM照片。從圖2-1可以看出，粉煤灰大多為規(guī)則的類球形顆粒，外表比較光滑，而循環(huán)流化床固硫灰的顆粒大多呈不規(guī)則狀，結(jié)構(gòu)比較疏松。圖2-1 粉煤灰和固硫灰的SEM照片（a）粉煤灰；（b）固硫灰 粉煤灰和固硫灰的

10、顆粒形貌主要取決于形成的溫度，粉煤灰是在高溫流態(tài)化條件下快速冷卻形成的，液相出現(xiàn)使之在表面張力的作用下收縮成球形液滴，表面結(jié)構(gòu)比較致密。而流化床燃煤固硫灰渣是在850900溫度下產(chǎn)生的，粘土礦物和固硫礦物難以產(chǎn)生液相，盡管可以達到一些礦物如無水石膏的泰曼溫度，即產(chǎn)生明顯固相擴散作用的溫度，但不會使其出現(xiàn)較強致密化，從而造成流化床燃煤固硫灰渣表面結(jié)構(gòu)疏松多孔。2.2.3 化學(xué)組成和礦物組成 （1）化學(xué)組成 固硫灰渣中的主要化學(xué)成分有SiO2、Al2O3、CaO、SO3、Fe2O3、MgO等，構(gòu)成固硫灰渣的具體化學(xué)成分因煤的產(chǎn)地、燃燒方式和程度及脫硫劑的含量等不同而有所不同?；瘜W(xué)成分波動較大也是流

11、化床燃煤固硫渣難于利用的原因之一。固硫灰渣和粉煤灰的主要化學(xué)成分如表2-2所示。與傳統(tǒng)的的沸騰爐粉煤灰和爐底渣相比，流化床固硫渣具有更高的鈣和硫含量，而SiO2、Al2O3和Fe2O3的含量相對較低。另外流化床鍋爐燃燒溫度相對較低，因此有一定量的碳沒有燃盡，導(dǎo)致固硫灰渣中的燒失量高于粉煤灰。表2-2 流化床固硫渣、煤渣、粉煤灰化學(xué)組成對比化學(xué)成分燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3流化床固硫渣0.51036551827288150.56416常用煤渣218.5406025355101100.51<4低鈣粉煤灰126406017352151100.520.12高鈣粉煤灰-3

12、9.916.75.824.34.63.3（2）礦物組成在煤中除了炭之外還有石英、部分粘土礦物（以高嶺土為主）、硫鐵礦、單質(zhì)硫等，當(dāng)煤與固硫劑混合在一起在流化床內(nèi)于850900溫度下燃燒時，煤中單質(zhì)碳、硫等燃燒變成氣體揮發(fā)，其中的SO2與石灰石分解出來的氧化鈣結(jié)合成無水硫酸鈣（A-CaSO4）；硫鐵礦被氧化成赤鐵礦；粘土礦物如高嶺石、蒙脫石等在煅燒中不斷經(jīng)歷層間脫水、晶格結(jié)構(gòu)脫水、結(jié)構(gòu)破壞等過程而形成結(jié)構(gòu)疏松、處于高能狀態(tài)的無定形物質(zhì)；石英具有極高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在850900溫度下不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化；粘土礦物分解產(chǎn)生的二氧化硅會在較低的溫度下和脫硫劑的分解產(chǎn)物氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，生成硅酸二鈣，它具有較強

13、的水硬性。因此固硫灰渣的礦物組成比較復(fù)雜，主要有無定形氧化硅和氧化鋁、石英、石灰石、A-CaSO4、CaO、赤鐵礦以及少量的硅酸二鈣等。固硫灰渣和粉煤灰中的礦物組成差異較大，其中很重要的一點為粉煤灰中含有大量莫來石，而固硫灰渣中沒有，這是由煤中粘土礦物在不同溫度下的燃燒特性決定的，固硫灰渣形成溫度較低，粘土礦物中主要的礦物高嶺石和伊利石均以無定形存在，而在煤粉爐燃燒溫度下以玻璃體和結(jié)晶相形式存在。另外固硫灰渣中含有為了提高脫硫效率而殘留的固硫劑氧化鈣。2.2.4 活性 固硫灰渣和粉煤灰一樣，礦物組成中都含有較多粘土礦物煅燒生成的活性SiO2和活性Al2O3，具有較高的火山灰活性，它在常溫下能與

14、氧化鈣反應(yīng)生成水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣。這與普通沸騰爐渣和粉煤灰一樣。但大量的實驗研究表明循環(huán)流化床鍋爐固硫灰渣無需外加任何物質(zhì)就具有水硬性，其主要原因是固硫產(chǎn)物無水石膏和殘留的固硫劑氧化鈣具有一定的自硬性，另外固硫過程中固硫劑殘余的氧化鈣和溶出的二氧化硅會生成硅酸二鈣等水硬性礦物，氧化鈣水化成的氫氧化鈣也可以激發(fā)固硫灰渣的火山灰活性，生成水化硅酸鈣和水化硅鋁酸鈣和鈣礬石，從而使其具有水硬性。因此固硫灰渣與粉煤灰相比具有一定的自硬性，但同時也存在后期膨脹的問題。 粉煤灰主要礦物組成為活性SiO2和活性Al2O3以及惰性莫來石，只具有火山灰活性，且由于形成溫度較高，出現(xiàn)的液相在表面張力的作用下收縮

15、成球形液滴，最終成為球形顆粒，表面結(jié)構(gòu)比較致密，因此是潛在活性的，玻璃體含量較高，需要外加物質(zhì)才能激發(fā)其活性，因此摻有粉煤灰的基體，早期強度一般較低，但后期隨著粉煤灰火山灰活性的激發(fā)強度可以得到較大程度的提升。2.2.5 膨脹性 與粉煤灰相比，固硫灰渣由于含有較多水化較慢的無水石膏以及被無水石膏包裹的氧化鈣，因此它的體積穩(wěn)定性較差，循環(huán)流化床固硫灰渣作膠凝材料生產(chǎn)的制品后期表面開裂現(xiàn)象非常嚴(yán)重，強度大幅度下降。這是固硫灰渣作為膠凝材料使用時最致命的一個缺點。循環(huán)流化床固硫灰渣后期膨脹來源主要有三個：（1）固硫灰渣含有約16%30%的固硫產(chǎn)物無水石膏，它溶解度較低，水化較慢，后期水化為二水石膏時

16、體積膨脹26%，此時基體已具有一定的強度，很容易造成基體開裂；（2）水化后期形成的二水石膏會和體系中的水化鋁酸鈣發(fā)生水化反應(yīng)，生成鈣礬石，體積膨脹127%，如此巨大的膨脹會引起基體開裂甚至粉化；（3）為了提高脫硫效率，在循環(huán)流化床脫硫過程中一般會加入過量的脫硫劑碳酸鈣，經(jīng)850900煅燒后生成氧化鈣，活性較高，但它在脫硫的過程中很容易被生成的無水石膏包裹，因此氧化鈣的水化也受到抑制，氧化鈣后期水化生成氫氧化鈣體積膨脹97.9%，基體的結(jié)構(gòu)在如此大的膨脹下很容易受到破壞，強度因而降低。2.3 固硫灰渣的活性激發(fā)活性是固硫灰渣組成、顆粒大小、形態(tài)及其水化特性的綜合反映，也是其應(yīng)用價值大小的一個重要

17、指標(biāo)。針對固硫灰渣水化較慢、后期膨脹等問題可以通過技術(shù)手段對其活性進行激活，通過改變?nèi)紵に噥硖岣吖塘蚧以幕钚韵鄬Χ噪y度比較大且不劃算，必須通過外界的各種手段來加以實施，常用的方法有如下三種。2.3.1 機械活化細(xì)度是影響自硬性、火山灰活性的直接因素，固硫灰渣的細(xì)度不僅影響到固硫灰渣的活性也影響到固硫灰渣的后期膨脹性能。機械磨細(xì)對提高固硫灰渣的活性、緩解后期膨脹非常有效。機械磨細(xì)的過程可以解除固硫灰渣顆粒粘結(jié)，改善其表面特性，促進可溶性SiO2和Al2O3的溶出，使得斷鍵增多，比表面積增大，反應(yīng)接觸面積增加，從而提高固硫灰渣早期的化學(xué)活性，同時磨細(xì)的過程可以改善固硫灰渣的顆粒級配，提高其物

18、理活性（如形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)），破壞顆粒的多孔結(jié)構(gòu)，降低固硫灰渣的需水量。固硫灰渣中的氧化鈣顆粒是以被無水硫酸鈣包裹的狀態(tài)存在，也就是說氧化鈣只有包裹在其周圍的無水硫酸鈣消耗完或無水硫酸鈣包裹層膨脹破壞時，氧化鈣才能與水接觸，進而發(fā)生消解反應(yīng)，最終產(chǎn)生體積膨脹，而此時基體已具有一定的強度，游離氧化鈣所產(chǎn)生的體積膨脹同其他因素產(chǎn)生的體積膨脹一起對體系的后期強度造成影響。通過粉磨一方面可以打破氧化鈣表面的無水硫酸鈣包裹層，另一方面細(xì)度的增加也提高了氧化鈣和無水硫酸鈣的活性，這兩方面均可以使氧化鈣和無水硫酸鈣及早參與水化反應(yīng)，使固硫灰渣膠凝體系的水化反應(yīng)速度加快，水化反應(yīng)時間提前，產(chǎn)生膨脹的時間提

19、前。2.3.2 化學(xué)活化 固硫灰渣主要成分是酸性氧化物，呈弱酸性，因而在堿性環(huán)境中其活性最容易被激發(fā)。堿類物質(zhì)對硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)具有直接的破壞作用，所以堿性物質(zhì)對固硫灰渣具有較強的激發(fā)作用。一方面OH-使具有火山灰活性礦物中的Si-O、Al-O鍵斷裂，提高了無定形SiO2、Al2O3的活性，加快了固硫灰渣的水化速度，促進了水化反應(yīng)；另一方面堿性環(huán)境有助于具有水硬性水化產(chǎn)物的生成與穩(wěn)定存在，從而可以保證體系后期強度的穩(wěn)定增長。 堿性物質(zhì)是在火山灰活性顆粒本身上發(fā)生作用，但固硫灰渣的活性來源于兩部分，因此激發(fā)固硫灰渣中氧化鈣、無水石膏的活性是化學(xué)激發(fā)固硫灰渣活性的另一種方法。對氧化鈣來說食鹽、氯化鈣是很

20、好的激發(fā)劑，能不同程度地提高固硫灰渣制品的強度，它是通過加速石灰消解和增加石灰在水中的溶解度，從而提高溶液中OH-濃度，同時加速水化的過程。而對于固硫灰渣中的無水石膏來說，K2SO4、KAl(SO4)2的作用效果更為顯著，K2SO4或KAl(SO4)2的摻入可以加速-CaSO4過飽和度的形成，使析晶活化能降低，析晶加快，從而加速-CaSO4的水化，固硫灰渣中被-CaSO4包裹的氧化鈣即可與水接觸參與水化反應(yīng)，使得體系膨脹時間提前，對后期安定性不良有較顯著的緩解作用。2.3.3 熱活化固硫灰渣的活性即固硫灰渣發(fā)生水化反應(yīng)的能力，因此是一種化學(xué)反應(yīng)，因此固硫灰渣的水化硬化需要一定的外界條件（溫度和

21、濕度），熱活化就是利用外界熱源加速膠凝材料的水化反應(yīng)的方法。蒸壓養(yǎng)護是最常用的熱活化的一種方式，也是生產(chǎn)加氣砼、保溫材料常用的養(yǎng)護方式，在飽和蒸汽中體系的水化過程大大加速，火山灰活性能夠得到充分激發(fā)。經(jīng)蒸壓養(yǎng)護之后的基體中含有結(jié)晶度較高的水化產(chǎn)物，且在蒸壓條件下水化硫鋁酸鈣的生成受到抑制，因此蒸壓養(yǎng)護制品具有強度高、收縮小、耐久性好的特點。表2-3為不同養(yǎng)護方式對固硫灰渣膠砂抗壓強度的影響。表2-3標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護和蒸壓養(yǎng)護對固硫灰渣膠砂抗壓強度的影響編號膠凝材料配比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28天抗壓強度/MPa蒸壓養(yǎng)護后的抗壓強度/MPa1磨細(xì)固硫灰渣8.214.62磨細(xì)固硫灰渣+NaOH (1%)9.615.13

22、磨細(xì)固硫灰渣+Na2SiO3(1%)11.920.9試驗結(jié)果表明蒸壓養(yǎng)護可以提高基體的強度，尤其是有激發(fā)劑存在時強度增長更為顯著，主要的原因可能是在蒸壓養(yǎng)護下固硫灰渣中的無水硬石膏活性得以提高，溶解速率加快，水化速率加快但又生不成具有膨脹性的水化硫鋁酸鈣（鈣礬石），而標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28天后無水硬石膏水化生成了鈣礬石產(chǎn)生膨脹，使得強度有所下降，因此蒸壓養(yǎng)護可以顯著提高固硫灰渣體系的強度。2.4 加氣混凝土砌塊發(fā)展利用現(xiàn)狀2.4.1 加氣混凝土砌塊技術(shù)經(jīng)濟特點加氣混凝土砌塊通常是一種以粉煤灰為主要原料、采用特殊化學(xué)發(fā)氣方法形成多空結(jié)構(gòu)的蒸壓多空硅酸鹽混凝土，具有一系列優(yōu)點，主要是：（1）重量輕 干體積密

23、度一般為400700kg/m3，相當(dāng)于粘土磚的1/3，普通水泥混凝土的1/5左右，因而采用加氣混凝土作墻體屋面材料可以大大減輕建筑物自重，進而也就可以減少建筑物的地震力，減小建筑物基礎(chǔ)、梁、柱等結(jié)構(gòu)的尺寸，可以節(jié)約建筑材料和工程費用；（2）保溫性能好 由于內(nèi)部含有大量氣泡和微孔，因而有良好的絕熱性能，其導(dǎo)熱系數(shù)通常為0.090.17W/（m·K），絕熱能力為黏土磚的34倍，為普通混凝土的48倍，可大大降低建筑物采暖、制冷能耗；（3）具有可加工性 不僅可以在工廠內(nèi)生產(chǎn)出多種規(guī)格，還可以像木材一樣進行鋸、刨、鉆、釘，因而能在現(xiàn)場根據(jù)實際需要進行再加工，十分方便；（4）廢渣使用率高 原料配

24、方中，粉煤灰用量最少為60%，最高可達75%80%，可以有效地實現(xiàn)工業(yè)廢渣的資源綜合利用；（5）市場前景好 加氣混凝土在高層框架建筑中的應(yīng)用是經(jīng)濟合理的，特別是用砌塊來砌筑內(nèi)外墻，在黏土磚被取締的背景下，被眾多房地產(chǎn)開發(fā)商和施工企業(yè)所認(rèn)可，多年來受到國家墻改政策、稅收政策和環(huán)保政策的大力支持，具有廣闊的市場發(fā)展前景。2.4.2 加氣混凝土發(fā)展現(xiàn)狀與前景加氣混凝土是集承重和絕熱為一身的多功能材料，根據(jù)目前的國家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，唯有使用加氣混凝土，才能做到單一材料達標(biāo)（節(jié)能50%）的要求，而其他任何材料要做到節(jié)能50%，必須進行復(fù)合處理，如承重空心磚、混凝土小型空心砌塊、鋼筋混凝土現(xiàn)澆墻體等，都必須與聚

25、苯乙烯等保溫材料復(fù)合才能解決絕熱和節(jié)能問題，復(fù)合墻體施工復(fù)雜、工期長、造價高。建筑界也充分認(rèn)識到加氣混凝土的這一獨特優(yōu)勢，將其大量應(yīng)用于隔墻與填充墻中。目前全國加氣混凝土年產(chǎn)量達5000萬立方米。經(jīng)過40年的發(fā)展，我國加氣混凝土工業(yè)在企業(yè)數(shù)量、規(guī)模、生產(chǎn)能力、年產(chǎn)量上都已位居世界第一，但行業(yè)整體不強，與國外企業(yè)相比，在產(chǎn)品質(zhì)量、裝備水平、產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)、市場開發(fā)能力及在國際市場的競爭力諸方面都存在著很大差距。大部分產(chǎn)品達不到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品容重普遍偏高，而抗壓強度達不到該容重下國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求；產(chǎn)品的干收縮普遍較高，多數(shù)達不到國家標(biāo)準(zhǔn)要求；產(chǎn)品氣孔結(jié)構(gòu)很差等。2.4.3 加氣混凝土

26、原料（1）粉煤灰：應(yīng)符合JC/T 409-2001硅酸鹽建筑制品用粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)中的、級粉煤灰的要求。細(xì)度小于8%15%（80m方孔篩篩余）。（2）生石灰：提供鋁粉發(fā)氣條件，促使鋁粉發(fā)氣，也能在水熱條件下與粉煤灰中的SiO2、Al2O3作用，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，從而使制品獲得強度。消化速度以中速為好，消化速度1030min，消解溫度5070。（3）水泥：用量較少，主要作用是保證澆注穩(wěn)定并加速坯體硬化，改善坯體性能和制品性能。通常用普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥。（4）石膏：調(diào)節(jié)石灰消化速度的同時，可以提高坯體靜養(yǎng)后的強度，增強了坯體適應(yīng)蒸壓養(yǎng)護時溫差應(yīng)力和濕差應(yīng)力的能力，也可以減少制品收縮

27、。通常用工業(yè)副產(chǎn)石膏。（5）鋁粉：發(fā)氣材料，在堿性溶液中反應(yīng)較快，用量很小，一般為干料量的0.06%0.08%。2.4.4 加氣混凝土主要生產(chǎn)工藝（1）配料 按配比分別計量各原料（除石灰和發(fā)氣劑）并混合均勻，石灰和發(fā)氣劑分別單獨存放；（2）攪拌 將干料量加水?dāng)嚢杈鶆?，再加入生石灰攪?min，最后加入發(fā)氣劑攪拌30s；（3）澆注 澆注溫度一般為40左右，澆注高度為2/3模高；（4）靜停 在溫度為50、濕度為90%的環(huán)境中靜停23h；（5）切割 靜停之后拆模，并切割面包頭，并切割成需要的尺寸；（6）養(yǎng)護 由常壓抽真空至-0.06MPa，升至1.01.2MPa，恒溫57h。2.5 固硫灰渣制備加氣

28、混凝土砌塊2.5.1 可行性分析固硫灰渣雖然活性較高，但由于SO3含量（5%15%）較高，不符合GB/T 2847-2005用于水泥中的火山灰質(zhì)混合材料的標(biāo)準(zhǔn)，因此限制了其在水泥混合材中的使用，大部分以堆積或填埋處理，其高活性沒有得到充分利用，造成了一種潛在資源的浪費。加氣混凝土砌塊常用的主要原料是粉煤灰，固硫灰渣與粉煤灰相比活性要高，但缺點是CaO、SO3含量較高，存在后期膨脹的問題。雖然加氣混凝土砌塊對粉煤灰中的SO3含量也有要求，但不是強制性標(biāo)準(zhǔn)，而是推薦性的且加氣混凝土砌塊為硅酸鹽建筑制品，只要性能指標(biāo)符合GB 11968-2006蒸壓加氣混凝土砌塊中關(guān)于砌塊性能的強制性標(biāo)準(zhǔn)即可，并且

29、加氣混凝土砌塊的配料中會摻入石膏來提高坯體強度，經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砉塘蚧以械臒o水石膏能起到相同的作用，因此只要調(diào)整好生產(chǎn)工藝以及原料配比，固硫灰渣中的SO3含量不會對加氣混凝土砌塊的性能產(chǎn)生影響。從上述分析可以看出固硫灰渣用于加氣混凝土砌塊具有一定的可行性，但需要注意的是固硫灰渣中的無水石膏水化較慢，被其包裹的氧化鈣的水化也會受到影響，因此會造成后期膨脹的問題。因此用固硫灰渣代替粉煤灰生產(chǎn)加氣混凝土砌塊時不應(yīng)照搬粉煤灰加氣混凝土砌塊的工藝流程，需要對固硫灰渣生產(chǎn)加氣混凝土砌塊的工藝流程及原料配比進行深入研究，解決固硫灰渣應(yīng)用難的同時可以避免加氣混凝土砌塊的干燥收縮問題，這對整個國民經(jīng)濟建設(shè)與環(huán)境

30、保護將具有十分重要的意義。2.5.2 研究現(xiàn)狀固硫灰活性較高，這也是固硫灰與粉煤灰相比用于建材方面的最大優(yōu)點，但其體積穩(wěn)定性差已被廣泛認(rèn)同，為此韋迎春等學(xué)者對蒸壓條件下固硫灰的特性進行了大量研究，發(fā)現(xiàn)蒸壓養(yǎng)護能顯著抑制固硫灰渣的膨脹，蒸壓養(yǎng)護后水養(yǎng)的膨脹率只有直接浸水養(yǎng)護的10%左右，并利用XRD研究發(fā)現(xiàn)蒸壓處理抑制了無水石膏的水化，因此降低了試件的膨脹。也有學(xué)者認(rèn)為蒸壓降低膨脹主要是蒸壓養(yǎng)護蒸壓養(yǎng)護能夠使硅酸鹽制品在較短的時間內(nèi)獲得較高的強度，強度越高，膨脹所需的能量就越大，外在表現(xiàn)出的膨脹值就越小。大量學(xué)者已經(jīng)對固硫灰部分粉煤灰生產(chǎn)加氣混凝土進行了試驗研究，研究發(fā)現(xiàn)固硫灰逐漸代替粉煤灰時加

31、氣混凝土的強度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，并且干密度下降。主要原因是固硫灰活性較高，代替粉煤灰后強度會有所提高，但固硫灰中的SO42-會抑止石灰的消化，漿體的硬化速度會越來越慢，發(fā)氣時間比較充分，產(chǎn)品的氣孔率增大，從而使密度減小。并發(fā)現(xiàn)沒有對固硫灰進行預(yù)處理制備的加氣混凝土既符合GB 11968-2006蒸壓加氣混凝土砌塊的要求?？赡苁钦魤簵l件下固硫灰渣的膨脹性得到一定程度抑止的原因。但也有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)固硫灰經(jīng)過預(yù)處理（預(yù)消化2h）后會提高加氣混凝土的強度、降低干燥收縮和導(dǎo)熱系數(shù)。3 研究目標(biāo)及內(nèi)容3.1 研究目標(biāo)本項目計劃利用固硫灰代替粉煤灰，并利用赤泥作為堿性激發(fā)劑，制備干燥收縮小的加氣混凝土

32、，力求加氣混凝土廢渣利用率達到75%，并且加氣混凝土各性能指標(biāo)符合GB 11968-2006蒸壓加氣混凝土砌塊的要求。3.2 研究內(nèi)容本項目主要研究內(nèi)容如下：（1）固硫灰、渣、赤泥的物理和化學(xué)特性分析，并與粉煤灰的對比；（2）不同預(yù)處理方式對固硫灰渣膨脹性的影響研究；（3）固硫灰渣（不同預(yù)處理方式）、赤泥、石灰、脫硫石膏、鋁粉、水之間的比例對加氣混凝土砌塊容重及強度的影響研究；（4）固硫灰渣加氣混凝土砌塊耐久性的影響研究。3.3 研究方法首先分別研究磨細(xì)、加水預(yù)水化、蒸壓處理及加入無水石膏激發(fā)劑等四種預(yù)處理方式對固硫灰渣膨脹性的影響，并根據(jù)目前粉煤灰加氣混凝土的配比對六種原料選取4個合適的摻量

33、做五因素四水平正交試驗（鋁粉為外摻），然后根據(jù)目前常用的蒸壓養(yǎng)護制度對制備的加氣混凝土進行養(yǎng)護，分別測試各組配比加氣混凝土砌塊的強度、容重，并利用正交試驗分析方法分別分析對強度、容重影響最大的因素，根據(jù)分析結(jié)果對配比進行優(yōu)化調(diào)整。最后對制備的不同配比的加氣混凝土進行干燥收縮、抗凍性、導(dǎo)熱系數(shù)及抗碳化等性能的測試。最終根據(jù)實驗結(jié)果優(yōu)選出固硫灰渣加氣混凝土的配比。3.4 擬解決的關(guān)鍵技術(shù) （1）固硫灰渣、赤泥和脫硫石膏等工業(yè)廢渣的耦合效應(yīng)。多廢渣協(xié)同利用可以促進其活性的互相激發(fā)，選取與固硫灰渣互相激發(fā)效果最好的工業(yè)廢渣摻量是本項目需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。（2）固硫灰渣的后期膨脹。固硫灰渣的后期安定

34、性是限制其在建材行業(yè)利用的主要原因之一，通過不同預(yù)處理方式適量降低固硫灰渣的后期微膨脹是本項目需要解決的另一關(guān)鍵技術(shù)。（3）加氣混凝土的干燥收縮。3.5 項目實施計劃及分階段具體實施目標(biāo) 本項目由山西省建材行業(yè)技術(shù)中心承擔(dān)，由太原市程材科技有限公司具體完成實施。分階段具體實施目標(biāo)安排如下：（1）2015.01-2015.03：利用化學(xué)方法分析固硫灰渣、脫硫石膏、赤泥等的化學(xué)組成，并結(jié)合XRD衍射來分析固硫灰渣的活性來源及引起后期微膨脹的主要原因，查閱、調(diào)研國內(nèi)外固硫灰渣處理利用技術(shù)與粉煤灰加氣混凝土制備技術(shù)，完成技術(shù)方案論證，確定詳細(xì)研究計劃；（2）2015.04-2015.08：分別利用四種

35、處理方式對固硫灰渣進行預(yù)處理，依據(jù)JC/T 313-2009膨脹水泥膨脹率試驗方法對不同處理方式固硫灰渣的膨脹性進行檢測。根據(jù)實驗結(jié)果確定研究配比的正交實驗的實驗方案，制備不同配比的加氣混凝土并測定強度及容重，并對正交實驗數(shù)據(jù)進行分析，確定對各性能影響最大的因素；（3）2015.09-2015.10：選取容重、強度等性能符合GB 11968-2006蒸壓加氣混凝土砌塊的要求的配比進行干燥收縮、抗凍性、導(dǎo)熱系數(shù)及抗碳化等性能的測試；并根據(jù)各性能測試結(jié)果優(yōu)化固硫灰渣加氣混凝土的配比；（4）2015.11-2015.12：結(jié)題成果準(zhǔn)備。閱讀大量文獻，了解國內(nèi)外相關(guān)研究新動向，匯總項目取得的研究成果，

36、完成論文、專利、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)申報，完成并上交結(jié)題報告書及研究報告。4 研究基礎(chǔ)4.1 項目承擔(dān)單位科研能力簡介山西省建材行業(yè)技術(shù)中心是由山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院發(fā)起，聯(lián)合山西省建筑材料工業(yè)設(shè)計研究院、山西省建筑材料質(zhì)量檢驗測試中心、大同冀東水泥有限責(zé)任公司、潞城市卓越水泥有限公司、山西中條山新型建材有限公司及威頓水泥集團有限責(zé)任公司共同組建，自2014年12月31日由山西省經(jīng)信委認(rèn)定成立。中心有科研人員28多人，其中研究與試驗發(fā)展人員有17人，完成科技項目數(shù)項，其中企業(yè)橫向課題1項，省級科研課題2項，省級專項基金項目2項。太原市程材科技有限公司為建材行業(yè)（水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料、墻材、混凝土）提供技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)。太原市程材科技有限公司于2012年8月8日注冊成立，主要面向建材行業(yè)領(lǐng)域，開展技術(shù)咨詢和技術(shù)服務(wù)工作。中心現(xiàn)擁有高級工程師2名，無機非金屬相關(guān)專業(yè)碩士研究生6名，擁有較強的科研實力，攻克了多項重大技術(shù)難題，多個項目已經(jīng)應(yīng)用于企業(yè)，得到了企業(yè)的一致好評。中心還經(jīng)常聘請技術(shù)前沿的資深專家、教授，對員工進行技術(shù)輔導(dǎo)和授課，不斷提升員工的科研素養(yǎng)與能力。本公司嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕M織管理措施、合理的人員配制以及較強的科研實力為下一步進行固硫