报告

《绿色高强粉煤灰复合陶粒研究》

课题阶段报告

——大连市建设科技计划资助项目

大连理工大学建设工程学部

课题负责人：洪雷

2011年5月24日

一．研究内容：

本课题拟研究的是高强粉煤灰复合陶粒，该产品将选用我市热电厂排放的原装粉煤灰，废弃玻璃及化工尾料作为原材料，辅以助燃剂等添加剂，人工烧制高强低容重陶粒。二．项目研究开发的目的，意义及国内外现状分析:

众所周知，热电厂粉煤灰，废弃玻璃制品及化工尾料等均为环境的较大污染源，但同时也是大宗的再生资源。这些物资如不加以合理的利用处理，不仅会造成极大的环境污染，还会占用大量土地，影响其他相关项目的发展。科学合理的利用粉煤灰，废弃玻璃制品及碱厂尾料碱渣，对于提高相关行业的经济效益，增加社会财富，保护自然环境，均具有十分积极的意义。

高强复合陶粒可以作为混凝土的粗骨料生产高强轻骨料混凝土，高强轻骨料砌块，及无砂大孔轻骨料混凝土墙体材料。该项目主要的特点在于能大量利用我市已有的地方再生资源，粉煤灰，废弃玻璃及碱渣。这些原材料在该项目成品高强复合陶粒中占的比重大，原材料成本低，且原材料均为我市地方废弃物资，充分合理的使用这些废弃资源，也可为我市粉煤灰，废弃玻璃及化工尾料的排放寻找到一条有效的途径。

目前，国内外人工粉煤灰陶粒的生产，其原材料主要是粉煤灰和粘土，粉煤灰的比例一般在30%--50%，虽然利用了一定量的粉煤灰，但仍需要相当比例的粘土，粘土的使用也仍需要占用较大量的农田土地。同时生产的粉煤灰陶粒，其筒压强度一般在2—4Mpa，容重在1300Kg/m3左右。这些粉煤灰陶粒，均能不同程度地应用于混凝土制品中，随着经济建设的发展，特别是近十年建筑业得到了突飞猛进的发展，对具有高强度，低容重及良好保温效果的建材制品的要求更加紧迫。本课题拟研究的高强粉煤灰复合陶粒，在粉煤灰，玻璃相（粉碎研磨后的玻璃）及碱渣共同复合作用，在助熔剂等添

加剂的配合下，烧制成的成品陶粒，其筒压强度拟达到10Mpa以上，容重在1100kg/m3左右，可以配制高强轻骨料混凝土，高强轻骨料混凝土砌块，及高强无砂大孔混凝土墙体材料。我们相信这一项目，能为我市的建筑业，尤其是建材行业的发展做出贡献。

该项目成品高强复合粉煤灰陶粒的考核指标为：

●压强度≥10Mpa

●颗粒表观密度≤1100kg/m3

●堆积密度≤650 kg/m3

●粉煤灰，碱渣及废玻璃用量占原料总量的80%以上

●烧成温度不超过1200℃

三．目前进度

根据本项目总体进度计划，目前进度文献资料查阅整理及实验方案的初步确定工作：

1.实验材料的选取以及处理：

初步确定的实验材料：

粉煤灰，玻璃相，碱渣，助熔剂，助燃剂，粘结剂等。

其中粉煤灰采用热电厂排放的原装粉煤灰，由于粉煤灰材料疏水性比较强，因此成球比较困难，需要加强细磨与精选，以改善其成球性能。拟采用粉磨后过筛的处理方法。

玻璃相即将平板玻璃，玻璃瓶这些废弃玻璃制品进行破碎，研磨后的玻璃粉过筛处理得到的产物。在破碎之前需将废弃玻璃制品进行洗涤，烘干处理。

由于碱渣是一种孔隙大，颗粒细的固体材料，具有极发育的孔隙体系，从而造成碱渣孔隙大，含水量高的特性。因此需要对碱渣进行烘干脱水处理，一般烘干温度为100℃，时间为24h。

助熔剂能提高混合料的液相，从而降低陶粒的烧成温度，而玻璃相中

的含量

比较高，在高温的作用下与其他难熔成分生成熔点较低的共熔混合物，产生大量

液相，并使陶粒坯体获得膨胀所必需的黏度，同时使烧成温度范围变宽。所以玻璃相完全可以替代任何其他的助熔剂，这里可以不再利用助熔剂，以降低生产成本。

助燃剂的添加要根据粉煤灰的烧失量，焙烧时间，焙烧温度来进行确定。拟采用的助熔剂为木屑。掺入锯末相当于中心部位有燃料，其内部温度迅速上升，燃烧留下孔隙，热量从表面传至中心比较容易，使试样表面与中心的温度迅速达到烧成温度，从而使烧结温度降低，缩短烧成时间。

粘结剂的作用就是保证各种材料之间的粘结性能，以便能够很好的成球。拟采用水玻璃。水玻璃为浆液型粘结剂，粘结性好，可以提高混合料的塑形。而且水玻璃的熔点较低，焙烧是起到助熔作用，并能改善孔隙的结构和分布，能有效地提高陶粒的质量。

这里可能在试验中还需要一些其他的添加剂，会根据试验指标的要求进行变化，只能在后期试验过程中不断调整。

2. 原料配合比的确定:

根据Riley 的研究，制备烧胀逃离所需原料的化学成分的范围为：

SiO 253%--79%，Al 2O 3 10%--25% ,熔剂 13%--26%

陶粒的强度和其基本氧化物含量之间存在以下关系：

F a =1.1013－0.026 SiO 2＋0.1272〔Fe 2O 3＋Fe0〕＋0.0746 Al 2O 3＋0.0065P

（其中F a 为陶粒的筒压强度，P 为陶粒的堆积密度）

所以配合比需要根据原料的化学成分以及陶粒的考核指标来确定。

3. 烧制参数的确定：

烧制参数主要有：预热温度，预热时间，焙烧温度，焙烧时间

预热温度一般控制在550℃--750℃

预热时间一般为15—40min

焙烧温度：本项目中由于玻璃相的存在，可适当降低焙烧温度，这里控制在1000℃--1200℃

焙烧时间要根据实验过程中所生产的成品的情况来进行确定。

4.陶粒生产的工艺流程的确定：

陶粒的生产主要包括原材料的处理，配料及混合，生料球的制备，焙烧，成品的处理等工艺过程，焙烧是生产陶粒的关键。生料球制备也是生产陶粒的重要一环，具体过程如下：

●烘干脱水

将碱渣以及清洗过的废弃玻璃制品放入烘干箱中进行烘干处理。

●粉磨

将干燥的碱渣以及破碎后的玻璃进行粉磨，然后再进行筛分。

●配料

将粉磨好的碱渣，玻璃相，粉煤灰以及外加剂按照一定的比例配合，放入砂浆

搅拌锅中搅拌，添加适量的水从分拌合均匀。

●成球

将拌合好的混合料，人工制成直径为5—15mm左右的料球，并将这些料球在室

温下放置24小时，再放入100℃的烘干箱中烘干24小时。

●烧成

将料球放入箱式高温电炉中以适当的速度升温，到达预热温度后保温一段时间，然后继续升温至焙烧温度，达到保温时间后，关闭电源，至温度冷却至室温，