粉煤灰聚合物的制備與性能分析

張鵬輝,鄭茂盛,王攀

(西北大學(xué)物理學(xué)系,陜西西安710069)

隨著電力工業(yè)的不斷發(fā)展,粉煤灰的排放量也在迅猛的增長(zhǎng)。目前,粉煤灰年排放量在1.6× 109t以上,存積量超過(guò)10×109t[1-3]。大量粉煤灰的堆積不僅占用了大面積的土地資源,而且對(duì)環(huán)境也造成了污染,對(duì)粉煤灰的綜合利用已經(jīng)成為一個(gè)刻不容緩的問(wèn)題。本文通過(guò)優(yōu)化配比,以粉煤灰為主要成分制作了免燒免蒸磚(以下簡(jiǎn)稱雙免磚),其性能優(yōu)良,且生產(chǎn)成本低、工藝簡(jiǎn)單,適合大規(guī)模推廣。

1 原料的性質(zhì)

本試驗(yàn)所用的粉煤灰為西安熱電廠的二級(jí)灰,其主要化學(xué)成分[4]見(jiàn)表1。

水泥為陜西秦嶺水泥(集團(tuán))股份有限公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽42.5#水泥。

白灰為鈣質(zhì)消石灰,其MgO含量＜4%,(CaO +MgO)含量＞65%,0.125mm篩篩余量＜10%,符合JC/T481-92建筑消石灰粉一等灰的要求。

表1 粉煤灰的化學(xué)組成Tab.1 Compositions of the fly ash

減水劑為西安紅旗混凝土外加劑廠生產(chǎn)的AS減水劑;石膏是以二水硫酸鈣(CaSO4?2H2O)為主要成分的礦石。

骨料采用普通建筑河砂,泥含量＜5%,泥塊含量＜1%,表觀密度約為2 550kg/m3,符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)BG 14684-2001建筑用砂 Ш類砂的標(biāo)準(zhǔn)。

采用經(jīng)過(guò)處理的無(wú)機(jī)纖維,其物理性能[5]見(jiàn)表2。

表2 經(jīng)過(guò)處理的無(wú)機(jī)纖維的物理性能Tab.2 Physical properties of the inorganic fiber

2 正交試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)前期的試驗(yàn)研究,并進(jìn)行分析后確定對(duì)雙免磚性能影響較大的主要是水泥、砂子、白灰的含量[6-7],本文采用正交試驗(yàn)法來(lái)確定最佳性能的雙免磚配比,試驗(yàn)中所確定的各個(gè)因素及水平見(jiàn)表3所示。

表3 正交試驗(yàn)因素及水平Tab.3 The factor and level of orthogonal

根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),選用三因素三水平的正交L9(34),并根據(jù)工藝流程壓制成型后,噴水養(yǎng)護(hù)28d,考察指標(biāo)為抗折強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)方案及結(jié)果如表4所示。

表4 正交試驗(yàn)方案及結(jié)果Tab.4 The program and result of orthogonal

對(duì)正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析(見(jiàn)表5)可知,砂子和水泥的含量對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果影響較大,為主要因素,且當(dāng)砂子、水泥含量分別為25%、10%時(shí)為最優(yōu)水平;白灰含量的影響為次要因素,選取15%～20%即可,從節(jié)約成本及利用粉煤灰程度最大化考慮,應(yīng)選擇15%為宜。

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

3 試驗(yàn)優(yōu)化

根據(jù)以上分析可以確定雙免磚的最佳配比如表6所示。

表6 雙免磚的最佳配比Tab.6 The optimal ratio of unburned and non-autoclaved brick

根據(jù)以上配比壓制成型的雙免磚抗折強(qiáng)度可達(dá)到5.28MPa,抗壓強(qiáng)度達(dá)到27.49 MPa,滿足JC239-2001《粉煤灰磚》[8](如表7所示)中MU25的要求,可以應(yīng)用于建筑的承重墻及其它承重建筑。

表7 JC239-2001《粉煤灰磚》的強(qiáng)度要求Tab.7 Strength requirements of fly ash bricks JC239-2001

近年來(lái)建筑行業(yè)常用空心磚作為墻體主材,其質(zhì)輕、強(qiáng)度高、保溫、隔音降噪性能好等優(yōu)點(diǎn)得到了大家的一致認(rèn)同,用該配比制作粉煤灰雙免空心磚,采用規(guī)格390mm×190mm×190mm,空洞率可以達(dá)到15%以上,這樣可以大大節(jié)約成本,更有利于提高生產(chǎn)效率。

4 結(jié)論

1)用正交試驗(yàn)法對(duì)試驗(yàn)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化,試驗(yàn)效率高,減少了人力和材料的浪費(fèi),而且最大限度地排除了其它因素的干擾,代表性強(qiáng)。能有效地進(jìn)行比較,做出調(diào)整,使粉煤灰雙免磚配比設(shè)計(jì)更加合理。

2)以粉煤灰為主要原料,通過(guò)摻加適量的水泥、砂子、白灰和一定的外加劑,經(jīng)常溫常壓養(yǎng)護(hù)28d后,抗折強(qiáng)度可達(dá)到5.28 MPa,抗壓強(qiáng)度達(dá)到27.49MPa,制成空心磚空洞率可達(dá)到15%以上。

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