1、2010 年第 7 期www.brick-2010Brick & Tile锯末造孔剂对粉煤灰页岩烧结制品性能的影响*李相国 吕 阳 马保国 蹇守卫 王耀城（武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室 ，湖北 武汉 430070）摘要 ：锯末具有高发热量及烧失量的特点 ，可以作为造孔剂制备轻质高强多孔保温烧结制品 。 在相同的烧成制度下 ，粉煤灰页岩烧结制品空白试件的显气孔率和吸水率分别为 35.75%、1.41 g/cm3；锯末的掺入能有效地抑制试件的烧成收缩 ，掺入试件体积比 10%、粒径 0.15 mm0.3 mm锯末的试件显气孔率和体积密度分别为 42.43%、1.32 g/cm3；锯末
2、粒径增大至 0.3 mm0.6 mm时 ，试件显气孔率减小至 42.04%，体积密度增大至 1.37 g/cm3；SEM分析表明锯末造孔剂的掺入使得试件微观结构疏松 、多孔 。关键词 ：锯末造孔剂 ；烧结制品 ；显气孔率 ；体积密度中图分类号 ：TU522.04 文献标识码 ：A 文章编号 ：1001-6945（2010）07-0015-04基 金 项 目 ： 国家科技支撑计划基金资助项目（2006BAF02A29）1 前言能源问题与环境问题是当前阻碍我国经济发展的重大障碍 ，节能与利废是我国实现可持续发展的必由之路 。据统计 ，我国建筑能耗约占全国总能耗的 30%以上 ，单位建筑能耗比同等气
3、候条件国家高 23 倍1，而墙体等围护结构的保温隔热性能是影响建筑能耗的重要因素 。 传统墙体材料以实心粘土砖为主 ，其保温性能差 、容重大 ，且大量破坏土地资源 ，最终将被环保节能的新型保温墙体材料所取代2。 粉煤灰是煤粉燃烧后残留下来的固体废弃物 ，我国火力发电厂每年排放的粉煤灰居世界之首 ，且逐年增加 ，但其利用率却较低 。 大量粉煤灰的堆放不仅占用宝贵的土地资源 ，而且还会对环境造成潜在的威胁3。 国内外研究资料表明 ，利用粉煤灰等固体废弃物取代粘土为主要原材料 ， 掺入少量的造孔剂制备多孔烧结制品是可行的 ，相比传统实心粘土砖具有保温隔热性好 、容重小 、节约土地资源等优势 。目前
4、，造孔剂的种类繁多 ，常用烧结制品的造孔剂分为两大类4：一是有机类造孔剂 ，主要包括锯屑 、聚苯乙烯 、秸秆 、纸浆 、稻壳等 ；二是无机类造孔剂 ，主要包括珍珠岩 、硅藻土 、方解石 、浮石 、蛭石等 。 锯末作为一种有机质造孔剂 ， 具有高发热量及烧失量的特点 ，其在烧成过程中可提供部分能量 ，降低烧成能耗 ，燃烧后在其所占位置留下孔洞 ，提高烧结制品的孔洞率 ，适合于制备轻质高强高孔洞率的烧结制品5-6。本试验以粉煤灰为主要原材料 ， 页岩为粘结剂 ，锯末为造孔剂 ，通过对烧结制品烧成收缩 、吸水率 、显气孔率 、体积密度 、抗压强度 、微观结构的分析 ，研究锯末造孔剂对粉煤灰页岩烧结制
5、品性能的影响 。2 原材料和实验方法2.1 原材料武汉阳逻产辉虹牌 级粉煤灰 ，80 m 筛余达到20 %，灰色粉末状 ，其主要矿物组成为石英 、莫来石 ；秦皇岛产页岩 ，80 m 筛余达到 10%，红色粉末状 ，主要矿物组成为石英 、多水高岭土 、白云石 ；武汉青山木材加工厂产锯末 ，取烘干 、破碎后粒径分别为 0.15 mm、0.15 mm0.3 mm、0.3 mm0.6 mm 的样品进行试验 。粉煤灰 、页岩两种原材料的化学组成如表 1 所示 。表 1 主要原材料化学组成分析2.2 试件制备采用粉煤灰 、页岩质量比为 73 的试件作为基体 ，取三种不同粒径的锯末为造孔剂 ， 当掺加锯末为
6、 5%（外掺体积比 ）时 ，经计算得出每千克干料对应的锯末原材料 SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO TiO2SO3Loss粉煤灰 51.70 28.68 3.85 3.72 0.69 1.20 0.47 7.20页岩 58.89 18.75 8.95 0.31 2.50 0.94 0.01 4.29研 究 探 讨152010 年第 7 期www.brick- 2010Brick & Tile体积为 34 ml。 将原料按质量比称量并加入造孔剂混合均匀 ，加入质量百分比为 18%（干基 ）的水进行造粒 ，置于温度 20 1 、 相对湿度 100%的养护室陈化72 h，采用半干压法成型
7、，成型压力为 49 kN（25 MPa），保压时间为 30 s，所得试件尺寸约为 50 mm60 mm。待试件坯体在室温下自然干燥 48 h 后 ，置于鼓风电热干燥箱中 ，于 105 1 下鼓风干燥 24 h。 将干燥坯体置于高温炉中按照预设的温度制度升温至 1000 ，保温 2 h，最后随炉冷却至室温 。2.3 试验方法分别测量干燥试件坯体及烧结后试件的尺寸和质量 ， 计算得出试件烧成的尺寸收缩和质量损失 ；采用无锡建仪仪器有限公司 TYE-300 型压力机测试抗压强度 ，每组 6 块试件 ，加载速率为 0.6 kN/s；使用AUW220 H 型岛津天平利用阿基米德原理进行试件吸水率 、显气
8、孔率及体积密度测试7；采用日本 JSM-5610LV 型扫描电子显微镜分析试件的微观形貌 。3 结果与讨论3.1 锯末掺量对烧结制品性能的影响图 1 为锯末掺量对试件烧成收缩的影响 ，此组试验所用锯末粒径为 0.15 mm0.3 mm，由图可知 ，锯末的掺入明显地降低了试件的烧成收缩率 ，当锯末掺量从 5%增加至 15%的过程中 ，三组试件的直径收缩率的变化不大 ，约为 3.20 %，远小于粉煤灰页岩烧结制品空白试件的 6.07%；高度收缩率随锯末掺量的变化规律与直径收缩率相一致 ，因此 ，锯末的掺入可以有效地控制试件的外观尺寸 。 随着锯末掺量从 0 增加到15%， 试件的质量损失率几乎呈现
9、出线性增加的趋势 ，可以认为是由于锯末掺量的不同 ，在烧成的过程中造成了试件质量损失率的变化 。图 1 锯末掺量对试件烧成收缩的影响从图 2 锯末掺量对试件显气孔率和体积密度影响中可以看出 ，锯末的掺入使试件的显气孔率和吸水率都大有提高 ，且随锯末掺量的增加 ，试件的显气孔率和吸水率不断增加 ，但增幅有所减少 ，锯末掺量 10%的试件的显气孔率相对较低 ， 为 42.43%， 锯末掺量15 %的试件的显气孔率最高 ，达到了 45.70%，均高于粉煤灰页岩烧结制品空白试件的 35.75%； 锯末的掺入有效地降低了试件的体积密度 ， 其中锯末掺量 5%的试件的体积密度为 1.38 g/cm3， 锯
10、末掺量 15%的试件为 1.34 g/cm3， 锯末掺量 10%的试件的体积密度最低 ，仅为 1.32 g/cm3。图 2 锯末掺量对试件显气孔率 、体积密度影响图 3 为锯末掺量对试件抗压强度的影响 ，由图可知 ，锯末的掺入使得试件的抗压强度显著降低 ，锯末掺量 10%的试件的抗压强度为 12.3 MPa，略高于锯末掺量 5%的试件 ， 锯末掺量 15%的试件的抗压强度最小 ，仅为 7.9 MPa，比粉煤灰页岩烧结制品空白试件降低了约 72.3%。图 3 锯末掺量对试件抗压强度影响3.2 锯末粒径对烧结制品性能的影响图 4 为锯末粒径对试件烧成收缩的影响 ，此组试验锯末体积掺量均为 10%，
11、由图可知 ，掺加锯末造孔剂试件的直径收缩率均小于粉煤灰页岩烧结制品空白试件 ，但随锯末粒径的增加 ，直径收缩率变化不明显 ，其中 ，掺加锯末粒径为 0.3 mm0.6 mm 的试件最低 ，仅为 3.07 %；高度收缩率的变化规律与直径收缩率基本相一致 ，但其降幅相对较低 ，其中 ，掺加锯末粒研 究 探 讨162010 年第 7 期www.brick-2010Brick & Tile径为 0.15 mm 0.3 mm 的试件最低 ，为 3.96 %；锯末的掺入增加了试件的质量损失率 ，这是因为锯末的高烧失量所致 ，但随着锯末粒径的增加 ，试件的质量损失率却呈现出下降的趋势 ， 其中 ， 掺加锯末
12、粒径为 0.15 mm 的试件最高 ，达到了 8.18%。图 4 锯末粒径对试件烧成收缩的影响图 5 为锯末粒径对试件的显气孔率 、吸水率和体积密度影响 ，由图可知 ，锯末的掺入显著地提高了试件的吸水率和显气孔率 ， 并使试件的体积密度降低 ，但随着锯末粒径的增加 ，试件的吸水率和显气孔率却有所降低 ，其中掺加锯末粒径为 0.3 mm0.6 mm 的试件的吸水率为 29.36 %，显气孔率为 42.04 %，体积密度为 1.37 g/cm3，掺加锯末粒径为 0.15 mm0.3 mm 的试件体积密度最低 ，仅为 1.32 g/cm3。图 5 锯末粒径对试件显气孔率 、体积密度影响图 6 为锯末
13、粒径对制品抗压强度影响 ， 由图可知 ， 掺加锯末粒径 0.15 mm，0.15 mm 0.3 mm，0.3 mm 0.6 mm 试件的抗压强度分别为 8.2 MPa、12.3 MPa、10.5 MPa，相对于粉煤灰页岩烧结制品空白试件的抗压强度损失率为 56.7%70.9%。3.3 微观结构图 7 所示为试件的 SEM 图片 ， 由图 7-a 可知 ，粉煤灰页岩烧结制品空白试件中粉煤灰玻璃微珠已开始熔融 ，试件中出现大量液相 ，颗粒间连接紧密 ，孔洞较少 ； 而图 7-b，7-c，7-d 中产生的液相量相对较少 ，颗粒之间连接相对松散 ，孔洞增多 ，其中锯末掺量为 10 %，粒径为 0.15
14、 mm0.3 mm 的试件存在孔径为10m30m 的孔洞 。 因此 ，锯末造孔剂的掺入使得试件微观结构疏松 、多孔 ，与掺入锯末造孔剂后试件显气孔率和吸水率增大 ，体积密度和抗压强度减小规律相一致 。图 6 锯末粒径对试件抗压强度影响图 7 试件的 SEM 图片a-粉煤灰页岩烧结制品空白试件 ；b-锯末掺量 5%， 粒径0.15 mm 0.3 mm 试件 ；c-锯末掺量 10 %， 粒径 0.15 mm 0.3 mm 试件 ；d-锯末掺量 10%，粒径 0.3 mm0.6 mm 试件4 结论锯末造孔剂的掺入对试件的尺寸收缩率有较好的抑制作用 ，但随掺量和粒径的变化不明显 ；试件质量损失率随锯末
15、掺量的增加几乎呈现出线性增加的趋势 ，但却随着锯末粒径的增加而略有降低 。锯末造孔剂的掺入使试件的显气孔率和吸水率显著增加 ，体积密度降低 ；随着锯末掺量的增加 ，试件的显气孔率和吸水率不断增加 ， 但增幅有所减少 ；随着锯末粒径增加 ， 试件的吸水率和显气孔率有所降低 ，但体积密度和抗压强度变化规律不明显 ；锯末掺研 究 探 讨172010 年第 7 期www.brick- 2010Brick & Tile研 究 探 讨挤出成型工艺生产拜耳赤泥烧结砖研究张乃从1高遇事1刘恒波1田元江2（1.贵州省建筑材料科学研究设计院 ，贵州 贵阳 550007；2.中科院地球化学研究所 ，贵州 贵阳 55
16、0002）中图分类号 ：TU522.09 文献标识码 ：A 文章编号 ：1001-6945（2010）07-0018-031 概述赤泥大宗利用一直是个技术难题 ，寻找赤泥的大宗利用技术 ，一定得与量大面广的行业相联系 ，烧结墙体材料行业就是这样一个行业 。 从烧结材料行业本身来说 ，由于所使用的原料主要为粘土和页岩 ，都是不可再生资源 ， 这些资源的使用会毁坏大量耕地 ，而我国人多地少的矛盾本来就非常突出 ，因此国家政策已明令禁止生产和使用粘土砖 ，页岩实心砖也将被逐步取缔 ，烧结墙体材料行业的发展方向是大量利用废渣作为原料来生产其产品 。中铝贵州分公司每年约排放赤泥 100 万 t， 其中8
17、0%为拜尔法赤泥 。烧结法赤泥作为筑坝材料基本可以全部利用 ，而拜尔法赤泥堆存于坝中 ，不仅占用大量的堆存场地 ，而且其中碱含量高达 5 %，每年会有大量的碱随拜尔法赤泥排出 ，对环境造成威胁 。赤泥的主要化学成分 Al2O3、CaO 、SiO2、Fe2O3、TiO2等 ， 这些都是生产烧结墙材制品的主要化学成分 ， 只是各种成分的比例与烧结墙体材料有些出入 ，同时拜耳法赤泥还具有少量塑性 ， 可以掺入其他原料 ，使赤泥混合料性能达到烧结墙体材料行业挤出成型工艺要求 ， 利用拜耳法赤泥生产烧结墙体材料 ，具有很大的可行性 。2 配方设计及试验塑性挤出成型一般要求挤出料塑性指数最低为7，拜尔法赤
18、泥塑性指数仅 3.5，不能满足塑性挤出成型要求 。为改善赤泥的塑性 ， 研究小组用页岩作为增塑剂 ，分别添加 10%，15%，20 %，25%，30 %，测试混合料的塑性指数和其他工艺参数 ，见表 1，并分别测定了混合料的塑性指数 、干燥敏感性系数 、干燥收缩 、烧成收缩等工艺指标 。3 配合料工艺性能研究塑性指数随页岩掺入量而增大 ，初期最明显 ，如图 1。由图 1 可见 ，在拜尔法赤泥中掺入 20 %的页岩 ，即可量为 10 %， 粒径为 0.15 mm 0.3 mm 的试件的吸水率 、显气孔率 ，体积密度和抗压强度分别为 32.22 %、42.43%、1.32 g/cm3和 12.3MP
19、a。SEM 分析表明 ，锯末造孔剂的掺入使得试件微观结构疏松 、多孔 ；锯末掺量为 10 %，粒径为 0.15 mm 0.3 mm 的试件存在孔径为 10 m30 m 的孔洞 。参考文献 ：1 陈亚芹 ,王苏颖 ,狄洪发 .住宅窗户的节能研究 J.太阳能学报 ，2006，25（1）.2 李建珍 .论新型墙体材料的发展 J.科技情报开发与经济 ，2007，17(15).3 蔡祖光 .粉煤灰在墙材制品中的应用 J.砖瓦 ,2007（8）.4 徐海涛 ,张长森等 .烧结保温砖的成孔剂研究进展J.砖瓦 ，2008（4）.5 于漧 ,朱青 .生产烧结微孔空心砌块 (砖 )造孔物料的研究 J.房材与应用 ,1998（1）.6 马保国 ,穆松 ,王耀城等 .锯末燃烧特性对烧结多孔材料工艺性能的影响 J.武汉理工大学学报 ，2009（2）.7 伍洪标 .无机非金属材料实验 M.北京 :化学工业出版社 ，2002.收稿日期 ：2010-06-1118
