摘要：分析了影响粉煤灰蒸压砖质量变化因素，探讨了各类水化反应以及热合反应机理，从而筛选出符合工业化生产的参数及其变化规律，用以解决实际工业化工生产中粉煤灰蒸压砖产品质量问题。

1前言

   黄陵矿区粉煤灰正压制砖有限公司成立于2008年，属黄陵矿区循环经济产业规划中工业固废综合利用的关键企业。现有两条制砖和四条蒸养砖生产线，设计能力为年产1亿快标砖，现有产品为标砖、小盲孔、大盲孔三种产品，截至2012年10月底累计生产2300万块普通砖（折算量），消耗工业固废累计7万t。生产过程中主要存在的问题是产品质量稳定性差，这对产品的销售、推广应用造成较大影响，近几年通过持续不断的技术攻关，产品质量基本上达到MU系列国家标准中北方地区产品要求规定，受到用户好呢市场的普遍接受。创造了粉煤灰砖厂成立以来的最好成绩，为粉煤灰砖后期市场开拓创造了条件。

2主要存在问题

   粉煤灰砖强度满足不了MU系列国家标准要求（参照列宁省地方标准DB21/T1836-2010），经连续两年检测，其抗压强度一直维持在8MPa～13MPa左右，与粘土砖抗压强度不相上下，远远低于MU标准规定北方地区不低于抗压强度平均值f_cm≥15MPa标准的要求。

   抗折指标只能达到MU系列国家标准规定的50%左右，作为承重墙使用根本满足不了建筑设计结构要求，致使粉煤灰砖厂产品单一，只能生产小盲孔、大盲孔以及部分临建用普通砖，因其生产效率低、成型差、产品质量达不到规定的要求，无法满足社会市场对普通砖的需求。粉煤灰砖密实度差，吸水率高，盐析现象严重，抗冻融能力差，在矿区好多围墙建筑中出现外墙面剥落、墙面盐析现象严重影响了粉煤灰砖的市场形象。

   生产过程中添加物料多，生产过程中添加物料多，生产过程中各参数难以控制，致使每一批砖的质量相差较大，难以达到稳定、规模化、连续化工业生产，砖生产成本难以降低，与当地同类红砖相比很难形成价格优势。

3问题产生原因分析

   生产过程中采用了矸店二期锅炉蒸汽，其为循环流化床锅炉，炉内温度850℃～900℃左右，距离正常粉煤灰砖蒸养温度175℃相差较大。蒸汽压力偏低，蒸压釜表显压力上升极其缓慢，最高徘徊在0.7MPa左右；因蒸汽压力不够，蒸压釜密封气垫重启不足，存在大量蒸汽泄漏，在不断充气的同时从釜门不停泄漏蒸汽，蒸压釜蒸压力难以稳定。

   因循环流化床锅炉温度较低，粉煤灰、炉渣烧矢量较大，普遍在10%以上，最高可以达到15%，炉渣粒度10mm以上的颗粒在混合料中的比例达到10%以上，灰渣中可燃物、不稳定金属盐如镁、钾盐等对砖的强度、密实度、吸水率影响较大。

   混合料含水率偏低，混合料原水分为6%～8%，前期成型性差。在蒸压釜中热合、水化反应不够彻底，粉煤灰砖的主要强度物质托勃莫来石形成数量不够，质量不足，导致成品砖质量指标难以达标。

   混合料中颗粒级配不合理，特别是大颗粒（粒径8mm以上）物料含量较高，达到10%左右，该部分物料既影响砖的初始密实度，又会导致其吸水膨胀，还会因其分布的不均匀导致砖出现弱面，使其各项指标难以达标。

   外加物料河沙只起骨料作用，因其自身理化性质难以参与粉煤灰各项理化反应，对强度指标作用不大。加入磷石膏只能使前期水化和热合反应速度降低，部分反应在自然保养期结束后继续反应，导致砌块出现质量问题。

4对产品质量的影响原料和机理分析

   初次消除是混合料中CaO与水在热环境下生成Ca（OH）₂，Ca（OH）₂与混合料中的活性SiO₂、Al₂O₃等物质初步发生化学反应。影响粉煤灰蒸压砖强度的关键物质托勃莫来石主要在蒸压釜中的高温、高压情况下迅速反应生成，当温度、压力不满足要求时，托勃莫来石形成缓慢，数量不足，质量不稳，导致砖发酥易掉渣、强度低，表现为砖棱角不整，外观检测不合格。

   蒸养时间延长，效率降低，在生产中曾经发生过蒸汽温度110℃压力0.4MPa，蒸养时间由原来的12h延长至36h，标砖抗压5MPa，远小于要求的15MPa的抗压指标。

   成品率低，因初始反应速度慢，达不到砖坯初始强度要求，在相对湿度达到100时，砖坯吸水反应放热不够，砖坯中的水无法通过自身反应消耗，导致砖坯中水分增加，在坯架上直接塌落。

   因反应完成不彻底，自然养护期满后反应仍然继续进行，导致所砌墙体开裂、吸水率变大、盐析现象严重、冻融指数降低。

5解决办法

   针对以上存在问题，再结合托勃莫来石形成条件以及水化和热合反应机理，来讨论解决问题的最佳途径。

   解决蒸汽压力和温度问题，蒸压釜总管道考虑加装蒸汽泵，通过蒸汽泵将釜内蒸汽压力提升至0.7MPa～1.1MPa，釜内各点温度平均大于170℃，理论上加速水化和热合在蒸养阶段反应，经现场不同批次 进行测试，标砖抗压均可达到15MPa以上，蒸养后标砖质量基本维持在2.4kg～2.6kg，内部密实度好，凝胶材料分布明显均匀，产品外观平整度明显改善，砖体之间撞击发生清脆金属声，经在室外堆放一个雨季观察，盐析现象明显降低。

   调整标砖混合料水分，水分由原来的7%～8%调整为11%～13%，特别是在轮碾环节通过加水使混合料的水分增加2%～3%，即提高了砖的成型质量又为在高温高压饱和蒸汽压力环境下的提高热合、水化反应速度创造了理化条件。

   骨料级配进行调整，经过对原砖破坏断面分析，发现厚度1mm粒径8mm片状骨料占断面7%～10%，在砖的断面上形成弱面，导致砖的各项指标降低。在炉渣破碎环节加装10mm分级筛，使混合料中8mm以上片状骨料得到杜绝，延长轮碾机研料时间，彻底杜绝片状物料进入成品料仓，使2mm～5mm骨料在砖坯中的含量达到15%，以控制砖的密实度，使成品标砖质量基本上保持在2.5kg/块。

   调整原料配比，在炉渣质量许可的情况下（烧矢量小于8%），取消河沙配料。取消在原料中添加磷石膏，避免因磷石膏添加使部分消解发生在蒸养阶段而影响砖体质量。同时，防止在蒸压过程中石灰消化引起体积膨胀。提高混合料的可塑性便于成型。

   调整混合料在消解仓的消解时间，根据消解仓及环境温度将消解时间调整为1h～2h，使消解充分，避免在蒸压釜以及出釜自然反应期结束后的持续反应，降低墙体强度。

6结论

   经过以上方案调整后，混合料配比如表1。

表1   混合料配比

   在粉煤灰蒸压砖生产过程中，只有了解微观机理和反应条件，通过改善工艺和设备，形成有利于各类反应进行的工业化条件，使各类理化反应尽可能进行彻底，减少后期理化反应的进行，才能提高产品质量，降低生产成本，在增加自身效益的同时，使循环经济产业获得更好更快的发展。

山东巨野宏基窑炉有限公司

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