自燃煤矸石混凝土小砌块的生产与应用.pdf

2 0 ∞年第2 期建筑砌块与砌块建筑总第1 2 2 期 自燃煤矸石混凝土小砌块的生产与应用 邓玉玲，沈玄，鞠栋岳 辽宁省建设科学研究院，辽宁沈阳1 1 0 0 0 5 【中图分类号】T u 5 2 2 ．3 【文献标识码】B 【文章编号】1 0 0 3 5 2 7 3 2 0 0 3 0 2 一o 0 0 2 8 一0 2 在我国，固体废弃物中排量和积存量最多的是 煤矸石 尾矿粉除外 。据有些资料报道，我国历年 积存的煤矸石估计超过3 0 亿t ，年利用率仅为年排 量的2 0 ％左右。因地制宜利用煤矸石生产新型建 材，符合我国发展新型墙体材料“坚持节能、节 土、节水，充分利用各种废弃物，保护生态环境， 贯彻可持续发展战略”的原则。 上世纪七、八十年代，辽宁、山西、河南等地 对利用自燃煤矸石生产混凝土小砌块 以下简称煤 矸石砌块 作了大量的研究与推广应用工作，并取 得了显著效果。焦作是我国最早、大规模利用煤矸 石生产砌块的城市，1 9 7 4 ～1 9 8 3 年生产砌块8 万 m 3 ，利用煤矸石1 0 余万t ，节地8 0 余亩，竣工3 0 万m 2 建筑。 本文所述的煤矸石砌块是指将自燃煤矸石破碎 筛分成集料，代替砂、石与胶结料配制成的混凝土 小型空心砌块。 l 自燃煤矸石轻集料 堆积的煤矸石在一定的条件下自行燃烧形成陶 红色的自燃煤矸石。与煤矸石相比，自燃煤矸石的 含碳量大大降低，二氧化硅和三氧化铝的含量较高 可达7 5 ％以上 ，且多以无定形形态存在，具有 一定的火山灰活性。我国大约有3 0 ％的矸石山已 自燃，因此充分利用自燃煤矸石的性能生产建筑材 料，变废为宝，具有极显著的经济技术效益和环境 效益。 长期研究及多年实践应用证明，自燃煤矸石经 破碎作集料配制成混凝土性能良好，能满足有关技 术标准的要求。国家标准轻集料及其试验方法 中已将自燃煤矸石列为轻集料品种之一。自燃煤矸 石密度等级稍高，一般为9 0 0 1 1 0 0 妇／m 3 仍属轻 集料范畴 ，用其配制的白燃煤矸石混凝土的密度 比普通混凝土约低四分之一左右。自燃煤矸石轻集 料筒压强度较高，吸水率较低。由于煤的品质不 同、煤矸石燃烧完全程度不同等原因，三氧化硫含 量差别很大，有的自燃煤矸石三氧化硫含量达6 ％ 以上，这样的矸石就不能配制混凝土。此外还应注 意有的矸石属风化矸石，且筒压强度很低，耐久性 差，也不得用作集料。现将阜新高德矿及本溪彩屯 矿排矸场的自燃煤矸石化学成分与物理化学性能列 于表l 、表2 。 表1阜新自燃煤矸石主要化学成分 试样产地烧失量S i 0 2A 1 2 0 ，F e 2 0 3C a O M g O S O ， 高德矿 0 ．7 9 6 0 ．1 6】65 66 ．2 63 ．6 33 ．4 0O8 0 在此还要说明自燃煤矸石破碎、筛分的同 时，产生一定的矸石粉，这些矸石粉具有一定的火 山灰活性，是良好的混凝土矿物外加剂。 2 煤矸石砌块物理力学性能 由于自燃煤矸石轻集料性能好，可用其配制 c L l 0 一c L 4 0 混凝土。用自燃煤矸石生产混凝土小 砌块已有三十多年的历史，砌块技术性能良好。现 表2阜新自燃煤矸石主要物理化学成分 密度等级 筒压强度 软化 煮沸质量损失烧失量S O ，含泥量 吸水率 有机物 项目 k g ／m 3 M P a 系数 ％ ％ ％1f ％1 ％1含量 标准规定 ≤1 1 0 0≥4 ．0≥08≤5≤5≤1 ．O≤3≤1 0 彩屯矿 1 0 0 05 ．1O ．92 ．92 ．1O6 11 ．29O 合格 高德矿 1 1 0 06 ．00 ．9 42 ．31 ．70 ．7 51 ．087 合格 万方数据 加0 3 年第2 期建筑砌块与砌块建筑总第1 2 2 期 将设计强度等级为M u 7 ．5 煤矸石砌块的物理力学 性能列表3 。该产品可用于建筑物外承重墙，胶结料 采用3 2 ．5 ’矿渣硅酸盐水泥，矿物外加剂为本钢发电 表3煤矸石混凝土小砌块物理力学性能 项目标准规定检测结果 干表观密度 k g ／m3 1 2 l O ～1 4 0 01 3 0 0 抗压强度平均值 M P a ≥7 ．59 ．2 抗压强度最小值 M P a ≥6 ．079 吸水率 ％ ≯2 29 ．6 相对含水率 ％ ≯4 03 23 软化系数 07 50 ．8 8 碳化系数 O80 ．8 5 F 1 5 冻融质量损失 ％ ≤50 ．9 F 1 5 冻融强度损失 ％ ≤2 57 厂原状粉煤灰 烧失量为9 ．6 4 ％、s O ，含量O ．6 8 ％、 细度1 6 ．1 ％ ，自燃煤矸石取自本溪彩屯矿，粒径 小于1 5 m m 自然级配 。 在实际生产中，应根据设计强度的要求以及自 燃煤矸石轻集料的性能，因地制宜选择所用的原材 料，经过试配得到合理的配合比。对强度等级要求 较高的砌块，细集料应采用普通砂；当有沸腾炉 渣、炉底渣等工业废渣时，也可与自燃煤矸石轻集 料混合使用。 辽宁省建设科学研究院在2 0 世纪8 0 年代，对 自燃煤矸石小砌块和砌体作了大量系统的试验，为 砌块建筑设计提供了可靠的依据。1 9 8 2 年辽宁省 建设科学研究院与本溪市房产局协作，建成 1 8 0 0 m 2 六层煤矸石混凝土小砌块住宅建筑，1 9 8 5 年建成两幢外墙为自燃煤矸石小砌块承重的十层住 宅，以后相继建有十余幢八层以上砌块建筑和大量 多层建筑。经十余年使用后，回访调研认为，1 9 8 5 年建成的十层煤矸石砌块住宅建筑结构仍然良好， 使用安全。 3 煤矸石砌块节能型建筑 8 0 年代初期，我国尚未提出建筑节能的要求 及指标，辽宁省建设科学研究院研制用规格为 3 9 0 2 9 0 1 9 0 m m 的三排7 L 煤矸石砌块作外墙承 重用，对其热阻实测为1 ．0 7 8 1 ．3 5 4 m 2 K ／w ， 高于4 9 0 粘土砖墙热阻值。住宅建成后，在同样采 暖条件下，该住宅比当时本溪传统采用的3 7 0 m m 厚粘土砖墙住宅室温提高2 ℃。 表4 双排孔砌块主要尺寸参数 外型尺寸空心率实方体积每块重量 块型 f m m l f ％ m 3 1 k g I3 9 0 1 9 0 1 9 03 7 ．30 ．0 0 8 81 6 ．7 Ⅱ3 9 0 1 9 0 x 1 9 03 9 ．70 ，0 0 8 51 6 ．2 Ⅲ3 9 0 1 9 0 1 9 04 5 ．300 0 7 71 46 Ⅳ3 9 0 1 9 0 1 9 04 5 ．3O ．0 0 7 71 4 ．6 注篚方体积和立方块数均为00 1 4 l d 和7 1 块。 当建设部提出第一步节能3 0 ％的要求时，我 们采用规格为3 9 0 1 9 0 1 9 0 m m 的双排孔煤矸石 砌块 见表4 作承重外墙，采用一顺一顶的砌法。 顺方向用两排砌块复合，无构造柱处用块型I ，有 构造柱处用块型Ⅲ 有方孔 ，外墙总厚为3 9 0 m m 不含抹灰 。在无构造柱处形成四排孔，由于空气 层的增多，对保温性能的提高是很有利的。顶方向 采用块型Ⅱ和Ⅳ，块型Ⅳ专用于构造柱处。在无构 造柱处仍形成四排孔，提高了外墙的保温效果，而 且顺、顶方向的上下砌块能保证孔对孔和肋对肋， 并使两排砌块有很好的拉结，保证外墙整体的稳 固，并有较好的力学性能。 上述煤矸石砌块建筑冬季热工实测情况如下 ①被测建筑物基本情况 小砌块由本溪新型建材总厂生产，首次应用于 本溪北地小区节能住宅建筑工程，总建筑面积为 2 1 3 5 7m 2 。该节能住宅小区，除墙体全部采用上述 煤矸石小砌块外，其它部位也采取一定的保温措 施。如屋面保温层采用密度为2 0 0 妇／m 3 、厚为 1 3 0 m m 的加气混凝土砌块；窗采用双层铝合金推 拉窗；户门为“三防门”；但楼梯问入口处未设门。 ②测试结果 该住宅平均传热系数为1 ．0 3 w ／m 2 K ，东西向 单元节能率3 0 ．9 ％，南北向单元节能率3 7 ．1 ％。耗 热量指标分别为2 5 ．9 5 和2 4 ．5 8 w ／m 2 ，达到了预期 的节能效果。 中国建筑东北设计院于1 9 8 4 年建成煤矸石砌 块复合墙体节能试验住宅楼，外墙内层采用厚 1 9 0 m m 的煤矸石砌块，外层采用9 0 m m 厚煤矸石 劈裂饰面块，中间复合5 0 m m 厚岩棉板。该住宅取 得了显著的节能效果，经测试复合墙体平均总热阻 达到1 ．8 3 m 2 K ／w ，热流量0 ．5 5 ，达到沈阳地区 节能5 0 ％的要求。 另外，根据计算，若用煤矸石砌块规格为标准 万方数据 2 0 们年第2 期建筑砌块与砌块建筑总第1 2 2 期 高钙粉煤灰混凝土承重空心砌块的研制 魏铁军，赵继军 锦州热电总公司灰渣利用工业公司，辽宁锦州1 2 1 0 0 0 【中图分类号】T u 5 2 2 ．3 【文献标识码】B 【文章编号】1 0 0 3 5 2 7 3 2 0 0 3 0 2 一0 0 3 0 0 2 1 概述 粒径为5 ～1 0 m m ；生石灰为中速石灰，有一定的 锦州热电总公司现有9 炉4 机，从2 0 0 2 年开 始根据锦州市的供暖需求和锦州热电总公司的“十 五”规划，开始增上两台1 1 6 M w 循环流化床热水 锅炉的建设。工程完工后，可使总公司的供暖能力 达到1 0 0 0 万m 2 。届时，旋风炉和循环流化床炉两 种锅炉年排灰渣可达1 5 万t 。而目前总公司下属 的灰渣利用工业公司 以下简称灰渣公司 仅有一条 年产2 万m 3 加气混凝土砌块生产线，年可利用粉 煤灰o ．5 万t ；一条年产2 0 0 0 万块蒸压灰渣砖生 产线，可吃掉0 ．6 万t 粉煤灰、2 ．4 万t 液态渣。 锦州市是】7 0 个在2 0 0 3 年6 月3 0 日起限时 “禁实”城市之一。为了适应墙体材料改革的需 要，保证锦州市禁用实心粘土砖后有充足的新型墙 体材料，同时也为了调整灰渣公司的产品结构，提 高灰渣资源的利用率，总公司为灰渣公司增加投资 5 0 0 万元，对原有的蒸压灰渣砖生产线进行了改 造，新上一条年产5 万m 3 的粉煤灰混凝土空心砌 块生产线。经过8 个月的土建施工、设备安装、设 备调试及试生产，现已正式投产，可生产强度为 M uJ 0 ．0 的粉煤灰混凝土承重空心砌块。 2 原材料 原材料采用立式旋风炉所排增钙粉煤灰、增钙 液态渣，以及瓜子石、3 2 ．5 ’矿渣硅酸盐水泥为主 料，生石灰等为激发剂。灰渣成分见表1 。瓜子石 块作外墙承重，建筑节能采用外墙外保温作法，粘贴 6 0 m m 厚聚苯板，平均外墙热阻达到1 ．5 0 m 2 K ／w 以上，能满足沈阳地区建筑节能5 0 ％的要求。 4 结语 自燃煤矸石混凝土小型空心砌块具有良好的物 3 0 表l增钙灰、液态渣化学成分表 ％ 成分 s i O ， A 1 2 0 3F e 2 0 ， C a OM g oS O ， 烧失量 增钙灰4 50 42 0 5 377 41 7 ．8 41 ．8 3l7 23 ．3 8 增钙渣4 8 ．5 82 05 358 02 02 2l 1 0 消解温度，细度为O ．0 8 m m 方孔筛筛余量1 0 ％～ 1 5 ％，有效c a O 含量为5 0 ％～6 0 ％。 3 配合比 粉煤灰1 5 ％，液态渣5 0 ％，水泥1 5 ％，瓜子石 1 5 ％，生石灰5 ％。 4 工艺路线 ①旋风炉增钙粉煤灰是我国2 0 世纪8 0 年代初 期推广的产品，锦州热电总公司是国内较早采用这 种炉型的厂家。这种锅炉排放的灰渣比较特殊，含 有较多的游离氧化钙，而这种物质，恰好是建筑材 料行业最有害、最讨厌的物质。由于我们公司有 l o 余年的增钙灰渣综合利用的实践经验，因此在 工艺选型及控制上，处于主导地位，主要意见都是 我们提出的。 ②一次配料的计量装置是对原有蒸压砖的计量 装置进行改造，采用辽宁省生产的冲板流量计，材 料称量误差率为2 ％。 ③为了彻底地消解游离氧化钙，也为了满足冬 理力学性能，其各项指标均能符合G B l 5 2 2 9 1 9 9 4 轻集料混凝土小型空心砌块国家标准要求，可 以在建筑上作承重墙体及保温墙体用，技术经济效 果非常显著。煤矸石砌块建筑具有很好的发展前 景．应大力推广使用。 万方数据