烧结墙体材料抗泛霜技术的研究

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烧结墙体材料抗泛霜技术的研究
1前言
在我国，烧结墙体材料是基础设施建设中不可或缺的一种建筑材料，而且生产使用广泛。烧结墙体材料虽然极大地促进了社会的发展，但如果选用的原料或生产工艺不当，会带来其产品本身一定的问题。如易风化、易出现石灰爆裂的易泛霜现象。其中泛霜作为一种破坏性强、存在范围广的破坏形式，一直备受重视和研究。泛霜是指烧结制品表面粉末状、薄膜状的盐沉积。泛霜严重地影响着制品的内在和外观质量，轻者会影响建筑物外观，重者会导致砖表面层层剥落、砖体结构松散、缩短建筑寿命。国内外学者对其越来越重视，并且也做了一定量的研究。如陈宝海利用石黑尾矿制备石黑尾矿烧结砖，烧结砖除泛霜外，其它性能符合GB5101-2003.研究证明，烧结砖的泛霜物质主要为钙镁硫酸盐（CaSO4、MgSO4）和钙镁碳酸盐（CaCO3、MgCO3）。烧结制品泛霜与制品原料矿物组成，孔隙率等因素有密切关系。目前，抑制烧结砖泛霜的主要途径有控制原料中含硫量，控制原料细度，在原料中加入外加剂等。本文深入探究烧结墙体材料的抗泛霜技术，包括密实化和固化技术等，通过控制页岩烧结时的原材料粒径，燃料的种类、粒径及掺量，来研究页岩烧结砖泛霜的影响因素及规律，从而减少泛霜发生概率。为烧结墙体材料的抗泛霜技术提供正确的知道指导方向。2  原料及试验方法2.1  原料本次实验所选用的页岩来自湖北宜昌，为自然晾晒后的块状物质，将其放置于105℃+或-2℃烘箱中烘干至恒重，后经粉磨筛分为2.36mm、1.18mm、0.6mm0.3mm、0.15mm和<0.15mm六种粒径的页岩。其页岩的矿物分析如图1所示，由图可知页岩中含有较多的石英、云母和长石类矿物质。其化学成分如表1所示，由表可知，页岩中含有较多的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃，另外还有一定量的CaO、K₂O、MgO等碱性物质。实验用秸秆和锯末来源于湖北宜昌，由粉碎机磨碎、过筛，秸秆粒径分为0.15mm~0.3mm之间，锯末取0.15mm~0.3mm之间的粉末，秸秆和锯末在70℃干燥24h后备用，其主要组成成分如表2所示。表2秸秆和锯末的成分分析项目水分%固定碳%挥发分%灰分%密度/g. cm3热值/MJ*kg-1秸秆7.2315.6868.5415.780.14617.23锯末6.9816.4879.83.720.16818.04原料SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃CaOMgOK₂OTiO₂SO₃othersloss页岩61.5517.626.60.412.333.760.820.030.955.932.2 试验方法将粉料混合并搅拌均匀，加入12%~15%（干基含水率）的水造粒，将混合好的湿料置于温度为20℃+或-1℃，相对湿度为100­­­%的养护室中进行陈化72h。陈化好的粉料采用半干压法成型试块，成型压力按方案设定进行设置，保压时间为30s，将成型后的坯体在空气中自然干燥48h后，置于鼓风电热干燥箱中在105℃+或-1℃下干燥24h。将试件均匀分散在ECFT-55-13型高温电炉中进行烧结，控制不同的烧结温度和保温时间，烧结完成后随炉冷却记得到成品。烧结好的试块进行泛霜实验。先将试样表面清洗，然后置于105℃+或-5℃鼓风干燥箱中干燥24h，取出冷却至常温。将试样顶面或有孔洞的面朝上分别置于浅盘中，往浅盘中注入蒸馏水，水面高度不应低于20mm，用透明材料覆盖在浅盘上，并将试样暴露在外面，记录时间。试样浸在盘中的时间7d，试验开始22d内经常加水以保持盘内水面高度，以后则保持浸在水中即可。试验过程中要求环境温度16℃~32℃，，相对湿度35%~60%.试验7d后取出试样，在同样的环境条件下放置4d。然后在105℃+或-5℃鼓风干燥箱中干燥至恒量。取出冷却至常温。记录干燥后的泛霜程度。3  试验结果与分析3.1  页岩粒径对泛霜的影响本次实验选用了不同粒径的页岩，在一定条件下制备墙体材料，得到其吸水率、显气孔率、体积密度和泛霜量的变化规律，如图2 所示。

如图2（a）可知：当页岩粒径由R<0.15mm增至R=2.36mm时，试件的吸水率、显气孔率变化规律基本上一致，均略有增大，但增大幅度不大，分别由13.61&、25.74%增至16.71%、28.62%。而随着页岩粒径的增大，试件的体积密度逐渐降低，由1.89g/cm3降至1.72g/ cm3， 特别是当粒径大于0.6mm之后，体积密度急剧下降，说明试件中的堆积紧密性急剧下降。对比不同粒径泛霜量几乎为0，而随着页岩粒径的增加，页岩砖表面的泛霜量逐渐增加，且当R=2.36mm时，泛霜量为0.0481%，达到中等泛霜程度。说明页岩烧结砖的泛霜程度随着页岩粒径的增加而增大。综合图2可知，烧结墙体材料的泛霜量受试样的孔隙率影响较大，孔隙率越大，烧结材料的泛霜量越多，这是因为依据泛霜形成的机理，砖制品中的可溶性盐被水分经空隙带至砖表面，水分蒸发，可溶性盐结晶沉积而成。从其形成过程看，砖中的孔隙，尤其是开口孔隙是可溶性盐迁移至砖表面的通道，因而孔隙率越大，泛霜量越多。3.2  坯体压强对泛霜的影响不同坯体压强对页岩砖泛霜量的影响如图3所示。由图可以看出，随着制砖压强的增加，页岩砖的泛霜量逐渐增加，这主要是由于在坯体成型的过程中，压强的作用主要使得颗粒间距离减小，机械咬合力增大，可以使得物料颗粒间更加密实，接触面积更大。当进行到烧结过程时，由于物料颗粒之间的接触面积增大，相互作用力更大，因而更容易产生熔融液相，随着熔融液相的增多，就形成更多的封闭型孔隙，甚至能使碱性物质形成固相结合，从而泛霜量降低。

3.3  温度制度对泛霜的影响3.3.1  烧结温度对泛霜的影响图4所反映的是烧结温度对试块显气孔率（a）和泛霜量（b）的影响，由图4（a）中可以看出，在750℃~850℃之间，随着温度的升高，其显气孔率基本保持不变，在850℃~950℃时，显气孔率随着温度的升高而显著降低，这主要是由于温度较低时，物料坯料颗粒之间进行的是固相烧结，相互之间没有较多的液相产生，因而显气孔率变化不大，但随着烧结温度的升高，坯料颗粒之间开始进行液相烧结，即开始产生较多的液相物质，填充或阻隔了原有的显气孔，从而造成显气孔率显著降低。

3.3.2  烧结保温时间对泛霜的影响图5反应是烧结保温时间对试块显气孔率（a）和泛霜量（b）的规律，由图5（a）可以看出随着烧结保温时间时间的延长，烧结试块的显气孔率急剧降低，但当保温时间达到7h后，显气孔率基本保持不变。

这时由于随着保温时间越长，物相之间进行的反映酒会越久从而生成液相就越多，但当烧结保温时间达到一定限度时，坯体中的液相能够对固体颗粒形成足够包裹，但同时由于进行液相反应是物料之间进行了复杂的物理化学反应而生成一定的气体，两者在到达一定保温时间便达到平衡。从由图5（b）我们也可以看出类似规律，这时由于显气孔直接影响了泛霜过程进行。3.4  造孔剂对泛霜的影响3.4.1  锯末对泛霜的影响图6反应的是吸水率、显气孔率、体积密度（a）和泛霜量（b）的影响规律，由图6（a）可知随着锯末掺量的增加，烧结试样的体积密度急剧降低，并且吸水率和显气孔率随锯末掺量的增加而增加，这时由于锯末作为造孔剂掺入，当到达一定温度，锯末燃烧从而生成孔隙，且锯末燃烧会生成一定量的气体形成孔隙，从而造成了体积密度的急剧降低，且吸水率和显气孔率升高，由图6（b）图可以看出，由于显气孔率的升高，锯末燃烧后含有大量的Na+、K+离子，在遇水后可与坯体中的CI-、SO4-2等离子发生一些列反应形成可溶性盐，因此试块的泛霜量显著提高。

图7反应的是秸秆对吸水率、显气孔率、体积密度（a）和泛霜量（b）的影响规律，由图7（a）可知随着加入的秸秆质量的增加，体积密度不断地减小，吸水率和显气孔率不断增加，特别是在秸秆比例达到25%以后，吸水率和显气孔率大小产生了明显的变化。说明了秸秆的加入对砖制品的孔结构有着很大的影响，特别是对显气孔率的增加，另一方面是由于秸秆秸秆这类植物纤维有机物中含有Na+、K+等金属离子，在遇水后与CI-、SO4-2等离子发生一些列反应形成可溶性盐，形成泛霜。   

3.4.3  碳酸钡对泛霜的影响 图8反应的BaCO3是吸水率、显气孔率、体积密度（a）和泛霜量（b）的影响规律，由图8（a）可知随着BaCO3的增加，体积密度的降低，但吸水率和显气孔率变化却不大，从图8（a）中可与看出，随着BaCO3的增加，烧结试块的泛霜质量逐渐降低，这是由于BaCO3能与CaSO4、MgSO4反应生成的BaSO4 、CaCO₃、 MgCO₃ 都不溶于水，也不可能产生泛霜，而且CaCO₃、 MgCO₃在772℃~712℃即砖的烧结温度之前，就已熔化与泥料中的硅生成不溶于水的硬质硅酸盐，因而可以在一定程度上抑制泛霜过程的发生。

4  结论通过以上研究，主要结论为：A.原料的粒径越小，坯体成型时压强越大，对烧成试样的泛霜抑制作用越强。B.通过适当升高烧结温度，适当延长烧结保温时间，能够形成足够多的液相阻隔或填充了原有的孔隙，从而阻隔可溶性盐在干湿循环中的析出过程，以达到降低泛霜程度。C.秸秆和锯末的掺入会提高页岩烧结砖的泛霜量。碳酸钡的掺入能有效减少页岩烧结砖的泛霜量。内容来源于百度