维普资讯 http://www.cqvip.com 第３Ｏ卷第３期 ２００７年５月 非金属矿 Ｎ０１１．Ｍｅｔａｆｌｉｃ Ｍｊｌｉｅｓ Ｖｏｌ＿３ＯＮＯ．３ Ｍａｙ．２００７ 利用红砂岩和粉煤灰制备烧结砖的研究术 郝成伟 吴伯麟 杨云涛 吴文辉 张静雅 安 ２３７０ｌ２） ． （１ 桂林工学院有色金属材料及其加工新技术教育部重点实验室，广西桂林 ５４ ｌ ００４；２ 皖西学院城市建设与环境系，安徽六 摘 要 以红砂岩和粉煤灰为主要原料制备烧结砖，研究红砂岩的物相组成、生产工艺条件以及烧结温度对烧结砖物理性能的影响 结果表明：在ｌ０８０℃烧结ｌ ５ｈ．烧制的砖体物理，性能为最佳．表观密度为ｌ ５２０ｋｑ／ｍ ．抗压强度为ｌ７．２５ＭＰａ．达到烧结普通砖的国家标准． 关键词红砂岩粉煤灰烧结砖墙体材料 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓ ｉｎｔｅｒｉｎｇ Ｂｒｉｃｋ ｆｒｏｍ Ｒｅｄ Ｓａｎｄｓｔｏｎｅ ａｎｄ Ｆｌｙ Ａｓｈ Ｈａｏ Ｃｈｅｎｇｗｅｉ Ｗｕ Ｂｏｌｉｎ Ｙａｎｇ Ｙｕｎｔａｏ Ｗｕ Ｗｅｎｈｕｉ Ｚｈａｎｇ Ｊｉｎｇｙａ （Ｉ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｎｅｗ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ．Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ， Ｇｕａｎｇｘｉ ５４１００４；２ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ’Ｃｉｔｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ＂Ｗｅｓｔ Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．ＬＵ’ａｎ，Ａｎｈｕｉ ２３７０Ｉ２１ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｏｒｍ ｏｆ ｒｅｄ ｓａｎｄｓｔｏｎｅ，ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｐｒｅｐａｒｉｎｇ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｂｒｉｃｋ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｒｅｄ ｓａｎｄｓｔｏｎｅ ｗｉｔｈ ｆｌｙ ａｓｈ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ，ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ａｔ １ ０８０＊Ｃ ａｎｄ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｔｉｍｅ ｉｓ Ｉ ５ｈ，ｔｈｅ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｂｒｉｃｋ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｐｐａｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ ｂｅｉｎｇ Ｉ５２０ ｋｇ／ｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｂｅｉｎｇ Ｉ ７．２５ＭＰａ，ｗｈｉｃｈ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｏｆ ｓｍｔｅｒｉｎｇ ｂｒｉｃｋｓ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｒｅｄ ｓａｎｄｓｔｏｎｅ ｆｌｙ ａｓｈ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｂｒｉｃｋ ｗａｌｌ ｍａｔｅｒｉａｌ 广西道路工程建设中如金秀等地，地处红砂 岩地区。已有公路路堤工程实践表明，红砂岩的天 然强度低，遇水易崩解破碎和强度软化，出现路基 Ｆｅ２Ｏ３，１．３２；ＭｇＯ，２．５２；ＳＯ３，３．６２；其他， ７．７５；烧失量，ｌ０＿３５。 １．２红砂岩 试验采用桂柳高速公路料场的红 砂岩，用铁锤敲碎后，细度为０．０８０ｍｍ方孔筛 筛余７０．５％。取代表性的红砂岩试样，用荷兰 ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ公司Ｘ’Ｐｅｒｔ ＰＲＯ型ｘ－射线衍射仪（ＸＲＤ） 进行分析，结果见图ｌ。按ｘＲＤ的标准图谱分 析，其主要成分为ＳｉＯ ，次为Ａ１：Ｏ，，并伴有少量 Ｆｅ：Ｏ。、ＣａＯ等。红砂岩的主要化学成分（％）为： ＳｉＯ２，７６．２５；ＡＩ ２Ｏ３，８．５６；ＣａＯ，６．２５；Ｆｅ２Ｏ３， 沉陷病害的情况特多，是一种不良的填筑路基材 料，尤其在山区公路建设中大量存在。因此，在道 路工程建设路边，常有堆积的红砂岩料场，急需处 理［Ｉ叫１．另一方面，国内外的墙体材料工业迅猛发 展，烧结黏土砖消耗了大量的土地资源，国家经 贸委己下文，决定在２００５￣２０ ｌ ０年在城市建筑中淘 汰实心黏土砖【５ ；同时，我国电力工业年耗煤５亿 ｔ，排放灰渣高达１．５亿ｔ，粉煤灰累计堆存量已高达 ｌ２．５亿ｔ，严重污染环境，且占用大量土地【６＇ 。 本研究利用红砂岩、粉煤灰，经合理配料及采 用合理的生产工艺制备承重烧结砖，目前国内外还 未见此类报道。本研究将有利于推动墙改，也有利 于公路建设，对于保护耕地、节能、利废、治理环 ３．８５；其他，５．０９；烧失量，ｌ２．５５。 ◆５ｉ０ ２ 》Ａ － △Ｃａ０ ： ’ｊ Ｆ ｅ２ｑ 噬 境污染、改进建筑功能等，都很有意义和显著的社 会经济效益。 １试验原材料 ； 冷 １ ０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ｊ ８０ ９０ ２０／（。） ｌ＿１ 粉煤灰桂林某发电厂提供的湿排灰，细度 １．３ 高岭土图ｌ红砂岩ＸＲＤ图谱 为０．０８０ｍｍ的方孔筛筛余５．５％，其主要化学成分 （％）为：ＳｉＯ２，５９．４３；ＡＩ２Ｏ３，ｌ８．１１；ＣａＯ，７．２５； 广西科学研究与技术开发计划（桂科￣ｇ０６３０００６．５）；广西区研究生 创新计划项目（２００６ｌ０５９６０８０５Ｍ０６） 一试验采用南宁市某镇的维罗球高岭 土，细度为０．０８０ｍｍ方孔筛筛余２％，可塑性指数 ２８，其ｓｉＯ２含量大于４５％、Ａ１２Ｏ３含量大于３０％。 ２砖体制备及其性能测试 ３７— 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３Ｏ卷第３期 非金属矿 ２００７年５月 ２．１ 原料配合比及其工艺流程 经实验室大量 正交试验后，确定原料的配合比（％）为：红砂岩 使粉煤灰和红砂岩的利用率增大。试验中陈化１ｈ 的目的，就是使原料水化均匀（水固比０－３０），并促 进物料的疏解细化，增加胶体的含量，从而有效提 高砖坯泥料的可塑性¨ ，利于手塑成型制得砖坯。 ３．３ 不同温度制度下烧结砖的性能分析试验采用 ５０～６０，粉煤灰３０－４０，高岭土１～５，水固比０、３０。 此配方均能达到烧结承重砖等级ＭＵ １ ５．０的标准。 该烧结砖的制备工艺，完全模仿工业化生产进行： 红砂岩研磨一配料一混料一搅拌一陈化一可塑成型 一千燥一焙烧一性能测试。 同样的原料配合比，在不同温度下制得的烧结砖的 性能分析，见表２。从表２中可看出，随烧结温度的 升高，烧结砖的吸水率持续下降；而其抗压强度则 持续增大。这是因为砖坯生料经手塑成型后，在 高温下烧结，坯体中气孔被排除，使得空隙不断 减少，从而使砖的吸水率下降，而抗压强度不断增 大。但在一定的温度范围内，如１２２０℃与１ｏ８ｏ￣ｃ￣ 得的砖的抗压强度和吸水率，则变化不大，且烧结 砖的颜色较深。这是因焙烧温度，是确定砖的抗压 强度、吸水率和耐久性的关键性工序之一。温度过 高过低、烧结时间的长短，都会出现欠火砖或过火 砖，不仅影响砖的抗压强度和吸水率，而且也会影 响其烧结砖的颜色和尺寸…’ 】。因此，在试验中采 先将红砂岩在球磨罐中研磨０．５ｈ后，按红砂 岩、粉煤灰、高岭土的配合比分别为５５％、４０％、 ５％，混料搅拌２０ｒａｉｎ，加入水固比为０．３０的水，再 搅拌０．５ｈ，泥料陈化１ ｈ，将泥料手塑成型制成砖 坯，在８０℃烘箱里烘干，放入硅钼炉在１０８０℃下烧 结１．５ｈ，得到烧结砖成品。 ２．２样品测试结果用塑性测试仪测试砖体的塑 性；采用浸泡法测试烧结砖的开口吸水率；用日本 岛津公司ＡＧ一２０ １电子万能试验机测试烧结砖的抗 压强度 】。上述配合比样品的性能测试结果，见表 １。 表１样＆Ｏｏ８ｏ℃下烧结）性能测试结果 砖坯可塑度 表ｇ．＆＇￣／Ｕ（ｋｙ／ｍ ） 抗压强度，ＭＰａ 吸水率／％ ０．Ｉ ５ Ｉ５２０ Ｉ７ ２５ ｌ０ ２３ 用ｌ０８０℃烧结１．５ｈ的焙烧制度，烧结砖的抗压强度 就能达到１ ７．２５ＭＰａ、表观密度为１ ５２０ ｋｇ／ｍ ，满足 ３生产工艺分析和讨论 ３．１ 红砂岩塑性改性分析砖坯可塑性是塑性成 ＧＢ／Ｔ５１０１—１９９１ 烧结普通砖》和ＪＣ２３９—７７ 粉煤 灰砖 中规定的ＭＵ１ ５．０级制品的技术指标，可作 为承重建筑墙体材料使用。 表２不同温度制得的烧结砖的性能 烧结温度／℃ 吸水率／％ 抗压强度／ＭＰａ ９６０ ｌ９．６２ ９ ８５ ｌ０００ Ｉ ５ ２８ １０．５２ １０４０ Ｉ２ ２７ Ｉ４ ２５ ｌ０８０ ｌ０．０５ Ｉ７．２５ ｌ２２０ ９ ５６ Ｉ７ ９６ 型工艺中最基本的工艺性能之一，其好坏直接影响 成型性能，进而影响生产效率和成品砖的质量。原 材料中红砂岩易风化、强度低，挖掘或爆破出来 后，在自然环境下即可崩解成碎土，甚至泥化，这 也是它易造成路基沉陷、导致路面开裂的主要原因 之一。本试验将红砂岩球磨改性，在球磨罐中球磨 Ｏ．５ｈ，其粒度达到０．０８０ｍｍ方孔筛筛余为５％，与粉 ４结语 １．红砂岩的主要成分为ＳｉＯ：，可塑性较差，应 对其改性。在球磨罐中球磨０．５ｈ，达到颗粒粒径 ０．０８０ｒａｍ方孔筛筛余５％，与粉煤灰以及适量高岭土 进行搅拌、陈化，使其成分混合均匀，利于可塑成 型制得砖坯。 ２．试验中，在１０８０℃烧结１．５ｈ，按配合比为红 煤灰、高岭土的粒径大小相符，级配良好，此时原 料的颗粒尺寸小，比表面积大，接触点多，受外力 变形后，形成新的接触点的机会就多；同时颗粒尺 寸小，其毛细管半径就小，当加入水后，毛细管力 就越大，从而使可塑度增大 】。为使制备烧结砖的 成本降低，又能保证坯料的可塑性，试验最佳球磨 时间为０．５ｈ。 砂岩５５％、粉煤灰４０％、高岭土５％、水固比０．３０， 能够制备出表观密度为１ ５２０ ／ｍ 、抗压强度为 １ ７．２５ＭＰａ的烧结承重砖，且质量达到了烧结普通砖 的国家标准。 参考文献 Ｉ李健，苏检来，候运秋．红砂岩筑路材料的工程性质ｔｅｇ［ｊ］公路交通 科技，１９９９，Ｉ ６（４）：５－７ ３．２ 搅拌和陈化在试验中将红砂岩与粉煤灰一 起搅拌，使其表面的玻璃微珠结构有一定程度的破 坏，有利于其活性的激发；同时为使砖坯的可塑性 增加，在原料中加入５％的高岭土，使其可塑度达 到Ｏ．１５。试验中发现：如加入过量水进行加热搅拌， 水分蒸发能使原料的活性明显增大，进而使砖坯可 塑度增到Ｏ．２Ｏ。此法也可相应减少高岭土的用量， 一２邓觐宁，赵明华红砂岩路堤填筑技术研究【Ｊ】ｌ公路，２００２（８）：８０￣８３ ３刘多文，熊承仁红砂岩的渐进崩解特性试验研究［Ｊ】．中外公路， ２００２，２２（６Ｊ：ｌ ９－－－２３ ４邓觐宇．高速公路红砂岩的路用性能研究 ．广西交通科技，２００３， ２８（４）：６７￣６９ ｆ下转第４】页） ３８— 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３０卷第３期 非金属矿 ２００７年５月 但原车间厂房需改动较大， 改造的时间较长，投资也将 增大。经综合比较，确定磁 选工艺不作改造，增加三级 重选，设备采用 ６００的垂 直螺旋溜槽，改进后的工艺 流程，见图２。 工艺改进后所获精砂 的化学成分（％）：ＳｉＯ：， ９７．９８；Ａ１，Ｏ ，１．１８；Ｆｅ，Ｏ ， ０．０９；ＣａＯ，０．１ １；ＭｇＯ， ０．０３；ＴｉＯ ０．０４；Ｉ．Ｌ，０．２０； 粗颗粒 重远 ｃ！！！！！ ＝—。＝＝—！！！！＝＝＝＝ Ｋ２Ｏ，０－３ １；Ｎａ２０，０．０１。 ５５ ：！！ＩＯ０ｌ ：塑Ｉ ０ Ｉ．３８ Ｊ ｌ ： ２４．７ ０ Ｉ墅：翌 ０ ２８ ４６ ４结语 尾砂 重选 １．在原工艺的基础上增 ０．６２ Ｉ ６．１９ Ｉ ｌ ８．７２Ｉ盯．１９ ６５ Ｏ０ ｌ ０．３３ Ｉ Ｉ ２３．６６ ０ ２８、１３ 加了三级重选后，精砂的质 ｆ ｆ 尾砂 重选 量明显提高，且非常稳定， ０．６３ Ｉ ６．一达到了生产优质浮法玻璃对 ２５ ｌ加－Ｉ ＼＼ －ｌ ８．０９Ｉ ８０．９４ ．Ｊ 硅质原料质量的要求。使用 尾砂 水力分级 工艺改进后获得的硅砂，熔 化质量得到改善，玻璃的表 面质量提高，夹杂物、线道 减少，５ｍｍ厚的透光率达 一 到８８．８７％。产品竞争力提 高，市场份额扩大，经济效 益大为提高。 ２．采用垂直螺旋溜槽作 为重选设备，对分选硅质原料中的钛铁矿等重金属 源与本项目相似，也希望本文对后续这些出口项目 矿物有明显效果，且工艺简单，投资少，设备本身 的开展能提供帮助。 不需动力，运行成本低。 主要参考文献 ３．我国福建、海南、广西等地的天然海相沉积 Ｉ ＪＣ／５２９－０４ 平板玻璃用硅质原料［『 砂储量丰富，目前的开采集中在品位高的区域，如 ２郑永林．袁继祖，等．非金属矿加工技术与应用手册【Ｍ】．北京：冶金 何对大量品位较低的硅砂进行开采和利用，希望本 工业出版社．２００５ 文能提供参考。另外，近几年来我国陆续有一批出 ３张碧栋玻璃配合料ｌＭ】．北京：建材工业出版社，Ｉ９９２ 口东南亚的玻璃工程项目，这些国家的硅质原料资 收稿日期：２００６－Ｉｌ－Ｏ２ ｆ上接第３８页） ９宋杰光，吴伯麟．石英砂改性及在制砖工业中的应用『ＪＪ非金属矿 ５墙体材料革新“十五 重点建设及政策措施【－『Ｊ＿中国经贸早刊． ２００５．２８（１）：１％２０ ２００ｌｆ２４）３７－３８ ｌｏ马保国，等蒸压电石渣粉煤灰砖的制备和性能【Ｊ】．武汉理工大学学 ６李光复 发展高掺量粉煤灰烧结普通砖…新型建筑材料、２００３ ｆ７）： 报、２００６，２８（２）：２０～２２ ２７～２８ Ｉｌ候旭明工程材料及成型工艺ＩＭ］．北京：化学工业出版社，２００３ ７胡明玉，丁成平，李细保，等．湿排粉煤灰墙体材料的研制【Ｊ１＿新型建 ｌ ２陈志源，李启令．土木工程材料【Ｍ】．武汉：武汉理工大学出版社， 筑材料．２００６（３）：３卜３３ ２００３ ８周永强，吴泽，孙国忠，等．无机非金属材料专业实验【Ｍ】哈尔滨：哈 尔滨工业大学出版社，２００２ 收稿日期：２００７－０１－２６ —４ｌ一