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1、2 0 0 3 年第 1 期 辽宁建材 1 7 利用高炉重矿渣及粉煤灰生产彩色混凝土瓦 周 志宏。陈勋，崔天生。张云波。任建衡。齐广和(1 辽宁省建筑材料科 学研究所，辽宁沈阳 1 1 0 0 3 2；2 本溪市山城水泥厂，辽宁本溪 1 1 7 0 1 9；3 乌鲁木齐市市政综合材料处，新疆乌鲁木齐 8 3 0 0 0 0)摘要 本文介绍以高炉重矿渣为集料，粉煤灰为掺合料，选用硅酸盐水泥为胶结材，配制混凝土生产高性能混凝土彩瓦，其工业废渣含量可达 7 0，充分满足国家免税的优惠待遇。该项技术能够生产高档的新型建筑装饰、防水、坡屋 面覆盖材料，为高炉重矿渣及粉煤灰等开发利用开辟了新途径。关键词
2、工业废渣；粉煤灰；高炉重矿渣混凝土瓦；生产工艺 中图分类号 TI J 5 2 2 2 2 文献标识码 A 文章编号J 1 0 0 9 0 1 4 2(2 0 0 3)0 1 0 0 1 7 0 6 1 前言 本溪是我国十大钢铁生产基地，各种工业废渣资源十分 丰富。本钢每年废渣排放量都在几十万吨以上。大量的高 炉重矿渣及粉煤灰急需开发利用。如果能利用高炉重矿渣及粉煤灰生产彩色混凝土瓦，既 可以部分解决钢铁厂的公害问题，又开辟了利用废渣的新的 体，引起墙体开裂。(9)施工人员未按砌块建筑技术规范进行施工，使施工 顺序前后倒置，引起墙体裂缝。4 墙体裂缝防治措施 针对以上裂缝原因，采取以下防治措施：
3、(1)提高砌块质量，陶粒砌块成型时选用合格的粗细集 料，用强制式搅拌机拌制干硬性混凝土，成型布料时应增加 预振，提高砌块密实度。(2)由于含水量是影响陶粒砌块收缩的主要原因，因此 有必要使砌块在砌筑之前保持干燥。方法是：砌块成型后，在陶粒砌块堆放场按批量分垛堆放养护，垛间保持一定距 离，以利通风干燥和排水；出厂时养护龄期不得少于2 8 d，控 制出厂时相对含水率，使之符合 G B 1 5 2 2 9 1 9 9 4 标准要求，以减少干缩裂缝。(3)优化设计并试配陶粒混凝土，按科学配合比拌成陶 粒混凝土拌和物，尤其是炉渣的掺量，控制在3 0 以内，其最 大粒径不宜大于1 0 m m，并控制炉渣的
4、 烧失量、细粉量，以利 降低含水率。(4)砌块堆放、装卸、运输时避免碰撞、摔扔，缺棱掉角严 重的不能用于砌墙。有效途径；在彩色混凝土瓦生产行业利用灰渣再生资源，可 降低彩色混凝土瓦生产成本，改善产品性能，节省天然资源。因此，充分开发利用高炉重矿渣及粉煤灰资源符合国务院关 于“三废”治理政策，符合利用工业废渣发展新型建筑材料的 政策方向。随着我国建筑业的迅速发展，人们对房屋建筑提出了更(5)施工现场采取防雨措施，砌筑及抹灰时严禁浇水，墙 面抹灰等墙体充分干燥后再作业，减少干缩裂缝。(6)使用与砌块强度相匹配的和易性、保水性好的混合 砂浆砌筑墙体，并且砌筑时应满足灰缝的砂浆饱满度。(7)管线安装、
5、吊挂预埋与墙体的砌筑要配合进行，严禁 施工人员任意打洞开槽，损坏墙体。(8)J n 强施工人员的专业素质，提高施工技术，增强责任 感，使其严格按严密的、科学的 设计图纸和技术规范施工。5 结语 为了推进葫芦岛市乃至全国 墙材改革，适应国家政策，保护良田，就靠砌块生产单位、施工单位、工程设计单位及监 理单位的密切配合，树立责任感、使命感。充分发挥陶粒砌 块的重量轻、保温好、增加使用面积等优势，尽量避免墙体裂 缝的出现，在实践中不断总结经验教训，逐步完善提高和发 展葫芦岛市陶 粒砌块质量，促进砌块建筑的 发展和 进步。收稿 日期 2 o o 21 22 6 作者简介 李国栋(1 9 5 0 一)，
6、男，工程师，工民建专业 通讯地址 葫芦岛连山区兴工街兴盛路 联系电话 0 4 2 9 3 9 5 1 0 1 5 维普资讯 http:/ 1 8 辽宁建材 墙改墙材 高的要求。不仅要有整洁的街道，漂亮的广场、大片的绿地，还应有一个丰富多彩的屋面，使城镇建筑群多姿多彩，以美 化环 境，美化生活。根据国 家政策，将大力发展坡屋面，建设 部早已明文规定，今后城镇建筑至少要有3 0 以上的房屋应 用坡屋面的 形式来改善建筑物防水、隔热、保温功能和美化 环境。彩色混凝土瓦不仅强度高、质量轻、具有防水、排水、隔 热等多功能，而且还有生产能耗低、使用寿命长、铺设操作简 便等优点，它是理想的坡屋面装饰覆盖材料
7、。从 1 9 8 0年末我国从瑞典 A B E C E公司引进第一条国外 彩色混凝土瓦生产 线以 来，目 前全国 有从意大利、英国、澳大 利亚、美国、日本、韩国、德国等国家引进的数十条生产线。经过十几年生产实践，我国已经成功地消化、吸收引进的成 套设备，使国外引进设备成功地国产化。当前，我国引进的 生产线以及我国成功的消化吸收的国产的彩色混凝土瓦生 产设备和技术，为我国大面积推广彩色混凝土瓦起到积极地 推动作用。为开辟高炉重矿渣及粉煤灰应用新途径，研究利用高炉 重矿渣及粉煤灰生产新型建筑材料，生产高档产品，提高其 使用价值，辽宁省建筑材料科学研究所与本溪市山城水泥厂 联合开发研究利用高炉重矿渣
8、及粉煤灰生产彩色混凝土瓦，以充分利用废渣资源，降 低成本，增加彩色混凝土瓦的花色 品种，不仅拓宽了制造彩色混凝土瓦的原材料资源，适合我 国国情，还促进彩色混凝土瓦的推广作用，为城镇建设添砖 加“彩瓦”，锦上添花。2 生产用原材料选择 本项研究目 的 是为充分利用高炉重矿渣及粉煤灰再生 资源，研制彩色混凝土 瓦，生产新型屋面防 水材料。众所周知，利 用粉煤灰取代部分水泥，改善混凝土性能 越来越被人们所重视，其应用量及范围也逐年扩大，为降低 工程造价，改善混凝土性能，已显示出其优越性能。根据彩色混凝土瓦结构及其生产工艺特点，我们利 用高 炉重矿渣及粉煤灰工业废渣为原料研制彩色混凝土瓦，为最 大限
9、量应用废渣资源，在原材料配比 设计中 利用废渣取 代部 分水泥及集料，并 要使混凝土瓦 性能达到J C 7 4 6 1 9 9 9(混凝 土瓦 标准优等品 要求，其废渣用量要达3 0 以 上，以 符合国 家有关利用工业废渣生产新型建筑材料免税的优惠政策要 求。该项试验研究初期，我们选用了高炉重矿渣、粉煤灰、石 屑、磷石膏等工业废渣进行试验研究的。所选用的废渣通过 对其基本性能试验，再根据其特点进行混凝土配合比 设计，探索生产彩瓦可行性。2 1 粉煤灰 本项试验选用本钢发电厂排放的粉煤灰，经检测，其主 要性能见表 1。2 2高炉重矿渣 本项试验选用本溪钢铁厂所排高炉重矿渣，其主要物 理、化学性能
10、试验结果见表 2 和表 3。2 3 石屑粉 选用本钢破碎石灰石后的尾矿粉。其主要物理性能试 验结果见表4。表 1 粉煤灰主要性能 1 4 5 0 2 6 0 4 2 1 1 5 2 4 3 8 5 5 6 9 1 0 0 2 0 维普资讯 http:/ 2 0 0 3 年第 1 期 周志宏等：利用高炉重矿渣及粉煤灰生产彩色混凝土瓦 1 9 表 4石屑粉物理性能 试验结果表明，选用混凝土配合比设计所用的石屑，其 级配不合理，颗粒较细，细度模数为0 9 6，属于特细砂范围。生产彩色混凝土瓦 选用石屑代砂时颗粒级配应符合中砂条 件。2 4 磷石膏 选用锦州西洋特肥厂排放的磷石膏，化学成份试验结果 见
11、表5。表 5 磷石膏化学成份 2 5 水 泥 混凝土配合比试验选用本溪水泥厂生产的4 2 5 级普通 硅酸盐水泥。2 6 砂 砂选用本溪地区建筑工程使用的粗、细两种河砂，其主 要性能试验结果见表6。表 6 河砂物理性能 试验结果表明，本溪地区粗细两种河砂，编号A试验结 果为中砂，级配属于2 级，含泥量少，细度模数为2 8，适合制 瓦工艺要求；编号B属于细砂，单独使用不能满足生产彩色 混凝土瓦的 技术要求，如与高炉重矿渣等混用，改善级配，提 高细度模数，是可以 满足生产高性能彩色混凝土瓦的。2 7 混凝土外加剂 选用辽宁省建筑材料科学研究所试验厂生产 l J J n 剂。3 混凝土配合比选择 为
12、了 使利用高炉重矿渣及粉煤灰生产彩色混凝土瓦灰 渣利用率达3 0 以上，符合国家利用废渣生产建材产品免税 的优惠政策要求。同时，其产品质量达J C 7 4 6 1 9 9 9(混凝土 瓦 标准优等品要求，混凝土配比 试验是该项成果的关键。为寻求经济、适用、技术可行的最佳配合比，我们选用了本溪 地区的重矿渣、石屑粉及粉煤灰等工业废渣，本溪水泥厂生 产的3 2 5 级普通硅酸盐水泥及混凝土 t JJ n 剂等，进行9组 混凝土配合比 试验。试验用机械搅拌，振动成型。试件养护模拟生产厂的养 护工艺过程，即试件成型后静停 4 h，放入调温调湿箱，控制 其温度为5 5，试件经8 h 恒温养护后，自 然降
13、温，拆模放入 水中养护，达2 4 h 后，作抗折、抗压试验。其 余试件分别在标准养护室养护，测其7 d 及2 8 d 的强 度，在此试验结果的基础上，为确定工业性试验最佳的配比 提供科学依据。利 用高 炉重矿渣及粉煤灰研制彩色混凝土瓦，混凝土配 合比 试验结果见表7。维普资讯 http:/ 2 0 辽宁建材 墙改墙材 表 7 混凝土配合比试验结果 为了验证利用高炉重矿渣及粉煤灰配制的混凝土的主 要力学性能与彩色混凝土瓦力学性能相比，我们选择了沈阳 华发环保实业有限公司、镇江京威彩瓦有限公司及南宁正大 建材有限公司等单位生产的彩色混凝土瓦测其抗折强度及 混凝土瓦承载力，其结果见表 8。表 8 混
14、凝土瓦抗折强度及承载力试验结果 从试验结果可以看出，彩色混凝土瓦抗折强度要达 8 MP a 以上，其瓦的承载力可达3 0 0 0 N。同时，混凝土瓦的瓦 脊高度也是影响其承载力的主要因素，在相同配比下，瓦脊 高其承载力也相应加高。目 前各彩色混凝土瓦生产厂家一 般均选用4 2 5 级及3 2 5 级水泥。利用高炉重矿渣及粉煤灰研制彩色混凝土瓦，通过对选 材的基本性能试验、分析、混凝土配合比设计，混凝土物理力 学性能的研究及综合评价，认为选用3 2 5 级普通硅酸盐水 泥，高炉重矿渣用量在 4 0 7 0，粉煤灰用量 1 0 2 5，适当掺加混凝土外加剂生产彩色混凝土瓦技术是可行 的，具备进行工
15、业性试验研究的条件。4 工业性试验 工业性试验是在本溪山城水泥厂彩色混凝土瓦分厂生 产线上进行的。工业性试验是在试验室混凝土配合比试验 验证后，证明利用高炉重矿渣及粉煤灰等原材料可以满足生 产彩色 混凝土瓦 生产工艺 要求的 情况下，针对该厂生产线工 艺特点，在现有的生产设备不作任何变动，只对生产原材料、某些工艺参数进行适当的调整的条件下进行的。试验宗旨，原材料选择本溪地区的工业废渣为主，其利 用率要达3 0-7 0；同 时，还 要降 低生 产成本，改善制品性 能，提高产品质量；使其生产的产品达到J C 7 4 6 1 9 9 9 1 混凝 土瓦 国家建材行业标准优等品技术规定。4 1 彩色混
16、凝土瓦生产工艺流程 彩色混凝土瓦的生产工艺流程详见图1。4 2 试验用原材料选择 4 2 1 水 泥 本溪水泥厂生产的3 2 5 级普通硅酸盐水泥。4 2 2 集 料(1)本溪钢铁厂所排的经过破碎、磁选除铁的 高炉重矿渣。(2)本溪地区建筑工程用河砂。4 2 3 颜料 本溪市山城水泥厂彩瓦分厂生产用的无机颜料。4 2 4混凝 土外加剂 辽宁省建筑材料科学研究所实验厂生产。4 2 5 辅助材料 本溪市山城水泥厂彩瓦分厂生产用的辅助材料。4 3 彩色混凝土瓦配合比设计 这次试验目的是利用高炉重矿渣及粉煤灰研制彩色混 凝土瓦，同时要使灰渣含量占产品质量的3 0 以上，以达到 国家对建材产品免税的政策
17、要求。在试验室试验的基础上，选用3 2 5 级普通硅酸盐水泥、工业废渣用量4 0-7 0，适当掺加砼外加剂，结合生产设 备及工艺 要求。试验设计6 种配合比，详见表9 利用高炉重 矿渣及粉煤灰研制彩色混凝土瓦配合比设计。4 4 混凝土的制备 这条彩色混凝土瓦生产线是高压挤压成型工艺，一般都 是采用强制式混凝土搅拌机。本项试验粉煤灰等废渣用量 维普资讯 http:/ 2 0 0 3 年第 1 期 周志宏等：利用高炉重矿渣及粉煤灰生产彩色混凝土瓦 2 1 较 多，用它除少 部分带替水泥外还利用它替代了 部分集料，为使混凝土物料 搅拌均匀，要在干物料充分搅拌均匀的基础 上，再加水及外加剂等成份。混凝
18、土搅拌过程是：采用投料 的 顺序是先加高炉重矿渣，接着加河砂及粉煤灰，开动搅拌 机，搅拌1 m in；再加水泥，搅拌1 m in；最后加水，同时开启 搅 拌机，搅拌3 m n(外加剂事先溶好已放入水中)。这种工艺 特点：一是使二种集料混合均匀，二是让水泥先包裹集料表 面(裹砂法)，有利于提高混凝土强度。圃 园 圈 图 1 彩色混凝土瓦生产工艺流程 表 9 利用高炉重矿渣及粉煤灰研制彩色混凝土瓦配合比设计 4 5 喷浆着色工艺 经切割成型后的瓦坯，再经过喷浆设备喷涂彩色料浆，由人工放置在瓦架上，送入干热养护窑。喷浆的工艺过程见 图2。匿 一 圈一 圃一 圃一 圃一 固 图 2 喷浆着色工艺过程示
19、意 经养护后，在瓦表面形成坚固的色浆附着层，它不但具 有色泽鲜艳的装饰效果，而且进一步提高瓦体的抗渗及抗大 气老化性能。4 6 养护 彩色混凝土瓦由瓦坯及彩色面层组成，为防止瓦表面泛 白，以及养护窑顶冷凝水下滴而破坏表面装饰效果，于是采 用干热养护工艺。养护制度为：加工成型好的瓦上架，入窑，静停4 h，使窑 内温 度升到5 5 时开始恒温，经过8 h 恒温养护后自 然降 维普资讯 http:/ 辽宁建材 墙改墙材 温。正常生产的彩色混凝土瓦脱模 后放在堆场堆放，一 般1 4 d 后其承载力达7 0 就可以出厂。本次试验脱模后，随即 测 瓦干热养护 后的承载力，出 窑后的 瓦放在堆场进行浇水继续
20、 自 然养护，再分别测其1 4、2 8 d 的承 载力及其物理性能检验，其结果见表 1 0。表 1 0 不同龄期对混凝土彩瓦承载力的影响 4 7 脱模及表面处理 养护好的瓦片紧紧与托板粘在一起，将其放在自动分离 设备上，将瓦体与托板分开。再将瓦体表面刷(喷涂)上一层 丙烯酸保护膜，使其表面具有光泽，同时，也提高了瓦的防 水、抗紫外线能力，达到高档的装饰效果。4 8 堆放、储存 彩色混凝土瓦在生产车间加工完毕后，按品种、色别，整 齐、紧密地堆放在平整、坚实的地面上。层与层之间用草绳 垫平稳，堆垛高度不超过三层。5 彩色混凝土瓦产品质量检验结果 从瓦的尺寸偏差和外观质量的检验结果看，由于是机械 化
21、生产，流水作业，各部位尺寸相对稳定，偏差很小。尺寸偏 差、外观质量、方正度及平整度等均达到国家行业标准要求。色泽均匀，无明显差别。试验证明：以高炉重矿渣及粉煤灰生产的彩色混凝土瓦 基层对其上面的彩色喷涂层的粘结、颜色的色度等无不利影 响。也不影响其装饰效果。利用高炉重矿渣及粉煤灰生产的彩色混凝土瓦委托辽 宁省建材产品质量监督检验站进行鉴定检验，检测结果见检 验报告。从检验结果看，其各项性能指标均达到J C 7 4 6 1 9 9 9(混 凝土瓦 国家 建材行业标准优等品技术规定。6 结论(1)利用高炉重矿渣及粉煤灰生产彩色混凝土瓦技术上 是可行的，该项技术能生产出高档的新型建筑装饰、防水、坡
22、屋面覆盖材料，为高炉重矿渣及粉煤灰等的开发利用开辟了 新途径。(2)利用高炉重矿渣及粉煤灰开发研制彩色混凝土瓦符 合国务院关于“三废”治理，利用工业废渣发展新型建筑材料 方向。同时，生 产企业降低生产成本，提高产品 质量，又可以 获得免税的优惠待遇。(3)利用高炉重矿渣及粉煤灰生产彩色混凝土瓦，工业 废渣利用率高，经济效益显著，社会效益突出。(4)通过对利用高炉重矿渣及粉煤灰生产彩色混凝土瓦 工业性试验产品进行检验结果表明，该产品各项性能均达到 J C 7 4 6 1 9 9 9(混凝土瓦 国家建材行业标准优等品技术规 定。(5)利用高炉重矿渣及粉煤灰生产彩色混凝土瓦对其颜 色的喷涂，涂层与基
23、层的粘结、颜色的色度和装饰效果无不 利的影响。(6)当 粉煤灰用量大于2 0 时，混凝土物料易 结团，如果 选用强制 式搅拌机，物料在进入挤压机前，应进行二次 搅拌，将物料进一步搅拌均匀，以提高混凝土的均匀性。如选用行 星式强制搅拌机或行星式轮辗设备，尤其是轮辗不仅能使物 料搅拌均匀，还能进一步提高高炉重矿渣及粉煤灰活性、进 一步提高产品质量。(7)本课题的科研成果，可直接用于指导工业化生产。收稿日期 2 0 0 3 0 1 1 5 作者简介 周志宏(1 9 4 3 一)，男，教授级高工。建材专业，享 受国务院政府津贴专家 通讯地址 沈阳市崇山东路 6 1 号 联系电话 0 2 4 8 6 6 1 0 4 6 2 维普资讯 http:/