粉煤灰在建材领域应用

目前，对煤矸石、粉煤灰的综合利用受到各界重视，一个时期以来，煤矸石、粉煤灰综合利用领域众象纷纭，各种途径不断提出，各种成果相继报道，活动异彩纷呈，宣传铺天盖地。真与假共存，虚与实互容，其中不乏煤矸石、粉煤灰综合利用名义下，以盈利为目的，拉大旗、做虎皮式的所谓的社会性互动，甚至涌现出了一批会议专业户。

　　但是，究竟如何对煤矸石、粉煤灰进行综合利用呢？笔者认为不外乎以下几点：

　　1、从追求消纳量较大的角度看，应重视煤矸石、粉煤灰在建材领域的应用，但应高度重视文中所提出的问题。同时还应注意到，对其它工业固废尾渣的利用，社会有关方面也多倾向于建材领域，建材领域虽然可以消纳大宗量的工业固废，但其消纳量也不是无限的，因此，对煤矸石、粉煤灰在建材领域的应用既要考虑技术的成熟性、可靠性问题，还要考虑经济性和环保性问题，更要关注需求的有限性问题。

　　2、应重视煤矸石、粉煤灰中有价元素的综合利用。对煤矸石、粉煤灰综合利用的途径有多种，在建材领域的应用，其优点是消纳量较大，缺点是工艺缺陷多，经济效益不佳，归属于低层次利用，对煤矸石、粉煤灰有价元素的分离与提取，是对其中金属和非金属元素的高层次利用，是真正意义上的资源化。由此，可以创造较好的经济效益和社会效益。

　　3、应关注煤矸石、粉煤灰综合利用的经济效益问题和对环境的二次污染问题，投资是为了得到回报，利废不能产废，治污不能产污，如果综合利用过程不能使投资者获得效益，或因三废的产生与排放对环境造成二次污染，那么将使投资失去任何意义。因此，应采用成本较低、产品符合市场需要、附加值较高，三废控制与循环利用手段完善的，经过成熟性、可靠性验证的可以应用于实践的技术。

综合利用粉煤灰生产墙体材料值得重视的几个问题：

　　为了处理工业固体废弃物粉煤灰、保护环境，早在20世纪50年代中后期，国内就开展了大量利用粉煤灰的研究，首先生产了粉煤灰泡沫混凝土板，用于北京首都机场的机库屋面。60年代，粉煤灰中型密实砌块在上海市公共住宅建筑普遍应用，在上海城市建设中发挥了重大作用。受上海启发和影响，苏州、无锡、常州、南京、济南、成都、攀枝花等地相继建设了近30条生产线，一直生产到80年代中后期，后因块型大、块太重、施工麻烦，而逐渐改产、停产。当在蒸压灰砂砖在我国开发成功，并普遍推广后，受其启发，研究用粉煤灰和炉渣代替砂子做原料生产蒸养和蒸压粉煤灰砖，并获得成功，随即在全国推广相继建成近40条生产线，因性能、价格、市场问题经营销售一些年以后陆续萎缩、停产，但也有部分企业至今仍继续生产，并取得不错的效益，如武汉硅酸盐制品厂等，目前也有些新的生产线在建设。70年代在引进消化蒸压加气混凝土技术的基础上，研究成功用粉煤灰代替砂子生产粉煤灰加气混凝土制品，目前用粉煤灰做原料的加气混凝土产品的产量已占全国加气混凝土总产量的80%。70年代又进行了利用粉煤灰做原料生产烧结陶粒的研究，在天津硅酸盐制品厂建成了我国惟一的一条采用烧结机和燃煤粉烧结粉煤灰陶粒生产线，成功生产出粉煤灰陶粒用于天津市建筑和建筑构件生产，如预制混凝土大板，至90年代因城市的拓展，该厂场地改作房地产开发用地，而被迫停产。同期很多单位以粉煤灰代替部分粘土生产烧结实心砖和空心砖，并探索不断提高粉煤灰掺加量，力求最大限度地利用粉煤灰。

　　经过多年不懈地努力，在墙体材料生产中的利用粉煤灰数量大大增加，对粉煤灰的综合利用和环境保护做出了重大贡献。但在上述利用途径中除蒸压粉煤灰加气混凝土、粉煤灰烧结陶粒的生产和应用技术完全成熟外，其他产品在生产和应用上都存在着不同程度的问题。随着政策引导和市场拉动不断增强情况下，又出现新一轮利用粉煤灰高潮，在这一高潮中如何认真总结前人研究探索和生产应用实践中的经验及其教训，以便正确引导使其健康发展，应更加值得重视。

1.关于蒸养及蒸压粉煤灰砖

　　普通蒸汽养护和高压蒸汽养护粉煤灰砖是我国较早发展的利用粉煤灰生产墙体材料的品种。它是将粉煤灰、炉渣（或砂子、石屑）与石灰或再加上少许二水石膏经计量、搅拌混合、消化、压制成型、普通蒸汽养护（100 ℃饱和蒸汽）或高压蒸汽养护（180～200 ℃饱和蒸汽）而成的具有一定抗压强度的砖制品。由于生产工艺成熟，并能大量利用粉煤灰、炉渣（1亿砖可利用18～20 万t粉煤灰和炉渣），抗压强度可达100～200#，能满足承重墙体的要求，因而受到人们的重视，在60年代至80年代得到较大发展，累计投资5.4亿元人民币建设了159条生产线。

 

　　在蒸制粉煤灰砖发展过程中，由于国内采购不到蒸压釜以及后来为了降低投资而采用养护窑（不用蒸压釜）用普通蒸汽养护生产粉煤灰砖坯，该工艺曾一度普遍发展。由于反应温度低、水化硅酸盐产物少、结晶度不够，虽然抗压强度勉强可以满足承重墙体要求，但其干燥收缩值大，用该砖建造的建筑，建成后一段时间（一般在半年至1年内），在山墙、内承重墙及窗台下产生不同程度裂纹。最严重的发生在60、70年代的湖南株洲市粉煤灰砖混建筑的内外墙体涉及建筑物安全而拆除。因此，使整个普通蒸汽养护粉煤灰砖发展受挫，一部分企业不得不因此被迫停产。为了解决这一问题，研究决定停止发展普通蒸汽养护粉煤灰砖，改变工艺路线，在技术政策上决定大力发展高压蒸汽养护粉煤灰砖，砖的收缩大大改善，用该类砖建筑的建筑墙体及窗台下裂缝大大减少，程度大大减轻。但通过对大量建筑物调查裂缝并未从根本消除，特别是在窗台下仍生产轻微的裂缝，这说明该砖虽经蒸压，但收缩值仍未达到要求，为了比较彻底地解决粉煤灰砖墙体裂缝问题，必须通过改进配方，正确选择原材料，调整混合料级配，采用轮碾搅拌混合，加强混合料消化，提高砖坯成型压力，最好双面加压，以提高砖坯的密实度，提高蒸压养护的温度（相应饱和蒸汽压力应在10～12大气压以上），以增加水化硅酸盐产物数量和改善结晶状况，产生更多的托勃莫来石晶体，改善结晶度和晶型，使砖的抗压强度达到200 kg/cm2以上。采取上述综合措施可以进一步减少粉煤灰砖的收缩，可以比较好地解决粉煤灰墙体的裂缝问题。若采用粉煤灰、石灰与一定级配的中砂配料，经高压力压制成型和更高压力蒸汽养护也可获得较高砖强度和较低收缩值。

值得注意的是现在很多研究者、企业家以及建筑设计工作者对蒸养及蒸压粉煤灰砖研究发展的历史及应用中出现的问题缺乏了解，在新的一轮发展热中，没有认真研究和吸取过去的经验和教训，仍然重复着过去已发生过的、经生产实践一直没有解决的问题，又在没有任何新的研究和改进措施的前提下，重复着过去的问题继续发展，这是极不可取的。在新一轮发展中应坚持过去成功的做法，加强试验研究，努力解决仍然存在问题，只有这样蒸压粉煤灰砖才能健康、顺利地发展，否则产生墙体裂缝的后果是严重的。

2.关于免烧、免蒸粉煤灰砖（双免砖）

　　80年代初，为了推动节能，国家计委联合国家建材局曾组织过非烧结粘土砖的研究开发。当时的非烧结粘土砖是特指用风化的山土、砂土或其他劣质杂土加上10 %以内的普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥经搅拌混合、机械压制成型、堆放在场地上经自然养护硬化而得的产品。为了开拓粉煤灰的利用途径，扩大粉煤灰利用，曾将这一工艺方法引入非烧结粉煤灰砖生产，经苏州水泥混凝土研究设计院在望亭电厂试验和生产证明当水泥加到10 %左右时，砖的抗压强度可以达到100 kg/cm2，但用这些砖建造的2～5层砖混结构建筑（包括围墙）像普通蒸汽养护、压制粉煤灰砖建筑一样，建成一段时间后在山墙及窗台下出现裂缝。近两年来，北京东方化工厂自备电厂用其新建的蒸压粉煤灰砖厂的粉煤灰砖所建四层办公楼也产生了较严重的裂缝。因此，在没有新的重大有效改进措施之前，不宜盲目发展。另外，在一些研究者的宣传中提出要加入各种“固化剂”，并将“固化剂”搞得很“玄”，故弄玄虚，其实所谓“固化剂”就是水泥，即使加入一些其他掺加剂，也是调节水泥水化、硬化的外加剂。

 

3.关于粉煤灰烧结砖

　　将粉煤灰作为原材料生产烧结砖是综合利用粉煤灰最佳途径之一，我国每年生产和使用烧结砖6000多亿块，如每块砖能利用0.5 kg粉煤灰，每年可利用3.5亿多t粉煤灰，由此看出发展烧结粉煤灰砖蕴藏着对粉煤灰利用的巨大潜力。当然，目前不是每一个地方、每一个砖厂都能就地就近获得粉煤灰可就地利用，但就我国电厂分布来看，很多电厂周围都分布着相当多的砖厂。另外，为了利用粉煤灰还可在电厂附近或电厂内有计划地建设一批烧结粉煤灰砖厂。经过精心有力地组织和推动，如能有5%～10 %的烧结砖掺用粉煤灰生产，每年也可利用1750～3500 万t粉煤灰，这是一个相当可观的数量，作为第一步这一目标是非常了不起的，对国家是一大贡献。在制砖工业中利用粉煤灰不仅可以节省一部分粘土质矿物及耕地，又可减少粉煤灰排放堆存占地，改善和保护环境，还可充分利用存在于粉煤灰中未燃尽的固定炭，减少烧砖用煤，大大节约能源，这是其他利用途径所不能及的。而且在烧结砖中加入一定量粉煤灰后，每块砖的重量可减轻0.5 kg，从而进一步减轻建筑物自重，可实现一举多得之效，应大力提倡，积极发展。

 

　　利用粉煤灰生产烧结砖是将粉煤灰掺入粘土、页岩中或在粉煤灰中掺加粘结材料共同混合挤出成型。粉煤灰能掺入的数量取决于粉煤灰的品质，尤其是它的细度，粘土或页岩的塑性。粉煤灰细度越细，粘土、页岩的塑性越高，粉煤灰掺加量可越高。在现实生活中人们常常追求用100 %的粉煤灰生产烧结砖，这是一种理想，一种良好的愿望，可以理解。但在目前的技术水平和条件下还做不到。目前掺加到30 %已没有问题，能掺加到50 %就非常理想。要掺到70 %～80 %，需经相当艰巨的努力和采取更多的技术措施，即使如此，也是相当困难的。但在过去的宣传中，宣传研制成功全粉煤灰烧结砖，这种提法存在着一定的模糊和某种程度的误导，①从目前水平看在技术上还不可能；②把掺加其中的粘结材料部分（约15 %～20 %）钠基膨润土没有计入其内，这是值得注意的，应该实事求是在宣传上不该哗众取宠。

　　利用粉煤灰生产烧结砖的技术关键除原材料的品种、性能外，还在于：①粉煤灰与粘土、页岩的混合均匀程度，如何使粉煤灰在粘土、页岩中混合分布均匀；②与所要生产砖的规格、品种相适应的挤出成型的工艺参数及挤出机性能；③成型坯体的密实度；④相应的干燥、烧成及码、搬运技术水平，在这4方面，我国在技术上还未成熟，仍需进一步研究开发和探索。从南京、鞍山、秦皇岛引进的生产技术及装备所建设生产线的生产运作情况看也说明了这一问题。在这些生产线引进合同中都规定了粉煤灰重量掺入比例为50%，甚至更高，但经生产实践均没有达到。

4.关于粉煤灰建筑砌块

　　我国用粉煤灰制作建筑砌块进行了长期探索，50年代就研制粉煤灰中型密实砌块，并批量生产应用。近10年来，用粉煤灰生产小型空心砌块成为研究开发的重点，并取得很大进展。用于生产粉煤灰小型空心砌块的原材料组合较多，有粉煤灰、水泥、炉渣；粉煤灰、水泥、石灰、炉渣；粉煤灰、水泥、钢渣；粉煤灰、水泥、石灰、钢渣；粉煤灰、水泥、炉渣、砂；粉煤灰、水泥、石灰、炉渣、砂；粉煤灰、石灰、炉渣等等。在这些配料组合中常常还加入少量石膏及其他激发剂。通过多年努力粉煤灰小型空心砌块通过砌块壁厚调整，其性能已完全达到承重墙体要求，砌块抗压强度可做到100～150 kg/cm2，其收缩值也有一定改善，在建筑上使用性能反映较好。如：上海闵行电厂新型建材厂生产的粉煤灰小型空心砌块在上海多层建筑承重墙体应用中没有发现裂缝，解决了普通混凝土小型空心砌块较普遍存在的墙体开裂问题，取得了较好的效果，在辽宁和沈阳的应用中也取得了相近的效果，消除了人们普遍担心的问题，此例说明粉煤灰小型空心砌块可以成为一种新型墙体材料。但是上海闵行电厂新型建材厂所取得的成果，不能代表所有粉煤灰小型空心砌块都能得到同样的效果。粉煤灰小型空心砌块的收缩值仍是需要非常认真重视的问题，必须认真选择原料及原料组合，正确选择砌块成型机和相应的成型参数，一般适合普通混凝土小型空心砌块的成型机及其工艺参数，并不完全合适小型粉煤灰空心砌块。因为粉煤灰比较轻、体积大，颗粒细而且级配范围窄，其填料高度要增加，加压时间需适当延长，对成型机要做适应性的改进才行。

5.关于烧结粉煤灰陶粒

　　烧结粉煤灰陶粒是一种性能很好的轻骨料，它可用于桥梁、建筑承重构件、框架结构用混凝土等，在有条件的地方应大力发展，这项技术和产品在国内外都已成熟。我国天津硅酸盐制品厂的烧结粉煤灰陶粒，英国与荷兰的“莱泰克”烧结粉煤灰陶粒皆属此类。因“莱泰克”技术对所用粉煤灰性能要求比较高，其粉煤灰中小于45 μ的颗粒含量要求高于55 %，此时在造粒成球过程中不需加入任何粘结剂，如粘土。只是在粉煤灰中含碳不足时，添加不超过5 %的煤粉。我国的粉煤灰极少能满足这些要求，若经过分选也有可能满足。一般在生产时需加入一定数量的粘土（或膨润土）做粘结剂。但增加一种原料，就要增加一个系统，并相应增加投资。目前在工艺上用烧结机焙烧比较成功。因为通过成球盘成型的粉煤灰颗粒，静置于烧结机上，在整个过程中成型的颗粒不滚动随烧结机履带移动而经过预热烧成、冷却最终烧成有相当强度的轻骨料。现在用回转窑烧成的不多，因回转窑烧成其料粒要在转动的窑体内滚动，如料粒没有足够的粘结强度，在滚动中将破碎并产生大量粉尘。不过国内一些研究者，正在探索用回转窑烧制粉煤灰陶粒的工艺。

6.关于蒸养粉煤灰陶粒

　　为了节省投资，不少研究者探索发展蒸汽养护，甚至自然养护生产粉煤灰陶粒。其中以安徽省建筑科学研究设计院坚持多年做了比较多的工作，也取得一定的成果。荷兰霍高文能源及环保服务公司开发了蒸汽养护粉煤灰陶粒生产技术，并在荷兰及在美国建立了生产线。它是用7 %的熟石灰与粉煤灰充分搅拌混合后经成球盘造粒送进大筒仓，在筒仓中通入80～85 ℃蒸汽经预热、恒温、冷却而成。由于堆积密度偏高，筒压强度偏低，耐久性较差，只能用于较低标号的非配筋混凝土制品或非承重砌块。蒸汽养护粉煤灰陶粒，甚至自然养护粉煤灰陶粒可以适度发展，但要应用确当，严格控制。

 

7.关于引进国外粉煤灰利用技术

       随着我国粉煤灰综合利用事业的发展，粉煤灰综合利用优惠政策的实施以及墙体材料革新的推进，利用粉煤灰做原料生产新型墙体材料再次成为人们研究和关注的热点，同样也引起国外厂商的关注，努力将其技术、装备介绍给中国。为了扩大利用和更好的利用粉煤灰，中国企业也在积极寻求国外在利用粉煤灰制造墙体材料方面的新技术、新品种、新装备。近10年来，国外厂商通过各种方式：如赠送资料、做广告、开座谈会、报告会、介绍会等，竭力向中国企业推介，这是一件好事，可以使中国更好地利用国外成熟技术加快发展我国粉煤灰墙体材料事业。但是有个别厂商利用中国客户寻找粉煤灰制造墙体材料生产技术，特别是寻求国外大掺量利用粉煤灰生产烧结砖（或烧结空心砖）技术、装备的急切心情和客户对国外技术及现状不了解的情况，进行不负责任的甚至带有欺骗性的宣传，误导消费者。例如，中国企业希望在粉煤灰烧结砖生产中粉煤灰掺加量越多越好，最好能100 %，即使不行，掺90 %、80 %、70 %、60 %也行，有些外商却一口答应，不管他们的实际能力和现有水平，只要生意谈成合同签了就行，生产线建成后投产的结果就不管了。达不到合同规定的质量、重量、品种、掺加量，试车时间等各项指标，大不了罚款了事，即在合同中规定的5 %～10 %罚金不要了，走人了事，有时这5 %～10 %的罚金早就打在设备的价格中了，罚了也无所畏，也不影响已有的赢利。这副烂摊子就交给中国企业了，如项目侥幸成功了或经过中方很长时间调试凑合成功，勉强生产或经中方再投资改造取得成功，又成为这些厂商向中国客户或其他国家推销的资本，中国企业成为他们试验基地，并由中国客户承担他们试验的风险。

 

　　就我对国外的了解，经济发达国家基本上不用煤炭发电，而用油或天然气做燃料发电或发展核电，原因是环境保护。即使有煤发电也很少，就是说国外发达国家没有粉煤灰或粉煤灰极少的原因。因此，对利用粉煤灰做墙体材料没有研究，更没有经验，即使有其研究利用水平也不高，利用领域也不宽，远远达不到中国利用水平，这些国外厂商从没有进行过粉煤灰及粉煤灰制品研究，更谈不上长期研究和实践，充其量是用中国客户为了上粉煤灰烧结砖或蒸压粉煤灰项目而寄送的少量样品，做了一些零星试验，得到一点数据而已，更说不上中间试验或工业性试验，更没有建成并运行正常的生产线，无实践经验可谈，他们把用其他原料生产烧结砖的生产线设备卖给中国客户，用中国客户花钱买的设备进行试验。这是中国企业近十年来在引进中发生这样或那样问题，长期不能按合同要求正常生产运行的问题所在。这些问题给企业和社会经济上造成很大损失，对此应引起企业特别注意。最近“中国建材报”、“墙材革新与建筑节能”杂志上发表的“引起砖瓦装备技术的思考”一文在对10多年来我国引进的国外砖瓦装备及技术实施结果进行了充分调研究中，提出的问题及总结的教训也充分证明了这一点，希望中国企业在引进技术装备建设粉煤灰烧结砖、蒸压粉煤灰砖生产线时吸取先行者教训，慎思慎行，切忌轻信、盲从。对于建材行业内的企业应该如此，对于电力、冶金等建材行业以外的单位或企业更应该如此。尤其要请对情况熟悉、有经验的人员或专家进行负责任的咨询，以免走弯路或上当受骗，造成经济损失。