粉煤灰磚的發展趨勢與研究方向
發布時間: 2006-09-13 00:00 查看: 9859次
粉煤灰主要來源于燃煤電廠，它是從電廠鍋爐排煙中收集到的1種粉狀物質。粉煤灰的物化性能使其成為1種可利用的資源，特別是其具有的潛在膠凝活性，經一定的活化處理，可生成與水泥水化物相同的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等成份，使制品具有水硬性和一定的強度，故可用作建筑材料。
1 粉煤灰的綜合利用
我國電力工業目前80 %的發電量仍由燃煤產生，一般平均每發電1萬kWh，排灰約1萬t。2000年我國發電量達12000億kWh，年排灰超過1.2億t。2001年我國火電裝機容量增到26290萬kWh，發電量達13362億kWh，年排灰達到1.5億t［1］。可見：發電量年增長約1 000億kWh，粉煤灰產量增加3000萬t。考慮歷年來的存灰，我國粉煤灰貯量估計已超過10億t。但資料顯示，目前全國粉煤灰綜合利用率約為27%，因此，我國已成為世界上最大的粉煤灰生產和貯存國。當前，隨著全國性的電能緊缺，燃煤電廠仍在大量的建設中，僅山西近幾年新(擴)建燃煤電廠的總裝機容量將達到1000萬kW。可以肯定，隨著我國發電量增加，粉煤灰的產量和貯存量必將進一步增大。粉煤灰大量的排放和堆存，增加了電力建設的投資，增大了電力生產的成本，占用大量的土地，加重了對環境的污染，不僅嚴重制約了我國電力工業本身的發展，而且也影響到國民經濟的可持續增長。因此，粉煤灰的充分利用是1項緊迫而又長期的任務。
另一方面，隨著我國國民經濟的高速發展和人民生活的日益提高，對建筑墻材的需求在不斷增長，對環境保護越來越重視。我國建材工業2000年墻材的產量約為7 300億塊，其中粘土實心磚為5 400億塊，占總量的74 %。近幾年，由于新型墻材的應用和對粘土實心磚生產的限制，粘土實心磚的產量雖有所下降，但仍占相當大的比例。我國用占世界7%的耕地養活著占世界22 %的人口，人均耕地僅為1.3畝，但每年因燒磚卻要毀田達7萬多畝；同時，燒磚耗能近6 000萬t標準煤，對環境也造成了污染。為保護耕地和環境，我國制定了墻材發展的戰略：淘汰粘土磚，利用工業固體廢棄物資源研制、生產高強輕質、保溫隔熱節能、防火無毒環保的新型墻材。因此，利用大量的粉煤灰制磚便成為替代粘土磚生產與應用的1個重要途徑。
2 粉煤灰磚的政策環境和市場前景
近年來，為推動粉煤灰等工業固體廢棄物在墻材中的綜合利用，國家制定了一系列方針政策。主要有：①利用工業廢渣生產建材產品不征收固定資產投資方向調節稅。②對生產新型墻材的企業減免土地使用稅，對生產實心粘土磚企業征收土地使用稅。③凡企業利用本企業外的大宗煤矸石、爐渣、粉煤灰作主要原料，生產建材產品的所得，自生產經營之日起，免征所得稅5年。④企業生產的原材料中摻有不少于30 %的煤矸石、粉煤灰、爐渣等廢渣的建材產品，免征增值稅。⑤對使用實心粘土磚的房屋建筑，在價外加收一定費用。⑥將抗壓強度＞MU 15、吸水率＜22 %的高摻量粉煤灰燒結普通磚作為新型墻材重點發展類產品，同時將粘土實心磚列入禁止類產品。⑦2003-06-31起在全國直轄市、沿海大中等170個城市禁止使用實心粘土磚。⑧將粉煤灰燒結空心磚列為中國高新技術產品，重點鼓勵粉煤灰燒結空心磚的生產、銷售和利用。⑨2005年前淘汰粘土實心磚廠2萬家，每年關閉4000家，粘土實心磚產量每年減少120億塊；2005年粉煤灰綜合利用率要達到65 %；2005-12-31前，全國所有省會城市全面禁止使用實心粘土磚。⑩粉煤灰燒結多孔磚為重點發展產品，要求達到高摻灰量(＞50 %)，高孔隙率(＜25 %)，高強度(＞20 MPa)，高保溫性能，并發展為主導產品。我國在加大粉煤灰綜合利用和墻材革新政策力度的同時，為促進粉煤灰制磚的發展，對利用粉煤灰生產磚的原料性能、產品技術質量要求、結構設計及施工質量驗收制定了新的技術標準。主要有：①《硅酸鹽建筑制品用粉煤灰》JC/T409-2001。②《粉煤灰磚》JC239-2001。③《燒結普通磚》GB/T5101-2003。④《燒結多孔磚》GB13544-2000。⑤《砌體結構設計規范》GB50003-2001。⑥《砌體結構施工質量驗收規范》GB50203-2002。
綜上所述，目前在我國，良好的政策環境使粉煤灰磚的研發、生產與應用出現了前所未有的發展良機，粉煤灰磚產品具有廣闊的市場前景。
3 粉煤灰磚的研發方向
根據生產工藝不同，目前利用粉煤灰生產的磚分為：粉煤灰燒結普通磚、粉煤灰燒結多孔磚、粉煤灰蒸壓磚及蒸養磚。
3.1 粉煤灰燒結普通磚
粉煤灰燒結普通磚是指由粉煤灰和粘土等材料擠出成型后，焙燒而成的實心標準磚。
由于粉煤灰無塑性，為便于擠出成型，坯體不開裂，保證產品質量，大多數生產企業以加入粘土來提高混合料的塑性。粘土的塑性指數和擠出機的性能對粉煤灰燒結普通磚摻灰量有較大影響。粘土的塑性指數越大，粘土用量則越少，而粉煤灰用量可增大；擠出機的壓力和真空度越大，越便于坯體成型，從而使粉煤灰的用量提高。目前，對摻灰量不超過50 %、以粘土為主的粉煤灰燒結普通磚(又稱為內燃磚)，由于生產技術較成熟，取得了節土，降低煤耗和成本的效果，得到國家的優惠政策，企業獲得了效益，故發展較快。在全國10萬個生產企業中，有80 %以上的企業生產此種內燃磚。對摻灰量在50 %以上的高摻量粉煤灰燒結磚，雖然其具有摻灰量大，重量輕，保溫節能效果顯著等優勢，但由于受粉煤灰特性的影響，高摻量粉煤灰燒結磚較難達到標準規定的質量要求。目前的研發方向是：在不用或少用粘土的情況下，提高制磚混合料的塑性；同時，研制更適合生產高摻量粉煤灰燒結磚的設備，并制定相應的產品質量標準。
3.2 粉煤灰燒結多孔磚
粉煤灰燒結多孔磚的材料組成與生產工藝同粉煤灰燒結普通磚。
按照現行國家標準，其規格尺寸分為M型和P型，孔洞可為圓孔或矩形孔，孔洞率≥25 %。
由于粉煤灰燒結多孔磚重量輕，節能效果優于粉煤灰燒結普通磚，所以受到科研、生產、設計部門的高度重視。近年來，在國家墻材革新和利廢力度加大的形勢下，電力、冶金、建材等部門投資幾十億元建設或改造了上百條年產3 000萬塊的高摻量粉煤灰燒結多孔磚生產線，形成了年產約50億塊的生產能力，年用灰量預計將達到500～600萬t。但根據調查資料，粉煤灰燒結多孔磚生產普遍存在產量低、摻灰量低、產品合格率低和企業效益低的現象。其原因主要是材料組成性能、生產工藝與設備以及質量管理存在不同程度的問題造成的。目前，應針對高摻量粉煤灰燒結多孔磚在生產過程中存在的實際問題，進行技術攻關，開展改進性研究，不宜再投資新建高摻粉煤灰燒結多孔磚生產線。
3.3 粉煤灰蒸壓(蒸養)磚
粉煤灰蒸壓(蒸養)磚是以粉煤灰、石灰等為原料，經壓制成型，高壓(常壓)蒸汽養護而成的實心標準磚。粉煤灰蒸壓(蒸養)磚的產品質量除受材料組成性能影響外，壓制成型時的壓力、壓制速度以及養護時的蒸汽溫度、壓力對產品質量也有較大影響。成型壓力越大，磚坯越密實，產品性能越好；壓制速度較慢，有利于磚坯內氣體排出，不僅可提高磚坯密實度，而且磚坯不會產生分層和裂紋。磚坯在蒸壓釜(蒸汽溫度176 ℃以上、蒸汽壓力0.8 MPa以上的)內養護，磚內活性組份的水化反應充分，磚的強度較高，且耐久性良好。常壓蒸養而成的粉煤灰磚，強度等性能一般較蒸壓磚差，且墻體易出現開裂等現象。工程實踐證明，使用十多年的粉煤灰蒸壓磚，強度不但未降低，反而都有所提高。所以粉煤灰蒸壓磚可完全取代粘土實心磚。由于粉煤灰蒸壓磚的生產需要大噸位(600～1200 t)的液壓壓磚機和蒸壓釜等設備，且生產工藝較復雜，故粉煤灰蒸壓磚的成本較高。目前，粉煤灰蒸壓磚的發展方向是提高產品質量，增大粉煤灰摻量，降低生產成本，重點是研制生產粉煤灰蒸壓磚的新設備，開發新技術。從國內目前利用粉煤灰生產磚的現狀和發展情況可見，粉煤灰磚主要有粉煤灰燒結和粉煤灰蒸壓2個系列。2個系列相同的研發方向是用料高摻灰、產品高性能、生產低成本。但隨著人們對空氣質量要求越來越高，粉煤灰燒結系列對大氣造成的二次污染已引起各方面的關注。資料顯示：粉煤灰摻量為65 %，年產5 000萬塊標準磚的粉煤灰燒結磚廠，其排放的SO2氣體是同摻灰量、同規模粉煤灰蒸壓磚廠的20.8倍，是燒結普通粘土磚廠的5.4倍，排放的CO2氣體是粉煤灰蒸壓磚廠的5.8倍，是燒結普通粘土磚廠的1.5倍，且摻灰量越大，對大氣的污染越嚴重。因此，粉煤灰燒結系列不宜作為未來發展方向。高摻量粉煤灰蒸壓磚應成為我國粉煤灰磚的主導產品。另外，還需特別指出，我國粉煤灰雖然產量大、貯存多，但由于受煤質和機組運行等的影響，有70 %以上的排灰為低、劣質灰，充分利用低、劣質灰制磚是實現粉煤灰充分利用的關鍵，也是當今研究的重要課題。
參考文獻：
［1］ 李從典我國粉煤灰制磚的昨天今天明天［J］粉煤灰綜合利用，2003(1)，38～42.
［2］ 劉天富.火電廠粉煤灰開發利用市場探析［J］.粉煤灰綜合利用，2004(1)，50.
［3］ 陳福廣.調整粉煤灰墻材制品發展方向的建議［J］.新型建筑材料，2003(12)，17～18.
1 粉煤灰的綜合利用
我國電力工業目前80 %的發電量仍由燃煤產生，一般平均每發電1萬kWh，排灰約1萬t。2000年我國發電量達12000億kWh，年排灰超過1.2億t。2001年我國火電裝機容量增到26290萬kWh，發電量達13362億kWh，年排灰達到1.5億t［1］。可見：發電量年增長約1 000億kWh，粉煤灰產量增加3000萬t。考慮歷年來的存灰，我國粉煤灰貯量估計已超過10億t。但資料顯示，目前全國粉煤灰綜合利用率約為27%，因此，我國已成為世界上最大的粉煤灰生產和貯存國。當前，隨著全國性的電能緊缺，燃煤電廠仍在大量的建設中，僅山西近幾年新(擴)建燃煤電廠的總裝機容量將達到1000萬kW。可以肯定，隨著我國發電量增加，粉煤灰的產量和貯存量必將進一步增大。粉煤灰大量的排放和堆存，增加了電力建設的投資，增大了電力生產的成本，占用大量的土地，加重了對環境的污染，不僅嚴重制約了我國電力工業本身的發展，而且也影響到國民經濟的可持續增長。因此，粉煤灰的充分利用是1項緊迫而又長期的任務。
另一方面，隨著我國國民經濟的高速發展和人民生活的日益提高，對建筑墻材的需求在不斷增長，對環境保護越來越重視。我國建材工業2000年墻材的產量約為7 300億塊，其中粘土實心磚為5 400億塊，占總量的74 %。近幾年，由于新型墻材的應用和對粘土實心磚生產的限制，粘土實心磚的產量雖有所下降，但仍占相當大的比例。我國用占世界7%的耕地養活著占世界22 %的人口，人均耕地僅為1.3畝，但每年因燒磚卻要毀田達7萬多畝；同時，燒磚耗能近6 000萬t標準煤，對環境也造成了污染。為保護耕地和環境，我國制定了墻材發展的戰略：淘汰粘土磚，利用工業固體廢棄物資源研制、生產高強輕質、保溫隔熱節能、防火無毒環保的新型墻材。因此，利用大量的粉煤灰制磚便成為替代粘土磚生產與應用的1個重要途徑。
2 粉煤灰磚的政策環境和市場前景
近年來，為推動粉煤灰等工業固體廢棄物在墻材中的綜合利用，國家制定了一系列方針政策。主要有：①利用工業廢渣生產建材產品不征收固定資產投資方向調節稅。②對生產新型墻材的企業減免土地使用稅，對生產實心粘土磚企業征收土地使用稅。③凡企業利用本企業外的大宗煤矸石、爐渣、粉煤灰作主要原料，生產建材產品的所得，自生產經營之日起，免征所得稅5年。④企業生產的原材料中摻有不少于30 %的煤矸石、粉煤灰、爐渣等廢渣的建材產品，免征增值稅。⑤對使用實心粘土磚的房屋建筑，在價外加收一定費用。⑥將抗壓強度＞MU 15、吸水率＜22 %的高摻量粉煤灰燒結普通磚作為新型墻材重點發展類產品，同時將粘土實心磚列入禁止類產品。⑦2003-06-31起在全國直轄市、沿海大中等170個城市禁止使用實心粘土磚。⑧將粉煤灰燒結空心磚列為中國高新技術產品，重點鼓勵粉煤灰燒結空心磚的生產、銷售和利用。⑨2005年前淘汰粘土實心磚廠2萬家，每年關閉4000家，粘土實心磚產量每年減少120億塊；2005年粉煤灰綜合利用率要達到65 %；2005-12-31前，全國所有省會城市全面禁止使用實心粘土磚。⑩粉煤灰燒結多孔磚為重點發展產品，要求達到高摻灰量(＞50 %)，高孔隙率(＜25 %)，高強度(＞20 MPa)，高保溫性能，并發展為主導產品。我國在加大粉煤灰綜合利用和墻材革新政策力度的同時，為促進粉煤灰制磚的發展，對利用粉煤灰生產磚的原料性能、產品技術質量要求、結構設計及施工質量驗收制定了新的技術標準。主要有：①《硅酸鹽建筑制品用粉煤灰》JC/T409-2001。②《粉煤灰磚》JC239-2001。③《燒結普通磚》GB/T5101-2003。④《燒結多孔磚》GB13544-2000。⑤《砌體結構設計規范》GB50003-2001。⑥《砌體結構施工質量驗收規范》GB50203-2002。
綜上所述，目前在我國，良好的政策環境使粉煤灰磚的研發、生產與應用出現了前所未有的發展良機，粉煤灰磚產品具有廣闊的市場前景。
3 粉煤灰磚的研發方向
根據生產工藝不同，目前利用粉煤灰生產的磚分為：粉煤灰燒結普通磚、粉煤灰燒結多孔磚、粉煤灰蒸壓磚及蒸養磚。
3.1 粉煤灰燒結普通磚
粉煤灰燒結普通磚是指由粉煤灰和粘土等材料擠出成型后，焙燒而成的實心標準磚。
由于粉煤灰無塑性，為便于擠出成型，坯體不開裂，保證產品質量，大多數生產企業以加入粘土來提高混合料的塑性。粘土的塑性指數和擠出機的性能對粉煤灰燒結普通磚摻灰量有較大影響。粘土的塑性指數越大，粘土用量則越少，而粉煤灰用量可增大；擠出機的壓力和真空度越大，越便于坯體成型，從而使粉煤灰的用量提高。目前，對摻灰量不超過50 %、以粘土為主的粉煤灰燒結普通磚(又稱為內燃磚)，由于生產技術較成熟，取得了節土，降低煤耗和成本的效果，得到國家的優惠政策，企業獲得了效益，故發展較快。在全國10萬個生產企業中，有80 %以上的企業生產此種內燃磚。對摻灰量在50 %以上的高摻量粉煤灰燒結磚，雖然其具有摻灰量大，重量輕，保溫節能效果顯著等優勢，但由于受粉煤灰特性的影響，高摻量粉煤灰燒結磚較難達到標準規定的質量要求。目前的研發方向是：在不用或少用粘土的情況下，提高制磚混合料的塑性；同時，研制更適合生產高摻量粉煤灰燒結磚的設備，并制定相應的產品質量標準。
3.2 粉煤灰燒結多孔磚
粉煤灰燒結多孔磚的材料組成與生產工藝同粉煤灰燒結普通磚。
按照現行國家標準，其規格尺寸分為M型和P型，孔洞可為圓孔或矩形孔，孔洞率≥25 %。
由于粉煤灰燒結多孔磚重量輕，節能效果優于粉煤灰燒結普通磚，所以受到科研、生產、設計部門的高度重視。近年來，在國家墻材革新和利廢力度加大的形勢下，電力、冶金、建材等部門投資幾十億元建設或改造了上百條年產3 000萬塊的高摻量粉煤灰燒結多孔磚生產線，形成了年產約50億塊的生產能力，年用灰量預計將達到500～600萬t。但根據調查資料，粉煤灰燒結多孔磚生產普遍存在產量低、摻灰量低、產品合格率低和企業效益低的現象。其原因主要是材料組成性能、生產工藝與設備以及質量管理存在不同程度的問題造成的。目前，應針對高摻量粉煤灰燒結多孔磚在生產過程中存在的實際問題，進行技術攻關，開展改進性研究，不宜再投資新建高摻粉煤灰燒結多孔磚生產線。
3.3 粉煤灰蒸壓(蒸養)磚
粉煤灰蒸壓(蒸養)磚是以粉煤灰、石灰等為原料，經壓制成型，高壓(常壓)蒸汽養護而成的實心標準磚。粉煤灰蒸壓(蒸養)磚的產品質量除受材料組成性能影響外，壓制成型時的壓力、壓制速度以及養護時的蒸汽溫度、壓力對產品質量也有較大影響。成型壓力越大，磚坯越密實，產品性能越好；壓制速度較慢，有利于磚坯內氣體排出，不僅可提高磚坯密實度，而且磚坯不會產生分層和裂紋。磚坯在蒸壓釜(蒸汽溫度176 ℃以上、蒸汽壓力0.8 MPa以上的)內養護，磚內活性組份的水化反應充分，磚的強度較高，且耐久性良好。常壓蒸養而成的粉煤灰磚，強度等性能一般較蒸壓磚差，且墻體易出現開裂等現象。工程實踐證明，使用十多年的粉煤灰蒸壓磚，強度不但未降低，反而都有所提高。所以粉煤灰蒸壓磚可完全取代粘土實心磚。由于粉煤灰蒸壓磚的生產需要大噸位(600～1200 t)的液壓壓磚機和蒸壓釜等設備，且生產工藝較復雜，故粉煤灰蒸壓磚的成本較高。目前，粉煤灰蒸壓磚的發展方向是提高產品質量，增大粉煤灰摻量，降低生產成本，重點是研制生產粉煤灰蒸壓磚的新設備，開發新技術。從國內目前利用粉煤灰生產磚的現狀和發展情況可見，粉煤灰磚主要有粉煤灰燒結和粉煤灰蒸壓2個系列。2個系列相同的研發方向是用料高摻灰、產品高性能、生產低成本。但隨著人們對空氣質量要求越來越高，粉煤灰燒結系列對大氣造成的二次污染已引起各方面的關注。資料顯示：粉煤灰摻量為65 %，年產5 000萬塊標準磚的粉煤灰燒結磚廠，其排放的SO2氣體是同摻灰量、同規模粉煤灰蒸壓磚廠的20.8倍，是燒結普通粘土磚廠的5.4倍，排放的CO2氣體是粉煤灰蒸壓磚廠的5.8倍，是燒結普通粘土磚廠的1.5倍，且摻灰量越大，對大氣的污染越嚴重。因此，粉煤灰燒結系列不宜作為未來發展方向。高摻量粉煤灰蒸壓磚應成為我國粉煤灰磚的主導產品。另外，還需特別指出，我國粉煤灰雖然產量大、貯存多，但由于受煤質和機組運行等的影響，有70 %以上的排灰為低、劣質灰，充分利用低、劣質灰制磚是實現粉煤灰充分利用的關鍵，也是當今研究的重要課題。
參考文獻：
［1］ 李從典我國粉煤灰制磚的昨天今天明天［J］粉煤灰綜合利用，2003(1)，38～42.
［2］ 劉天富.火電廠粉煤灰開發利用市場探析［J］.粉煤灰綜合利用，2004(1)，50.
［3］ 陳福廣.調整粉煤灰墻材制品發展方向的建議［J］.新型建筑材料，2003(12)，17～18.
［4］ 陳福廣主編.新型墻體材料手冊(第二版)［M］.北京：中國建筑工業出版社，2001.
尹維新(山西大學工程學院，山西 太原 030013)
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