基本信息
- 项目名称：
- 黄河泥砂—粉煤灰蒸压砖的研制
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 全国范围“禁粘土砖”后，如何寻找粘土替代品原料成为当前研究的新课题。项目本着节能、减排、利废、环保的原则，以黄河泥砂、粉煤灰和炉渣为主要原料，采用化学激发结合蒸压方法研制生产承重砖。可有效利用黄河泥砂和工业废物,大幅度减少二氧化碳、二氧化硫等废气的排放量、符合国家产业结构调整、节能减排和环境保护政策。 项目以黄河泥砂、粉煤灰、炉渣等为主要原料，通过正交试验，研究出了蒸压砖生产的最佳配合比方案；通过工业试验，确定出了产品的生产工艺流程及最佳生产控制参数；同时，批量生产出了黄河泥砂－粉煤灰蒸压砖的合格产品。产品经洛阳金鉴工程质量检测中心按JC239—2001《粉煤灰砖》检验:其抗压强度、抗冻性均符合MU20砌墙砖标准，放射性检验为A类建筑材料。 经过河南省科学技术信息研究院科技查新得出结论：以黄河泥砂、粉煤灰为主要原料，采用化学激发方法生产蒸压砖国内目前无文献报道,属于国内首创，达到了国内领先水平。
- 详细介绍：
- 项目本着节能、减排、利废、环保的原则，采用黄河泥砂、粉煤灰和沪渣等为主要原料，通过正交试验，研究出了蒸压砖生产的最佳配方；找到了蒸压砖生产的最佳工艺参数。在河南省偃师市首阳山四方建材厂采用蒸压法工艺（蒸压温度190℃）取代高耗能的烧结工艺（烧结温度1050℃）进行了工业试验，产品经洛阳金鉴工程质量检测中心按JC239-2001《粉煤灰砖》进行检测达到MU20级砌墙砖的要求，放射性检测为A类建筑材料。 经济效益测算： 以一块240mm×115mm×53mm标准砖为单位进行成本核算表明，黄河泥砂—粉煤灰蒸压标砖成本为0.1622元/块。以规划兴建生产线年产量为1亿块标准砖，项目总投资2000 万元左右，销价按0.27元（洛阳地区的市售价格为0.22～0.28元/块），可实现年收入2700万元产值，近1000万元的利润，投资利润率为50%左右，投资回收期为2年左右，即第二年即可收回投资。 节能减排测算： 以年产1亿块标准砖规模计算：本产品与烧结普通粘土砖、烧结粉煤灰砖相比分别节煤7500吨/亿块、3500吨/亿块，节能分别达到75%、58%；烧结普通粘土砖、烧结粉煤灰砖的SO2、CO2排放量分别为160.0吨和2. 57万吨和925.7吨、3.65万吨，而本产品仅有40.0吨、0.64万吨，分别是本产品的4.0倍、4.0倍和23.1倍、5.7倍。（既产品与烧结粘土砖、烧结粉煤灰砖相比减排SO2 和CO2分别达75%、75%和95.7%、82.5%。） 社会效益： 研制黄河泥砂—粉煤灰蒸压砖因地制宜开发利用新的取之不尽的自然资源——黄河泥砂，综合利用二次资源——粉煤灰和沪渣，实现了经济效益、社会效益和资源环境效益的“绿色三赢”，市场前景广阔。同时，对黄河沿线有效保护耕地、治理黄河灾害和生态环境综合治理都具有十分重大的战略意义。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 全国范围“禁粘土砖”后，如何寻找粘土替代品使之成为长期使用原料成为当前研究的新课题。 项目本着节能、减排、利废的原则，以黄河泥砂、粉煤灰和炉渣等为主要原料，通过正交试验研究出了最佳配方、生产工艺流程和最佳工艺参数。 采用“化学激发结合蒸压方法”生产承重砖。可有效利用工业废物和黄河泥砂,大幅度减少二氧化碳、二氧化硫等废气的排放量、符合国家产业结构调整、节能减排和环境保护政策。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性：主要原料属铝硅酸盐类，能同生石灰等在一定条件下,生成水化硅酸盐和水化铝酸盐等,从而使制品获得强度。 先进性：(1)节土，(2)节地，(3)节能，(4)减排，(5)利废，(6)环保，（7）治理河道，（8）符合国家产业结构调整政策，具有较好的经济效益和社会效益。 独特之处：经查新，以黄河泥砂—粉煤灰等为主要原料，采用化学激发结合蒸压方法生产承重砖目前无文献报道。
应用价值和现实意义
- （1）作为粘土替代品原料生产新型墙体材料，符合国家产业政策；（2）可以延长固废的使用年限；（3）企业享受免税收优惠政策；（4）节约土地资源，还节约固废处理费用。以年产1亿块标准砖的工厂为例：可实现年收入2700万元产值，近1000万元的利润，实现了经济效益、社会效益与资源效益的“绿色三赢”。该技术已经在两家砖场和多家建筑单位获得应用。作品的实际应用价值和现实意义十分重大。
学术论文摘要
- 以黄河泥砂、粉煤灰等为主要原料，采用化学激发结合蒸压的方法,通过正交试验，研究出了蒸压砖生产的最佳配合比方案；通过工业试验，确定出了产品的生产工艺流程；研制出了黄河泥砂－粉煤灰蒸压砖的合格产品。对产品进行了微观结构分析：由SEM图可以看出，水化产物结构比较密实,呈板块状，使得制品具有较高强度；XRD图谱显示，黄河泥砂-粉煤灰经蒸压生成了托勃莫来石、水化硅酸钙、水化石榴石等水化产物，这些水化产物将未反应粗料粘结在一起 ,形成以粗颗粒为骨架的混凝土式结构。对黄河泥砂－粉煤灰蒸压砖的主要生产设备蒸压釜的蒸压生产控制机理研究表明，适宜的蒸压生产工艺参数为：升温压力每小时0.5MPa ，温度每小时60 ℃，升温一般需要2～3 h；恒温压力应控制在1.4 MPa 左右，175～185 ℃，恒温时间一般4～6 h；降温应缓慢进行，控制在2～3 h。对成本构成与核算探讨表明：黄河泥砂－粉煤灰蒸压标砖成本为0.1622元/块。产品经洛阳金鉴工程质量检测中心检验其抗压强度、抗冻性均符合MU20砌墙砖的标准要求，放射性检验为A类建筑材料，因此，是一种新型环保墙体材料。
获奖情况
- 2008年7月产品经洛阳金鉴工程质量检测中心检验按JC239—2001标准检验，其抗压强度、抗冻性均达到MU20级砌墙砖的要求，放射性检验为A类建筑材料。 2008年9月经过河南省科学技术信息研究院科技查新得出结论：国内文献中未见像本项目一样，以黄河中游孟津段泥砂为原料，掺加粉煤灰、炉渣等，对采用蒸压法制备建筑承重砖进行试验研究的报道。 2008年12月参加由洛阳市人民政府主办，市高新技术开发区、团市委、市科技局、洛阳日报社、洛阳电视台、洛阳国家高技术创新服务中心等单位联合承办，洛阳移动公司冠名赞助的“中国移动洛阳市首届大学生创新创业大赛”，从600多个参赛项目中，脱颖而出荣获一等奖。 2009年5月参加第七届“挑战杯”河南省大学生课外学术科技作品竞赛，获得自然科学类学术论文一等奖。
鉴定结果
- 产品经洛阳金鉴工程质量检测中心检验：其抗压强度、抗冻性均符合MU20砌墙砖标准，放射性检验为A类建筑材料。经科技查新以黄河泥砂、粉煤灰为主要原料，采用化学激发方法生产蒸压砖国内目前无文献报道。
参考文献
- 随着贯彻《国务院办公厅关于进一步推进墙体材料革新和推广节能建筑的通知》(国办发[2005]33号) 、《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》(国发[2007] 15号)文件精神，墙体材料革新和节能减排工作又进入了一个新的阶段，“禁实”工作在全国范围内展开。 [1] 丁伟东、胡杰、任炳会.推进墙材革新、节能减排和推广节能建筑—砖瓦企业所面临的挑战与创新发展的机遇 砖瓦，2008（1）7-10 [2] 陶有生.蒸压粉煤灰砖及蒸压灰砂砖生产技术及发展[J]. 砖瓦,2005（7）：9-13 [3] 何水清. 粉煤灰制砖工艺[J]. 新型建筑材料2001（4）：32-34 [4] 李庆繁,李光复,罗维滨.原料及其配合比对蒸压粉煤灰砖耐久性的影响[J].粉煤灰，2004（4）：24-27 [5] 何奔流，沈永康，何劲波.制砖用粉煤灰及激发剂石灰介绍[J].粉煤灰综合利用，2000 （3）：66-67 [6] 朱芝兰.从化学工艺角度论如何提高硅酸钙板强度[J]. 房材与应用，1999（3）：45-47 [7] 李博.电厂灰渣制砖中蒸压技术应用之探讨[J].煤矿现代化 1999，33（5）：32-33 [8] 陈福广.粉煤灰制品 蒸压砖VS烧结砖—关于调整粉煤灰制品发展方向的建议[J].中国建材，2003（3）：32-33
同类课题研究水平概述
- 目前，砌墙砖的生产方法主要有烧结法、蒸压法。烧结法要消耗大量能源，而且存在废气排放带来的环境污染问题。蒸压法因无须高温煅烧、生产工艺过程简单、大幅度降低废气排放量、节能等诸多优点而逐渐成为砌墙砖生产的主要方法。 黄河泥砂烧结砖已有文献报道。粉煤灰蒸压砖和蒸养砖已有文献报道。 本课题已经过四年七批次学生相继研究，利用河中游黄孟津段以上的黄河泥砂生产黄河泥砂-粉煤灰蒸压承重实心砖已经成功。 经过洛阳金鉴工程质量检测中心按JC239—2001《粉煤灰砖》检验，抗压强度平均值23.5MPa、抗折强度平均值4.80MPa、冻融后抗压强度平均值21.7MPa。其抗压强度、抗冻性均符合MU20砌墙砖标准要求，放射性检验为A类建筑材料。 经过河南省科学技术信息研究院科技查新得出结论：国内文献中未见像本项目一样，以黄河中游孟津段泥砂为主要原料，掺加粉煤灰、炉渣等，采用化学剂发结合蒸压法制备建筑承重砖进行试验研究的报道。
