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    燒結磚”鎂膨脹”危害及原因研究

    作者:燒結磚人氣:發表時間:2019-01-23

      燒結磚“鎂膨脹”是一個待定詞,之所以待定是截止目前磚瓦行業還沒有相應的確切數據來支持,所以才借用水泥行業用詞來暫且代用,并且只是觀察到“現象”,并未涉及到其實質,更深層次的論證還請磚瓦同行一起探討。

      一、燒結磚“鎂膨脹”現象的發現

      “鎂膨脹”雖然是一個新詞,但其現象很多人已經見到過,幾乎和“石灰爆裂”現象一致,在沒有相關資料的情況下,都被其發生的表象蒙騙了,所以,在談“鎂膨脹”之前,我們還是來看看容易被混淆的另一種現象“石灰爆裂”。石灰爆裂是影響燒結磚質量的一種現象,當制磚原料中有石灰石存在,經燒結后產品出現的質量問題。
     


     

      行業為解決“石灰爆裂”現象,總結了很多方法,其中“人工揀選、降低粒徑、加強燒結、水淋消解”十六字方針最為典型,這種將解決“石灰爆裂”方法納入生產工藝的每個環節,很好的解決或減少了此危害發生,是比較成功的。如果生產線嚴格執行了治理“石灰爆裂”的十六字方針,而產品依然出現嚴重的“石灰爆裂”現象,就令人百思不得其解了,從筆者經歷簡單介紹這種現象的發現過程:

      2010年河南省墻改辦組織全省隧道窯燒結技術培訓講座,會后組織參觀了該生產線。該廠以煤矸石為原料生產燒結磚,由于原料中有一定量的石灰石,為確保產品質量,在生產工藝的設計、建設和實際生產中,嚴格了遵循了治理“石灰爆裂”的十六字方針。但產品堆放一段時間(幾個月甚至一年)后,發現部分產品依然出現嚴重的爆裂,且持續發展。導致出窯磚不敢直接銷售,必須經過長時間堆放后,再揀選沒有發生爆裂的產品銷售,企業因產品質量問題導致場地、成本壓力苦不堪言。

      參觀期間磚廠生產技術負責人與我探討成品“石灰爆裂”難題,了解了其生產工藝和相關數據。從該廠生產工藝總體來看,原料經過格篩篩分,剔除了大塊石灰石,粉碎后的原料粒徑控制在2mm以下,焙燒窯燒結溫度960~1000℃,保溫時間合理,出窯磚及時水浸消解,其控制產品質量的技術、管理均在合理范圍內。出窯產品外觀、質量檢測等均合格,但存放幾個月或更長時間,成品磚緩慢出現爆裂現象。從原料化驗的數據來看,氧化鈣含量雖高但由于采用了解決“石灰爆裂”的所有方法,從理論上講不會造成如此大的危害。特別是將出窯產品“水淋消解”工藝,改“水淋”為“水浸”,“水浸”時間不低于5分鐘,確保石灰消解反應充分。該廠從2008年投產到現在已經三年之久,期間對此現象有很多專家提出不同看法,例如:浸泡出窯磚的水由于長時間重復使用,水中氧化鈣含量很高,達到飽和,不再消解反應了。但通過換水后的效果來看,該現象沒有得到解決。

      我當時的觀點為“二次石灰爆裂”:由于燒結過程產生的液相量較多,包裹石灰石,冷卻后形成“鎧甲”,遇水后水分不能快速反應,但隨著時間的推移,空氣中的水分通過“鎧甲”細微縫隙慢慢產生反應,生石灰開始反應導致“石灰爆裂”現象延遲出現。出現的時間和“鎧甲”形成的厚度、強度以及燒結時的窯爐溫度、保溫時間、液相量等有關。當“鎧甲”較厚,強度高時,反應較慢,反之則快。“二次石灰爆裂”雖然客觀存在,但危害很輕微,可以說是個別現象,這么嚴重的爆裂現象以此解釋,很是牽強。

      2011年鄭州出現了“樓脆脆”事件,八幢已經主體完工的樓體最終全部拆除,原因經質量監督機構檢測,認為砌筑主體的燒結磚出現嚴重的“石灰爆裂”導致。從這個事件的燒結磚生產廠家來看,均出自鄭州周邊的以煤矸石為原料的磚廠,與去年現場交流的磚廠屬同一地域,且原料和生產工藝相同。雖然有監督機構檢測和專家定論,但對磚廠生產工藝和采取的解決“石灰爆裂”措施來分析,我認為這個結論難以自圓其說。

      2012年,在安徽某地我又遇到了這類現象,雖然不是很嚴重,但由于用戶不斷的索賠,磚廠壓力很大,幾乎倒閉。

      二、“鎂膨脹”現象的發生過程

      “鎂膨脹”幾乎和“石灰爆裂”現象的表象一樣,都有著同樣的破壞磚體強度的共性,從外觀來看,磚體出現白色或灰白色爆裂點,檢測為強堿性,原料檢測一般為鈣的含量較高。唯一不同點是發生破壞的時間不同,石灰爆裂由于受水分因素影響,爆裂的時間很迅速,短的幾分鐘,慢的可為幾天到幾個月,一旦發生就會迅速造成危害。如果在“石灰爆裂”發生前或發生初期采取水淋消解的辦法,能控制危害的延續發生。而“鎂膨脹”發生的時間較晚且緩慢,可從月到年延續,當危害發生時,即使采用水淋、水浸都無法阻止其危害的繼續發展。

      三、“鎂膨脹”的理論借鑒

      這種類似“石灰爆裂”的現象對磚體強度造成的危害極大,而單單以“石灰爆裂”解決辦法卻阻止不了其發展,這一現象一直困擾著我。

      筆者所在的鶴壁地區生產金屬鎂企業較多,其生產廢棄物金屬鎂渣(渣中金屬鎂含量6~10%)曾替代石灰在建筑砂漿中使用,其建筑物一年之內全部報廢,究其原因就是砌筑砂漿中的金屬鎂廢渣膨脹導致墻體坍塌。對這一現象的親身經歷,使我聯想到這種類似“石灰爆裂”的現象,再查詢金屬鎂渣膨脹相關資料時,在水泥行業利用金屬鎂廢渣作為混凝土膨脹劑的一些論文資料得到了印證。

      氧化鎂主要來源為白云巖,白云巖的主要成分是碳酸鈣鎂。白云巖煅燒至700℃~900℃時失去二氧化碳,成為氧化鈣和氧化鎂的混合物。氧化鈣和氧化鎂與水反應可生成膨脹性的產物氫氧化鈣和氫氧化鎂,體積分別膨脹97.9%和148%。氧化鎂也可存在于石灰石中,在煅燒過程中會形成游離氧鎂(即方鎂石)。

      原料中氧化鎂總量與游離氧化鎂沒有一定的比例關系,兩者隨原料成分和工藝條件不同比例變化很大。

      氧化鈣和氧化鎂與水反應可生成膨脹性的產物氫氧化鈣和氫氧化鎂,這是它們的共性,但其與水反應所需要的時間相差很大。氧化鈣可快速反應,其反應速度是檢驗石灰活性重要指標,根據煅燒工藝、時間、溫度、原料純凈度等因素,一般在幾分鐘內完成(當出現”死燒“現象時,反應較慢)。而氧化鎂反應時間很慢,從水泥生產企業利用氧化鎂渣作為混凝土膨脹劑資料來看,檢測時間最長為28天(混凝土最長養護期),但28天后氧化鎂依然膨脹,為使氧化鎂在28天內達到指標。采用細磨和添加石膏的辦法,激發氧化鎂前期膨脹。從氧化鎂這一特性中,可得到其膨脹反應是緩慢的。

      水泥行業利用氧化鎂的這種延遲膨脹性來彌補混凝土收縮的難題,取得了很多的經驗。

      煤矸石中含有一定量的的氧化鎂,其含量根據地區礦物組成和巖理構造高低不等。以煤矸石為原料生產燒結磚時,氧化鎂為有害質,主要表現為制品泛霜,嚴重時可在磚體內膨脹,破壞其結構,導致產品強度下降,甚至出現廢品。從現有的磚瓦資料來看,氧化鎂對燒結磚的危害主要為泛霜,對其膨脹導致的嚴重后果幾乎無資料可查,究其原因應為其主要出現在個別地區和少數磚廠。并且當該現象出現時,往往被認為是“石灰爆裂”,或者由于燒結導致的石灰石“死燒”出現的延遲爆裂,還有專家認為是浸泡磚的水由于氧化鈣濃度較高導致不反應等理論,但都無法解釋這一現象。之所以一直圍繞氧化鈣作文章,這主要是其膨脹后的表象和后果和“石灰爆裂”幾乎一樣。

      針對燒結磚類似“石灰爆裂”這一現象,從氧化鎂渣膨脹原理來解釋較為合理。

      這個現象之所以“難”以解釋,我認為有幾方面的原因:一是不是普遍問題,地域性很強,目前來看只在少數以煤矸石為原料燒制磚瓦的生產線出現;二是利用煤矸石為原料燒結磚瓦在國內普及的時間很短,只有不到二十年的時間,缺少相關的資料和研究;三是這個現象極具欺騙性,不但現象類似“石灰爆裂”,且化驗結果都具有強堿性等,導致兩者難以區分,很容易將“鎂膨脹”誤導為“石灰爆裂”。

      從以上發現到理論借鑒,可以看到燒結磚“鎂膨脹”現象是客觀存在的,由于其發展是一個漫長的過程,也是本文將其描述為“膨脹”而不是“爆裂”的原因。

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