建筑垃圾烧结多孔（空心）砖的研制与中试生产 - 内燃机与配件杂志社投稿

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建筑垃圾烧结多孔（空心）砖的研制与中试生产

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0 引言本研究是珲春吕佳建材有限公司与吉林省建筑材料工业设计研究院合作完成的吉林省2016年科技攻关/重大科技招标专项项目。按任务书要求，利用烧结类建筑垃圾资源化处理后废粉料，研制烧结多孔砖与空心砖。但珲春市尚未做建筑垃圾资源化处理，没有该废粉料。为完成本研究，主要利用拆迁建筑的红砖类建筑垃圾。按红砖类建筑垃圾掺量≥30%，再和≤70%掺量的煤矸石原料混合形成配方料；混合料经原料处理→挤出成型→切码运系统→余热干燥→以隧道窑煤矸石内燃工艺烧结多孔（空心）砖；经试验室小试试验研究、工厂中试生产证明配方和工艺可行，产品均达到GB 13544-2011[1]《烧结多孔砖和多孔砌块》标准指标、GB/T 13545-2014[2]《烧结空心砖和空心砌块》标准指标。 1 建筑垃圾烧结墙体砖基体形成原理以建筑垃圾为瘠性料，以煤矸石（黑矸）为塑性材料混合形成墙材砖，即烧结多孔砖与空心砖配方料，经搅拌、成型干燥后，在950℃～1 000℃析出液相、固相、气相。气相被排除，固相被液相包裹，使颗粒间粘结，即烧结，形成硅酸铝钠钙镁烧结体。 2 原料特性的研究 2.1 原料的基本性能煤矸石（黑矸）：珲春市八连城煤矿产，黑色，细碎块状，松散干密度1 420 kg/m3，自然含水率5.41%。发热量818 cal/g，塑性指数9.7，作为内燃、塑性料加入。化学成分详见表1。表1 原料化学成分分析%名称 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3 烧失量煤矸石（黑矸） 56.22 19.36 3.90 0.48 1.62 2.51 1.92 0.28 13.60烧结类建筑垃圾 63.60 19.08 5.54 2.20 2.13 2.92 2.24 0.52 1.80 烧结类建筑垃圾：主要是红砖瓷砖拆迁垃圾，红色，细碎块状，松散干密度1 360 kg/m3，无发热量，无塑性，作为瘠性料加入。化学成分详见表1。 2.2 原料的发热量根据对原料的检测，珲春市八连城煤矿产煤矸石（黑矸）发热量 3 419 J/g（818 cal/g）。 2.3 原料化学成分由于制砖原料多属于铝硅酸盐质原料[3]。因此，化学组成主要有二氧化硅（SiO2）及三氧化二铝（Al2O3），另根据生成条件不同，同时含有少量的碱金属及碱土金属氧化物，如：氧化铁（Fe2O3）、氧化钙（CaO）、氧化镁（MgO）、氧化钾（K2O）、氧化钠（Na2O）等。由表1可知，珲春市八连城煤矿产煤矸石（黑矸）、当地烧结类建筑垃圾原料的化学成分基本满足要求。 2.4 原料的物理性能将以破碎好的原料，分别加水搅拌，陈化24 h后进行物理性能测试。混合料的物理性能：普氏含水率24%、可塑性10.6、干燥敏感性系数1.1、干燥线收缩率3.5%。可塑性指数是反映原料成型性能的重要指标，通常原料可塑性指数在7～15，混合料的塑性均较好。随着干燥过程的进行，坯体中的水分逐渐排除，坯体原料颗粒之间彼此靠拢而产生体积收缩，这种变化以干燥线收缩率表示。干燥敏感性系数表示泥料在干燥过程中发生开裂产生干燥裂纹等干燥缺陷的倾向性程度。干燥敏感性系数高的原料对干燥条件的适应性差，易产生干燥缺陷；而干燥敏感性系数低的原料对干燥条件的适应性好适宜于快速干燥。通常要求原料的干燥敏感性系数＜1.5。混合料料的干燥敏感性均较低，试样在干燥过程中不易产生裂纹，适宜于快速干燥。 3 试验室小试研究挤出成型机，采用国产实验室小型真空挤出成型机，模拟成型试验。挤出机由上方喂料系统和下方挤出系统组成。可连续挤出29%空心率泥条和实心泥条。真空压力0.03 MPa～0.05 MPa。根据任务书规定建筑垃圾掺量≥30%，所以小试配方范围按质量配比确定为：建筑垃圾35%～45%，煤矸石（黑矸）55%～65%。试验 Q1#，Q2#，Q3#配方三组进行。具体配方比例与发热量见表2。表2 配方比例与发热量名称 Q1#配方 Q2#配方 Q3#配方配比/% 配比质量/kg 配比/% 配比质量/kg 配比/% 配比质量/kg煤矸石（黑矸） 65 9.1 60 8.4 55 7.7建筑垃圾 35 4.9 40 5.6 45 6.3合计 100 14 100 14 100 14热量/cal·g-1 532 491 450 3.1 原料处理及挤出成型挤出成型。先将配方所需原料烘干，均破碎10 mm以下，按总量14 kg配制，其中：Q1#号配方：建筑垃圾 4.9 kg、煤矸石（黑矸）9.1 kg；Q2#号配方：建筑垃圾5.6 kg、煤矸石（黑矸）8.4 kg；Q3#号配方建筑垃圾6.3 kg、煤矸石（黑矸）7.7 kg。按工作进度，将称量好的配方料入试验用球磨机，粉磨15 min，出磨检测颗粒度≤1 mm，按含水18%加水，用搅拌机搅拌均匀后，陈化约24 h以上，进行挤出试验；首先将挤出嘴卸下，混合料在挤出机内搅拌捻炼1次，再将挤出嘴安装上，挤出空心条，再挤出实心条，因塑性较好，泥条均光滑无裂纹。经测定泥含水17%～17.5%。以Q1#号配方为例：参见图1～图2为挤出坯体；Q2#号配方、Q3#号配方，挤出坯体图省略。图1 挤出泥条图2 干燥后的坯体 3.2 各配方的成型物理性能各配方的成型物理性能，见表3。表3 各配方的成型物理性能配方名称成型水分/%/MPa 塑性指数干燥敏感性系数Q1#配方 18 0.03 9.9 0.91 Q2#配方 17.6 0.03 9.6 0.82 Q3#配方 17.5 0.03 9.1 0.65成型真空度 3.3 干燥由于混合料为中低敏感性原料，采用快速干燥。所以将成型好的试样自然干燥24 h后，以20℃/h的加温速度升温至110℃的环境中烘干至恒重。烘干后试样Q1#，Q2#，Q3#均无干燥裂纹产生，如图2所示。 3.4 梯度炉焙烧与烧后样品块实验室梯度炉为六室炉膛，以小试样在梯度炉内焙烧，来确定混合料的烧成温度及烧成温度范围，一次可确定6个烧成温度。可智能自动控制。为确定烧结多孔（空心）砖温度曲线，第一组Q1#号配方块按两炉12个温度点测定。再根据此次烧成情况，去掉两端烧结不好的，其他按一炉6个温度点测定，可节省烧结炉次数。设定的温度制度：从室温到400℃：升温速度130 ℃/h～150 ℃/h，升温时间150 min～180 min；400℃：保温30 min；400℃～800℃：升温速度130℃/h～150℃/h，升温时间180 min；800℃：保温30 min；800℃～（850℃～112 5℃）相应最高温度：升温时间为 50 min～110 min；恒温 180 min。焙烧后出炉如图3所示，实心块与空心块烧成样品如图4所示。 Q1#号配方块按两炉12个温度点烧后如图5～图6所示。图3 梯度炉焙烧后图4 实心块与空心块烧成样品图5 Q1#号块在850℃～875℃烧成图6 Q1#号块在1 000℃～1 125℃烧成 3.5 试验数据记录 Q1#配方组，试验共做12个梯度850℃～1 125℃，找出烧成温度范围是900℃～1 025℃；Q2#配方组、Q3#配方组，按此烧成温度范围6个梯度烧成。Q1#配方组，Q1#-4～Q1#-7为最好，最佳烧成温度范围925℃～1 000℃。试验数据见表4。 Q2#配方组，试验按6个梯度900℃～1 025℃，找出烧成温度范围是900℃～1 025℃；Q2#配方组，Q2-4～Q2-6为最好，最佳烧成温度范围975℃～1 025℃。试验数据见表5。 Q3#配方组，试验按6个梯度900℃～1 025℃，找出烧成温度范围是900℃～1 025℃；Q3#-4～Q3#-6为最好，最佳烧成温度范围975℃～1 025℃。试验数据见表6。 3.6 温度曲线图与温度—收缩率、吸水率关系曲线 Q1#配方组，试验共做12个梯度；其他按6个梯度做温度曲线，Q2#与Q3#省略。以Q1#-1～Q1#-6与Q1#-7～Q1#-12配方块为例，详见图 7～图8所示。 3.7 焙烧温度及烧成温度范围的确定详见表4～表6，图7～图9，根据综合试验可以看出，Q1#配方、Q2#配方、Q3#配方，试样在 925 ℃～1 000℃之间的焙烧过程中，随着温度升高时收缩率和吸水率曲线变化较平缓，吸水率较低，符合制砖标准对吸水率≤21%的要求。但在1 050℃以后收缩率变化较快，烧成不易控制。表4 Q1#配方试验数据配方号：吸水率/%实心 Q1#-1 44.18 42.92 138.31 2.85 42.60 126.99 0.75 3.58 147.21 15.92 850 Q1#-2 44.18 42.92 130.59 2.85 42.70 119.85 0.51 3.35 140.02 16.83 875 Q1#-3 44.18 42.88 125.23 2.94 42.40 114.92 1.12 4.03 133.07 15.79 900 Q1#-4 44.18 42.80 128.50 3.12 42.36 117.86 1.03 4.12 136.19 15.55 925 Q1#-5 44.18 43.10 125.65 2.44 42.36 115.17 1.72 4.12 131.44 14.13 950 Q1#-6 44.18 43.20 133.01 2.22 42.36 124.81 1.94 4.12 139.76 11.98 975实心 Q1#-7 44.18 42.92 136.31 2.85 41.82 124.91 2.56 5.34 139.61 11.77 1 000 Q1#-8 44.18 42.92 130.59 2.85 41.62 121.76 3.03 5.79 136.01 11.70 1 025 Q1#-9 44.18 42.88 125.23 2.94 41.38 128.68 3.50 6.34 140.46 9.15 1 050 Q1#-10 44.18 42.80 128.50 3.12 40.80 120.65 4.67 7.65 128.17 6.23 1 075 因膨胀变形不准确Q1# 块号湿坯块宽/mm备注宽/mm 质量/g 干燥收缩率干燥快烧结块总烧成收缩率/%/% 宽/mm 质量/g 烧结收缩率/%湿质量/g吸水率烧成温度/℃Q1#-11 44.18 43.10 125.65 2.44 43.10 121.26 0.00 2.44 126.51 4.33 1 100 Q1#-12 44.18 43.20 133.01 2.22 43.60 114.88 0.93 1.31 119.81 4.29 1 125 表5 Q2#配方试验数据配方号：吸水率/%实心 Q2#-1 44.18 43.10 143.39 2.44 42.50 130.36 1.39 3.80 154.88 18.81 900 Q2#-2 44.18 43.20 135.17 2.22 42.30 124.5 2.08 4.26 147.43 18.42 925 Q2#-3 44.18 43.18 135.68 2.26 42.38 124.93 1.85 4.07 147.08 17.73 950 Q2#-4 44.18 43.40 127.02 1.77 42.08 116.86 3.04 4.75 136.39 16.71 975 Q2#-5 44.18 43.38 141.38 1.81 41.70 130 3.87 5.61 149.28 14.83 1 000 Q2#-6 44.18 43.04 134.13 2.58 41.40 123.37 3.81 6.29 140.35 13.76 1 025空心 Q2#-1 44.18 42.80 96.44 3.12 42.70 86.81 0.23 3.35 106.18 22.31 900 Q2#-2 44.18 42.70 85.89 3.35 42.70 78.77 0.00 3.35 93.92 19.23 925 Q2#-3 44.18 42.90 84.98 2.90 42.50 78.16 0.93 3.80 92.92 18.88 950 Q2#-4 44.18 42.80 83.37 3.12 42.30 75.55 1.17 4.26 88.99 17.79 975 Q2#-5 44.18 42.80 86.41 3.12 41.90 79.40 2.10 5.16 92.34 16.30 1 000 Q2#-6 44.18 43.00 92.01 2.67 41.80 84.50 2.79 5.39 99.51 17.76 1 025 Q2# 块号湿坯块宽/mm备注宽/mm 质量/g 干燥收缩率干燥快烧结块总烧成收缩率/%/% 宽/mm 质量/g 烧结收缩率/%湿质量/g吸水率烧成温度/℃ 表6 Q3#配方试验数据配方号：吸水率/%实心 Q3#-1 44.18 43.04 126.65 2.58 42.80 116.93 0.56 3.12 139.36 19.18 900 Q3#-2 44.18 43.28 134.06 2.04 42.70 123.71 1.34 3.35 146.66 18.55 925 Q3#-3 44.18 43.10 129.42 2.44 42.58 119.41 1.21 3.62 141.30 18.33 950 Q3#-4 44.18 43.10 134.22 2.44 42.28 123.8 1.90 4.30 144.74 16.91 975 Q3#-5 44.18 42.70 133.67 3.35 41.94 121.17 1.78 5.07 138.14 14.01 1 000 Q3#-6 44.18 43.20 136.98 2.22 41.78 124.14 3.29 5.43 140.40 13.10 1 025空心 Q3#-1 44.18 42.86 85.74 2.99 42.50 79.02 0.84 3.80 95.66 21.06 900 Q3#-2 44.18 43.04 90.25 2.58 42.40 83.21 1.49 4.03 99.76 19.89 925 Q3#-3 44.18 42.80 83.03 3.12 42.30 76.49 1.17 4.26 91.28 19.34 950 Q3#-4 44.18 43.70 85.64 1.09 42.30 78.91 3.20 4.26 93.42 18.39 975 Q3#-5 44.18 42.98 93.55 2.72 41.70 86.02 2.98 5.61 100.67 17.03 1 000 Q3#-6 44.18 43.08 86.82 2.49 41.48 79.84 3.71 6.11 92.70 16.11 1 025 Q3# 块号湿坯块宽/mm 备注宽/mm 质量/g 干燥收缩率干燥快烧结块总烧成收缩率/%/% 宽/mm 质量/g 烧结收缩率/%湿质量/g吸水率烧成温度/℃ 根据焙烧曲线，再结合烧成小试样的焙烧情况，确定：混合料试样最佳烧成温度范围925℃～1 000℃。图7 Q1#-1～Q1#-6配方块温度曲线图8 Q1#-7～Q1#-12配方块温度曲线图9 Q1#-1～Q1#-9温度-收缩率、吸水率关系 4 工厂中试在珲春吕佳建材有限公司进行。该公司年产1.2亿块（折标）烧结煤矸石多孔（空心）砖自动化生产线于2014年正式投产。为延边州与珲春市重要烧结类墙材砖生产基地。该公司生产线设备先进[4]，隧道式焙烧窑窑长144.35 m，内宽6.9 m，可容窑车33辆，根据砖型的不同，焙烧温度为950℃～1 050℃，焙烧周期24 h～34 h。多孔砖焙烧周期33 h左右，空心砖焙烧周期25 h左右。具备本项目的中试。 4.1 生产多孔砖、空心砖配方建筑垃圾：煤矸石（黑矸）=35%：65%；发热量480 cal～490 cal。按生产多孔砖20 000块（折标）、空心砖20 000块（折标）原料准备。 4.2 焙烧窑温度制度多孔砖烧成曲线为：50℃～950℃预热升温时间12 h，950℃～990℃～950℃烧成恒温时4 h，950℃～150℃降温出窑时间17 h，共33 h左右。空心砖烧成曲线为：50℃～970℃预热升温时间10 h，950℃～970℃～950℃烧成恒温时间 3 h，950℃～140℃降温出窑时间12 h，共25 h左右。多孔砖与空心砖烧成曲线如图10所示。 4.3 多孔砖、空心砖成品主要技术性能指标烧结多孔砖：主要规格 240×115×90（mm），密度1 186 kg/m3，抗压强度21.5 MPa，抗冻性D50合格。图10 隧道窑中试多孔砖与空心砖焙烧温度曲线比较图11 成品多孔砖图12 成品空心砖烧结空心砖：主要规格，190×190×190（mm），密度973 kg/m3，抗压强度6.1 MPa，抗冻性D50合格。 5 结论经多个配方对多孔砖、空心砖综合挤出成型小试研究，最后通过梯度炉焙烧，墙材砖的吸水率均小于GB 13544-2011《烧结多孔砖和多孔砌块》标准指标、GB/T 13545-2014《烧结空心砖和空心砌块》标准指标，即：均≤21%；烧成范围在：925℃～1 000℃。经隧道窑生中试产，试验室小试配方可行，适合隧道窑生产工艺；经检验，焙烧的多孔砖、空心砖成品技术性能指标均满足国家标准要求，抗冻50次满足寒冷地区要求。 [1]GB 13544-2011.烧结多孔砖和多孔砌块[S].北京：中国标准出版社，2011. [2]GB/T 13545-2014.烧结空心砖和空心砌块[S].北京：中国标准出版社，2014. [3]梁嘉琪，郑建宜，张凤超.利用炭化污泥和建筑垃圾生产高档清水砖设计[J].砖瓦，2019（10）：60-63. [4]闫开放，林永淳.一次码烧工艺与设备选型的分析讨论（四）[J].砖瓦，2019（8）：40-43. 0 引言本研究是珲春吕佳建材有限公司与吉林省建筑材料工业设计研究院合作完成的吉林省2016年科技攻关/重大科技招标专项项目。按任务书要求，利用烧结类建筑垃圾资源化处理后废粉料，研制烧结多孔砖与空心砖。但珲春市尚未做建筑垃圾资源化处理，没有该废粉料。为完成本研究，主要利用拆迁建筑的红砖类建筑垃圾。按红砖类建筑垃圾掺量≥30%，再和≤70%掺量的煤矸石原料混合形成配方料；混合料经原料处理→挤出成型→切码运系统→余热干燥→以隧道窑煤矸石内燃工艺烧结多孔（空心）砖；经试验室小试试验研究、工厂中试生产证明配方和工艺可行，产品均达到GB 13544-2011[1]《烧结多孔砖和多孔砌块》标准指标、GB/T 13545-2014[2]《烧结空心砖和空心砌块》标准指标。1 建筑垃圾烧结墙体砖基体形成原理以建筑垃圾为瘠性料，以煤矸石（黑矸）为塑性材料混合形成墙材砖，即烧结多孔砖与空心砖配方料，经搅拌、成型干燥后，在950℃～1 000℃析出液相、固相、气相。气相被排除，固相被液相包裹，使颗粒间粘结，即烧结，形成硅酸铝钠钙镁烧结体。2 原料特性的研究2.1 原料的基本性能煤矸石（黑矸）：珲春市八连城煤矿产，黑色，细碎块状，松散干密度1 420 kg/m3，自然含水率5.41%。发热量818 cal/g，塑性指数9.7，作为内燃、塑性料加入。化学成分详见表1。表1 原料化学成分分析%名称 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3 烧失量煤矸石（黑矸） 56.22 19.36 3.90 0.48 1.62 2.51 1.92 0.28 13.60烧结类建筑垃圾 63.60 19.08 5.54 2.20 2.13 2.92 2.24 0.52 1.80烧结类建筑垃圾：主要是红砖瓷砖拆迁垃圾，红色，细碎块状，松散干密度1 360 kg/m3，无发热量，无塑性，作为瘠性料加入。化学成分详见表1。2.2 原料的发热量根据对原料的检测，珲春市八连城煤矿产煤矸石（黑矸）发热量 3 419 J/g（818 cal/g）。2.3 原料化学成分由于制砖原料多属于铝硅酸盐质原料[3]。因此，化学组成主要有二氧化硅（SiO2）及三氧化二铝（Al2O3），另根据生成条件不同，同时含有少量的碱金属及碱土金属氧化物，如：氧化铁（Fe2O3）、氧化钙（CaO）、氧化镁（MgO）、氧化钾（K2O）、氧化钠（Na2O）等。由表1可知，珲春市八连城煤矿产煤矸石（黑矸）、当地烧结类建筑垃圾原料的化学成分基本满足要求。2.4 原料的物理性能将以破碎好的原料，分别加水搅拌，陈化24 h后进行物理性能测试。混合料的物理性能：普氏含水率24%、可塑性10.6、干燥敏感性系数1.1、干燥线收缩率3.5%。可塑性指数是反映原料成型性能的重要指标，通常原料可塑性指数在7～15，混合料的塑性均较好。随着干燥过程的进行，坯体中的水分逐渐排除，坯体原料颗粒之间彼此靠拢而产生体积收缩，这种变化以干燥线收缩率表示。干燥敏感性系数表示泥料在干燥过程中发生开裂产生干燥裂纹等干燥缺陷的倾向性程度。干燥敏感性系数高的原料对干燥条件的适应性差，易产生干燥缺陷；而干燥敏感性系数低的原料对干燥条件的适应性好适宜于快速干燥。通常要求原料的干燥敏感性系数＜1.5。混合料料的干燥敏感性均较低，试样在干燥过程中不易产生裂纹，适宜于快速干燥。3 试验室小试研究挤出成型机，采用国产实验室小型真空挤出成型机，模拟成型试验。挤出机由上方喂料系统和下方挤出系统组成。可连续挤出29%空心率泥条和实心泥条。真空压力0.03 MPa～0.05 MPa。根据任务书规定建筑垃圾掺量≥30%，所以小试配方范围按质量配比确定为：建筑垃圾35%～45%，煤矸石（黑矸）55%～65%。试验 Q1#，Q2#，Q3#配方三组进行。具体配方比例与发热量见表2。表2 配方比例与发热量名称 Q1#配方 Q2#配方 Q3#配方配比/% 配比质量/kg 配比/% 配比质量/kg 配比/% 配比质量/kg煤矸石（黑矸） 65 9.1 60 8.4 55 7.7建筑垃圾 35 4.9 40 5.6 45 6.3合计 100 14 100 14 100 14热量/cal·g-1 532 491 4503.1 原料处理及挤出成型挤出成型。先将配方所需原料烘干，均破碎10 mm以下，按总量14 kg配制，其中：Q1#号配方：建筑垃圾 4.9 kg、煤矸石（黑矸）9.1 kg；Q2#号配方：建筑垃圾5.6 kg、煤矸石（黑矸）8.4 kg；Q3#号配方建筑垃圾6.3 kg、煤矸石（黑矸）7.7 kg。按工作进度，将称量好的配方料入试验用球磨机，粉磨15 min，出磨检测颗粒度≤1 mm，按含水18%加水，用搅拌机搅拌均匀后，陈化约24 h以上，进行挤出试验；首先将挤出嘴卸下，混合料在挤出机内搅拌捻炼1次，再将挤出嘴安装上，挤出空心条，再挤出实心条，因塑性较好，泥条均光滑无裂纹。经测定泥含水17%～17.5%。以Q1#号配方为例：参见图1～图2为挤出坯体；Q2#号配方、Q3#号配方，挤出坯体图省略。图1 挤出泥条图2 干燥后的坯体3.2 各配方的成型物理性能各配方的成型物理性能，见表3。表3 各配方的成型物理性能配方名称成型水分/%/MPa 塑性指数干燥敏感性系数Q1#配方 18 0.03 9.9 0.91 Q2#配方 17.6 0.03 9.6 0.82 Q3#配方 17.5 0.03 9.1 0.65成型真空度3.3 干燥由于混合料为中低敏感性原料，采用快速干燥。所以将成型好的试样自然干燥24 h后，以20℃/h的加温速度升温至110℃的环境中烘干至恒重。烘干后试样Q1#，Q2#，Q3#均无干燥裂纹产生，如图2所示。3.4 梯度炉焙烧与烧后样品块实验室梯度炉为六室炉膛，以小试样在梯度炉内焙烧，来确定混合料的烧成温度及烧成温度范围，一次可确定6个烧成温度。可智能自动控制。为确定烧结多孔（空心）砖温度曲线，第一组Q1#号配方块按两炉12个温度点测定。再根据此次烧成情况，去掉两端烧结不好的，其他按一炉6个温度点测定，可节省烧结炉次数。设定的温度制度：从室温到400℃：升温速度130 ℃/h～150 ℃/h，升温时间150 min～180 min；400℃：保温30 min；400℃～800℃：升温速度130℃/h～150℃/h，升温时间180 min；800℃：保温30 min；800℃～（850℃～112 5℃）相应最高温度：升温时间为 50 min～110 min；恒温 180 min。焙烧后出炉如图3所示，实心块与空心块烧成样品如图4所示。Q1#号配方块按两炉12个温度点烧后如图5～图6所示。图3 梯度炉焙烧后图4 实心块与空心块烧成样品图5 Q1#号块在850℃～875℃烧成图6 Q1#号块在1 000℃～1 125℃烧成3.5 试验数据记录Q1#配方组，试验共做12个梯度850℃～1 125℃，找出烧成温度范围是900℃～1 025℃；Q2#配方组、Q3#配方组，按此烧成温度范围6个梯度烧成。Q1#配方组，Q1#-4～Q1#-7为最好，最佳烧成温度范围925℃～1 000℃。试验数据见表4。Q2#配方组，试验按6个梯度900℃～1 025℃，找出烧成温度范围是900℃～1 025℃；Q2#配方组，Q2-4～Q2-6为最好，最佳烧成温度范围975℃～1 025℃。试验数据见表5。Q3#配方组，试验按6个梯度900℃～1 025℃，找出烧成温度范围是900℃～1 025℃；Q3#-4～Q3#-6为最好，最佳烧成温度范围975℃～1 025℃。试验数据见表6。3.6 温度曲线图与温度—收缩率、吸水率关系曲线Q1#配方组，试验共做12个梯度；其他按6个梯度做温度曲线，Q2#与Q3#省略。以Q1#-1～Q1#-6与Q1#-7～Q1#-12配方块为例，详见图 7～图8所示。3.7 焙烧温度及烧成温度范围的确定详见表4～表6，图7～图9，根据综合试验可以看出，Q1#配方、Q2#配方、Q3#配方，试样在 925 ℃～1 000℃之间的焙烧过程中，随着温度升高时收缩率和吸水率曲线变化较平缓，吸水率较低，符合制砖标准对吸水率≤21%的要求。但在1 050℃以后收缩率变化较快，烧成不易控制。表4 Q1#配方试验数据配方号：吸水率/%实心 Q1#-1 44.18 42.92 138.31 2.85 42.60 126.99 0.75 3.58 147.21 15.92 850 Q1#-2 44.18 42.92 130.59 2.85 42.70 119.85 0.51 3.35 140.02 16.83 875 Q1#-3 44.18 42.88 125.23 2.94 42.40 114.92 1.12 4.03 133.07 15.79 900 Q1#-4 44.18 42.80 128.50 3.12 42.36 117.86 1.03 4.12 136.19 15.55 925 Q1#-5 44.18 43.10 125.65 2.44 42.36 115.17 1.72 4.12 131.44 14.13 950 Q1#-6 44.18 43.20 133.01 2.22 42.36 124.81 1.94 4.12 139.76 11.98 975实心 Q1#-7 44.18 42.92 136.31 2.85 41.82 124.91 2.56 5.34 139.61 11.77 1 000 Q1#-8 44.18 42.92 130.59 2.85 41.62 121.76 3.03 5.79 136.01 11.70 1 025 Q1#-9 44.18 42.88 125.23 2.94 41.38 128.68 3.50 6.34 140.46 9.15 1 050 Q1#-10 44.18 42.80 128.50 3.12 40.80 120.65 4.67 7.65 128.17 6.23 1 075 因膨胀变形不准确Q1# 块号湿坯块宽/mm备注宽/mm 质量/g 干燥收缩率干燥快烧结块总烧成收缩率/%/% 宽/mm 质量/g 烧结收缩率/%湿质量/g吸水率烧成温度/℃Q1#-11 44.18 43.10 125.65 2.44 43.10 121.26 0.00 2.44 126.51 4.33 1 100 Q1#-12 44.18 43.20 133.01 2.22 43.60 114.88 0.93 1.31 119.81 4.29 1 125表5 Q2#配方试验数据配方号：吸水率/%实心 Q2#-1 44.18 43.10 143.39 2.44 42.50 130.36 1.39 3.80 154.88 18.81 900 Q2#-2 44.18 43.20 135.17 2.22 42.30 124.5 2.08 4.26 147.43 18.42 925 Q2#-3 44.18 43.18 135.68 2.26 42.38 124.93 1.85 4.07 147.08 17.73 950 Q2#-4 44.18 43.40 127.02 1.77 42.08 116.86 3.04 4.75 136.39 16.71 975 Q2#-5 44.18 43.38 141.38 1.81 41.70 130 3.87 5.61 149.28 14.83 1 000 Q2#-6 44.18 43.04 134.13 2.58 41.40 123.37 3.81 6.29 140.35 13.76 1 025空心 Q2#-1 44.18 42.80 96.44 3.12 42.70 86.81 0.23 3.35 106.18 22.31 900 Q2#-2 44.18 42.70 85.89 3.35 42.70 78.77 0.00 3.35 93.92 19.23 925 Q2#-3 44.18 42.90 84.98 2.90 42.50 78.16 0.93 3.80 92.92 18.88 950 Q2#-4 44.18 42.80 83.37 3.12 42.30 75.55 1.17 4.26 88.99 17.79 975 Q2#-5 44.18 42.80 86.41 3.12 41.90 79.40 2.10 5.16 92.34 16.30 1 000 Q2#-6 44.18 43.00 92.01 2.67 41.80 84.50 2.79 5.39 99.51 17.76 1 025 Q2# 块号湿坯块宽/mm备注宽/mm 质量/g 干燥收缩率干燥快烧结块总烧成收缩率/%/% 宽/mm 质量/g 烧结收缩率/%湿质量/g吸水率烧成温度/℃表6 Q3#配方试验数据配方号：吸水率/%实心 Q3#-1 44.18 43.04 126.65 2.58 42.80 116.93 0.56 3.12 139.36 19.18 900 Q3#-2 44.18 43.28 134.06 2.04 42.70 123.71 1.34 3.35 146.66 18.55 925 Q3#-3 44.18 43.10 129.42 2.44 42.58 119.41 1.21 3.62 141.30 18.33 950 Q3#-4 44.18 43.10 134.22 2.44 42.28 123.8 1.90 4.30 144.74 16.91 975 Q3#-5 44.18 42.70 133.67 3.35 41.94 121.17 1.78 5.07 138.14 14.01 1 000 Q3#-6 44.18 43.20 136.98 2.22 41.78 124.14 3.29 5.43 140.40 13.10 1 025空心 Q3#-1 44.18 42.86 85.74 2.99 42.50 79.02 0.84 3.80 95.66 21.06 900 Q3#-2 44.18 43.04 90.25 2.58 42.40 83.21 1.49 4.03 99.76 19.89 925 Q3#-3 44.18 42.80 83.03 3.12 42.30 76.49 1.17 4.26 91.28 19.34 950 Q3#-4 44.18 43.70 85.64 1.09 42.30 78.91 3.20 4.26 93.42 18.39 975 Q3#-5 44.18 42.98 93.55 2.72 41.70 86.02 2.98 5.61 100.67 17.03 1 000 Q3#-6 44.18 43.08 86.82 2.49 41.48 79.84 3.71 6.11 92.70 16.11 1 025 Q3# 块号湿坯块宽/mm 备注宽/mm 质量/g 干燥收缩率干燥快烧结块总烧成收缩率/%/% 宽/mm 质量/g 烧结收缩率/%湿质量/g吸水率烧成温度/℃根据焙烧曲线，再结合烧成小试样的焙烧情况，确定：混合料试样最佳烧成温度范围925℃～1 000℃。图7 Q1#-1～Q1#-6配方块温度曲线图8 Q1#-7～Q1#-12配方块温度曲线图9 Q1#-1～Q1#-9温度-收缩率、吸水率关系4 工厂中试在珲春吕佳建材有限公司进行。该公司年产1.2亿块（折标）烧结煤矸石多孔（空心）砖自动化生产线于2014年正式投产。为延边州与珲春市重要烧结类墙材砖生产基地。该公司生产线设备先进[4]，隧道式焙烧窑窑长144.35 m，内宽6.9 m，可容窑车33辆，根据砖型的不同，焙烧温度为950℃～1 050℃，焙烧周期24 h～34 h。多孔砖焙烧周期33 h左右，空心砖焙烧周期25 h左右。具备本项目的中试。4.1 生产多孔砖、空心砖配方建筑垃圾：煤矸石（黑矸）=35%：65%；发热量480 cal～490 cal。按生产多孔砖20 000块（折标）、空心砖20 000块（折标）原料准备。4.2 焙烧窑温度制度多孔砖烧成曲线为：50℃～950℃预热升温时间12 h，950℃～990℃～950℃烧成恒温时4 h，950℃～150℃降温出窑时间17 h，共33 h左右。空心砖烧成曲线为：50℃～970℃预热升温时间10 h，950℃～970℃～950℃烧成恒温时间 3 h，950℃～140℃降温出窑时间12 h，共25 h左右。多孔砖与空心砖烧成曲线如图10所示。4.3 多孔砖、空心砖成品主要技术性能指标烧结多孔砖：主要规格 240×115×90（mm），密度1 186 kg/m3，抗压强度21.5 MPa，抗冻性D50合格。图10 隧道窑中试多孔砖与空心砖焙烧温度曲线比较图11 成品多孔砖图12 成品空心砖烧结空心砖：主要规格，190×190×190（mm），密度973 kg/m3，抗压强度6.1 MPa，抗冻性D50合格。5 结论经多个配方对多孔砖、空心砖综合挤出成型小试研究，最后通过梯度炉焙烧，墙材砖的吸水率均小于GB 13544-2011《烧结多孔砖和多孔砌块》标准指标、GB/T 13545-2014《烧结空心砖和空心砌块》标准指标，即：均≤21%；烧成范围在：925℃～1 000℃。经隧道窑生中试产，试验室小试配方可行，适合隧道窑生产工艺；经检验，焙烧的多孔砖、空心砖成品技术性能指标均满足国家标准要求，抗冻50次满足寒冷地区要求。参考文献[1]GB 13544-2011.烧结多孔砖和多孔砌块[S].北京：中国标准出版社，2011.[2]GB/T 13545-2014.烧结空心砖和空心砌块[S].北京：中国标准出版社，2014.[3]梁嘉琪，郑建宜，张凤超.利用炭化污泥和建筑垃圾生产高档清水砖设计[J].砖瓦，2019（10）：60-63.[4]闫开放，林永淳.一次码烧工艺与设备选型的分析讨论（四）[J].砖瓦，2019（8）：40-43.