蒸壓鹽漬土磚耐久性能及固鹽能力的研究

□文/曲 烈 郭 磊 柴壽喜 楊久俊 李 素

隨著墻體材料發展，國家已經明令禁止生產燒結粘土磚，因而出現了以工業廢棄物為原料的蒸養磚、蒸壓磚、壓制磚等新型墻體材料。有資料表明，利用劣質土，如黃河淤泥、石屑、廢棄石粉或赤泥，也可生產蒸壓、蒸養磚或壓制磚[1～2]。本課題利用鹽漬土為主要原材料，研制成功28 d抗壓強度達到31.9 MPa的高強蒸壓鹽漬土制品。

蒸壓鹽漬土磚對外界環境抵抗能力及其固鹽能力的研究尚未有文獻，但有關蒸壓磚的耐久性研究可作為本研究借鑒。水翠娟[3]發現水化產物種類對蒸壓粉煤灰混凝土強度和收縮性影響較大，C-S-H膠體越多收縮性越大，托貝莫來石含量越高收縮性越小。孫光萍[4]研究則認為骨料能夠限制制品收縮，收縮性與凝膠孔失水、水化產物層間水、結晶水、結構水脫水有關。李慶繁[5]認為抗碳化性與水化產物有關，三硫型水石榴石抗碳化性能較差，故應減少硫鋁元素含量；而抗凍性與密實度有關，即應降低混合料的含水量。趙成文[6]研究蒸壓粉煤灰磚抗凍性時發現，制品的質量損失和強度損失與凍融循環次數呈線性關系。

本文擬以自制的蒸壓鹽漬土磚為研究對象，借鑒現有灰砂磚和蒸壓粉煤灰磚國家標準規范中的試驗方法，研究蒸壓鹽漬土磚在惡劣環境下的耐久性，找出其劣化機理及評價方法，從而探索出改進蒸壓鹽漬土磚耐久性的技術途徑。

1 試驗

1.1 試驗原料

鹽漬土主要成分是Si O2、Al2O3和Fe2O3，3種氧化物總含量達80%以上。Si O2含量為65.34%。鹽漬土礦物成分中，主要含石英、鈉鉀長石等及少量蒙脫土、伊利石和高嶺土。

1.2 試樣制備與配比設計

試驗原料采用鹽漬土、CaO、磨細石英、砂和水。水膠比均為0.2，鹽漬土摻量為85%，CaO摻量為15%，磨細石英代土比為 20%。E1、E2、E3、E4、E5組砂子摻加比例為 10%、20%、30%、40%、50%。

準確稱量鹽漬土和其他原料并一起放入球磨機中混料30 min，取出后參照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度的檢驗方法》的制作要求，將物料按配比強制攪拌4 min，制作成40mm×40mm×160mm的條形試塊，將帶模具的試塊在40℃干熱養護24 h后拆模備用。將養護好試塊按指定溫度、時間進行蒸壓養護。蒸壓溫度為175℃；蒸壓時間為3 h，僅E5組蒸壓時間為6 h。

1.3 耐久性及固鹽能力測試

1）軟化系數試驗步驟。將試塊水中浸泡24 h后取出拭干表面水分后，測試其抗壓強度值P1與未浸水試塊抗壓強度值P0之比。浸泡條件為（20±3）℃水中，水面比試件高出100mm。軟化系數計算公式為K＝P1/P0。抗干濕循環能力試驗按照GB11975—89《加氣混凝土干濕循環試驗方法》進行。抗凍融循環試驗按照GBJ 82—85《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》進行。

2）固鹽能力試驗步驟。取20 g試樣放入1 000 mL燒杯中，加入蒸餾水到恒溫水浴鍋中并在100℃條件下將試樣煮沸2 h，此過程中應不斷補充蒸餾水至500 mL刻度。煮沸過的試樣用蒸餾水沖洗3次后，放入105℃烘干箱內烘1 h后備用，將試樣放入研缽中進行磨細然后壓片；將未煮沸過的對照組試樣同樣磨細壓片，用熒光光譜分析儀測試 K、Na、Mg、Cl、S元素的含量并表征K+、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-含量。

2 試驗結果

2.1 抗水性能

由圖1可知，浸水24 h后各組試塊抗壓強度沒有減少，反而增加，這說明試塊浸水后，其中未水化成分遇水繼續水化，形成更多水化產物，導致其強度增加。隨著砂子摻量增多，試塊抗壓強度也增加。但E5組試塊強度較低，可能是蒸壓3 h后，內部水化產物已經形成，繼續蒸壓，則導致水化產物結晶長大，破壞了原來結晶連生結構，導致強度下降。

圖1 蒸壓鹽漬土磚抗水性能

2.2 抗干濕循環能力

由圖2可知，蒸壓鹽漬土磚干濕循環質量損失較低。隨著干濕循環次數增加，其質量損失呈現飽和現象；經20次干濕循環后質量損失＜2%，符合國家對蒸壓硅酸鹽制品的要求。E3、E4組增幅較小，E1、E2組增幅較大，說明摻加砂子可有效增加制品的抵抗干濕能力。E5是6 h的蒸壓制品隨干濕循環的增加質量損失，其變化曲線介于E1與E2之間，遠遠大于E3，說明蒸壓時間過長會降低抵抗干濕能力。干濕循環破壞機理是當水浸入蒸壓鹽漬土磚后，再干燥會造成試塊體積不斷地收縮和膨脹，從而產生內部缺陷及碎塊脫落，其中氫氧化鈣也會隨水溶出，導致質量下降。質量損失量與制品密實度和強度有關，密實度和強度越大，質量損失越小。

圖2 蒸壓鹽漬土磚干濕循環質量損失

由圖3可知，蒸壓鹽漬土制品干濕循環強度損失情況。隨著干濕循環次數增加，試塊抗壓強度不下降，反而升高并保持基本不變。說明蒸壓反應完成后存在部分未水化產物，遇水繼續水化。

圖3 蒸壓鹽漬土磚干濕循環強度損失

2.3 抗凍融循環能力

由圖4可知，隨著凍融循環次數增多，各組試樣質量損失逐漸增多，然后逐漸達到穩定。凍融循環對試樣破壞作用主要是由于內部孔隙中水結冰體積膨脹產生應力，而對試塊結構產生破壞并產生脫落掉角現象使得質量下降；而砂的加入有利于提高試塊抗凍融循環破壞能力。隨砂子摻量增多，制品質量損失逐漸降低，砂子起到了抵抗變形的作用。另外延長蒸壓時間也有利于提高抗凍融循環能力。

圖4 蒸壓鹽漬土磚凍融循環質量損失

由圖5可知，隨著凍融循環次數增多，各組試樣強度呈先增加后減小的趨勢。但抗壓強度不降反升的現象，可能與試塊凍后溶解泡水有關，其破壞效應逐漸出現，可是由于體系內較為致密和孔隙較小，強度較高故破壞作用有限，加之未反應的氧化鈣浸水溶出，孔隙水堿度較高，還可繼續進行水化反應。

圖5 蒸壓鹽漬土磚凍融循環強度損失

2.4 固鹽能力

鹽漬土制品中因含有較多鹽類，遇水后易產生析鹽“泛霜”現象，影響制品的外觀。圖6顯示了原狀鹽漬土在煮沸前后鹽離子含量分布情況。

圖6 煮沸后原狀鹽漬土磚和蒸壓鹽漬土磚鹽離子含量對比

煮沸后原狀鹽漬土中鹽減少最多的是Cl-和Na+，Cl-降低了 21.89%，Na+減低了 5.29%；而 K+、Mg2+、SO42-的含量卻在增高。實際上元素總含量（100%）并未變化，但Cl-和Na+的含量卻在減少；這說明鹽漬土中的K+、Mg2+、SO42-在遇水干燥后析出較少，可能被粘土粒子的靜電吸引，但Cl-和Na+更容易析出。蒸壓鹽漬土試樣在煮沸前后各離子的變化較小，其中K+、Cl-離子稍微減少，Na+、Mg2+、SO42-稍微增加 。這說明經過蒸壓處理鹽漬土制品具有較好的固鹽能力，鹽離子已被填充在水化產物孔隙中或被固結在層狀水化產物的層間。

總之，原狀鹽漬土中易溶鹽Cl-和Na+、K+離子析出較多，但Mg2+、SO42-析出較少；而蒸壓鹽漬土制品具有較好的固鹽能力，K+、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-離子均能被其固化。

3 結論

1）蒸壓鹽漬土磚具有較好的抗水、抗干濕循環和抗凍融循環能力。蒸壓鹽漬土磚浸水后，未水化產物將繼續水化并繼續增長強度。蒸壓鹽漬土磚經干濕循環后抗壓強度呈現逐漸上升的趨勢；但經凍融循環后，抗壓強度呈現先增后減的趨勢。

2）天然砂子作為細骨料，可起到限制膨脹的作用，從而提高蒸壓鹽漬土磚的抗干濕、凍融循環能力。

3）煮沸后原狀鹽漬土中易溶鹽Cl-和Na+、K+離子析出較多，而Mg2+、SO42-析出較少；而蒸壓鹽漬土磚經煮沸后具有較好的固鹽能力，即Cl-和Na+、K+離子已被填充在水化產物的孔隙中或已被固結在層狀水化物層間結構內。

[1]李方賢.粘土-硅質石屑-石灰體系水熱合成特性與應用研究[D].武漢：武漢理工大學，2006.

[2]柯昌君，王新宇，龔 平.粘土質材料對灰砂硅酸鹽制品影響的研究[J].湖北農學院學報，1999，19（3）：250-253.

[3]水翠娟，孫抱真.蒸壓粉煤灰加氣混凝土水化產物對其強度和收縮性能的影響[J].硅酸鹽建筑制品，1980，（5）：1-6.

[4]孫光萍，蔣伍舉.提高蒸養粉煤灰凈漿制品抗收縮性能的有效途徑[J].硅酸鹽建筑制品，1990，（2）：4-7.

[5]李慶繁，李光復.原料及其配合比對蒸壓粉煤灰磚耐久性的影響[J].粉煤灰，2004，4（24）：24-27.

[6]趙成文，英 慧.蒸壓粉煤灰磚凍融循環試驗研究[J].磚瓦，2010，（11）：15-16.