陶粒赤泥粉煤灰免燒磚性能研究

王敦強，徐捷，周國棟

(山東建筑大學土木工程學院，山東 濟南 250101)

0 引言

近幾年全國每年建成房屋達20多億m2，其中住宅建設量至少在10億m2以上。但是我國的住宅建設中特別是中小城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)縣，仍大量采用粘土磚承重的混合承重結構體系，全國每年生產(chǎn)粘土磚耗用資源達10多億m3，相當于毀掉農(nóng)田50萬畝，從資源環(huán)境等方面已成為影響我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的突出問題之一，并已成為我國建筑業(yè)丞待解決的重點問題之一。

本課題研究的陶粒、赤泥、粉煤灰免燒保溫承重磚，其主要原料為鋁工業(yè)廢棄物—赤泥和粉煤灰。粉煤灰是我國當前排量較大的工業(yè)廢渣之一。赤泥為用鋁土礦提煉氧化鋁生產(chǎn)過程中的一種不溶殘渣，它是由細顆粒和粗顆粒組成的廢泥。每生產(chǎn)1t氧化鋁排出赤泥1～2t，赤泥的排放量很大。赤泥的堆放占用農(nóng)田，并耗費巨額的堆場建設和維護管理費用，且含堿廢液堿化土壤，污染地表、地下水源，對生態(tài)環(huán)境及人民的生產(chǎn)、生活產(chǎn)生嚴重的危害，同時也制約著氧化鋁生產(chǎn)的發(fā)展。免燒磚走環(huán)保節(jié)能道路，用其來代替燒結實心粘土磚，意義重大。我國現(xiàn)在建筑行業(yè)發(fā)轉迅速，為工業(yè)廢渣免燒磚的發(fā)展提供了非常好的市場前景，具有很好的經(jīng)濟效益。所以赤泥粉煤灰的綜合利用勢在必行，也是我國氧化鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一項重要內(nèi)容。

國內(nèi)外在利用赤泥粉煤灰生產(chǎn)磚制品方面做了一定研究。王梅，楊家寬[1]利用赤泥、粉煤灰、建筑用中粗砂、生石灰、生石膏、32.5普通硅酸鹽水泥和自制的外加劑，可以生產(chǎn)出7d強度在10MPa以上、28d強度在20MPa以上的免燒免蒸磚，許光輝等[2]利用鋁廠廢渣赤泥和粉煤灰，加入其他混合材料和外加劑生產(chǎn)免燒磚。磚的力學和其他性能達到國家粉煤灰磚的標準，符合國家《砌體規(guī)范》關于承重墻體磚的要求。但是，對于利用赤泥、陶粒和粉煤灰作為原料，水泥作為固化劑來生產(chǎn)免燒免蒸壓磚的研究較少，國外利用這些原料來制備免燒免蒸壓磚的研究也非常少，利用陶粒來代替骨料生產(chǎn)免燒磚的研究更為少見。本研究所用的陶粒是利用氧化鋁生產(chǎn)中的廢棄物赤泥為主要原料，輔以粉煤灰、煤矸石等其他物料，添加少量的外加劑，制備的新型陶粒產(chǎn)品。陶粒的主要性能符合GB/T17431.2－1998標準規(guī)定。陶粒的使用不僅能更加充分的利用了赤泥，而且減少了因采砂對環(huán)境造成的破壞[3]。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

(1)赤泥 亦稱紅泥，一般含氧化鐵量大，外觀與赤色泥土相似。赤泥礦物成分復雜，采用多種化學方法成分進行分析，結果是赤泥的主要礦物為文石和方解石，含量為60% ～65%，其次是蛋白石、三水鋁石、針鐵礦，含量最少的是鈦礦石、菱鐵礦、天然堿、水玻璃、鋁酸鈉和火堿。本實驗所用的赤泥選自山東信發(fā)鋁電集團，其化學成分如表1所示。

表1 赤泥的化學成分

(2)粉煤灰 取自山東信發(fā)鋁電集團自備電廠排放的粉煤灰，其化學成分見如表2所示。

表2 粉煤灰的化學成分

(3)骨料 采用利用赤泥燒結的陶粒。利用燒結溫度為1200℃，保溫10min條件下自然冷卻制出的膨脹率為170%、吸水率10%、筒壓強度為2.4 MPa的燒漲陶粒。

(4)水泥 采用山水水泥廠的32.5普通硅酸鹽水泥。

1.2 實驗設備

SHQ－30型輪碾式混砂機、自制模具、免燒磚的成型設備JYE－2000型的壓力實驗機，MST液壓伺服加載系統(tǒng)。免燒磚的成型模具為自制標磚模具，尺寸是240mm×115mm×53mm。

1.3 實驗流程

(1)原料預處理 將赤泥中的大塊進行球磨，粉煤灰中草類和大塊的雜物予以清除，陶粒進行必要的篩選，達到試驗的要求。

(2)原料的稱量與混合 稱量試驗所需要的原料，按陶粒、水泥、赤泥、粉煤灰的先后順序將這些原料倒入輪碾機中進行輪碾，按照料的成型要求，酌情加入適量水。

(3)配料的陳化 將料從輪碾機中放出，放入袋中陳化，陳化時間為24h。

(4)熟料混碾 將陳化好的熟料倒入混碾機中，進行混碾。混碾機對原材料有粉碎、摩擦、混合和壓實的作用，將原材料充分的壓實[4]。

(5)成型 稱取適量的料加入膜具中，使磚制品壓制成型。選擇成型壓力為20MPa。利用兩面分段加壓的方式。

(6)自然養(yǎng)護 磚坯的養(yǎng)護目前有好多種，目前用的比較多的有常溫自然養(yǎng)護工藝、蒸養(yǎng)工藝蒸壓工藝和活化室反應工藝，為了降低成本，本研究中采用自然養(yǎng)護工藝。

(7)性能檢測 磚養(yǎng)護到了7d和28d時對磚進行性能測試一般實驗只測量成品磚的抗壓強度。

1.4 試驗配方及抗壓強度值

表3 試驗配方及抗壓強度值

2 結果與分析

(1)赤泥用量對制品的影響

圖1 赤泥含量對磚制品強度的影響

赤泥的粒徑比較小，便于和其他材料的混合，提高磚制品的各種物理性能，能使磚表面平整，增強其美觀，同時赤泥的塑性指數(shù)較高，使磚成形比較容易，也利于滿足免燒免蒸壓的要求。從圖1中可以看出，隨著赤泥含量的增多，免燒免蒸壓磚的強度先提高后降低，我們從中可以斷定，當赤泥含量在20% ～25%時，試件的性能比較合理。

(2)粉煤灰用量對制品的影響

圖2 粉煤灰含量對磚制品強度的影響

由圖2中可以看出，隨著粉煤灰含量的增大，免燒免蒸壓磚的7d和28d抗壓強度都變小。在制品生成的初期，粉煤灰中的硅鈣氧化物發(fā)生化學水解反應，提高早期強度。但是到了后期，由于進一步的化學反應，生成一些網(wǎng)狀物質(zhì)，加上其他條件限制，強度有所下降。這種綜合分析，粉煤灰的加入量在18% ～23%時，磚制品的性能比較合理。

(3)陶粒用量對制品的影響

圖3 陶粒含量對磚制品強度的影響

從圖3中可以看出，隨著陶粒用量的增加，免燒免蒸壓磚的7d和28d抗壓強度先增大后變小，當含量在45%～50%時，磚制品的的性能比較合理。在該試驗中，利用陶粒替換砂等骨料，陶粒是利用赤泥等廢渣燒結而成的，赤泥具有保溫節(jié)能特性，陶粒也就具有保溫節(jié)能特性，所以在該試驗中陶粒的用量加大，滿足現(xiàn)在國家提倡的利用廢渣、保溫節(jié)能的要求，具有深遠的社會意義。

(4)水泥用量對制品性能的影響:

圖4 水泥含量對磚制品強度的影響

由圖4中可以看出，隨著水泥含量的增大，免燒免蒸壓磚的7d和28d的抗壓強度增大，當含量在15% ～17%時，磚制品的性能比較合理。

(5)磚制品物理特性:

為了提高赤泥和粉煤灰等工業(yè)廢渣的利用和增大砌體的保溫性能，赤泥主要有保溫性能，所以在本試件，在滿足砌體強度的條件下，應加大赤泥和粉煤灰的用量。國家要求，承重磚的強度必須達到10MPa，經(jīng)綜合分析，確定磚的配方為:11%水泥，18%赤泥，50%陶粒，21%粉煤灰。由山東省信發(fā)三利環(huán)保科技有限公司生產(chǎn)一批磚，其抗壓強度為10.9MPa，達到國家規(guī)范要求，然后測定其物理特性。其力學性能報告由聊城市墻體建筑節(jié)能檢測中心出具;放射性能和墻體保溫熱阻由山東建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測中心檢測報告;吸水率和凍融性由山東建筑大學材料實驗室檢測報告，上述物理特性均符合國家要求。檢測結果如表4所示。

表4 免燒結免蒸壓磚的物理特性

3 結論:

(1)通過赤泥陶粒粉煤灰免燒結免蒸壓磚的正交實驗，可以看出當成分為25%赤泥、18%粉煤灰、45%陶粒、12%水泥時，磚制品的強度最高，強度配方在該試驗中為最佳。

(2)強度并非越高越好，考慮既要有一定的強度，又要保溫節(jié)能時，可以選擇的配方為:18%赤泥、21%粉煤灰、50%陶粒、11%水泥，強度達到要求，各方面物理特性符合要求，可以工業(yè)化生產(chǎn)。

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