石材加工廢棄物在保溫隔熱砌塊中的應(yīng)用研究

劉洪學(xué)

(福建省建筑科學(xué)研究院 福建福州 350025)

1 引言

石材工業(yè)是資源加工型產(chǎn)業(yè)，在石材從荒料加工為成品的過程中，約有一半的石材荒料成為石粉、石屑和邊角料等廢棄物，同時(shí)產(chǎn)生的石材廢漿會(huì)污染當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)，造成“牛奶溪”，石粉會(huì)污染當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量，石材邊角料堆積成“人造石山”，既占用場地又污染環(huán)境還浪費(fèi)資源[1-4]。

將石材加工廢棄物中的石粉和石屑作為保溫隔熱砌塊原材料的替代物，可消耗大量的石材廢棄物進(jìn)行廢物利用，提高了資源的利用率，對發(fā)展經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)具有重大的意義。

2 原材料和試驗(yàn)方法

2.1 原材料

(1)水泥

采用海螺PO42.5水泥，相關(guān)物理力學(xué)性能見(表1)。

表1 水泥物理力學(xué)性能

(2)粉煤灰

采用漳州益材粉煤灰開發(fā)有限公司生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，其物理性質(zhì)見(表2)。

表2 粉煤灰物理性能(%)

(3)外加劑

采用福建省建筑科學(xué)研究院生產(chǎn)的FDN減水劑(粉劑)，摻量為膠凝材料的0.8%，其性能見(表3)。

表3 減水劑(FDN)性能

(4)拌合水

采用自來水。

(5)骨料

骨料采用普通石屑。

(6)廢棄物石屑

把石材加工過程中產(chǎn)生的邊角料廢棄石材進(jìn)一步破碎加工成石屑，其粒徑小于5mm，其細(xì)度模數(shù)應(yīng)在2.6～3.1之間。本試驗(yàn)采用的廢棄物石屑的篩分?jǐn)?shù)據(jù)見(表4)。

(7)石粉

石粉為石材切割、磨光時(shí)產(chǎn)生的廢棄物，其最大粒徑一般不大于0.075mm。

表4 石屑篩分試驗(yàn)結(jié)果

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 保溫隔熱砌塊的制備

保溫隔熱砌塊的設(shè)計(jì)等級(jí)為MU7.5?；九浞街懈鞑牧系挠昧恳?表5)。砌塊成型過程中應(yīng)調(diào)整拌合水的用量，并保持拌合物的稠度基本不變。

表5 砌塊基本配方中各材料用量(kg/m3)

本試驗(yàn)采用在成熟的基本配方的基礎(chǔ)上用石粉等量取代粉煤灰，取代率分別為 0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%，研究石粉取代率對保溫隔熱砌塊主要性能的影響，確定最優(yōu)石粉取代率并驗(yàn)證其余性能。

選擇已確定的最優(yōu)石粉取代率的配方，用廢棄石屑取代普通石屑，取代率分別為 0%，25%，50%，75%，100%，研究石屑取代率對保溫隔熱砌塊性能的影響，并確定最優(yōu)石屑取代率。

2.2.2 保溫隔熱砌塊的性能測試

依據(jù)GB/T 4111-2013《混凝土小型空心砌塊試驗(yàn)方法》對保溫隔熱砌塊的相對含水率、塊體密度、抗壓強(qiáng)度、干燥收縮率、軟化系數(shù)、碳化系數(shù)、凍融試驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn)。

依據(jù)GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》對保溫隔熱砌塊放射性進(jìn)行試驗(yàn)。

依據(jù)GB/T 13475-2008《絕熱穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)的測定標(biāo)定和防護(hù)熱箱法》對保溫隔熱砌塊的傳熱系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 不同石粉取代率對砌塊性能的影響

根據(jù)砌塊的基本配方，分別制備不同的石粉取代率的砌塊，并測試其性能參數(shù)見(表6)。

表6 石粉取代率對砌塊基本性能的影響

可從(圖1～3)直觀的發(fā)現(xiàn)石粉取代率和保溫隔熱砌塊各基本性能的關(guān)系。

圖1 不同石粉取代率的砌塊塊體密度

圖2 不同石粉取代率的砌塊干燥收縮率

圖3 不同石粉取代率的砌塊抗壓強(qiáng)度

由(圖1，2，3)顯示，當(dāng)用石粉取代部分粉煤灰時(shí)，隨著石粉取代率的增加，砌塊的塊體密度變化很小，總體上呈微增加的趨勢變化。主要是因?yàn)槭勖芏缺确勖夯业拿芏嚷源?，石粉取代率的增加，?dǎo)致砌塊的塊體密度微增加;隨著石粉取代率的增加，干燥收縮率先減小再增大，抗壓強(qiáng)度先增提高后降低，這是因?yàn)槭鄄粎⑴c水泥的水化過程，而是包裹在骨料周圍，并填充在骨料之間的孔隙內(nèi)，主要起填充作用。水泥在水化過程中會(huì)產(chǎn)生很多微孔和內(nèi)部毛細(xì)管，微孔和毛細(xì)管的壓力會(huì)引起保溫隔熱砌塊后期的自收縮，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致保溫隔熱砌塊產(chǎn)生裂紋和裂縫，極大的損害砌塊的力學(xué)性能。而石粉粒徑較小，在水泥水化過程中可填充至微孔和毛細(xì)管內(nèi)，在很大程度上抵消砌塊內(nèi)部微孔和毛細(xì)管的壓力，彌補(bǔ)砌塊的自收縮的缺陷，既增加保溫隔熱砌塊的密實(shí)性，又降低保溫隔熱砌塊內(nèi)部開口大氣孔和孔隙的數(shù)量，增加閉口氣孔和閉口孔隙的數(shù)量，進(jìn)而導(dǎo)致砌塊的干縮率下降和強(qiáng)度的增加。當(dāng)石粉取代率超過一定的數(shù)量，對拌合水的需求增大，進(jìn)而造成更多的內(nèi)部微孔和毛細(xì)管，會(huì)增加砌塊的干縮率;多余的石粉粘附在骨料的表面，致使水泥漿對骨料的包裹性下降，并降低砌塊的強(qiáng)度。根據(jù)(表6)，石粉取代率為15%時(shí)，性能最優(yōu)。

按石粉取代率為15%的基本配方生產(chǎn)保溫隔熱砌塊，進(jìn)行其余相關(guān)參數(shù)性能測試，數(shù)據(jù)結(jié)果較優(yōu)，其結(jié)果見(表7)。

表7 砌塊其余相關(guān)參數(shù)性能數(shù)據(jù)

按石粉取代粉煤灰的取代率為15%的配方制備出一系列添加不同石屑取代率(廢棄物石屑取代普通石屑)的保溫隔熱砌塊，對其基本性能進(jìn)行測試，其試驗(yàn)結(jié)果見(表8)。

可從(圖4，5，6)直觀的發(fā)現(xiàn)石屑取代率和保溫隔熱砌塊各基本性能的關(guān)系。

表8 不同石屑取代率的砌塊基本性能參數(shù)

圖4 不同石屑取代率的砌塊塊體密度

圖5 不同石屑取代率的砌塊干燥收縮率

圖6 不同石屑取代率的砌塊抗壓強(qiáng)度

(圖4，5，6)顯示，隨著石屑取代率的增加，砌塊的塊體密度呈現(xiàn)緩慢減小的趨勢，這是因?yàn)閺U棄石屑的密度比普通石屑的密度略小。砌塊的干縮率和強(qiáng)度基本保持不變，這是因?yàn)榕c普通石屑相比，廢棄石屑的比表面積變小，壓碎指標(biāo)變大。廢棄石屑比表面積變小，導(dǎo)致水泥漿對骨料的包裹性變差;但在測試砌塊強(qiáng)度時(shí)，砌塊破碎狀態(tài)不是骨料破碎，而是砌塊最小肋和壁處的絕大部分的水泥漿破碎和很少部分的水泥漿與骨料粘結(jié)界面的剝離，因此，廢棄石屑取代普通石屑后，對砌塊強(qiáng)度影響不大。

由此可見，石屑取代率對砌塊性能影響不大，為提高石材廢棄物的綜合利用率，石屑取代率可取100%。采用石屑取代率為100%的配方生產(chǎn)砌塊，進(jìn)行其余參數(shù)性能檢測，其結(jié)果(見表9)。

表9 石屑取代率為100%時(shí)砌塊的其余性能參數(shù)

由以上試驗(yàn)結(jié)果可知在保溫隔熱砌塊中加入石粉是可行的，并且加入適量的石粉會(huì)對保溫隔熱砌塊的強(qiáng)度有所提高，建議選擇石粉取代粉煤灰的取代率為15%;在保溫隔熱砌塊中加入廢棄石屑是可行的，可用廢棄石屑100%取代普通石屑時(shí)，對保溫隔熱砌塊性能影響不大。在實(shí)際生產(chǎn)中的加入量應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。

4 結(jié)論

(1)當(dāng)用石粉取代部分粉煤灰時(shí)，隨著石粉取代率的增加，砌塊的塊體密度變化很小，總體上呈微增加的趨勢變化，干燥收縮率先減小再增大，抗壓強(qiáng)度先增提高后降低，石粉取代率為15%時(shí)效果最佳。

(2)可用廢棄物石屑部分甚至全部代替普通石屑，對砌塊的整體性能影響不大。

[1]沈麗歡，錢琨，陳凱，等.石粉廢棄物綜合利用技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].石材，2011，(6):28-30.

[2]郭經(jīng)緯.福建石材行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及思考[J].石材，2005，(11):33-36.

[3]許江林.利用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)固體廢棄物石粉的綜合利用[N].中國建材報(bào)，2009-08-11(5271).

[4]宴輝.向福建石材工業(yè)行業(yè)發(fā)展進(jìn)一言[J].石材，2002，(12):38-40.