談工業(yè)廢渣在預(yù)拌砂漿中的應(yīng)用

劉秀偉 劉 慶 劉次啟 柏光山

(1.貴州理工學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550002; 2.貴州省建材產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，貴州 貴陽(yáng) 550000)

談工業(yè)廢渣在預(yù)拌砂漿中的應(yīng)用

劉秀偉1劉 慶2劉次啟2柏光山2

(1.貴州理工學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550002; 2.貴州省建材產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，貴州 貴陽(yáng) 550000)

工業(yè)廢渣是有毒的、易燃的、有腐蝕性的、有化學(xué)反應(yīng)性的以及其他有害的固體廢棄物。工業(yè)廢渣的堆積占用大量土地，給水環(huán)境和大氣造成嚴(yán)重的污染，因此合理的消納利用是亟待解決的問(wèn)題。對(duì)目前用于預(yù)拌砂漿中的工業(yè)廢渣進(jìn)行分類概述，闡述了工業(yè)廢渣在預(yù)拌砂漿中的應(yīng)用現(xiàn)狀，為工業(yè)廢渣在預(yù)拌砂漿行業(yè)中的發(fā)展提供借鑒意義。

預(yù)拌砂漿,工業(yè)廢渣，粉煤灰

1 概述

工業(yè)廢渣是指在工業(yè)生產(chǎn)中，排放出有毒的、易燃的、有腐蝕性的、有化學(xué)反應(yīng)性的以及其他有害的固體廢棄物。工業(yè)廢渣的堆積占用大量的土地，給水環(huán)境和大氣造成嚴(yán)重的污染，因此合理的消納利用是亟待解決的問(wèn)題。

預(yù)拌砂漿的利用正逐漸大量推向市場(chǎng)，其包括濕拌砂漿和干混砂漿。隨著國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的深入實(shí)施，許多省份已經(jīng)禁止在施工現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)拌砂漿，更加環(huán)保高效的預(yù)拌砂漿取得了較好的發(fā)展機(jī)遇。將工業(yè)廢渣作為主要摻合料及外加劑用于預(yù)拌砂漿，不但具有較好的和易性、較高的強(qiáng)度和耐久性，提高產(chǎn)品性能，還可加大工業(yè)廢渣的資源化利用率，節(jié)約投資、減少環(huán)境污染，具有顯著的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。為此，本文對(duì)預(yù)拌砂漿使用的工業(yè)廢渣現(xiàn)狀進(jìn)行整理，為工業(yè)廢渣在預(yù)拌砂漿中的使用提供參考。

2 工業(yè)廢渣在預(yù)拌砂漿中應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1粉煤灰在預(yù)拌砂漿中的應(yīng)用

有了火力發(fā)電的迅猛發(fā)展，其燃料的工業(yè)廢渣—粉煤灰排放量迅速增加，全國(guó)粉煤灰年排放量將達(dá)到約3億t。粉煤灰的大量堆積同樣對(duì)環(huán)境會(huì)造成二次污染，很多學(xué)者對(duì)其資源綜合利用的方式進(jìn)行了大量細(xì)致的研究。粉煤灰中硅、鈣含量較高，因此也可以用于配制預(yù)拌砂漿。李家和等[1]將石膏、石灰、粉煤灰、水泥熟料、石膏等破碎、粉磨后即可制成粉煤灰干拌砂漿。梅群等[2]利用粉煤灰在砂漿中存在的微集料填充效應(yīng)和火山灰效應(yīng)，將高鈣灰摻入預(yù)拌砂漿中，提高了砂漿的強(qiáng)度、降低了水泥用量，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。李相國(guó)等[3]利用云南地區(qū)的低品位粉煤灰制備出一種滿足建設(shè)工程要求的預(yù)拌砂漿。設(shè)計(jì)不同等級(jí)的預(yù)拌砂漿可以滿足不同的用途，具有較好的發(fā)展前景。

當(dāng)前，粉煤灰用作預(yù)拌砂漿已經(jīng)廣泛應(yīng)用于全國(guó)各個(gè)地方，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但是，粉煤灰配制的預(yù)拌砂漿存在粉煤灰摻量不能過(guò)高、摻入粉煤灰后砂漿收縮率變大等缺點(diǎn)。粉煤灰摻入預(yù)拌砂漿雖然一定程度上可以提高粉煤灰的資源綜合率，但是與其他利用途徑相比，效果較差。

2.2爐渣在預(yù)拌砂漿中的應(yīng)用

爐渣主要為工業(yè)與民用燃煤鍋爐排出的灰渣。主要呈多孔結(jié)構(gòu)，細(xì)度較細(xì)(多屬于細(xì)砂范疇)。爐渣替代砂配制的預(yù)拌砂漿具有稠度、可泵性、凍融等性能明顯改善的特點(diǎn)。另外，爐渣中存在大量的細(xì)微孔洞，可以使砂漿的保溫性能有所提高[4]。但是爐渣顆粒級(jí)配較差且表面多孔，使預(yù)拌砂漿的強(qiáng)度較低；在干燥過(guò)程中收縮較大，如果處理不及時(shí)容易導(dǎo)致砌體開(kāi)裂，嚴(yán)重影響預(yù)拌砂漿的推廣。

2.3煤矸石在預(yù)拌砂漿中的應(yīng)用

俞心剛等[5]向預(yù)拌砂漿中摻入大于30%的煤矸石，確定了煤矸石在預(yù)拌砂漿的應(yīng)用中存在的問(wèn)題，并通過(guò)摻加外加劑等改善砂漿性能，使預(yù)拌砂漿滿足JGJ 70—90建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法規(guī)定的要求。但是對(duì)煤矸石用于預(yù)拌砂漿的研究還較少，耐久性等性能的研究還不透徹，限制了煤矸石在預(yù)拌砂漿中的使用。

2.4鋼渣在預(yù)拌砂漿中的應(yīng)用

鋼渣是煉鋼工業(yè)的廢渣，我國(guó)鋼渣的年排放量達(dá)到5 000萬(wàn)t以上。鋼渣中主要成分為硅酸二鈣、硅酸三鈣以及少量游離CaO,MgO,玻璃體等成分，具有一定的水化自硬能力。在摻加激發(fā)劑時(shí)可以充分的激發(fā)其活性，可以用于預(yù)拌砂漿的配制。摻入30%的鋼渣后，預(yù)拌砂漿仍保持良好的工作性能，同時(shí)具有收縮率低、后期強(qiáng)度持續(xù)增加等特點(diǎn)[6]。但不同產(chǎn)地的鋼渣安定性差異很大，導(dǎo)致預(yù)拌砂漿上墻后出現(xiàn)開(kāi)裂等問(wèn)題，限制了鋼渣在預(yù)拌砂漿領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

2.5尾礦砂在預(yù)拌砂漿中的應(yīng)用

隨著設(shè)備的優(yōu)化，我國(guó)生產(chǎn)人工砂時(shí)可以確切的控制人工砂與尾礦砂的分離，這為尾礦砂的應(yīng)用提供了良好的條件。黃德棋等[7]采用尾礦砂添加甲基纖維素醚等，研制出和易性能好、保水性能優(yōu)良的干混砂漿。畢軍軍等[8]利用尾礦砂等量替代天然砂，達(dá)到了天然砂制備的干混砂漿的性能，取得了較好的成績(jī)。利用尾礦砂制備預(yù)拌砂漿不僅解決尾礦砂對(duì)污染環(huán)境以及占用土地的問(wèn)題，還可以提高資源綜合利用率，具有較好的效益。

2.6廢舊混凝土在預(yù)拌砂漿中的應(yīng)用

現(xiàn)在廢棄的混凝土經(jīng)過(guò)加工處理，將其作為再生骨料制備混凝土仍然存在很多問(wèn)題，例如在再生骨料生產(chǎn)過(guò)程中存在大量的小顆粒，將其作為混凝土細(xì)集料，從而導(dǎo)致混凝土吸水率高、強(qiáng)度有所限制，而預(yù)拌砂漿強(qiáng)度等級(jí)相對(duì)較低，將廢棄混凝土加工生產(chǎn)作為預(yù)拌砂漿集料是一個(gè)較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的選擇，一方面節(jié)約天然砂，另一方面能在一定程度上消納廢棄混凝土。劉鳳東等[9]研究了廢舊混凝土在預(yù)拌砂漿中的應(yīng)用，研究結(jié)果表明：再生機(jī)制砂集料可以在一定程度上取代天然砂制備預(yù)拌砂漿，當(dāng)摻入再生機(jī)制砂集料量較大時(shí)，需要摻入外加劑改善砂漿的性能，方可滿足施工和力學(xué)性能要求。由于廢棄混凝土再生集料存在質(zhì)量不穩(wěn)定，其制備的預(yù)拌砂漿耐久性能需要更多的研究，由于對(duì)混凝土再生骨料的研究工作較少，在此未進(jìn)行歸納總結(jié)。

2.7磷渣在預(yù)拌砂漿中的應(yīng)用

筆者[10]將黃磷渣摻入預(yù)拌砂漿中，由于磷渣粉具有潛在的水化活性，其作為摻合料制備預(yù)拌砂漿，在一定程度上能取代部分水泥作為膠凝材料，有研究結(jié)果表明：當(dāng)預(yù)拌砂漿中水泥被磷渣粉取代80%時(shí)，可制備強(qiáng)度等級(jí)達(dá)M20的砂漿，當(dāng)取代量為40%時(shí)，砂漿強(qiáng)度等級(jí)可以達(dá)M30，基本能滿足工業(yè)與民用建筑所需要的砌筑、抹灰和地面砂漿，同時(shí)砂漿的工作性能有所改善、凝結(jié)時(shí)間有所增加，這不僅能滿足施工操作時(shí)間，而且節(jié)約了緩凝劑的使用。將磷渣應(yīng)用于預(yù)拌砂漿中可以提高磷渣的使用效率，減輕環(huán)境污染的同時(shí)較好地實(shí)現(xiàn)預(yù)拌砂漿生產(chǎn)的綠色化，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。

3 工業(yè)廢渣復(fù)配技術(shù)在預(yù)拌砂漿中的應(yīng)用

采用單一的工業(yè)廢渣雖然能夠滿足預(yù)拌砂漿的要求，但是工業(yè)廢渣的利用率較低。而且由于工業(yè)廢渣自身的缺陷，容易導(dǎo)致預(yù)拌砂漿的性能產(chǎn)生波動(dòng)，影響工業(yè)廢渣在預(yù)拌砂漿中的應(yīng)用。為此，許多學(xué)者考慮采用多種工業(yè)廢渣同時(shí)摻入預(yù)拌砂漿的方式改善砂漿的性能。主要思路是利用各種工業(yè)廢渣的特性，將不同種類的工業(yè)廢渣進(jìn)行互補(bǔ)，達(dá)到提高工業(yè)廢渣性能的目的。

段瑞斌等[11]利用粉煤灰、礦渣等工業(yè)廢渣摻加到預(yù)拌砂漿中，結(jié)果顯示，雙摻可以改善砂漿和易性，同時(shí)工業(yè)兩種工業(yè)廢渣之間存在協(xié)同效應(yīng)作用，比單摻一種工業(yè)廢渣時(shí)稠度明顯提高，且未發(fā)現(xiàn)泌水等現(xiàn)象，強(qiáng)度、收縮等性能也有明顯提升。

宋軍偉等[12]將粉煤灰、磷渣粉等進(jìn)行了單摻和復(fù)摻的研究，研究表明復(fù)摻時(shí)砂漿的凝結(jié)時(shí)間比單摻時(shí)要長(zhǎng)；而且在早期水化活性較低，從而早期強(qiáng)度較低，而水化后期兩種工業(yè)廢渣水化活性發(fā)揮迅速，砂漿強(qiáng)度明顯優(yōu)于單摻兩種工業(yè)廢渣時(shí)砂漿的強(qiáng)度。陳霞等[13]通過(guò)復(fù)摻硅灰、粉煤灰和磷渣粉的方式提高早期強(qiáng)度，取得了較好的效果；在水化初期，硅灰活性相對(duì)較高，彌補(bǔ)了磷渣粉早期活性低的缺點(diǎn)；到水化中期，磷渣粉活性開(kāi)始發(fā)揮，其與硅灰同時(shí)發(fā)揮活性，砂漿強(qiáng)度增長(zhǎng)較快；水化后期(即28 d開(kāi)始)粉煤灰開(kāi)始迅速發(fā)揮其活性，在硅灰、磷渣粉和粉煤灰作為摻合料的體系中，水化后期主要是磷渣粉和粉煤灰進(jìn)行水化反應(yīng)，此階段磷渣粉和粉煤灰對(duì)強(qiáng)度起主要貢獻(xiàn)作用。

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，不同種類的工業(yè)廢渣在預(yù)拌砂漿中復(fù)配技術(shù)可以明顯改善預(yù)拌砂漿的性能，在充分消耗工業(yè)廢渣的同時(shí)顯著提高了預(yù)拌砂漿的性能，具有良好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

4 工業(yè)廢渣在預(yù)拌砂漿中應(yīng)用的限制條件

1)工業(yè)廢渣在預(yù)拌砂漿中主要起到膠凝材料的作用，但是工業(yè)廢渣中均存在一定的雜質(zhì)，雜質(zhì)對(duì)工業(yè)廢渣的膠凝性能的影響研究處于初始階段，無(wú)法判定預(yù)拌砂漿中工業(yè)廢渣的性能影響。

2)我國(guó)幅員遼闊，不同地區(qū)的廢渣種類及組成差異很大，無(wú)法對(duì)工業(yè)廢渣進(jìn)行全國(guó)范圍性質(zhì)的應(yīng)用研究，只能針對(duì)不同地區(qū)進(jìn)行具體分析，沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，在預(yù)拌砂漿的生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)法進(jìn)行科學(xué)指導(dǎo)。

3)工業(yè)廢渣的耐久性研究較少，無(wú)法準(zhǔn)確判定工業(yè)廢渣對(duì)預(yù)拌砂漿耐久性的影響。

5 工業(yè)廢渣在預(yù)拌砂漿中應(yīng)用的改進(jìn)建議

1)對(duì)本地工業(yè)廢渣種類、礦物組成等進(jìn)行調(diào)研，查明分布和產(chǎn)生情況，建立工業(yè)廢渣的數(shù)據(jù)庫(kù)。

2)研究不同工業(yè)廢渣之間的互補(bǔ)作用，進(jìn)一步提高工業(yè)廢渣的利用效率。

3)在預(yù)制砂漿中進(jìn)行細(xì)致分類，針對(duì)不同用途的預(yù)制砂漿進(jìn)行研究，確定相應(yīng)的工業(yè)廢渣的最優(yōu)使用種類及摻量。

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Applicationofindustrialwasteresidueintheready-mixedmortar

LiuXiuwei1LiuQing2LiuCiqi2BaiGuangshan2

(1.GuizhouInstituteofTechnology,Guiyang550002,China; 2.GuizhouBuildingMaterialQualitySupervisionTesting,Guiyang550000,China)

The industrial waste residue is a solid waste which are toxic, flammable, corrosive, chemically reactive and other hazardous. The accumulation of industrial waste residue occupy a lot of land, cause serious pollution for the water environment and atmosphere, therefore, it is urgent to solve the problem. This paper summarized industrial waste residue currently used in ready-mixed mortar, and the present situation of application of industrial waste residue in read-mixed mortar is analyzed. The works provides the references for the development of the industrial waste residue ready-mixed mortar.

ready-mixed mortar, industrial waste residue, fly ash

1009-6825(2017)29-0125-02

2017-08-06

劉秀偉(1965- )，女，副教授

X799.1

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