粉煤灰摻量對免燒磚性能的影響

李 浩 郭啟龍

(西北民族大學， 甘肅 蘭州 730124)

0 前言

隨著我國經濟的迅速發展和城市化進程的不斷加快，環境污染問題已成為社會普遍關心和急需解決的重要課題。其中，工業和建筑業產生的垃圾正以每天數以萬噸的速度侵蝕著我們賴以生存的環境，人們在享受城市文明的同時，也遭受著“垃圾圍城”、“霧霾籠罩”的困擾和傷害。建筑垃圾污染問題日趨嚴重，但目前，我國對建筑垃圾的處理，基本處于無序管理狀態，大多數城市的建筑垃圾中只有 10%被運往指定的消納場所，其余的或被隨意傾倒、或被運往非法運營的填埋地進行簡單處理嚴重影響到了社會經濟和生態環境的協調發展,加強建筑垃圾的綜合利用已經迫在眉睫。

目前國內處理建筑垃圾的方法有：利用建筑垃圾來作為路基的一部分；利用建筑垃圾和工業廢渣制備免燒磚；利用工業廢渣制備復合硅酸鹽水泥和礦渣水泥。在利用建筑垃圾和工業廢渣制備免燒磚方面，存在的問題有：對建筑垃圾和工業廢渣的利用率不夠高，原料的級配不合理，成型工藝簡單，制品的強度等指標達不到國家對于免燒磚的要求，廢品率過高，有的高達 20%，生產成本過高，從而限制了建筑垃圾和工業廢渣高效利用技術的發展和推廣。

本文研究利用建筑垃圾和粉煤灰制備免燒磚，對粉煤灰進行活性激發，用活性激發后的粉煤灰替代部分的水泥，采用液壓式壓機對免燒磚壓制成型，壓力為10KN，免去蒸壓工藝，最后對免燒磚進行自然養護，最終使制備的免燒磚的體積密度、氣孔率、吸水率和抗壓強度均能達到國家對免燒磚的要求。從而既高效利用了建筑垃圾和工業廢渣，也充分發揮了粉煤灰的微集料效應和形態效應，使免燒磚結構更加致密，從而進一步提高了免燒磚的強度和耐久性。為粉煤灰在新型建筑材料中的應用打下了堅實的基礎。

1 實驗方案及步驟

1.1 實驗方案

表1 實驗配合比

細集料的粒徑為0～4.5mm，粗集料的粒徑為4.5～9.5mm，減水劑的摻量為膠凝材料的1%。

1.2 實驗步驟

首先按實驗配比準備好實驗原料，然后對粉煤灰進行活性激發，通過QQM輕型球磨機粉磨的方式進行物理激發，通過添加Ca(OH)2和NaSO4的方式進行化學激發，然后進行原料的拌和、裝模，接著采用微機液壓壓力試驗機慢慢加壓成型，成型壓力為10kN,成型后的試樣自然養護28d。最后測試試樣的體積密度、氣孔率、吸水率、抗壓強度等性能指標。

1.3 測試方法

1）體積密度：取免燒磚試樣5塊，將表面清潔干凈，在室溫下干燥至恒重，免燒磚的體積密度可按照下式計算：

式中：ρ——試樣的體積密度，g/m3；

a——試樣的長，mm；

b——試樣的寬，mm；

c——試樣的高，mm；

2）氣孔率：從待測試樣中取5塊，清洗材料表面，在110℃下烘干至恒重，置于干燥器中冷卻至恒溫，稱取試樣質量M1，將試樣置于清潔容器內，并放于真空干燥器內抽真空，然后在5min內緩慢注入液體，直至浸沒試樣，將飽和試樣吊在天平的吊鉤上，并浸入有溢流管容器的浸液中，稱取飽和試樣的質量M2，接著用毛巾小心地拭去飽和試樣表面的液珠，稱取質量M3，試樣的氣孔率按下式計算：

3)吸水率：取5塊待測試樣，在烘箱中烘至恒重，烘干溫度為100℃，稱其干質量，記為M0，將干燥后的試樣放入水中浸泡24h，水的溫度為25±5℃，浸泡完后取出試樣，用濕毛巾拭去表面水分，立即稱其質量記為M1。按下式計算免燒磚的吸水率：

4）抗壓強度:取5塊免燒磚試樣，先測量受壓面的長度a 和受壓面的寬度b，然后開始加荷載，加荷速度為2-3kN/S，直到試樣破壞為止，此時的最大載荷記為P，免燒磚的抗壓強度可按下式計算：

2 結果分析

2.1 體積密度

圖1 免燒磚體積密度隨粉煤灰含量的變化折線

圖1為免燒磚體積密度隨粉煤灰含量的變化折線。由圖中可以看出整體的趨勢是隨著粉煤灰摻量的不斷減小和水泥摻量的不斷增大，體積密度逐漸增大。首先當粉煤灰摻量為175kg/m3，水泥摻量為75kg/m3，試塊的體積密度為2.06g/cm3;粉煤灰摻量為150kg/m3時,水泥摻量為100kg/m3,體積密度為2.2g/cm3，體積密度增大了6.8%。4號試樣相對于1號試樣體積密度之所以增加，是因為水泥摻量的不斷加大且大于粉煤灰的摻量，從而能夠填補再生集料本身所帶有的氣孔，使免燒磚結構更加致密，所以最終使試樣的體積密度有所提高。雖然3號試樣相對于4號試樣的體積密度略微降低，但還是能夠滿足國家對免燒磚的性能要求，從而有效利用了建筑垃圾和粉煤灰。

2.2 氣孔率

圖2 免燒磚氣孔率隨粉煤灰含量的變化折線

圖2為免燒磚氣孔率隨粉煤灰含量的變化折線。由圖中可以看出整體的趨勢是隨著粉煤灰摻量的減小和水泥摻量的不斷加大，氣孔率呈現大幅度的下降趨勢。當水泥摻量為75kg/m3、粉煤灰摻量為175kg/m3時的1號試樣氣孔率為8.66%，而當水泥摻量為125kg/m3、粉煤灰摻量為125kg/m3時的3號試樣氣孔率為1.72%,相對于1號試樣氣孔率降低了80%。氣孔率之所以會大幅度降低，是因為3號試樣水泥和粉煤灰的摻量一致，從而粉煤灰可以發揮它的微集料效應和形態效應，起到填充作用，而且水泥摻量大于粉煤灰的摻量，從而能夠有效的填補建筑垃圾帶來的大量的氣孔，最終使免燒磚表現出較好的性能。

2.3 吸水率

圖3 免燒磚吸水率隨粉煤灰含量的變化折線

圖3為免燒磚吸水率隨粉煤灰含量的變化折線。由圖中可以看出，整體的趨勢是試樣的吸水率隨水泥摻量的增加不斷減小。當粉煤灰摻量為175kg/m3、水泥摻量為75kg/m3時的1號試樣吸水率為最大值4.23%，之所以吸水率較大，是因為建筑垃圾本身含有的氣孔較多，而且水泥摻量太少不能夠有效的填補試樣內部的大量氣孔，從而導致免燒磚的結構不夠致密，致使免燒磚的吸水率過大。當粉煤灰摻量為125kg/m3、水泥摻量為125kg/m3時的3號試樣吸水率為最小值0.8%，免燒磚的吸水率較小是因為水泥摻量和粉煤灰摻量較為適中，二者能夠相互配合，從而有效填補了試樣內部大量的氣孔，使免燒磚的結構更加致密，吸水率較小。

2.4 抗壓強度

圖4 養護28天的免燒磚抗壓強度隨粉煤灰含量的變化折線

圖4為養護28天的免燒磚抗壓強度隨粉煤灰摻量的變化折線。由圖中可以看出，整體的趨勢是試樣28天的抗壓強度隨水泥摻量的增加不斷增大。當水泥摻量為75kg/m3～150kg/m3、粉煤灰摻量為175kg/m3～100kg/m3時，試樣的抗壓強度大幅度升高。說明在此摻量范圍內，粉煤灰不僅能夠較好的發揮火山灰活性作用，從而改善漿體與再生集料界面的粘結強度；而且水泥能夠填充一大部分氣孔，使得試樣的結構更致密，從而提高了免燒磚的強度和耐久性。而當水泥摻量為75kg/m3、粉煤灰摻量為175kg/m3時，試樣的抗壓強度僅為9.78MPa，已不能滿足國家標準對免燒磚抗壓強度的要求。可見，粉煤灰和水泥的摻量要在一定的范圍內，才能使制備的免燒磚具有良好的性能。但5號試樣的抗壓強度已經達到了36MPa，完全滿足國家對墻體材料的要求。最終免燒磚的成功制備將使建筑垃圾和工業廢渣得到有效的利用，如果加以應用和推廣，這項技術將會對環境的改善作出巨大的貢獻。所以探究建筑垃圾和粉煤灰制備免燒磚很有實際意義。

3 總結

利用建筑垃圾制備的再生集料全部替代砂的同時，利用粉煤灰替代部分水泥作為膠凝材料，在實驗過程中，我們通過調整粉煤灰摻量來研究不同原料的配比對免燒磚性能的影響。從實驗結果中我們不難看出，隨著粉煤灰摻量的減少和水泥摻量的增加，免燒磚的體積密度和抗壓強度呈現出不斷增大的趨勢，而氣孔率和吸水率呈現出大幅度降低的趨勢。接著我們對實驗數據加以分析，從而得到了性能最優異的5號試樣，其性能均達到并超過了國家對免燒磚的相關要求。而粉煤灰摻量較大的2號試樣的體積密度2.15g/m3、氣孔率5.79%、吸水率2.85%、抗壓強度11.56MPa，也能夠滿足國家對免燒磚性能的要求。說明了粉煤灰和建筑垃圾在免燒磚的應用是成功的，從而高效利用了建筑垃圾和工業廢渣，對于推動建筑垃圾和粉煤灰在建筑材料中的應用具有深遠的意義。

西北民族大學國家級大學生創新創業訓練計劃資助項目（項目編號：201710742074）

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