陶瓷廢料制備輕質(zhì)混凝土及其性能探討

張國(guó)濤

摘 要：以發(fā)泡陶瓷加工廢料（細(xì)粉、顆粒）作為主材，代替陶粒和河沙制備輕質(zhì)混凝土。經(jīng)過試驗(yàn)，輕質(zhì)發(fā)泡陶瓷顆?；炷馏w積密度≤750kg/m3，軟化系數(shù)0.82，抗壓強(qiáng)度≥6.2MPa，基本性能符合輕質(zhì)條板國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23415-2009要求。

關(guān)鍵詞：發(fā)泡陶瓷;廢料 ;輕質(zhì)混凝土 ;性能指標(biāo)

1 引言

發(fā)泡陶瓷是以陶土尾礦、陶瓷廢料、河道淤泥、礦山尾料、煤矸石、粉煤灰、赤泥等作為主要原料，采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和發(fā)泡技術(shù)經(jīng)高溫焙燒而成的高氣孔率的閉孔陶瓷材料。密度一般在200-450KG/M3，抗壓強(qiáng)度2.5MPa-8.5MPa，導(dǎo)熱系數(shù)0.08-0.25W/（m·K），干燥收縮≤0.2，軟化系數(shù)≥0.90，產(chǎn)品性能優(yōu)異目前逐步被市場(chǎng)接受進(jìn)入建筑內(nèi)隔墻體系應(yīng)用。

在發(fā)泡陶瓷窯爐高溫?zé)珊螅獙?duì)板材切割去皮加工成為目標(biāo)規(guī)格，這樣切割產(chǎn)生的表皮顆粒和粉末除部分進(jìn)入粉料配方制備成為發(fā)泡陶瓷粉料外，剩余部分難于處理。原因有二：首先，發(fā)泡陶瓷本身含有未高溫發(fā)泡反應(yīng)的SiC粉末，具有較高硬度，破碎加工成本高;其次，以顆粒形式存在的邊角料回球制備發(fā)泡陶瓷粉末可行，但顆粒較大回球球磨效率不高，且部分顆粒同球磨機(jī)球石大小相當(dāng)，無法磨削為漿料，可能會(huì)影響粉料成分的穩(wěn)定。

鑒于此，考慮以發(fā)泡顆粒作為骨料，粉末替代河沙制備輕質(zhì)混凝土板材，這樣就可以讓發(fā)泡陶瓷生產(chǎn)加工形成閉環(huán)，固廢資源充分利用。

2試驗(yàn)

2.1原料

（1）水泥：水泥在試驗(yàn)中作為無機(jī)膠凝材料，自然養(yǎng)護(hù)提升產(chǎn)品強(qiáng)度，水泥選用采取就近原則。采用佛山三水區(qū)本地水泥P.O52.5普通硅酸鹽水泥，28d強(qiáng)度56.6MPa。

（2）粗骨料：發(fā)泡陶瓷板在去皮切割加工產(chǎn)生的邊角料進(jìn)行破碎處理成為輕質(zhì)發(fā)泡顆粒，顆粒粒徑≤15mm，其中10mm以內(nèi)顆粒占70%以上;

（3）細(xì)骨料1：發(fā)泡陶瓷顆粒加工過程中產(chǎn)生的粉末，粉末過8目篩;

（4）細(xì)骨料2：發(fā)泡陶瓷板材表面去皮磨盤磨削產(chǎn)生的細(xì)粉，粉末顆粒度如下（圖1）：平均粒徑85.535μm，D50=76.686μm，D97=205.900μm，骨料成分分析如表1所示。

減水劑：所選高效減水劑執(zhí)行GB8076-2008《混凝土外加劑》標(biāo)準(zhǔn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或者超過標(biāo)準(zhǔn)要求，適用于素混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、高強(qiáng)高性能混凝土，產(chǎn)量控制在0.1%-0.3%，減水率18-25%，細(xì)度0.315mm小于10%。

粉煤灰：粉煤灰使用山西晉城Ⅰ級(jí)粉煤灰，細(xì)度43微米（即320目左右，密度2.4g/cm3）， 粉煤灰細(xì)度穩(wěn)定，28天活性較好，成分分析如表2所示：

2.2試樣制備

將水泥、粉煤灰、減水劑、細(xì)骨料1 和骨料2按照配比加入試驗(yàn)低速混凝土攪拌機(jī)內(nèi)勻速攪拌5-10min后，按照加水總量的50%與上述原料攪拌混合均勻，之后加入粗骨料以及剩余50%水，攪拌均勻后備用。

將制備好的混凝土漿料灌入事先備好的模具中并編號(hào)，常溫靜置12h后拆模，得到輕質(zhì)高強(qiáng)發(fā)泡陶瓷顆?；炷翗涌?，常規(guī)養(yǎng)護(hù)28d，切割成為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣塊，晾干測(cè)試體積密度和抗壓強(qiáng)度。

為研究粉煤灰、粗骨料、細(xì)骨料1和細(xì)骨料2對(duì)輕質(zhì)發(fā)泡顆粒混凝土的抗壓強(qiáng)度性能，做如下（表3）配比試驗(yàn)：

2.3測(cè)試依據(jù)

采用YES-2000數(shù)顯液壓抗壓強(qiáng)度測(cè)試儀測(cè)試試件抗壓強(qiáng)度;數(shù)顯電子秤和數(shù)顯電子卡尺測(cè)試試件的體積密度。參照GB/T 23451-2009《建筑用輕質(zhì)條板》標(biāo)準(zhǔn)中抗壓強(qiáng)度測(cè)試方法。

2.4性能測(cè)試

試件經(jīng)過28養(yǎng)護(hù)后，切割為測(cè)試要求試樣測(cè)試抗壓強(qiáng)度和體積密度，具體數(shù)據(jù)如下（表4）：

3結(jié)果與討論

3.1密度與抗壓強(qiáng)度的變化

經(jīng)過不同配比的混凝土密度和抗壓強(qiáng)度性能測(cè)試可以看出，以發(fā)泡陶瓷顆粒和細(xì)分作為粗細(xì)骨料制備輕質(zhì)混凝土墻板是可行的，抗壓強(qiáng)度都達(dá)到輕質(zhì)條板性能要求，但密度和抗壓強(qiáng)度變化，不隨著密度增加強(qiáng)度增強(qiáng)，其中水泥對(duì)強(qiáng)度的影響較大。

經(jīng)過試驗(yàn)，輕質(zhì)發(fā)泡陶瓷顆?；炷馏w積密度≤750KG/m3，軟化系數(shù)0.82，抗壓強(qiáng)度≥6.2MPa，基本性能符合輕質(zhì)條板國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23415-2009要求。

3.2水泥加入量對(duì)輕質(zhì)混凝土強(qiáng)度的影響

在制備輕質(zhì)混凝土的過程中，不難看出水泥作為粘合膠合劑對(duì)產(chǎn)品的抗壓強(qiáng)度起決定性作用。過多使用水泥就會(huì)增加生產(chǎn)成本，產(chǎn)品出現(xiàn)部分性能過剩情況。因此，需在針對(duì)不同目標(biāo)需求的產(chǎn)品制定合理的水泥用量標(biāo)準(zhǔn)，通過外加劑和其他輔材相互配合，保證產(chǎn)品品質(zhì)，控制產(chǎn)品生產(chǎn)成本，達(dá)到效益最大化。

3.3細(xì)骨料用量對(duì)輕質(zhì)混凝土強(qiáng)度的影響

細(xì)骨料引入輕質(zhì)混凝土，替代細(xì)沙石（河沙或者機(jī)制砂等），混凝土中起骨架或填充作用的是粒狀松散材料，但細(xì)骨料2粒徑過細(xì)，需控制用量，細(xì)骨料1存在一定的級(jí)配，可應(yīng)用于輕質(zhì)混凝土中，但細(xì)骨料加入量過多，水泥用量有限的情況下，混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯下降，密度升高，值得應(yīng)用注意。

3.4粗骨料對(duì)密度的影響

粗骨料如圖2所示，并非鵝卵石擁有圓滑的外觀，粗骨料外表多為不規(guī)則的棱角狀，在混凝土澆筑過程中易出現(xiàn)顆粒間的“拱橋效應(yīng)”。所以，顆粒的選擇不能過大，粒徑應(yīng)在5mm-15mm范圍內(nèi)，否則容易造成空谷，影響混凝土外觀和強(qiáng)度。但是，粗骨料的引入可以明顯降低混凝土的體積密度，需要平衡密度與強(qiáng)度間的關(guān)系，合理使用粗骨料控制好粗骨料的顆粒大小和顆粒形狀。

3.5粉煤灰對(duì)輕質(zhì)混凝土性能的影響

在配方中引入粉煤灰可以節(jié)約水泥和細(xì)骨料的用量，提高混凝土的活性，減少水的用量，改善混凝土易和性，重點(diǎn)是減少水化熱、熱能膨脹等。粉煤灰的粒徑很小，相當(dāng)于未水化的水泥顆粒，細(xì)小的微珠作為活潑的納米材料，能夠明顯改善和增強(qiáng)混凝土及其制品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提升產(chǎn)品勻質(zhì)性和致密性。

3.6輕質(zhì)混凝土配方設(shè)計(jì)的思考

（1）粗顆粒、細(xì)骨料以及水泥標(biāo)號(hào)和用量對(duì)輕質(zhì)混凝土的強(qiáng)度影響值較大，要對(duì)骨料的顆粒度、水泥性能作嚴(yán)格管控;

（2）發(fā)泡顆粒不同于輕質(zhì)陶粒，氣孔為閉氣孔本身不吸水，為了避免發(fā)泡顆粒無法表面快速浸潤(rùn)吸水，導(dǎo)致混凝土中顆粒和其他混合料的結(jié)合性變差，需要提前對(duì)粗骨料顆粒做預(yù)濕處理，讓表面開口孔含水;

（3）在輕質(zhì)發(fā)泡顆粒混凝土注漿過程中，應(yīng)避免過度振搗，以免在振搗過程中粗骨料上浮，導(dǎo)致混凝土試件粗骨料分布不均，從而影響抗壓強(qiáng)度;

（4）以發(fā)泡顆粒作為骨料制備的輕質(zhì)混凝土板抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到輕質(zhì)條板要求，如需要改善其產(chǎn)品性能可以考慮引入纖維（有機(jī)纖維、鋼纖維或玻璃纖維）、鋼筋和高性能添加劑等;

（5）發(fā)泡陶瓷板加工過程中發(fā)泡顆粒粗細(xì)骨料是經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)后的制品，燒失量在1%以內(nèi)，其含泥量和有機(jī)物含量都很低，可增加骨料與砂漿界面的粘結(jié)力，增強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能。

4總結(jié)

（1）經(jīng)過試驗(yàn)，輕質(zhì)發(fā)泡陶瓷顆粒混凝土體積密度≤750kg/m3，抗壓強(qiáng)度≥6.2MPa，符合輕質(zhì)條板國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23415-2009基本性能要求;

（2）以發(fā)泡陶瓷墻板切割廢料粉碎成一定大小后，粒徑應(yīng)在5mm-15mm范圍內(nèi)，經(jīng)過顆粒搭配作為混凝土骨料代替砂石粉粒，可有效減少混凝土的整體重量，減輕負(fù)荷;

（3）輕質(zhì)混凝土的廢料利用率較高，可以將發(fā)泡陶瓷墻板生產(chǎn)產(chǎn)生的顆粒細(xì)粉料循環(huán)利用提高附加值，讓發(fā)泡陶瓷墻板生產(chǎn)形成固廢利用閉環(huán)。

試驗(yàn)方案提供了輕質(zhì)混凝土和輕質(zhì)混凝土條板的制備思路，若改善產(chǎn)品性能和提升產(chǎn)品品質(zhì)需要深化研究，粗細(xì)骨料配比、混凝土使用以及添加劑的設(shè)計(jì)等。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄧海，肖妞.輕質(zhì)陶粒混凝土配合比設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].江西建材.2019.09：23-24;

[2] 譚春雷，鄧宇，等.輕質(zhì)多孔型陶?；炷林苽浼靶阅苎芯縖J].混凝土與水泥制品.2019.06：69-72

[3] 賈曉釗，雷國(guó)元，等.利用輕質(zhì)紅黏土陶粒制備陶粒泡沫混凝土的研究[J].金屬礦山.2018.07（505）：192-196

[4] 袁康，張佳明，鄒蕊月.沙漠砂陶粒混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J].非金屬礦.2018.09（41）：11-13

[5] 李明利.陶粒砂輕混凝土的制備及性能[J].混凝土與水泥制品.2011，06：52-55

[6] 戴永剛，張國(guó)濤，楊景琪.煤矸石-粉煤灰基發(fā)泡陶瓷的制備與性能研究.2019，11：24-28

Preparation of Lightweight Concrete from Ceramic Scrap

ZHANG Guo-tao

（Foshan KITO Green Energy New Material Technology CO.，LTD.，F(xiàn)oshan，528031;

Guangdong King Green Energy Technology Co.， Ltd.， Foshan ， 528031）

Abstract：? using foamed ceramic processing waste （fine powder， particle） as the main material， instead of ceramsite and river sand to prepare lightweight concrete. After the test， the bulk density of lightweight foamed ceramic granular concrete is ≤750KG/m3，， the compressive strength is ≥6.2Mpa， and the basic performance meets the requirements of the national standard GB/T23415-2009 for lightweight strip plates.

Keywords： ： performance index ;foamed ceramic;waste;lightweight concrete