利用廢棄燒結頁巖磚生產普通硅酸鹽水泥性能探討

古巧燕 陸金海 劉驥

【關鍵詞】廢棄燒結頁巖磚;水泥性能;適應性

【中圖分類號】TQ172.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）08-0058-03

0 引言

近30年來，我國現代化建設規模空前浩大，由此不僅帶來建筑業的快速、蓬勃發展，同時促進了建筑物的更新換代。在建筑業迅猛發展、大批新建筑物興起的同時，也伴隨著大批舊建筑物的解體，建筑廢棄物的產出量迅猛增加。在數量龐大的建筑廢棄物中，作為在整個建筑范圍內需求量較高的燒結磚被大量廢棄后，便從建筑材料中的“主力軍”演變為建筑垃圾中的“主力軍”，成為亟待解決的環保問題。對這些建筑廢棄燒結頁巖磚的最佳處置方案是進行資源化再利用。利用廢棄燒結頁巖磚生產水泥的最大特點是節能，消耗大量的廢棄燒結頁巖磚廢料，使水泥窯從“能源老虎”變成處理垃圾的城市環境“清潔工”，這符合我國能源短缺，在發展的過程中“既要金山銀山，又要綠水青山”的環境保護理念。所以，利用廢棄燒結頁巖磚粉末生產水泥的研究急需進行 [1]。

1 廢棄燒結頁巖磚化學成分及活性試驗分析數據

廢棄燒結頁巖磚粉末是由燒結頁巖磚破碎粉磨而成，由于燒結磚本身為高溫煅燒產物，晶體結構占主體，玻璃體結構較少，總體結構呈穩定狀態，不易與外部結構發生化學反應。在破碎粉磨時，磚體中一些穩定的晶體結構遭到破壞，此時頁巖磚粉表現出一定的材料活性。為了確定頁巖磚粉活性高低，參考《用于水泥混合材料的工業廢渣活性試驗方法》（GB/T 12957—2005）（簡稱規范）中的試驗方法，對頁巖磚粉進行水泥膠砂28 d抗壓強度比試驗，最終得到的抗壓強度比能表示頁巖磚粉的活性。與此同時，為了比較頁巖磚粉和粉煤灰在相同水泥替代率（30%）情況下活性的高低，仍需對粉煤灰進行水泥膠砂28 d抗壓強度比試驗。

將準備好的廢棄燒結頁巖磚粉末（基本分析見表1）、粉煤灰、PII52.5硅酸鹽水泥按表2中的要求稱取，在放入攪拌鍋前將膠凝材料采用機械方式混勻，避免樣品不均對試驗結果造成的不利影響。28 d抗壓強度比試驗要求摻入待測水泥混合材料后樣品中SO3含量與摻入前水泥的SO3含量相差不超過0.3%。按照規范給定的調試方法，即通過外加二水石膏的方法調整摻入后的SO3含量。由于試驗所用水泥與每種水泥混合材料的摻量及其SO3含量均為已知，因此可通過SO3與二水石膏的相對分子質量比值計算得到二水石膏的外摻量，計算得到的每組二水石膏摻入量按表2中的要求稱取。

水泥膠砂的抗壓強度比K按公式（1）計算，計算結果保留至整數。

K=R1/R2×100 （1）

上式中：K為抗壓強度比，%;R1為水泥混合材料摻入后試件的28 d抗壓強度，MPa;R2為對比試件樣品的28 d抗壓強度，MPa。

由水泥膠砂強度檢測試驗得到的試件抗壓強度及每種材料的抗壓強度比（活性指數）見表3。

由表3可知，廢棄燒結頁巖磚粉末的活性指數為73%，滿足規范中對水泥膠砂28 d抗壓強度比不小于65%的要求，說明經過破碎粉磨得到的頁巖磚粉的活性得到一定程度的提高，機械粉磨是提高頁巖磚粉活性的有效方法;頁巖磚粉與二級粉煤灰的活性指數較為接近，說明高溫煅燒后形成的化學成分相似的兩種水泥混合材料，其活性也相似。因此，通過將頁巖磚粉摻入水泥生產是可行的。廢棄的黏土磚中含有比黏土中石英品程度低的石英礦物，在熟料燒成中可作為溶劑礦物的赤鐵礦。此外，廢棄的燒結磚粉末中含有活性的玻璃狀物質，因此廢棄燒結磚粉末能表現出更好的反應活性和節能優勢 [2]。表3中的活性數據也說明了這一點，但是廢棄燒結頁巖磚對水泥性能的影響需要進一步驗證。

2 摻加廢棄燒結頁巖磚對水泥性能的影響

針對以上分析，本文進一步對摻加廢棄燒結頁巖磚對水泥性能影響進行試驗，同等條件下摻加5%的頁巖磚代替其他混合材，對生產水泥性能進行驗證，結果見表3、表4。

由表5、表6可見，摻加5%廢棄燒結頁巖磚后，水泥需水量、凝結時間和對外加劑的適應性變化不大。在水泥強度方面，摻頁巖磚前后水泥3 d強度基本一致，28 d強度略有下降。根據以上數據可確認廢棄燒結頁巖磚可以用于水泥的生產。

3 廢棄燒結頁巖磚代替粉煤灰

鑒于目前粉煤灰價格較高，對水泥生產成本影響較大，而且采購困難，我們進一步對不同量廢棄燒結頁巖磚代替粉煤灰生產水泥性能進行了試驗，數據見表7。

由表8、表9可見，混合材總量不變，隨著廢棄燒結頁巖磚摻加量的增加，水泥3 d和28 d抗壓強度呈遞減趨勢，特別是在3%增加至5%時，強度變化尤為明顯，3 d下降1.9 MPa，28 d下降4 MPa，抗折輕度變化則不明顯;水泥標準稠度和凝結時間方面，摻加廢棄燒結頁巖磚的水泥標準稠度較摻加粉煤灰略小小，但不明顯，凝結時間略有延長，延長幅度約25 min。隨著摻加量的提高，凝結時間和標準稠度卻無明顯變化;摻加廢棄燒結頁巖磚的水泥與外加劑適應性變化不大。

頁巖磚摻量為5%以下時，對水泥強度和使用性能方面影響不大，由于頁巖磚物料成本較粉煤灰便宜較多，所以摻頁巖磚對降低水泥物料成本有利 [3]。

4 廢棄燒結頁巖磚代替石灰石

自然資源并非無窮無盡，節約資源是各界人士近年來關注的焦點，本文對不同摻加量廢棄燒結頁巖磚代替石灰石生產的水泥性能進行了研究，試驗方案見表10。

由表11可見，摻加5%的廢棄燒結頁巖磚代替石灰石生產的水泥，各項物理性能均沒有明顯變化，所以廢棄燒結頁巖磚代替石灰石是非常值得期待的選擇。

5 結語

綜上所述，適量摻加利用廢棄燒結頁巖磚生產的水泥，性能方面基本可控。利用其代替粉煤灰上，綜合考慮水泥強度，可以有效降低水泥的生產成本，為循環經濟做出貢獻。代替石灰石，則在節約資源利用方面有著顯著的作用，將能解決巨大的環境污染問題 [4]。

參 考 文 獻

[1]李江.發展生態水泥，促進資源利用，保護生態環境[J].四川水泥，2015（11）：18.

[2]韓芳.利用廢棄物生態水泥工藝分析[J].四川水泥，2018（6）：11-12.

[3]陳黔.淺談生態水泥綠色制成技術的集成與應用[J].中國建材，2016（7）：104-106.

[4]吳清仁.資源化利用固體廢棄物研發生態水泥[J].新世紀水泥導報，2004（增刊）：17-21.