王敦強(qiáng)，徐捷，周國棟

(山東建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101)

0 引言

近幾年全國每年建成房屋達(dá)20多億m2，其中住宅建設(shè)量至少在10億m2以上。但是我國的住宅建設(shè)中特別是中小城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)縣，仍大量采用粘土磚承重的混合承重結(jié)構(gòu)體系，全國每年生產(chǎn)粘土磚耗用資源達(dá)10多億m3，相當(dāng)于毀掉農(nóng)田50萬畝，從資源環(huán)境等方面已成為影響我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的突出問題之一，并已成為我國建筑業(yè)丞待解決的重點(diǎn)問題之一。

本課題研究的陶粒、赤泥、粉煤灰免燒保溫承重磚，其主要原料為鋁工業(yè)廢棄物—赤泥和粉煤灰。粉煤灰是我國當(dāng)前排量較大的工業(yè)廢渣之一。赤泥為用鋁土礦提煉氧化鋁生產(chǎn)過程中的一種不溶殘?jiān)?，它是由?xì)顆粒和粗顆粒組成的廢泥。每生產(chǎn)1t氧化鋁排出赤泥1～2t，赤泥的排放量很大。赤泥的堆放占用農(nóng)田，并耗費(fèi)巨額的堆場建設(shè)和維護(hù)管理費(fèi)用，且含堿廢液堿化土壤，污染地表、地下水源，對生態(tài)環(huán)境及人民的生產(chǎn)、生活產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，同時(shí)也制約著氧化鋁生產(chǎn)的發(fā)展。免燒磚走環(huán)保節(jié)能道路，用其來代替燒結(jié)實(shí)心粘土磚，意義重大。我國現(xiàn)在建筑行業(yè)發(fā)轉(zhuǎn)迅速，為工業(yè)廢渣免燒磚的發(fā)展提供了非常好的市場前景，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。所以赤泥粉煤灰的綜合利用勢在必行，也是我國氧化鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

國內(nèi)外在利用赤泥粉煤灰生產(chǎn)磚制品方面做了一定研究。王梅，楊家寬[1]利用赤泥、粉煤灰、建筑用中粗砂、生石灰、生石膏、32.5普通硅酸鹽水泥和自制的外加劑，可以生產(chǎn)出7d強(qiáng)度在10MPa以上、28d強(qiáng)度在20MPa以上的免燒免蒸磚，許光輝等[2]利用鋁廠廢渣赤泥和粉煤灰，加入其他混合材料和外加劑生產(chǎn)免燒磚。磚的力學(xué)和其他性能達(dá)到國家粉煤灰磚的標(biāo)準(zhǔn)，符合國家《砌體規(guī)范》關(guān)于承重墻體磚的要求。但是，對于利用赤泥、陶粒和粉煤灰作為原料，水泥作為固化劑來生產(chǎn)免燒免蒸壓磚的研究較少，國外利用這些原料來制備免燒免蒸壓磚的研究也非常少，利用陶粒來代替骨料生產(chǎn)免燒磚的研究更為少見。本研究所用的陶粒是利用氧化鋁生產(chǎn)中的廢棄物赤泥為主要原料，輔以粉煤灰、煤矸石等其他物料，添加少量的外加劑，制備的新型陶粒產(chǎn)品。陶粒的主要性能符合GB/T17431.2－1998標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。陶粒的使用不僅能更加充分的利用了赤泥，而且減少了因采砂對環(huán)境造成的破壞[3]。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

(1)赤泥 亦稱紅泥，一般含氧化鐵量大，外觀與赤色泥土相似。赤泥礦物成分復(fù)雜，采用多種化學(xué)方法成分進(jìn)行分析，結(jié)果是赤泥的主要礦物為文石和方解石，含量為60% ～65%，其次是蛋白石、三水鋁石、針鐵礦，含量最少的是鈦礦石、菱鐵礦、天然堿、水玻璃、鋁酸鈉和火堿。本實(shí)驗(yàn)所用的赤泥選自山東信發(fā)鋁電集團(tuán)，其化學(xué)成分如表1所示。

表1 赤泥的化學(xué)成分

(2)粉煤灰 取自山東信發(fā)鋁電集團(tuán)自備電廠排放的粉煤灰，其化學(xué)成分見如表2所示。

表2 粉煤灰的化學(xué)成分

(3)骨料 采用利用赤泥燒結(jié)的陶粒。利用燒結(jié)溫度為1200℃，保溫10min條件下自然冷卻制出的膨脹率為170%、吸水率10%、筒壓強(qiáng)度為2.4 MPa的燒漲陶粒。

(4)水泥 采用山水水泥廠的32.5普通硅酸鹽水泥。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

SHQ－30型輪碾式混砂機(jī)、自制模具、免燒磚的成型設(shè)備JYE－2000型的壓力實(shí)驗(yàn)機(jī)，MST液壓伺服加載系統(tǒng)。免燒磚的成型模具為自制標(biāo)磚模具，尺寸是240mm×115mm×53mm。

1.3 實(shí)驗(yàn)流程

(1)原料預(yù)處理 將赤泥中的大塊進(jìn)行球磨，粉煤灰中草類和大塊的雜物予以清除，陶粒進(jìn)行必要的篩選，達(dá)到試驗(yàn)的要求。

(2)原料的稱量與混合 稱量試驗(yàn)所需要的原料，按陶粒、水泥、赤泥、粉煤灰的先后順序?qū)⑦@些原料倒入輪碾機(jī)中進(jìn)行輪碾，按照料的成型要求，酌情加入適量水。

(3)配料的陳化 將料從輪碾機(jī)中放出，放入袋中陳化，陳化時(shí)間為24h。

(4)熟料混碾 將陳化好的熟料倒入混碾機(jī)中，進(jìn)行混碾?；炷霗C(jī)對原材料有粉碎、摩擦、混合和壓實(shí)的作用，將原材料充分的壓實(shí)[4]。

(5)成型 稱取適量的料加入膜具中，使磚制品壓制成型。選擇成型壓力為20MPa。利用兩面分段加壓的方式。

(6)自然養(yǎng)護(hù) 磚坯的養(yǎng)護(hù)目前有好多種，目前用的比較多的有常溫自然養(yǎng)護(hù)工藝、蒸養(yǎng)工藝蒸壓工藝和活化室反應(yīng)工藝，為了降低成本，本研究中采用自然養(yǎng)護(hù)工藝。

(7)性能檢測 磚養(yǎng)護(hù)到了7d和28d時(shí)對磚進(jìn)行性能測試一般實(shí)驗(yàn)只測量成品磚的抗壓強(qiáng)度。

1.4 試驗(yàn)配方及抗壓強(qiáng)度值

表3 試驗(yàn)配方及抗壓強(qiáng)度值

2 結(jié)果與分析

(1)赤泥用量對制品的影響

圖1 赤泥含量對磚制品強(qiáng)度的影響

赤泥的粒徑比較小，便于和其他材料的混合，提高磚制品的各種物理性能，能使磚表面平整，增強(qiáng)其美觀，同時(shí)赤泥的塑性指數(shù)較高，使磚成形比較容易，也利于滿足免燒免蒸壓的要求。從圖1中可以看出，隨著赤泥含量的增多，免燒免蒸壓磚的強(qiáng)度先提高后降低，我們從中可以斷定，當(dāng)赤泥含量在20% ～25%時(shí)，試件的性能比較合理。

(2)粉煤灰用量對制品的影響

圖2 粉煤灰含量對磚制品強(qiáng)度的影響

由圖2中可以看出，隨著粉煤灰含量的增大，免燒免蒸壓磚的7d和28d抗壓強(qiáng)度都變小。在制品生成的初期，粉煤灰中的硅鈣氧化物發(fā)生化學(xué)水解反應(yīng)，提高早期強(qiáng)度。但是到了后期，由于進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)，生成一些網(wǎng)狀物質(zhì)，加上其他條件限制，強(qiáng)度有所下降。這種綜合分析，粉煤灰的加入量在18% ～23%時(shí)，磚制品的性能比較合理。

(3)陶粒用量對制品的影響

圖3 陶粒含量對磚制品強(qiáng)度的影響

從圖3中可以看出，隨著陶粒用量的增加，免燒免蒸壓磚的7d和28d抗壓強(qiáng)度先增大后變小，當(dāng)含量在45%～50%時(shí)，磚制品的的性能比較合理。在該試驗(yàn)中，利用陶粒替換砂等骨料，陶粒是利用赤泥等廢渣燒結(jié)而成的，赤泥具有保溫節(jié)能特性，陶粒也就具有保溫節(jié)能特性，所以在該試驗(yàn)中陶粒的用量加大，滿足現(xiàn)在國家提倡的利用廢渣、保溫節(jié)能的要求，具有深遠(yuǎn)的社會意義。

(4)水泥用量對制品性能的影響:

圖4 水泥含量對磚制品強(qiáng)度的影響

由圖4中可以看出，隨著水泥含量的增大，免燒免蒸壓磚的7d和28d的抗壓強(qiáng)度增大，當(dāng)含量在15% ～17%時(shí)，磚制品的性能比較合理。

(5)磚制品物理特性:

為了提高赤泥和粉煤灰等工業(yè)廢渣的利用和增大砌體的保溫性能，赤泥主要有保溫性能，所以在本試件，在滿足砌體強(qiáng)度的條件下，應(yīng)加大赤泥和粉煤灰的用量。國家要求，承重磚的強(qiáng)度必須達(dá)到10MPa，經(jīng)綜合分析，確定磚的配方為:11%水泥，18%赤泥，50%陶粒，21%粉煤灰。由山東省信發(fā)三利環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)一批磚，其抗壓強(qiáng)度為10.9MPa，達(dá)到國家規(guī)范要求，然后測定其物理特性。其力學(xué)性能報(bào)告由聊城市墻體建筑節(jié)能檢測中心出具;放射性能和墻體保溫?zé)嶙栌缮綎|建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測中心檢測報(bào)告;吸水率和凍融性由山東建筑大學(xué)材料實(shí)驗(yàn)室檢測報(bào)告，上述物理特性均符合國家要求。檢測結(jié)果如表4所示。

表4 免燒結(jié)免蒸壓磚的物理特性

3 結(jié)論:

(1)通過赤泥陶粒粉煤灰免燒結(jié)免蒸壓磚的正交實(shí)驗(yàn)，可以看出當(dāng)成分為25%赤泥、18%粉煤灰、45%陶粒、12%水泥時(shí)，磚制品的強(qiáng)度最高，強(qiáng)度配方在該試驗(yàn)中為最佳。

(2)強(qiáng)度并非越高越好，考慮既要有一定的強(qiáng)度，又要保溫節(jié)能時(shí)，可以選擇的配方為:18%赤泥、21%粉煤灰、50%陶粒、11%水泥，強(qiáng)度達(dá)到要求，各方面物理特性符合要求，可以工業(yè)化生產(chǎn)。

[1]王梅，楊家寬，齊建召.工業(yè)廢渣免蒸免燒磚[J].新型建筑材料，2004(12):17 －21.

[2]許光輝，馬小娥.赤泥、粉煤灰免燒磚的性能研究[J].粉煤灰綜合利用，2007(6):50－51.

[3]尹國勛，邢明飛，余功耀.利用赤泥等工業(yè)固體廢物制備陶粒[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，27(4):491－496.

[4]吳正直.粉煤灰房建材料的開發(fā)與應(yīng)用[M].北京:中國建材工業(yè)出版社，2003.

[5]李文娟，龔猛，黃朝暉，等.赤泥－粉煤灰免燒礦物聚合物材料的制備和強(qiáng)度[J].硅酸鹽通報(bào)，2010，29(1):38－42.

[6]劉龍，黃莉美，王愛貞，等.赤泥－粉煤灰－礦渣堿激發(fā)膠凝材料性質(zhì)的研究[J].洛陽理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012，22(1):13－21.

[7]王瑞燕，岳濤.赤泥－粉煤灰加氣混凝土制備研究[J].新型建筑材料，2011，38(6):31 －34.

[8]錢海艷，張海鴻.赤泥粉煤灰免燒磚在國內(nèi)的研究進(jìn)展[C].南昌:中西部第三屆有色金屬工業(yè)發(fā)展論壇，2010.

[9]馬翠芬，趙雷.自保溫節(jié)能承重多孔磚的研究與應(yīng)用[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，24(1):81 －84.

[10]萬軍，劉恒波，宋美，等.利用赤泥制備高強(qiáng)陶粒的試驗(yàn)研究[J].礦冶工程，2011，31(5):111 －113.

[11]彭建軍，劉洪波，宋美.赤泥高強(qiáng)陶粒的研制[J].磚瓦，2011，38(6):9－11.