風(fēng)化石英巖混凝土多孔磚的研制

李國旺， 徐元盛， 李玉花

河南建筑材料研究設(shè)計院有限責(zé)任公司（450002）

0 前言

風(fēng)化石英巖是由千萬年前的巖石經(jīng)過風(fēng)化剝蝕作用或流水沖蝕作用而形成的解體的巖石碎屑,沉淀于石床上經(jīng)過數(shù)百萬年的膠結(jié)和堆積而成。風(fēng)化石英巖（砂巖、蘑菇石）為黃灰色,疏松多孔構(gòu)造,微鱗片變晶結(jié)構(gòu),表面具有絲絹光澤。

河南省登封市及南陽、駐馬店等西部山區(qū)的地貌類型是石英巖剝蝕構(gòu)造地貌,地表存在著大量風(fēng)化石英巖剝蝕顆粒。強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)板巖呈紅色土狀,組織結(jié)構(gòu)已大部分破壞,風(fēng)化裂隙很發(fā)育,巖體破碎,含有大量的細(xì)小巖屑。由于該種巖石風(fēng)化嚴(yán)重，其強(qiáng)度較低，農(nóng)作物無法在上面生長，既不能作為耕地，也不能作為建筑用砂和碎石使用，給地方造成極大的資源浪費(fèi)。

本文結(jié)合河南省登封市及西部山區(qū)風(fēng)化石英巖的實際情況,將風(fēng)化石英巖用于生產(chǎn)混凝土多孔磚或混凝土小型空心砌塊等新型墻體材料,來代替目前傳統(tǒng)的實心黏土磚,既達(dá)到廢棄物資源化利用的目的,又可具有良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

1 風(fēng)化石英巖化學(xué)成分和物理性能分析

1.1 風(fēng)化石英巖化學(xué)成分

按照 GB/T 14684-2001《建筑用砂》和 GB/T 176—1996《水泥化學(xué)分析方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，檢驗的項目分別為:二氧化硅、氧化鐵、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉、堿含量、三氧化硫、氯離子含量。

表1 風(fēng)化石英巖的化學(xué)成分

由表1可見，3個不同地域的風(fēng)化石英巖（砂巖）樣品化學(xué)成分相差不多，70%以上都是SiO2，SO3含量不足0.1%，為高硅、低硫風(fēng)化砂巖，且K2O+Na2O含量≤5.0%，符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14684-2001《建筑用砂》中對建筑用砂化學(xué)成分的要求，因此完全可以用作生產(chǎn)墻體材料的原材料。

1.2 風(fēng)化石英巖物理性能

由于風(fēng)化石英巖（砂巖）是千萬年前的巖石經(jīng)過長期風(fēng)化剝蝕作用或水的沖蝕、溶解而形成的硅質(zhì)巖石顆粒，其粒徑大部分在0.05～4.75mm之間（含量大于50%），因此，可將其看作普通混凝土的細(xì)集料即砂。本項目研究按照GB/T 14686-2001《建筑用砂》中的項目要求進(jìn)行。

1.2.1顆粒級配

本試驗三次取得風(fēng)化石英巖（砂巖）按照GB/T 14684-2001《建筑用砂》進(jìn)行篩分析檢驗的結(jié)果見表2。

由表2可見,按細(xì)度模數(shù)來分,3個風(fēng)化石英巖樣品均屬于I區(qū)粗砂范圍，且級配良好，滿足建筑用砂的要求。

1.2.2其它物理指標(biāo)

考慮到風(fēng)化石英巖（砂巖）的特殊性，所以堅固性項目的檢驗分別采用了天然砂的硫酸鈉溶液法和人工砂的壓碎指標(biāo)法兩種檢驗方法。試驗結(jié)果見表3。

由表3可見,風(fēng)化石英巖其它物理性能基本滿足GB/T 14684-2001《建筑用砂》標(biāo)準(zhǔn)中Ⅲ類砂的要求，但其堅固性（按天然砂考慮）和壓碎指標(biāo)（按人工砂考慮）卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值，這說明風(fēng)化石英巖的堅固程度比較差。對于混凝土來說，雖然細(xì)骨料對強(qiáng)度的影響沒有粗骨料那么明顯，但是，為了達(dá)到節(jié)約水泥、提高混凝土的密實度、強(qiáng)度和耐久性的目的，良好的顆粒級配、有限的有害物質(zhì)含量，尤其足夠的強(qiáng)度和堅固性是非常必要的，由此可見，風(fēng)化石英巖不能滿足建筑用砂的使用要求,也就是說它不能作為建筑用砂（混凝土的細(xì)集料）使用。

2 風(fēng)化石英巖混凝土多孔磚的研究

2.1 試驗用原材料

表2 風(fēng)化石英巖的顆粒級配

2.1.1 風(fēng)化石英巖

產(chǎn)地登封，其化學(xué)性能指標(biāo)見表1。

2.1.2 水泥

試驗采用登封市第二水泥廠P·C 32.5水泥，其技術(shù)性能見表4。

表3 風(fēng)化石英巖的其它物理指標(biāo)

2.1.3 粉煤灰

試驗采用登封市熱電廠的干排Ⅲ級粉煤灰，其化學(xué)成分見表5。

表4 水泥的化學(xué)成分和技術(shù)性能

2.1.4 碎石

試驗采用登封產(chǎn)石灰石碎石,滿足GB/T 14685-2001《建筑用卵石、碎石》標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)格為（5～10）mm 單粒級，表觀密度2 720 kg/m3，堆積密度 1 630 kg/m3。

2.1.5 水

自來水。

2.2 風(fēng)化石英巖混凝土多孔磚的研制

選取下面四組配合比作為風(fēng)化石英巖混凝土多孔磚的試驗配合比，見表5。

表5 風(fēng)化石英巖混凝土多孔磚配合比

風(fēng)化石英巖混凝土多孔磚力學(xué)性能按照GB/T 2542-2003《砌墻磚試驗方法》進(jìn)行檢測，四種不同配合比生產(chǎn)的風(fēng)化石英巖混凝土多孔磚的抗壓強(qiáng)度見表6。

由表6可以看出,水泥摻量對風(fēng)化石英巖混凝土多孔磚的抗壓強(qiáng)度起到?jīng)Q定性的作用，隨著水泥摻量的增加，風(fēng)化石英巖混凝土多孔磚的抗壓強(qiáng)度也隨著增大。

表6 四個不同配合比風(fēng)化石英巖混凝土多孔磚的抗壓強(qiáng)度

對四個不同配合比混凝土多孔磚進(jìn)行尺寸偏差測量，由表7可以看出:風(fēng)化石英巖混凝土多孔磚的長度、寬度、厚度均稍有偏差，但都在±1mm以內(nèi),均無缺棱掉角和裂紋。達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的優(yōu)等品（A）要求。

通過以上四種配比風(fēng)化石英巖多孔磚的抗壓強(qiáng)度結(jié)果對比可知，試驗編號3的風(fēng)化石英巖摻量為67%，水泥摻量僅為13%，其強(qiáng)度達(dá)到了JC 943-2004《混凝土多孔磚》規(guī)定MU15等級的要求。

3 結(jié)語

風(fēng)化石英巖多孔磚具有很好的社會效益。風(fēng)化石英巖混凝土多孔磚不需焙燒，節(jié)約燃料資源，按焙燒6 000萬塊標(biāo)磚熱耗1噸標(biāo)煤/萬塊來算，每年可為國家節(jié)約標(biāo)煤6 000 t。新型墻體材料的研究和應(yīng)用已經(jīng)引起很多國家的重視，它在節(jié)約資源、能源，尤其是對環(huán)境的保護(hù)有著十分重大的意義,風(fēng)化石英巖混凝土多孔磚解決了傳統(tǒng)墻體材料大量占用耕地、消耗能源資源、污染環(huán)境的問題，又解決了大量廢棄資源綜合利用的問題，保證了人類社會的可持續(xù)發(fā)展，是一種可持續(xù)發(fā)展的新型環(huán)保墻體材料。

表7 四個不同配合比風(fēng)化石英巖混凝土多孔磚的尺寸偏差