廢粘土磚粉潛在活性探究

程海麗，田海澤

（北方工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，北京100144）

廢粘土磚粉潛在活性探究

程海麗，田海澤

（北方工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，北京100144）

通過將磨細(xì)的廢磚粉取代水泥制作膠砂試件，并測其抗折、抗壓強(qiáng)度值來研究廢磚粉的潛在活性，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了石灰對廢磚粉活性的激發(fā)作用。結(jié)果表明：磨細(xì)的廢磚粉具有潛在活性，且粒徑越小，活性越大；在一定摻量時(shí)，石灰可進(jìn)一步激發(fā)廢磚粉的活性。

廢粘土磚；潛在活性；抗折強(qiáng)度；抗壓強(qiáng)度

據(jù)統(tǒng)計(jì)，廢粘土磚的年產(chǎn)出量基本在5 200萬t左右，將其破碎后用作混凝土、砂漿的骨料，是對其進(jìn)行資源化的一個(gè)主要途徑，這尤其適用于缺乏天然骨料的地區(qū)。國外進(jìn)行了磚廠中廢磚用作混凝土粗骨料的研究，研究結(jié)果顯示[1]，所配制的混凝土有較好的性能，有些方面的性能甚至超過了用天然骨料配制的混凝土。筆者也曾研究了廢磚作為骨料應(yīng)用于GRC[2]及輕質(zhì)墻體材料[3]中的作用，均有良好的效果。但由于粘土磚本身強(qiáng)度較低，且呈脆性，因此在破碎成混凝土、砂漿所需的粗細(xì)骨料的過程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量的粒徑很小的微粉末，筆者也曾試驗(yàn)研究過廢磚粉作為細(xì)骨料取代天然砂制作再生骨料砂漿的作用[4]，結(jié)果顯示，在一定取代率下，用部分廢磚粉配制砂漿是可行的，但該文僅考慮廢磚作為細(xì)骨料的填充效應(yīng)，并未分析廢磚粉本身是否具有潛在活性效應(yīng)，以及活性效應(yīng)對砂漿性能的影響。文中將廢磚進(jìn)行破碎磨細(xì)后以不同取代率取代水泥，通過考察膠砂強(qiáng)度的變化研究其潛在活性，并進(jìn)一步研究石灰對其活性的激發(fā)作用。

1 主要原材料及其性能

1.1 水泥

強(qiáng)度等級為32.5 R的復(fù)合硅酸鹽水泥，其3 d抗折強(qiáng)度為7.1 MPa,抗壓強(qiáng)度為24.4 MPa；28 d抗折強(qiáng)度為8.5 MPa，抗壓強(qiáng)度為35.1 MPa。

1.2 細(xì)骨料

天然砂細(xì)度模數(shù)3.5，含水率0.35%，堆積密度1 750 kg/m3。

1.3 廢磚粉

附著有水泥砂漿的廢粘土磚經(jīng)破碎、磨細(xì)后，分別用75 μm和150 μm的篩子篩分，取粒徑＜75 μm和75～150 μm的廢磚粉備用，其化學(xué)全分析結(jié)果如表1所示。

1.4 熟石灰Ca（OH）2

分析純試劑。

表1 廢粘土磚化學(xué)全分析數(shù)據(jù)%

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

2.1 廢磚粉取代水泥對水泥膠砂強(qiáng)度的影響

將兩種不同粒徑的廢磚粉分別以不同取代率取代水泥，采用普通砂為骨料，配制水泥膠砂試件，養(yǎng)護(hù)7 d后，按GB/T17671－1999水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）進(jìn)行膠砂強(qiáng)度測定，配比見表2，其性能見表2及圖1、圖2。

表2 廢磚粉取代水泥配合比及其性能

圖1 兩種粒徑廢磚粉不同取代率下7 d抗折強(qiáng)度

圖2 兩種粒徑廢磚粉不同取代率下7 d抗壓強(qiáng)度

由表2和圖1、圖2可以看出，當(dāng)兩種粒徑的廢磚粉對水泥的取代率為5%～15%時(shí)，試件的抗折強(qiáng)度均超過了純水泥的抗折強(qiáng)度，當(dāng)兩種粒徑的廢磚粉對水泥的取代率為5%～10%時(shí)，試件的抗壓強(qiáng)度均超過了純水泥的抗壓強(qiáng)度；取代率為10%時(shí)抗折抗壓強(qiáng)度值最大，粒徑＜75 μm的廢磚粉7 d抗折、抗壓強(qiáng)度分別比同齡期純水泥膠砂強(qiáng)度提高了9.2%和6%，粒徑75～150 μm的廢磚粉7 d抗折、抗壓強(qiáng)度分別比同齡期純水泥膠砂強(qiáng)度提高了13%和1%，因此，綜合抗折、抗壓強(qiáng)度看，粒徑＜75 μm的廢磚粉的效果好于粒徑75～150 μm的廢磚粉。但當(dāng)廢磚粉取代率繼續(xù)增加時(shí)，強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢。原因是由于廢磚經(jīng)機(jī)械粉磨形成微細(xì)顆粒的過程中，不但廢磚顆粒粒度減小、比表面積增大和表面自由能增大，同時(shí)顆粒表面層發(fā)生晶格畸變、活性點(diǎn)增多，使廢磚粉中存在有活性氧化硅和活性氧化鋁，它們能與水泥熟料的水化產(chǎn)物中的Ca（OH）2發(fā)生二次水化反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，促進(jìn)水泥在水化初期生成較多的水化產(chǎn)物，有利于水泥強(qiáng)度的發(fā)展，亦即，磨細(xì)的廢磚粉具有潛在的活性，且細(xì)度越大，潛在活性也相應(yīng)較大。當(dāng)然也不能忽略廢磚粉的表面特征和填充效應(yīng)，即除其潛在活性的作用外，還有可能是因?yàn)閺U磚粉表面粗糙，與水泥漿界面嚙合能力強(qiáng)，提高了廢磚粉與水泥漿界面的粘結(jié)性，再者，廢磚粉吸水率較大，能吸收新拌水泥砂漿中多余的水分，這既降低了二者界面的水灰比，也降低了砂漿拌合物的有效水灰比，使得水泥漿－廢磚粉界面層的孔隙率降低，改善了界面的結(jié)構(gòu)，從而在一定取代率范圍內(nèi)使得強(qiáng)度提高，但當(dāng)取代率繼續(xù)提高時(shí)，廢磚粉大量的消耗體系中的水份可致使?jié){體和易性劣化，以及局部影響水泥的正常凝結(jié)硬化，同時(shí)由于水泥用量的相對減少也使整體強(qiáng)度下降。這些均有待采用儀器分析的手段進(jìn)一步進(jìn)行研究。

2.2 石灰對廢磚粉的激活作用

從表1可以看出，廢磚粉中含有大量的SiO2，但鈣含量很低，因此考慮采用堿激發(fā)增鈣的方法對其潛在活性進(jìn)行激發(fā)，其配比如表3所示，其中廢磚粉取代水泥率為10%，綜合考慮抗折、抗壓強(qiáng)度值，選用粒徑＜75 μm的廢磚粉，增鈣激發(fā)采用熟石灰，其摻量分別取廢磚粉的4%，6%，8%，10%，其性能如表3、圖3及圖4所示。

由表3、圖3及圖4可以看出，隨著石灰摻量的增加，試件7 d、28 d的抗折、抗壓強(qiáng)度均隨之提高，當(dāng)石灰摻量為廢磚粉的8%時(shí)，強(qiáng)度值最大，7 d抗折、抗壓強(qiáng)度分別較不摻石灰時(shí)（編號(hào)A2）提高18.6%和16%，分別較不摻廢磚粉的純水泥強(qiáng)度（編號(hào)A0）提高29.6%和23.2%，28 d抗折、抗壓強(qiáng)度分別較不摻石灰時(shí)（編號(hào)A2）提高16.2%和47.2%，但當(dāng)石灰摻量繼續(xù)增加時(shí)，強(qiáng)度呈下降趨勢。原因是石灰可進(jìn)一步激發(fā)廢磚粉的活性，它與廢磚粉中存在的活性氧化硅和活性氧化鋁發(fā)生反應(yīng)生成水硬性產(chǎn)物，從而進(jìn)一步提高其強(qiáng)度。但當(dāng)加入的石灰到一定量時(shí)，廢磚粉中的活性氧化硅和活性氧化鋁已反應(yīng)完全，過量的石灰已不起作用，甚至有可能會(huì)導(dǎo)致材料強(qiáng)度下降，所以當(dāng)石灰達(dá)到一定摻量后，材料的強(qiáng)度出現(xiàn)下降趨勢。

表3 不同摻量石灰對廢磚粉激發(fā)的配比及其性能

圖3 石灰摻量對抗折強(qiáng)度的影響

圖4 石灰摻量對抗壓強(qiáng)度的影響

3 結(jié)論

（1）磨細(xì)的廢磚粉具有一定的潛在活性，且粒徑越小，活性越大。

（2）基于磨細(xì)廢磚粉具有潛在活性的特征，在本膠砂體系中，取代10%的水泥時(shí)，可不同程度地提高其強(qiáng)度，從而節(jié)約水泥，具有節(jié)約能源、資源及環(huán)保的意義。

（3）在一定摻量時(shí)，石灰可進(jìn)一步激發(fā)廢磚粉的活性，在本膠砂體系中，摻入廢磚粉用量8%的熟石灰，可使廢磚粉的活性達(dá)到最大程度的激發(fā)。

[1] Akhtaruzza man A A，Hasnat A.Properties of concrete using crushed brick as aggregate[J].Concrete Intermational，1983，5(2):58-63.

[2] 程海麗.廢舊磚在GRC中的再生利用研究[J].新型建筑材料，2012，10(39)：8-10.

[3] 吳華銳，程海麗.用廢磚制作利廢型輕質(zhì)墻體材料試驗(yàn)研究[J].再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2012，10(5)：34-37.

[4] 程海麗.廢磚粉在建筑砂漿中的應(yīng)用研究[J].北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005(1)：89-93.

Research on potential activation on waste clay brick

CHENG Haili,TIAN Haize
（College of Architecture,North China University of Technology,Beijing 100144,China）

In the paper,grinding waste brick powder was used to replace parts of cement in different substitutive percent in mortar,and by testing the flexural and compressive strength,the potential activity of waste brick powder was researched.On this basis,the activated effect of lime on the waste brick powder was further researched.The result showed that the grinding waste brick has potential activity,and the smaller the particle size is,the greater the activity is; the potential activity of waste brick powder could be further activated,while the lime was added in a certain dosage.

waste bricks powder;potential activity;flexural strength;compressive strength

X799.1；TU522.09

A

1674－0912（2014）12－0025－03

2014－03－20）

北京市教委科技發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目（KM201210009010）；固廢資源化利用與節(jié)能建材國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目（SWR－2012－003）

程海麗（1965－），女，河北人，碩士，副教授，研究方向：建筑材料、新型建筑材料，發(fā)表論文20余篇。