建筑淤土制備免燒陶粒的可行性研究★

唐紹春 江 濤 潘志超 盧樟鋒 方家宏

(浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院，浙江 寧波 315100)

·建筑材料及應(yīng)用·

建筑淤土制備免燒陶粒的可行性研究★

唐紹春 江 濤 潘志超 盧樟鋒 方家宏

(浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院，浙江 寧波 315100)

采用蒸汽養(yǎng)護(hù)技術(shù)，通過(guò)試驗(yàn)研究了以建筑淤土為主要原材料，制備免燒陶粒的可行性，對(duì)試驗(yàn)所用其他材料及方法作了介紹，研究結(jié)果表明，以建筑淤土為主要組成材料，并輔以水泥、石灰石和石膏可以制備出免燒陶粒。

建筑淤土，免燒陶粒，筒壓強(qiáng)度，吸水率

隨著寧波市建設(shè)步伐加快和城市規(guī)模的擴(kuò)大，建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物數(shù)量逐年巨幅增長(zhǎng)。高層建筑及橋梁建設(shè)施工過(guò)程中每根灌注樁產(chǎn)生3 m3建筑渣土，折質(zhì)量約為4 t。自2005年以來(lái)，市區(qū)每年由此產(chǎn)生的建筑渣土量在300萬(wàn)m3以上。因此，如何系統(tǒng)化、資源化處置建筑淤土已成為各地市政部門重點(diǎn)解決的問(wèn)題。盡管利用建筑淤土，湖底污泥和粉煤灰等工業(yè)廢渣燒制陶粒是其資源化利用的主要方式，但是也存在一定的缺陷，如：需要消耗大量能源、工藝技術(shù)復(fù)雜、推廣存在難度等。因此，應(yīng)當(dāng)尋求一種新的資源化利用技術(shù)。與燒制陶粒相比，免燒陶粒具有強(qiáng)度高，軟化系數(shù)較高，耐久性好和耐酸堿腐蝕等優(yōu)點(diǎn)[1]。在國(guó)內(nèi)外目前免燒陶粒技術(shù)的研究中，多以粉煤灰為基材。在歐洲，荷蘭的Hoognvens公司從20世紀(jì)90年代初開始研制粉煤灰免燒陶粒，并獲得成功，其粉煤灰摻量可達(dá)90%以上，并建立了年產(chǎn)35萬(wàn)t粉煤灰輕集料生產(chǎn)廠，產(chǎn)品性能良好，各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均能達(dá)到ASTM要求，且具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、能耗小、成本低等優(yōu)點(diǎn)[2]。

以建筑淤土為基材制備免燒陶粒，目前尚無(wú)相關(guān)研究成果報(bào)道，但是利用其制備免燒墻體材料，相關(guān)學(xué)者已進(jìn)行了大量研究。中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所的李寧等研究了以建筑垃圾為原料，采用免燒免蒸工藝生產(chǎn)免燒磚的技術(shù)，研究結(jié)果表明免燒磚的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足GB/T 21144-2007混凝土實(shí)心磚標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。安徽理工大學(xué)徐子芳以建筑垃圾、污泥、粉煤灰、水泥為主要原料，加入石膏作為粉煤灰活性的激發(fā)劑，采用自然養(yǎng)護(hù)方式制備免燒磚，產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果表明免燒磚抗壓強(qiáng)度為13.75 MPa，抗凍融強(qiáng)度為12.60 MPa，耐候性能優(yōu)良，導(dǎo)熱系數(shù)為0.205 W/(m·K)，保溫性能好，同時(shí)其環(huán)保指標(biāo)也達(dá)到了A類建筑材料標(biāo)準(zhǔn)[3]。湖南科技大學(xué)彭美勛等人以壓力成型方法用高含土建筑垃圾制備免燒墻體材料，墻體材料7 d飽水抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)超過(guò)普通燒結(jié)磚,其制備成本也低于普通燒結(jié)磚[5]。這些研究結(jié)果為建筑淤土免燒陶粒的制備提供很好的理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。鑒于此，本實(shí)驗(yàn)以建筑淤土為原料，建筑淤土用量大于40%，在加入普通硅酸鹽水泥，石灰石，石膏，水玻璃等原料中尋找最好的配合比，利用免燒工藝制得筒壓強(qiáng)度為1.0 MPa～3.0 MPa的免燒陶粒。

1 原材料及實(shí)驗(yàn)方法

1)建筑淤土的物理和化學(xué)特征。建筑淤土(YT)：取至寧波鄞州區(qū)萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)西和聯(lián)盛廣場(chǎng)間的工地，含水率為26%，比重為2.788 mg/m3，建筑淤土的主要化學(xué)元素如表1所示。由表1建筑淤土化學(xué)成分的XRF分析結(jié)果可知，Si，F(xiàn)e，Al，K和Ca五種主要元素的質(zhì)量總量占元素總質(zhì)量的90%以上，而在上述元素中Si，F(xiàn)e和Al含量最高，這說(shuō)明淤土中含有大量的SiO2，F(xiàn)e2O3和Al2O3等氧化物，這有利于其進(jìn)行各種無(wú)機(jī)建筑材料的制備。此外，土樣中有較高含量的K和Na，說(shuō)明本文所用建筑淤土為堿性。建筑淤土可塑性分析如表2所示，由其可知淤土液限值超過(guò)了30%，說(shuō)明其親水性較好，有利于免燒成型。

表1 所用淤土的主要化學(xué)元素 %

表2 建筑淤土的液限和塑限指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

2)其他原材料。

水泥：42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；水玻璃：市售，模數(shù)為2.5；石灰石：市售，細(xì)度500目；石膏：市售，細(xì)度120目；水：自來(lái)水。

3)實(shí)驗(yàn)方法。a.淤土使用前需烘干處理(120 ℃，24 h)，烘干后的淤土入球磨機(jī)粉磨，至0.08 mm方孔篩篩余量小于8%；b.淤土粉磨好后，與水泥按比例用攪拌機(jī)混合均勻，然后成球；c.水玻璃溶于水，成球過(guò)程中均勻噴入粉料中；d.成球后的陶粒入蒸養(yǎng)箱蒸養(yǎng)，溫度為4 h升至95 ℃，保溫16 h，4 h降到室溫，總計(jì)24 h；e.蒸養(yǎng)后的陶粒入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至28 d；f.測(cè)陶粒28 d的表觀密度和筒壓強(qiáng)度。成型好的免燒陶粒見圖1。檢測(cè)方法按照GB 17431.2-2010輕集料及其試驗(yàn)方法第2部分輕集料試驗(yàn)方法執(zhí)行。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

1)基礎(chǔ)試驗(yàn)。由表3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨著建筑淤土用量的增加，免燒陶粒的筒壓強(qiáng)度下降較為明顯，但最低強(qiáng)度仍大于1.0 MPa。淤土用量對(duì)陶粒的1 h吸水率影響明顯，當(dāng)淤土摻量不大于70%時(shí)，其1 h吸水率最大僅為6.2%，遠(yuǎn)低于15%的設(shè)計(jì)要求，但是當(dāng)建筑淤土用量增大至80%時(shí)，其1 h吸水率快速增加至18.6%，已無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。隨著建筑淤土與水泥的配比不同，表觀密度呈遞減形勢(shì)，以上結(jié)果表明，以建筑淤土為主要原料可以制備出符合要求的免燒陶粒，但建筑淤土用量不宜大于80%。2)輔助材料對(duì)陶粒性能的影響。為了進(jìn)一步降低建筑淤土免燒陶粒的成本，本文還研究了用石灰石和石膏代替部分水泥制備免燒陶粒，同時(shí)也考慮了水玻璃使用對(duì)陶粒的影響，添加輔助材料后，陶粒的組成和性能測(cè)試結(jié)果如表4所示。由其可知，隨著石灰石和石膏用量的增加，水泥用量的降低，陶粒的筒壓強(qiáng)度也出現(xiàn)了明顯的下降，但是陶粒的最小筒壓強(qiáng)度仍有1.9 MPa，大于設(shè)計(jì)值，因此用石灰石和石膏代替水泥制備建筑淤土免燒陶粒具有可行性。

表3 陶粒性能基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表4 輔助材料對(duì)陶粒性能的影響

由表1可知，由于建筑淤土中含有一定量的SiO2和Al2O3等氧化物，因此可以使用水玻璃對(duì)其進(jìn)行堿活性激發(fā)，以提高陶粒的筒壓輕度。但由表4的結(jié)果可知，對(duì)于A7組試樣，與A9相比，盡管其水泥用量?jī)H為3%，但是水玻璃用量最大為5%，水玻璃用量的增加對(duì)陶粒的筒壓強(qiáng)度影響并不明顯。表4中陶粒1 h吸水率的結(jié)果，石灰石和石膏的使用會(huì)增大陶粒的吸水率，但是其最高值仍小于15%，能滿足設(shè)計(jì)要求。表4中陶粒的堆積密度測(cè)試結(jié)果顯示，建筑淤土免燒陶粒的堆積密度最大為1 039 kg/m3，最小為852 kg/m3，能夠滿足GB 17431.2-2010輕集料及其試驗(yàn)方法第1部分輕集料對(duì)人造輕粗集料的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

1)以建筑淤土為主要原料，可以制備出堆積密度852 kg/m3～1 039 kg/m3，筒壓強(qiáng)度大于1.9 MPa，1 h吸水率小于15%的免燒陶粒，但是建筑淤土用量不宜大于70%；2)水泥用量對(duì)建筑淤土免燒陶粒的筒壓強(qiáng)度、1 h吸水率有顯著影響，上述指標(biāo)隨著水泥用量的減小而降低；3)水玻璃的使用對(duì)建筑淤土免燒陶粒性能的影響并不顯著。

[1] 閻振甲，何艷君.陶粒生產(chǎn)實(shí)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2] 鄒志祥.粉煤灰免燒輕集料的制備及其路基強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)研究[D].合肥：安徽理工大學(xué)，2007.

[3] 汪發(fā)紅，李 寧.建筑垃圾生產(chǎn)免燒磚技術(shù)研究[J].混凝土與水泥制品，2011(12):56-58.

[4] 徐子芳，張明旭，李金華.用污泥建筑垃圾研制免燒磚的實(shí)驗(yàn)研究[J].非金屬礦,2011(5):11-14.

[5] 彭美勛，蔣建宏，申少華.用高含土建筑垃圾制備免燒墻體材料的實(shí)驗(yàn)研究[J].硅酸鹽通報(bào),2011(2):482-486.

On feasible study of unbaked ceremsite made by architectural soft soil★

TANG Shao-chun JIANG Tao PAN Zhi-chao LU Zhang-feng FANG Jia-hong

(NingboCollegeofTechnology,ZhejiangUniversity,Ningbo315100,China)

The paper adopts the steam curing technique, researches the architectural soft soil as the main raw materials by the tests and the feasibility for the unbaked ceremsite, introduces other materials and methods in the tests, and proves by the research results that ceremsite can be made with the main materials of the architectural soft soil and cement, limestone and gypsum unbaked.

architectural soft soil, unbaked ceremsite, cylinder pressure strength, water absorption

1009-6825(2014)28-0116-02

2014-07-24★：寧波市擇優(yōu)委托項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：2011C11009)；國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：201313022013);寧波市農(nóng)村與社會(huì)發(fā)展領(lǐng)域科技計(jì)劃(項(xiàng)目編號(hào)：51108415)

唐紹春(1992- )，男，在讀本科生； 江 濤(1993- )，男，在讀本科生； 潘志超(1993- )，男，在讀本科生； 盧樟鋒(1993- )，男，在讀本科生； 方家宏(1993- )，男，在讀本科生

TU521

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