污泥陶粒綠色自保溫混凝土的研究和應(yīng)用

楊飛，陳傳飛，楊曉華，張龍，邵光昂

（1.浙江方遠(yuǎn)建材科技有限公司，浙江 臺州　318000；2.臺州市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，浙江　臺州　318000）

污泥陶粒綠色自保溫混凝土的研究和應(yīng)用

楊飛1，陳傳飛2，楊曉華1，張龍1，邵光昂1

（1.浙江方遠(yuǎn)建材科技有限公司，浙江 臺州318000；2.臺州市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，浙江臺州318000）

本文通過對污泥陶粒綠色自保溫混凝土的成功研制和應(yīng)用，解決了城市污水處理廠的污泥處置問題，變廢為寶。配制 LC10～LC25的陶?；炷?，更好的利用陶?；炷磷员匦阅苡行У慕鉀Q建筑結(jié)構(gòu)體系的熱工性能，實現(xiàn)了廢棄物資源化與綜合利用，貫徹了我國發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和節(jié)能減排政策，具有良好的社會經(jīng)濟效益和技術(shù)前景。

污泥；污泥陶粒；綠色自保溫混凝土；綠色生產(chǎn)管理；資源；環(huán)保

0　引言

隨著全球能源緊缺和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，全世界在要求建筑節(jié)能、綠色環(huán)保方面已成為關(guān)注的焦點，隨之提出了綠色建筑的概念。綠色建筑有三個要求：節(jié)約資源；保護(hù)環(huán)境；提供健康、安全、舒適的居住環(huán)境，通過綠色建筑的設(shè)計建設(shè)來達(dá)到創(chuàng)造物質(zhì)循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)，保障資源綜合利用，降低能源消耗，實現(xiàn)材料資源的減量化、資源化和再利用。在歐洲發(fā)達(dá)國家，應(yīng)用綠色環(huán)保建筑技術(shù)，善待自然的建筑越來越多，每平方米的建筑能耗可以減少40%～70% 左右。

作為在工業(yè)與民用建筑構(gòu)件得到廣泛使用的混凝土，現(xiàn)已作為綠色技術(shù)改進(jìn)重要對象。目前，普通混凝土的生產(chǎn)和使用需要大量的自然礦產(chǎn)資源和能源，排放大量的 CO2，這無疑對人類賴以生存的環(huán)境帶來了嚴(yán)重破壞，給可持續(xù)發(fā)展造成極大的考驗，給低碳經(jīng)濟及減弱霧霾天氣帶來巨大挑戰(zhàn)。因此，混凝土綠色化的研究是時代發(fā)展和改良生態(tài)環(huán)境的需要，同時，普通混凝土具有自重大、保溫隔熱差、易開裂等缺點。我公司研究的污泥陶粒綠色自保溫混凝土正是迎合世界針對綠色建筑和國家對環(huán)保政策的要求，實現(xiàn)了廢棄物資源化與綜合利用，貫徹了我國發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和節(jié)能減排政策，具有良好的社會經(jīng)濟效益和技術(shù)前景。

1　污泥陶粒的研制、性能指標(biāo)和檢測數(shù)據(jù)方面

1.1污泥陶粒的研制工藝

浙江方遠(yuǎn)建材科技有限公司建成了年產(chǎn)生產(chǎn)能力15萬m3的陶粒生產(chǎn)線，利用比較好的紅色頁巖、城市污水處理廠的污泥為主要原料，摻入改良性的輔助原料，按合理的配比進(jìn)行配制。通過深度輪碾混練后，將輥制粒送入烘干窯進(jìn)行烘干，配料、陳化、輪碾后造粒，送入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)熱（溫度600～700℃）、脫碳、焙燒（高溫溫度1100～1200℃）、冷卻等工藝燒制而成陶粒，生產(chǎn)出的陶粒具有膨脹良好、粒型系數(shù)小、強度高等優(yōu)點。

1.2污泥基本特性

污泥中有害物質(zhì)的含量直接影響燒制陶粒的綠色性能，對最終產(chǎn)品的影響很大。因此，針對生活污水處理廠提供的污泥送到上海市建筑科學(xué)研究院檢測站進(jìn)行重金屬含量和放射性方面進(jìn)行檢測，結(jié)果詳見表1。

1.3陶粒性能數(shù)據(jù)

應(yīng)用上述污泥燒制的陶粒，對其性能進(jìn)行檢測，結(jié)果詳見表2。

表1　污泥的基本特性

表2　陶粒性能參數(shù)

2　污泥陶粒綠色自保溫混凝土的研制與性能指標(biāo)

2.1原材料

水泥：選用質(zhì)量穩(wěn)定的繡山 P·O42.5水泥，該水泥強度富余量高，28d 水泥膠砂強度達(dá)到50MPa 左右，其余各項指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，與外加劑相容性好。

陶粒：其主要物理性能見表2，陶粒的經(jīng)時吸水率檢測結(jié)果和顆粒級配見表3和表4。

表3　高強陶粒經(jīng)時吸水率

表4　陶粒的顆粒級配

摻合料：臺州電廠 Ⅱ級粉煤灰和安徽朱家橋 S95磨細(xì)礦粉，各項性能結(jié)果見表5。

表5　Ⅱ級粉煤灰和 S95磨細(xì)礦粉性能指數(shù)

砂：選用臨海 II 區(qū)中砂，其性能指標(biāo)試驗結(jié)果見表6。

表6　中砂性能指標(biāo)

高效減水劑：浙江方遠(yuǎn)建材科技有限公司生產(chǎn)的FYJ202-A 型聚羧酸高效減水劑，減水率為18.%～20%，凈漿流動度 ＞200mm，并與多種水泥有很好的相容性，能有效地降低單位體積混凝土中用水量和水泥用量，從而提高混凝土各種性能。

水：自來水。

2.2污泥陶粒綠色自保溫混凝土配合比及其性能

2.2.1配合比設(shè)計

本試驗針對自保溫陶?；炷恋闹饕獜姸鹊燃墳椋篖C10、LC15、LC20、LC25四個等級，根據(jù) JGJ51－2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》采用體積法進(jìn)行配合比設(shè)計，設(shè)計坍落度控制在 (200±30)mm，進(jìn)行大量正交試配，分別對混凝土的和易性、坍落度及其經(jīng)時損失、表觀密度、導(dǎo)熱系數(shù)、彈性模量及抗?jié)B性能方面進(jìn)行檢測，并對結(jié)果進(jìn)行極差和均方差的分析。

在優(yōu)選原材料的基礎(chǔ)上，考慮水灰比和復(fù)合料摻量對混凝土強度和工作性能的綜合影響，采用正交設(shè)計方案進(jìn)行配合比的優(yōu)選，初步確定最優(yōu)配合比如表7所示。

表7　試驗條件下確定的最佳配合比　kg/m3

2.2.2性能檢測結(jié)果

（1）通過試配性能結(jié)果的分析，混凝土拌合物的性能均良好，隨著水泥用量的增加、水膠比的降低，混凝土的和易性都有提高，粘聚性佳（圖1），密度和質(zhì)量的分層度減小，坍落度的經(jīng)時損失值也相應(yīng)的降低。混凝土試配性能情況詳見表8。

圖1　陶?；炷猎嚺鋾r的和易性

表8　混凝土試配性能情況

（2）力學(xué)性能方面，設(shè)計長期強度增長的試配方案，用來觀察陶粒混凝土后期強度增長情況。通過表9不同齡期的陶?；炷量箟簭姸鹊姆治鰜砜矗S著強度等級的提高，后期強度都有所提高，增長速度過了60d 后降低，一年后的強度提高較28d 強度提高明顯。同時隨著強度等級的提高抗?jié)B透性也較強。LC20陶?；炷翉姸仍鲩L情況見圖2、圖3。

表9　混凝土力學(xué)性能和滲透性能情況

圖2　LC20陶?；炷猎噳汉髢?nèi)部情況

圖3　LC20陶?；炷?.5年后的碳化深度

（3）陶?；炷脸司哂凶灾剌p、體積穩(wěn)定性好、抗裂性強、隔音效果強等優(yōu)點外，其最突出的特性就是熱工性能好。主要是因為陶粒是一種多孔材料，內(nèi)部結(jié)構(gòu)松質(zhì)多孔的特征使其代替石子應(yīng)用到混凝土中，其導(dǎo)熱系數(shù)和線膨脹系數(shù)都小于普通混凝土，所建造的構(gòu)件保溫效果、抗高溫效果和耐火極限等性能均優(yōu)于普通混凝土。按 GB/T10294－2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定防護(hù)熱板法》檢測的導(dǎo)熱系數(shù)樣塊。表10是上述幾個試配所做的導(dǎo)熱系統(tǒng)檢測結(jié)果，通過表10中數(shù)據(jù)可以看出，陶?；炷恋膶?dǎo)熱系統(tǒng)明顯低于普通混凝土，且隨著強度的提高，其導(dǎo)熱系數(shù)也相應(yīng)的提高。

表10　導(dǎo)熱系統(tǒng)檢測結(jié)果

3　陶粒混凝土綠色生產(chǎn)技術(shù)

（1）解決陶粒進(jìn)料和預(yù)處理難題，充分保證生產(chǎn)供料的及時和質(zhì)量穩(wěn)定，達(dá)到綠色生產(chǎn)的節(jié)能降耗要求。陶?；炷猎谏a(chǎn)過程中，陶粒進(jìn)料質(zhì)量的控制，特別要做好陶粒的堆放和預(yù)濕。陶粒因其堆積密度小，如堆放混亂，則會直接影響混凝土的和易性、強度和表觀密度；因陶粒吸水量很大，會使混凝土拌合物的和易性很難控制，因此一般應(yīng)提前對陶粒進(jìn)行浸水、充分預(yù)濕處理，減少在生產(chǎn)和泵送過程中因陶粒吸水而造成陶粒混凝土和易性差的異常情況出現(xiàn)，同時在上料時濾干水分進(jìn)行投料。

為了保證生產(chǎn)陶?；炷恋倪B續(xù)性，確保生產(chǎn)陶?；炷恋脑牧咸樟Ｄ苓B續(xù)供給，做好快速達(dá)到預(yù)濕效果，我們對兩個60m3陶粒倉進(jìn)行了真空改裝（已申請發(fā)明專利）。在陶粒分別裝入陶粒倉后，機械封閉所有進(jìn)出口，使用真空泵抽取筒倉內(nèi)的空氣，達(dá)到95% 真空狀態(tài)，然后再注入水，能夠保證水快速有效的進(jìn)入陶粒，達(dá)到同樣預(yù)濕要求的時間由原來48h 縮短到現(xiàn)在2h，充分預(yù)濕2h 后，打開料倉下方的放水口進(jìn)行放水，并加設(shè)抽水泵提高放水速度，效率大大提高，完全能滿足生產(chǎn)需用陶粒量。使用此真空預(yù)濕技術(shù)，可節(jié)能用水40%。

（2）在配制泵送陶?；炷?xí)r，應(yīng)注意砂率的選取，根據(jù)我公司對 LC20～LC40陶?；炷帘盟褪┕さ脑圏c，砂率最佳控制在44%～47%。

（3）做好攪拌站計量設(shè)備的校準(zhǔn)工作，確保計量準(zhǔn)確，誤差在國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)。

4　陶?；炷潦┕ぜ夹g(shù)控制要點

4.1解決陶粒的上浮和陶?；炷练謱与x析問題

陶?；炷恋姆謱与x析主要是因為坍落度過大而造成粘聚性減小，導(dǎo)致粗骨料與砂漿漿體分離，因此解決陶粒上浮的措施就是要增加混凝土稠度，增加陶?；炷恋恼尘坌?，改善拌合物的和易性。要做好這點，唯有加大膠凝材料用量，從結(jié)構(gòu)陶?；炷梁徒?jīng)濟環(huán)保的角度考慮，使用大摻量的粉煤灰。

4.2做好施工人員的技術(shù)交底

做好施工人員的技術(shù)交底是至關(guān)重要，規(guī)范泵送、施工和養(yǎng)護(hù)技術(shù)要求，確保施工質(zhì)量。

（1）對本公司泵工做好技術(shù)交底工作：泵送時陶?；炷撂涠瓤刂品秶?；掌握對陶粒混凝土入泵前的質(zhì)量目測內(nèi)容和要求的能力；控制入泵斗內(nèi)的陶?；炷亮繎?yīng)在1/3～2/3，以達(dá)到混凝土完全攪拌，避免陶粒在泵斗內(nèi)離析上??；反饋信息的內(nèi)容和對象；坍落度偏小后如何添加減水劑進(jìn)行調(diào)整及調(diào)整程度等等。

（2）施工前應(yīng)編制專項施工技術(shù)組織方案，并組織施工人員包括模板安裝工、混凝土施工作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底（培訓(xùn)），內(nèi)容包括陶?；炷僚c普通混凝土異同點、模板安裝注意事項、施工過程中注意事項、如何振搗（時間和幅度）、抹面、覆蓋和養(yǎng)護(hù)等等。

4.3做好抹面

自制2～3個用木制模板做成的長800mm×寬50mm×厚10mm 的抹面工具所用。并準(zhǔn)備足夠覆蓋使用的薄膜和麻袋，在混凝土抹面結(jié)束后及時覆蓋養(yǎng)護(hù)。

4.4陶?；炷猎跇翘蓍g的施工技術(shù)

因樓梯是較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)部位，陶?；炷帘盟蜁r的坍落度大，澆筑到構(gòu)件上時，如按普通混凝土施工方法易流動，因此對于澆筑樓梯結(jié)構(gòu)施工要作以下兩點特殊技術(shù)處理：

（1）按施工組織設(shè)計和專項模板方案的要求。

①成型的模板要構(gòu)造緊密、不漏漿，模板縫隙應(yīng)小于1.0mm。

②由于陶粒混凝土的流動性大，模板側(cè)壓力比普通混凝土的模板側(cè)壓力大，側(cè)模背枋和對拉螺桿要比普通混凝土密，防止陶?；炷翝仓^程中跑模、漏漿。

③樓梯踏步表面需封閉模板，每隔一步在踏步中間蓋模上設(shè)置 Φ20排氣孔。

（2）施工方法：梯板模板采用50×100@150木枋做背杠，拼縫處用寬膠帶封嚴(yán)。滿堂鋼管腳手架作模板支撐架，鋼管立桿間距900～1200mm ，橫桿步距1800mm ，掃地桿距地（樓面）200mm ；踏步表面模板采用20厚覆膜膠合板組裝 ，見圖4。

圖4　陶?；炷翗翘輼?gòu)件模板安裝圖

4.5澆筑前檢查模板接縫情況

在混凝土澆筑前，將模板內(nèi)的雜物和鋼筋上的油污清理干凈，并清除柱模板內(nèi)底的積水，檢查模板安裝接縫是否嚴(yán)密。在澆筑時，要保證混凝土有足夠的粘聚性和加大陶粒的被包裹性，防止離析分層而造成陶料上浮，同時也能保證用振動棒進(jìn)行振搗不出現(xiàn)陶粒在受振的情況下上浮，振動棒在振動面板的時間一般可控制在5～8s，在振動柱的時間可控制在10～20s，達(dá)到混凝土最佳狀態(tài)。

4.6后期抹面工序

澆筑振搗結(jié)束后，進(jìn)入抹面工序?；炷猎谡駬v后，其中的陶粒內(nèi)部的水分就會向外釋放，從而造成混凝土中的水分增加，這種情況下陶粒極易在外力作用下上浮。因此，在抹面時盡量做到對已振搗好的混凝土作用力最小，不要有過多的人員站在上面，這樣勢必會造成陶粒上浮，同時也造成泌水嚴(yán)重。具體做法只需根據(jù)抹面大小，1～2人使用自制的抹面工具進(jìn)行操作，手持長把，一邊稍微用力壓抹、一邊向后退走，確保一次到位抹好，盡量不要返工進(jìn)行第二次抹面。

4.7養(yǎng)護(hù)

抹面結(jié)束后，需及時應(yīng)用薄膜進(jìn)行覆蓋，注意盡量不要踩在已抹好面的混凝土上。然后再用濕潤的麻袋蓋在薄膜上，壓住薄膜避免被風(fēng)吹開，達(dá)到更好的保水養(yǎng)護(hù)作用，這同時也是對陶粒的上浮起到一定的壓制作用，阻止陶粒上浮。

5　結(jié)束語

污泥陶粒綠色自保溫混凝土的成功研制和應(yīng)用，不僅解決了城市污水處理廠的污泥處置問題，變廢為寶；同時也更好地利用陶?；炷磷员匦阅苡行У亟鉀Q建筑結(jié)構(gòu)體系的熱工性能，借助陶?；炷翆?dǎo)熱系數(shù)低的優(yōu)勢，從根本上改善建筑熱橋部分的保溫性能，在基本滿足規(guī)范對外墻平均傳熱系數(shù)要求的同時，既可以放寬對墻體砌塊導(dǎo)熱系數(shù)的要求，又能避免做內(nèi)外保溫所帶來的后遺癥，做到真正意義上的自保溫，使其墻材系統(tǒng)的熱工指標(biāo)滿足建筑節(jié)能的65% 的標(biāo)準(zhǔn)。揚長避短和因地制宜地積極推廣和應(yīng)用綠色自保溫陶粒混凝土，必將為加速當(dāng)?shù)亟ㄖI(yè)的發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。

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[6] GB/T10294－2008，絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定防護(hù)熱板法[S]．

［通訊地址］浙江省臺州市椒江濱海工業(yè)區(qū)塊十塘開發(fā)大道2052號（318000）

楊飛（1976－），男，土木工程專業(yè)，高級工程師。