溫度對糖蜜乙醇廢液燒結(jié)頁巖磚裂縫的影響

黃榜彪，祁偉偉，韋湘康，黃秉章，劉陽，李治，廖天權(quán)，張貝，潘佳玉

（1．廣西科技大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，廣西柳州 545006；2．華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院，湖北武漢 430074；3．廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院，廣西柳州 545006；4.College of Civil Engineering and Surveying，University of Portsmouth，Portsmouth po1 2ah，England）

溫度對糖蜜乙醇廢液燒結(jié)頁巖磚裂縫的影響

黃榜彪1，2，祁偉偉1，韋湘康3，黃秉章4，劉陽1，李治1，廖天權(quán)1，張貝1，潘佳玉1

（1．廣西科技大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，廣西柳州 545006；2．華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院，湖北武漢 430074；3．廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院，廣西柳州 545006；4.College of Civil Engineering and Surveying，University of Portsmouth，Portsmouth po1 2ah，England）

糖蜜乙醇廢液燒結(jié)頁巖磚是一種新型墻體材料。溫度是糖蜜乙醇廢液燒結(jié)頁巖磚裂縫產(chǎn)生的一個重要因素。通過設(shè)計對比實驗分析在燒制糖蜜乙醇廢液燒結(jié)頁巖磚的不同階段，溫度對糖蜜乙醇廢液燒結(jié)頁巖磚裂縫產(chǎn)生的原因，并分析裂縫對糖蜜乙醇廢液燒結(jié)頁巖磚抗壓強度的影響，初步制定出了較為合理的溫度控制程序，為糖蜜乙醇廢液燒結(jié)頁巖磚的規(guī)范化燒制提供了依據(jù)。

溫度；糖蜜乙醇廢液；頁巖磚；裂縫；抗壓強度

0　引言

隨著制糖工業(yè)的發(fā)展，糖蜜乙醇廢液的合理處置已經(jīng)成為制約城市發(fā)展的枷鎖。糖蜜乙醇廢液極具營養(yǎng)化，顏色深，易發(fā)臭變質(zhì)，屬于高濃度有機廢水，如果直接排放將嚴(yán)重影響周圍水體的污染，因此急需尋求符合我國實際情況的糖蜜乙醇廢液減量化、無害化、資源化處理的有效途徑[1]。根據(jù)糖蜜乙醇廢液的特點，在燒制頁巖磚的過程中摻入糖蜜乙醇廢液，不僅能夠?qū)U液中的有機物、無機物、病菌、微生物以及重金屬等對自然環(huán)境構(gòu)成危害的有害物質(zhì)徹底無害化，而且還能利用廢液中的有機物燃燒產(chǎn)生的熱量，進而節(jié)省燒磚過程中煤的用量[2]。因此，糖蜜乙醇廢液頁巖磚的研究與推廣不僅可以將糖蜜乙醇廢液無害化處理，而且也可以使其變廢為寶，創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益。

在制坯的過程中，坯體成型主要是靠機械的擠壓力以及坯體中糖蜜乙醇廢液與各礦物之間的相互作用力，由于頁巖間的粘結(jié)力較小，當(dāng)坯體外表面與坯體內(nèi)部形成較大的應(yīng)力差時，坯體就會開裂[3]。實驗結(jié)果表明，溫度是控制磚體裂縫形成的一個重要因素。因此，在磚坯燒制過程中對溫度的控制尤其重要。

1　實驗

1.1原材料

（1）頁巖

頁巖采自柳州市周邊的普通頁巖，將頁巖烘干后放入標(biāo)準(zhǔn)篩進行篩分，取粒徑小于0.2 mm的頁巖，其主要化學(xué)成分見表1。

表1　頁巖的主要化學(xué)成分%

（2）糖蜜乙醇廢液

糖蜜乙醇廢液的突出特點是濃度高，含有大量不易降解的色素、硫酸根、氮根、有機酸等，并且還含有大量碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、纖維素等有機物[4]，主要成分及含量見表2。

表2　糖蜜乙醇廢液的主要成分及含量%

（3）添加劑

添加劑由98%的鈉基膨潤土、1%的水溶性陰離子電解質(zhì)聚合物、1%的水溶性磷酸鹽配制而成。

1.2實驗過程

按照頁巖75%、糖蜜乙醇廢液20%、添加劑5%的比例加入攪拌機，攪拌至磚坯具有良好的和易性、可塑性。試驗所用的磚坯全部由手工制作，試樣規(guī)格為240 mm×115 mm×53 mm。制作配比相同的糖蜜乙醇廢液燒結(jié)頁巖磚磚坯100塊，從中隨機選出70塊平均分為7組，并編號A、B、C、D、E、F、G，其余30塊備用（替換A～G中不能滿足實驗要求的磚坯）。其中A、B組用于干燥階段的實驗，C、D、E組用于燒結(jié)階段的實驗，F(xiàn)、G組用于冷卻階段的實驗。

2　實驗結(jié)果與分析

2.1干燥階段溫度對磚坯裂縫的影響

磚坯的干燥階段對磚的燒結(jié)質(zhì)量有著重要的影響，而在磚坯干燥階段溫度控制又起著非常重要的作用。為此，選取A、B兩組磚坯，在干燥階段進行溫度控制，分析溫度對磚坯裂縫形成的影響。分別將這2組磚坯放入事先設(shè)置好的2種不同溫度控制程序的干燥箱中進行干燥，并對磚坯表面的裂縫進行實時觀察、記錄，結(jié)果見表3。

表3　干燥階段溫度對磚坯裂縫的影響

通過對比表3數(shù)據(jù)可知：B組磚坯產(chǎn)生的裂縫多于A組磚坯的裂縫。因為在干燥階段，坯體表面干燥后，坯體內(nèi)部水分的蒸發(fā)致使坯體內(nèi)部膨脹，導(dǎo)致坯體內(nèi)部的壓力增大，進而使坯體內(nèi)部與表面存在較大的壓力差[5]。當(dāng)這種壓力差過大時，坯體表面將產(chǎn)生裂縫。其熱量傳導(dǎo)的路線是由磚坯外表面向磚坯內(nèi)表面?zhèn)鬟f的。若溫度梯度變化速率過快，會使坯體表面的水分蒸發(fā)過快，而坯體內(nèi)部的水分卻不能及時得到蒸發(fā)。這種裂縫出現(xiàn)的概率較大，裂縫的數(shù)量也較多。雖然裂縫的寬度較窄、深度較淺，但是坯體進入燒結(jié)階段后，這種裂縫會在溫差作用下繼續(xù)發(fā)展，寬度加大、深度加深，最終將導(dǎo)致成品磚的抗壓強度大幅度降低。所以，在磚坯干燥階段一定要選擇合理的溫度控制程序。

2.2燒結(jié)階段溫度對磚坯裂縫的影響

在燒結(jié)階段，裂縫的形成一般是在預(yù)熱階段和保溫階段這2個階段。為了更好地分析在這2個階段中不同的溫度控制程序?qū)Υu體裂縫的影響，試驗選取干燥后的糖蜜乙醇廢液燒結(jié)頁巖磚磚坯（無明顯裂縫）30塊，即C、D、E 3組分別放入硅鉬電阻爐中進行燒結(jié)，并采用3種不同的溫度控制程序進行對比實驗（見表4）。

表4　燒結(jié)階段中不同的溫度控制程序

2.2.1預(yù)熱階段

在預(yù)熱階段，溫度將直接影響坯體裂縫的形成。實驗根據(jù)以下3個階段予以分析：

預(yù)熱階段初期，其熱量由坯體外部向內(nèi)部的傳導(dǎo)路徑進行傳遞。此時，坯體內(nèi)部溫度未達到易燃物的燃點，對熱量的傳遞影響較小。因此，由溫差引起的坯體內(nèi)、外壓力差相對較小，出現(xiàn)裂縫的幾率不大。

預(yù)熱階段中期，當(dāng)溫度達到易燃物的燃點時，易燃物開始劇烈的化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)，并在較短時間內(nèi)會釋放出大量的熱量。此時，熱量傳導(dǎo)路徑將發(fā)生質(zhì)的改變，其傳導(dǎo)路徑改為由坯體內(nèi)部向外部，使坯體內(nèi)外產(chǎn)生極大的溫度差，磚坯在溫度差的作用下內(nèi)外產(chǎn)生較大的應(yīng)力差，最終致使坯體產(chǎn)生明顯的裂縫。

預(yù)熱階段末期，坯體內(nèi)部的易燃物已經(jīng)燃燒殆盡，其熱量的傳導(dǎo)路徑又轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)熱初期的傳導(dǎo)路徑。所以，出現(xiàn)裂縫的幾率不大。

2.2.2焙燒階段

當(dāng)坯體進入焙燒階段后，坯體內(nèi)部將會發(fā)生大量的復(fù)雜的物化反應(yīng)。如果高溫焙燒時間過長，致使磚體的部分區(qū)域呈現(xiàn)黑色或紫色透黑，磚體體積有收縮，引起磚體不規(guī)則變形，并由此產(chǎn)生明顯的破壞裂縫。圖1為燒結(jié)磚焙燒階段產(chǎn)生的裂縫。

圖1　燒結(jié)磚焙燒階段產(chǎn)生的裂縫

此時產(chǎn)生的裂縫對燒結(jié)磚體最為不利。所以，要嚴(yán)格控制糖蜜乙醇廢液燒結(jié)頁巖磚焙燒階段的溫度和焙燒時間。

2.2.3燒結(jié)階段裂縫產(chǎn)生對抗壓強度的影響

坯體在預(yù)熱階段產(chǎn)生裂縫一般寬度較大，深度也較深，有的裂縫幾乎可以貫穿整個坯體。此階段產(chǎn)生的裂縫不但破壞坯體的外觀，而且將大大降低坯體的抗壓強度。從C組中選出3塊無明顯裂縫的磚塊，編號分別為1、2、3，從D組選出3塊在預(yù)熱階段出現(xiàn)明顯裂縫的磚塊，編號分別為4、5、6，從E組選出3塊在焙燒階段出現(xiàn)明顯裂縫的磚塊，編號分別為7、8、9，按照GB/T 2542—2012《砌墻磚試驗方法》進行抗壓強度試驗。燒結(jié)階段有無明顯裂縫磚坯的抗壓強度對比見表5。

從表5可知：（1）D組實驗所燒制的磚坯中，裂縫在預(yù)熱階段增長的數(shù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于C組實驗中相同階段裂縫增長的數(shù)量；在焙燒階段，E組實驗所燒制的磚坯中，裂縫在焙燒階段增長的數(shù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于C組實驗中相同階段裂縫增長的數(shù)量。這是因為，在預(yù)熱階段升溫速率過快，電阻爐中的溫度會很快達到易燃物的燃點，放出大量的熱量，使坯體內(nèi)外產(chǎn)生極大的溫差，進而產(chǎn)生極大的壓力差，致使坯體產(chǎn)生明顯的裂縫；在焙燒階段焙燒時間過長，致使磚體發(fā)生嚴(yán)重變形，形成嚴(yán)重的破壞裂縫。（2）4、5、6號磚坯有明顯裂縫的磚體的抗壓強度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1、2、3號磚坯沒有明顯裂縫的磚體；7、8、9號磚坯的抗壓強度雖然滿足要求，但是由于磚體發(fā)生嚴(yán)重變形，且產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞裂縫，不能用于實際工程。所以，在燒結(jié)階段溫度控制是非常必要的。

表5　焙燒階段有無明顯裂縫的磚坯抗壓強度對比

2.3冷卻階段溫度對磚坯裂縫的影響

在冷卻階段，在溫差的作用下仍然會使磚體產(chǎn)生裂縫。若溫度下降速率過快，磚體表面會快速冷卻，導(dǎo)致磚體表面急劇收縮。但由于磚體內(nèi)部溫度較高，會導(dǎo)致磚體膨脹。磚體內(nèi)外產(chǎn)生較大的應(yīng)力差，在應(yīng)力差的作用下磚體將產(chǎn)生拉伸裂縫，這種裂縫一般斷口較為鋒利，斷面有較為明顯的拉伸效果。

同時，因為頁巖中含有大量的石英顆粒[6]。當(dāng)溫度在500～600℃時，游離的石英顆粒將轉(zhuǎn)變?yōu)槭?，坯體收縮劇烈，坯體內(nèi)會產(chǎn)生較大應(yīng)力差，導(dǎo)致坯體開裂。所以在冷卻過程中，不能使溫度下降過快。但溫度降低速率也不應(yīng)過慢，一方面，將會導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)；另一方面，溫度降低速率過慢將延長企業(yè)的生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)率及利潤率。圖2為燒結(jié)磚冷卻階段產(chǎn)生的裂縫。

圖2　燒結(jié)磚冷卻階段產(chǎn)生的裂縫

因此，在冷卻階段，要選擇較為合適的降溫程序，并控制好溫度變化速率，以防止裂縫的產(chǎn)生。

3　結(jié)語

（1）在干燥階段，制定合理的干燥程序是燒制無明顯裂縫的糖蜜乙醇廢液燒結(jié)頁巖磚的先決條件。根據(jù)試驗情況，磚坯干燥階段溫度宜控制在100℃左右，且升溫速率不宜過快。

（2）對于糖蜜乙醇廢液燒結(jié)頁巖磚而言，預(yù)熱階段極其重要，因為這一階段是裂縫形成的主要階段。在預(yù)熱階段必須緩慢升溫，必要時可以適當(dāng)延長預(yù)熱時間，使磚坯內(nèi)外受熱均勻。盡量避免磚坯在此階段中出現(xiàn)裂縫，確保頁巖磚的基本性能。

（3）在焙燒階段，一定要有充足焙燒時間，但時間又不宜過長，這樣不僅可以避免燒制過程中磚體裂縫的產(chǎn)生，而且可以降低成本和提高效率。

（4）在冷卻階段，主要是要控制好糖蜜乙醇廢液燒結(jié)頁巖磚的降溫程序，避免其在此階段出現(xiàn)裂縫，影響頁巖磚的基本性能。

[1]王利軍.用離子交換纖維從糖蜜酒精廢液中提取色素的研究[D].南寧：廣西大學(xué)，2008.

[2]吳振強.甘蔗糖蜜酒精廢液色素提取及其特性研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，1997.

[3]黃中，黎喜強，朱基珍，等.溫度對污泥燒結(jié)頁巖磚裂縫的影響[J].新型建筑材料，2013（9）：43-45，55.

[4]黃榜彪，武衛(wèi)峰，朱基珍，等.蔗糖酒精廢醪液頁巖磚的研發(fā)[J].廣西大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2015（4）：915-920.

[5]黃榜彪，景嘉驊，黃中，等.溫度對輕質(zhì)燒結(jié)頁巖磚裂縫的影響[J].新型建筑材料，2011（3）：37-40.

[6]于漧.頁巖燒結(jié)磚的優(yōu)勢及發(fā)展方向[J].磚瓦世界，2006（1）：23-24.

Effect of temperature on molasses alcohol waste sintered shale brick cracks

HUANG Bangbiao1，2，QI Weiwei1，WEI Xiangkang3，HUANG Bingzhang4，LIU Yang1，LI Zhi1，LIAO Tianquan1，ZHANG Bei1，PAN Jiayu1
（1.College of Civil and Architectural Engineering，Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545006，China；2.College of Optical and Electronic Information，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China；3.Lushan College of Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545006，China；4.College of Civil Engineering and Surveying，University of Portsmouth，Portsmouth po1 2ah，England）

Molasses alcohol waste sintered shale brick is a new type wall material.Temperature is an important factor in molasses alcohol waste sintered shale brick cracks.Compared by designing experiments in firing molasses alcohol waste sintered shale brick at different stages，the temperature causes on the waste molasses alcohol sintered shale brick cracks，and the impact of cracks to molasses alcohol waste sintered shale brick are analyzed.A more reasonable temperature control program is initially formulated for providing a standardized basisof molasses alcohol waste sintered shale brick firing.

temperature，molasses alcohol waste，shale brick，crack，compressive strength

TU522.1+2

A

1001-702X（2016）10-0032-04

廣西科技廳項目（桂科攻15248002-1）；廣西科技大學(xué)研究生教育創(chuàng)新計劃項目（GKYC201630）

2016-03-13；

2016-04-18

黃榜彪，男，1964年生，廣西桂平人，教授級高級工程師，研究方向：新型建筑材料。