從化學(xué)成分探討三種固廢物摻入頁巖燒結(jié)磚可行性

陳 劍 李碧雄 梁鑫曉

（1浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院 建筑工程系，浙江 杭州 311231；2四川大學(xué) 建筑與環(huán)境學(xué)院 能源工程安全與災(zāi)害力學(xué)教育部重點實驗室，四川 成都 610065）

1 前 言

我國墻體材料在長期發(fā)展過程中，由于燒結(jié)磚具有取材方便、施工便捷、造價低廉等優(yōu)點，因此形成了以實心燒結(jié)磚為主導(dǎo)地位的局面。但有資料顯示[1]，我國生產(chǎn)燒結(jié)磚每年耗用黏土等資源達(dá)10多億立方米，相當(dāng)于毀田50萬畝，消耗標(biāo)準(zhǔn)煤約7000多萬噸。如果燒結(jié)磚產(chǎn)量繼續(xù)增長，不僅增加生產(chǎn)耗能，浪費能源，更會嚴(yán)重毀壞耕地，導(dǎo)致我國耕地面積急劇減少，這顯然與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略背道而馳[2]。此外，燒結(jié)磚墻體自重大、保溫隔熱性能差[3]的缺點使其無法適應(yīng)“綠色建筑”的發(fā)展要求。因此，我國發(fā)改委在《“十二五”墻體材料革新指導(dǎo)意見》中提出進(jìn)一步限制實心燒結(jié)磚的使用，鼓勵發(fā)展輕質(zhì)、節(jié)能保溫、利廢環(huán)保的新型墻體材料。

利用某些固體廢棄物作為制磚摻料是目前制備新型墻體材料的研發(fā)新方向。Bánhidi V[4]等學(xué)者將鋸屑、稻殼、甘蔗渣等與粘土拌和制成燒結(jié)磚，在減輕磚體自重的同時，由于這些固體廢棄物有機(jī)質(zhì)含量高，在燃燒過程中不僅能釋放氣體提高磚體內(nèi)孔洞率，改善燒結(jié)磚的保溫隔熱性能，還能將固體廢棄物中的熱值利用起來，減少制磚的能耗?；诖?，本文選用我國目前體量較大的淤泥、污泥及秸稈三種固體廢棄物，通過X射線衍射分析儀（XRD）及查閱相關(guān)資料，確定制磚原料的化學(xué)組分，評價原材料的基本物性，進(jìn)而探討三種固廢物用于制磚的可行性，為后續(xù)研究提供物料性能的數(shù)據(jù)。

2 原料化學(xué)成分分析

制磚原料所含化合物的含量極大地影響著燒成制品的性能。傳統(tǒng)的制磚粘性土原料通常屬于鋁硅酸鹽質(zhì)原料，化學(xué)組成主要有二氧化硅（SiO2）和三氧化二鋁（Al2O3），同時含有少量的堿金屬及堿土金屬化合物，如氧化鐵（Fe2O3）、氧化鈣（CaO）、氧化鎂（MgO）、氧化鈉（Na2O）、氧化鉀（K2O）等。文獻(xiàn)[5]將化合物對制成品性能的影響及各化合物的含量控制范圍進(jìn)行了匯總，如表1所示。

由于制磚原料中的主要化學(xué)成分的類型及含量對燒結(jié)成品的質(zhì)量至關(guān)重要，因此，本文通過查閱文獻(xiàn)和XRD測試，探討淤泥、污泥及秸稈摻入頁巖燒結(jié)磚的可行性。其中，對照用的頁巖取自成都黃龍溪一帶，與文獻(xiàn)[6]相似，因此，引用文獻(xiàn)[6]的測定結(jié)果作為本文的參考。

表2 頁巖、淤泥、污泥的主要化學(xué)成分及燒失量（%）

表3 小麥秸稈的主要礦物元素含量及燒失量

2.1 淤泥及污泥的化學(xué)成分分析

淤泥的化學(xué)成分受周邊環(huán)境影響較大，本文選用四川大學(xué)江安河內(nèi)淤泥作為樣本，并由XRD測試獲得。污泥的化學(xué)成分隨污水處理方式及所在地方而有所不同，但主要的化學(xué)成分種類及含量變動不大，本文所用污泥處理方式為脫氮除磷工藝，機(jī)械壓濾脫水污水污泥，因此，引用文獻(xiàn)[7]的D污泥化學(xué)成分作為參考。此外，各物質(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量與燒失量密切相關(guān)，因此通過測定各物質(zhì)的燒失量來反映有機(jī)質(zhì)含量。頁巖、淤泥及污泥測定結(jié)果見表2。

由表2可知，頁巖、淤泥的無機(jī)化學(xué)組成相似，主要都是硅、鋁、鐵的氧化物，含量范圍都滿足表2要求。與頁巖相比，淤泥中的SiO2、Al2O3及Fe2O3含量較低，而助熔氧化物如CaO、Na2O及K2O的含量較高，根據(jù)燒失量推斷，淤泥的有機(jī)物含量也略高于頁巖?？偟膩碚f，淤泥與頁巖的成分極為相似，各主要化學(xué)成分含量也相差不多，且淤泥中較高的助熔氧化物和有機(jī)物能提高磚體保溫隔熱性能，降低燒磚能耗，因此，從化學(xué)成分分析，淤泥可較大摻量用于燒結(jié)磚中。

污泥的無機(jī)化學(xué)組成類型與頁巖相似，但含量相差較多，特別是SiO2，污泥較頁巖的含量減少了29.12%。且與頁巖成分相比，污泥的燒失量較高，有機(jī)質(zhì)含量較大。因此，從化學(xué)成分分析，污泥只適合作為添加料，少量摻入燒結(jié)磚中使用。

2.2 秸稈的化學(xué)成分分析

本文選用的秸稈為取自成都黃龍溪一帶的小麥秸稈，所以也采用文獻(xiàn)[6]的化學(xué)成分作為探討，如表3所示。

從表3可以看出，小麥秸稈的有機(jī)質(zhì)成分非常高，燒失量達(dá)到96.16%。因此，可利用小麥秸稈易燃且燒失量大的特點，將小麥秸稈作為造孔劑摻入制作燒結(jié)磚。

3 結(jié) 語

本文通過XRD測試及查閱文獻(xiàn)的方法，分析了三種固廢物的化學(xué)成分，通過與頁巖的化學(xué)成分相比較發(fā)現(xiàn)，淤泥的主要無機(jī)化學(xué)成分類型及含量與頁巖的相似，淤泥的有機(jī)質(zhì)含量較低，可在制磚原料中較大量地?fù)饺耄〈糠猪搸r；污泥的主要無機(jī)化學(xué)成分類型與頁巖類似，但含量有所差異，其中二氧化硅的含量相差較大，摻入過量的污泥對燒結(jié)磚強(qiáng)度的形成有很大影響，并且污泥的有機(jī)質(zhì)含量較大，適合作為小摻量制磚造孔劑。秸稈主要成分為有機(jī)質(zhì)，燒失量達(dá)96.16%，可作為制磚造孔劑，適合小摻量加入。

[1]國務(wù)院辦公廳.關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)墻體材料革新和推廣節(jié)能建筑的通知[Z].2005.

[2]吳本英.黃河淤泥承重多孔磚砌體的基本力學(xué)試驗研究[D].鄭州:鄭州大學(xué),2004.

[3]周云,張超,鄒征敏.汶川地震砌體結(jié)構(gòu)的震害與改進(jìn)砌體結(jié)構(gòu)抗震性能的途徑和方法[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報,2009,29(1):109-113.

[4]Bánhidi V, G?mze L A.Improvement of Insulation Properties of Conventional Brick Products[J]. Materials Science Forum,2008,589:1-6.

[5]曹世璞.燒結(jié)磚實用生產(chǎn)技術(shù)[J].磚瓦世界,2012(04):36-49.

[6]李冰.秸稈頁巖保溫?zé)Y(jié)磚的實驗研究[D].四川大學(xué),2013.

[7]羅暉.污水污泥頁巖建筑材料制備與性能研究[D].重慶大學(xué),2010.