基于電廠灰渣的空心砌塊灌芯材料的制備研究

繆豐羽，王瑞，楊博，謝號(hào)珍，夏多田

（石河子大學(xué) 水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子 832000）

0 引言

電廠灰渣的排放不僅侵占大量土地，而且嚴(yán)重污染環(huán)境，構(gòu)成對(duì)生態(tài)和環(huán)境的雙重破壞和威脅。因此，開(kāi)展電廠灰渣的綜合利用，不僅能降低污染、減少用地、變廢為寶，還能為社會(huì)、企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益[1-4]。

電廠灰渣的綜合利用受到許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，通過(guò)摻加粉煤灰、脫硫石膏和煤渣等均在不同程度上改善優(yōu)化了水泥制品的力學(xué)性能及耐久性[5-7]。一系列理論與試驗(yàn)研究表明，電廠灰渣已經(jīng)可以用于生產(chǎn)高性能建筑石膏砌塊[8-9]、制備混凝土[10]等建筑材料。由此可見(jiàn)，電廠灰渣擁有廣闊的應(yīng)用前景。

本文采用單因素分析法，固定配合比中煤渣砂粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，分別考察脫硫石膏、粉煤灰、水泥、煤渣粉粒和石灰摻量對(duì)試件28 d抗壓強(qiáng)度和表觀密度的影響，探索利用電廠灰渣制備不同強(qiáng)度等級(jí)空心砌塊灌孔材料的初步配合比，為當(dāng)?shù)仉姀S灰渣的資源化利用提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

水泥：新疆天業(yè)水泥廠，P·C32.5級(jí)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》要求；石灰：新疆石河子建材市場(chǎng)市售建筑生石灰粉，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合JC/T 479—2013《建筑生石灰》要求；粉煤灰、脫硫石膏和煤渣（煤渣砂粒、煤渣粉粒）：新疆石河子市熱電廠，其主要化學(xué)成分見(jiàn)表1；煤渣砂粒的粒徑為0.16～5 mm；煤渣粉粒的粒徑＜0.16 mm；水：自來(lái)水。

表1 粉煤灰、煤渣、脫硫石膏的主要化學(xué)成分 %

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)的基準(zhǔn)配合比為∶m（煤渣砂粒）∶m（粉煤灰）∶m（脫硫石膏）∶m（煤渣粉粒）∶m（水泥）=1∶0.32∶0.08∶0.16∶0.12，按 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試試件的28 d抗壓強(qiáng)度為5.07 MPa，表觀密度為1.401 g/cm3。

固定基準(zhǔn)配合比中煤渣砂粒的質(zhì)量份數(shù)為1不變，增加摻入石灰的因素，分別考察脫硫石膏、粉煤灰、水泥、煤渣粉粒和石灰摻量對(duì)試件表觀密度和抗壓強(qiáng)度的影響。

1.3 試件制作及試驗(yàn)儀器

立方體抗壓強(qiáng)度和表觀密度試驗(yàn)的試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。試驗(yàn)采用人工攪拌，將粉煤灰、脫硫石膏、水泥、石灰和煤渣粉粒、煤渣砂粒進(jìn)行干料攪拌均勻后，再將水加入干料中攪拌。采用有底試模，每個(gè)配合比制作3塊試件。試件在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)到28 d后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和表觀密度測(cè)試。

采用的試驗(yàn)儀器設(shè)備主要有電子稱、鋼制搗棒、振動(dòng)臺(tái)、100 mm×100 mm×100 mm三聯(lián)新型塑料模具、20 t萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)等。

1.4 試驗(yàn)方法

依據(jù)GB/T 50081—2002進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)前，測(cè)量試件的尺寸、稱量試件的質(zhì)量并做好記錄。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 脫硫石膏摻量對(duì)灌芯材料性能的影響

脫硫石膏摻量對(duì)灌芯材料表觀密度和抗壓強(qiáng)度的影響見(jiàn)表2。

表2 脫硫石膏摻量對(duì)表觀密度和抗壓強(qiáng)度的影響

由表2可以看出：隨著脫硫石膏摻量的增加，試件的28 d抗壓強(qiáng)度和表觀密度均出現(xiàn)非線性變化，呈現(xiàn)上下波動(dòng)的變化趨勢(shì)。在脫硫石膏質(zhì)量份數(shù)為0.16、0.32、0.80時(shí)，試件的表觀密度出現(xiàn)3次數(shù)值接近的峰值；在脫硫石膏質(zhì)量份數(shù)為0.08時(shí)，抗壓強(qiáng)度最優(yōu)。在不顯著影響抗壓強(qiáng)度的前提下，從最大限度利用電廠工業(yè)灰渣的角度，建議脫硫石膏的質(zhì)量份數(shù)為0.32。

2.2 粉煤灰摻量對(duì)灌芯材料性能的影響

粉煤灰摻量對(duì)灌芯材料表觀密度和抗壓強(qiáng)度的影響見(jiàn)表3。

表3 粉煤灰摻量對(duì)表觀密度和抗壓強(qiáng)度的影響

由表3可以看出：當(dāng)粉煤灰質(zhì)量份數(shù)為0～0.80時(shí)，隨著粉煤灰質(zhì)量份數(shù)的增加，試件的表觀密度和抗壓強(qiáng)度均呈增大的趨勢(shì)，表觀密度和抗壓強(qiáng)度均在粉煤灰質(zhì)量份數(shù)為0.80時(shí)到達(dá)本次試驗(yàn)的最大值，且抗壓強(qiáng)度隨質(zhì)量份數(shù)的變化比表觀密度顯著。當(dāng)粉煤灰質(zhì)量份數(shù)超過(guò)0.80后，表觀密度隨粉煤灰質(zhì)量份數(shù)的增加而減小，抗壓強(qiáng)度則呈現(xiàn)先降低后又稍有提高的趨勢(shì)?；趶?qiáng)度最優(yōu)考慮，粉煤灰最佳質(zhì)量份數(shù)為0.80。

2.3 煤渣粉粒摻量對(duì)灌芯材料性能的影響

煤渣粉粒摻量對(duì)灌芯材料表觀密度和抗壓強(qiáng)度的影響見(jiàn)表4。

表4 煤渣粉粒摻量對(duì)表觀密度和抗壓強(qiáng)度的影響

由表4可以看出：在煤渣粉粒質(zhì)量份數(shù)為0～0.32內(nèi)，試件的表觀密度、抗壓強(qiáng)度隨煤渣粉粒質(zhì)量份數(shù)的增加均有較大的上下波動(dòng)。此后，表觀密度隨煤渣粉粒質(zhì)量份數(shù)的增加一直保持增大趨勢(shì)，而抗壓強(qiáng)度一直呈下降趨勢(shì)。從電廠工業(yè)灰渣利用率的角度出發(fā)，在不顯著影響強(qiáng)度、材料輕質(zhì)的前提下，煤渣粉粒最佳質(zhì)量份數(shù)為0.32。

2.4 水泥摻量對(duì)灌芯材料性能的影響

水泥摻量對(duì)灌芯材料表觀密度和抗壓強(qiáng)度的影響見(jiàn)表5。

表5水泥摻量對(duì)表觀密度和抗壓強(qiáng)度的影響

由表5可以看出：隨著水泥質(zhì)量份數(shù)的增加，試件的28 d抗壓強(qiáng)度和表觀密度均呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，抗壓強(qiáng)度較表觀密度更為顯著。水泥為本次試驗(yàn)的主要膠凝材料，因此，應(yīng)根據(jù)復(fù)合砌體結(jié)構(gòu)對(duì)灌芯材料抗壓強(qiáng)度和表觀密度的具體要求，并考慮節(jié)約水泥、節(jié)約能源的目的，合理確定水泥的質(zhì)量份數(shù)。

2.5 石灰摻量對(duì)灌芯材料性能的影響

石灰摻量對(duì)灌芯材料表觀密度和抗壓強(qiáng)度的影響見(jiàn)表6。

表6石灰摻量對(duì)表觀密度和抗壓強(qiáng)度的影響

由表6可以看出：石灰質(zhì)量份數(shù)在0～0.24時(shí)，表觀密度曲線出現(xiàn)2個(gè)上升段和3個(gè)下降段，質(zhì)量份數(shù)為0.04時(shí)達(dá)到試驗(yàn)的最低值；石灰質(zhì)量份數(shù)大于0.24后，表觀密度隨石灰摻量的增加一直保持增大趨勢(shì)，并在質(zhì)量份數(shù)為0.40以后漸趨平穩(wěn)。隨著石灰摻量的增加，抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)小幅波動(dòng)后呈逐漸降低趨勢(shì)。綜合考慮抗壓強(qiáng)度、輕質(zhì)和經(jīng)濟(jì)節(jié)能的因素，石灰最佳質(zhì)量份數(shù)為0.12。

3 結(jié)論

（1）灌芯材料的28 d抗壓強(qiáng)度和表觀密度均隨水泥質(zhì)量份數(shù)的增加而增大；其它4種材料的質(zhì)量份數(shù)在試驗(yàn)范圍內(nèi)變化時(shí)，灌芯材料性能均出現(xiàn)上下波動(dòng)變化，但質(zhì)量份數(shù)與灌芯材料抗壓強(qiáng)度和表觀密度之間均有一個(gè)合理范圍。

（2）基于電廠工業(yè)灰渣利用率最大化且不顯著降低灌芯材料抗壓強(qiáng)度的前提下，建議各材料的合理質(zhì)量份為：脫硫石膏0.32，粉煤灰0.80，煤渣粉粒0.32，石灰0.12，煤渣砂粒1；水泥的質(zhì)量份數(shù)應(yīng)根據(jù)不同強(qiáng)度等級(jí)的復(fù)合空心砌塊對(duì)灌芯材料的性能要求來(lái)確定。

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