復(fù)合尾礦免燒結(jié)多孔磚的試驗(yàn)研究★

任小龍 王元元 韓 娜 劉興印 丁 童 郭光玲 陳麗紅

(陜西理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，陜西 漢中 723000)

為了使建筑與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系協(xié)調(diào)以達(dá)到促進(jìn)社會(huì)和諧發(fā)展的目的，在建筑行業(yè)中大力發(fā)展研究節(jié)土利廢、節(jié)約能源、節(jié)省資源的新型材料顯得尤為重要[1]。鐵礦石開(kāi)采加工過(guò)程中，產(chǎn)生的廢石在排土場(chǎng)堆存,廢棄的尾礦堆存在尾礦庫(kù),占據(jù)了大量的農(nóng)用、林用土地,增加了礦山企業(yè)的成本,并對(duì)環(huán)境造成影響[2]。本文采用礦渣作為骨料，以再生多孔磚配合比試驗(yàn)研究為基礎(chǔ)，在多孔磚的部分加入PVC管，對(duì)不同礦渣取代率尾礦多孔磚進(jìn)行抗壓試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明，復(fù)合尾礦多孔磚強(qiáng)度可達(dá)到MU10～MU30,可用于砌體結(jié)構(gòu)房屋。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 試驗(yàn)材料

水泥采用普通硅酸鹽32.5普通水泥；礦渣的化學(xué)成分為鉛(Pb)0.25%、鋅(Zn)0.55%、銅(Cu)0.027%、硫(S)1.27%、金(Au)0.267 g/t、銀(Ag)1.358 g/t、碳(C)2.44%、鈣(Ca)12.66%、氧化鎂(MgO)0.61%、鐵(Fe)1.69%、硫(S)1.27%、鈣(Ca)12.66%、三氧化二鋁(Al2O3)1.38%、二氧化硅(SiO2)58.15%，燒失量10.7%；粗骨料采用粒徑小于20 mm的碎石；細(xì)骨料采用河沙中砂；其他材料：免釘膠、直徑25 mm的PVC管。

1.2 試驗(yàn)方案

1.2.1試件設(shè)計(jì)

根據(jù)文獻(xiàn)[3][4]對(duì)多孔磚的孔洞率、孔洞在磚長(zhǎng)度方向的最大值、寬度方向最大值和最小外壁厚的要求及市場(chǎng)上PVC管的常用，本實(shí)驗(yàn)采用240 mm×115 mm×90 mm，孔徑20 mm，共20孔，其中8個(gè)孔呈梅花狀、加入PVC管，孔洞率27%。

1.2.2配合比方案

設(shè)計(jì)4個(gè)水灰比0.26,0.3,0.31,0.38；礦渣取代率為0%,25%,50%,75%,100%形成20組試件，每組制作試塊三個(gè)，如表1所示。

表1 復(fù)合多孔磚配合比

1.3 試件制作

1.3.1PVC管

用專用剪刀將PVC管剪成90 mm的短管，用免釘膠涂抹于管外少許，滾上細(xì)砂，24 h后方可試驗(yàn)使用。

1.3.2制作過(guò)程

先將粗骨料和細(xì)骨料倒入攪拌機(jī)，攪拌1 min后加入水泥、水；再攪拌4 min，將攪拌好的料加入模具，每加入1/4，振搗密實(shí)，直至加入的料平均高度至模具上邊緣10 mm左右后，用萬(wàn)能壓力機(jī)壓制成型，加壓成型后放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28 d。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

從磚的尺寸偏差和外觀質(zhì)量的檢驗(yàn)結(jié)果看，在不同水灰比和不同取代率所組成的不同配合比尾礦多孔磚尺寸效應(yīng)顯著。

2.1 外觀尺寸

尾礦多孔磚試塊外觀尺寸如表2所示。

表2 尾礦多孔磚試塊外觀尺寸

由表2可以看出：

1)帶PVC管的復(fù)合尾礦多孔磚中PVC管占據(jù)了一部分的體積，同等條件下，所需裝料減少，體積減小，質(zhì)量減少。

2)水灰比的大小直接影響拌和物的保水性、和易性：水灰比較大時(shí)，試塊容易被壓實(shí)，同一模具的前提下，裝量增加，質(zhì)量增大，體積增加；水灰比較小時(shí)，試塊保水性較差，試塊不易壓實(shí)，裝量減少，質(zhì)量減小，體積減少。

3)尾礦礦渣取代率也會(huì)影響試塊尺寸：同等條件下，取代率越大，骨料細(xì)度模數(shù)越大，輕骨料增加，重骨料減少，同一模具前提下，裝料增加，體積增大，質(zhì)量增加。

2.2 抗壓強(qiáng)度

2.2.1多孔磚破壞機(jī)理

1)帶PVC管的復(fù)合多孔磚的破壞機(jī)理。

PVC管的加入使得多孔磚開(kāi)孔面積增大，孔間的孔壁面積減小，多孔磚受剪壓承載力降低，多孔磚在剪壓二向應(yīng)力作用下產(chǎn)生的斜裂縫導(dǎo)致破壞[5]。

2)普通尾礦多孔磚的破壞機(jī)理。

與實(shí)心磚相比，空心磚承受及傳遞壓力的部分主要是其豎向的薄肋和孔壁，而豎向孔壁、薄肋及水平和豎向孔壁相接處是空心磚的薄弱部位，極容易發(fā)生受壓失穩(wěn)或剪切破壞[6]。

2.2.2抗壓強(qiáng)度結(jié)果及分析

復(fù)合尾礦多孔磚的抗壓強(qiáng)度值測(cè)試結(jié)果如表3所示。從表3可以看出C-5試件的抗壓強(qiáng)度最小、C-17試件的抗壓強(qiáng)度最大，在其他條件相同的情況下，復(fù)合尾礦多孔磚的抗壓強(qiáng)度的差異與礦渣取代率、水灰比、骨料和PVC管等因素有關(guān)。

表3 多孔磚抗壓強(qiáng)度 MPa

1)礦渣摻入量。

多孔磚抗壓強(qiáng)度與尾礦礦渣取代率變化關(guān)系曲線如圖1所示。由圖1可知多孔磚抗壓強(qiáng)度隨礦渣取代率先增加后減小，在礦渣取代率為25%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，說(shuō)明適量的尾礦礦渣摻量可以提高多孔磚的抗壓強(qiáng)度，其最優(yōu)取代率為25%。這是由于礦渣作為膠凝材料，其早期活性低，當(dāng)?shù)V渣替代混凝土中的一部分水泥后，會(huì)對(duì)水泥的早期水化產(chǎn)生抑制，使水泥早期水化程度降低，且隨著摻量增加，抑制作用加強(qiáng)[7]。因此隨著礦渣摻量的增加，多孔磚強(qiáng)度不斷降低。

2)水灰比。

多孔磚抗壓強(qiáng)度與水灰比的變化關(guān)系曲線如圖2所示,由圖2可知：在同一尾礦礦渣取代率前提下，隨著水灰比的增大，抗壓強(qiáng)度先減小后增加，當(dāng)水灰比為0.31時(shí)，復(fù)合尾礦多孔磚抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，存在最優(yōu)配合比，這是由于尾礦多孔磚采用的成型方式是振動(dòng)加壓成型，水灰比過(guò)大，拌和物會(huì)出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，隨著攪拌時(shí)間的增加，團(tuán)聚現(xiàn)象更加嚴(yán)重[8]；水灰比過(guò)小，骨料與膠凝材料之間的粘聚力不足，不易成型。因此在配合比設(shè)計(jì)時(shí)采用0.31的水灰比較合適。

3)骨料。

用礦渣取代一定量的骨料增加了混凝土骨料的細(xì)度模數(shù)，增加拌和物的粘聚性、和易性，從而增加了多孔磚的密實(shí)性，從而提高了多孔磚的抗壓強(qiáng)度。

4)PVC管。

利用相似相容原理將常見(jiàn)的PVC管加入多孔磚：PVC外表涂上免釘膠后，滾上細(xì)沙便可以與其他拌和物粘結(jié)。在加壓的過(guò)程管與其他拌和物不斷密實(shí)。試塊在進(jìn)行抗壓試驗(yàn)時(shí)，首先其他拌和物承壓，達(dá)到極限強(qiáng)度后PVC管承擔(dān)壓力，一定程度上提高了多孔磚的抗壓強(qiáng)度。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)可得以下結(jié)論：1)PVC管的加入對(duì)多孔磚的裂縫發(fā)展方向影響顯著，裂縫總會(huì)沿著非PVC管區(qū)緩慢發(fā)展，而不會(huì)與普通多孔磚類似，發(fā)生大面積的破裂，極大的提高了砌體結(jié)構(gòu)的延性。2)在同一水灰比前提下，隨著尾礦礦渣取代率的增加，復(fù)合尾礦多孔磚強(qiáng)度先增加后減少，取代率為25%時(shí)達(dá)到最大值，其最優(yōu)取代率為25%。3)當(dāng)尾礦礦渣取代率相同時(shí)，隨著水灰比增加，復(fù)合尾礦多孔磚強(qiáng)度先增加后減少，在水灰比為0.31時(shí)達(dá)到最大值，最優(yōu)水灰比0.31。