河道淤泥制備免燒磚試驗(yàn)研究

俞毅，方麗春，張凱，應(yīng)曉猛，祝志雄

（1.浙江省建筑材料科學(xué)研究所有限公司，浙江 杭州 311122；2.浙江紅獅水泥股份有限公司，浙江 金華 321100；3.浙江青龍建材有限公司，浙江 龍游 324406）

0 前 言

我國地域遼闊，河流湖泊眾多，隨著時(shí)間的推移，河流湖泊之中會(huì)淤積大量淤泥[1]。近年來，浙江省著重加強(qiáng)河道清理，并取得較大成效，但每年清理河道會(huì)產(chǎn)生大量的淤泥，據(jù)統(tǒng)計(jì)，浙江省6萬多公里河道淤泥淤積量已達(dá)到22億m3，在“十三五”期間清淤量為3.5億m3，每年淤積淤泥量達(dá)到1億m3，每年均需清理大量淤積淤泥，因此，淤泥處置是亟待解決的問題。河道淤泥的資源化利用具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，河道淤泥處置方式是通過打撈壓濾后，再進(jìn)行自然晾干，含水率滿足一定條件后利用其進(jìn)行燒結(jié)磚的制備，但消納過程中會(huì)產(chǎn)生大量能耗，且工藝較為復(fù)雜[2]。免燒磚一般采用壓制成型的方法，通過膠凝材料的粘結(jié)，將各類廢棄物進(jìn)行綜合利用，而河道淤泥的主要化學(xué)成分也以硅鋁酸鈣為主，可有效的與水泥粘結(jié)，制備符合要求的綠色環(huán)保材料。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料

河道淤泥：湖州地區(qū)，經(jīng)脫水、干燥后進(jìn)行鄂破，呈粉狀；石硝：桐廬富城墻體材料有限公司；磷石膏：云南曲靖地區(qū)，經(jīng)球磨機(jī)粉磨后細(xì)度＜0.08 mm；水泥：P·O42.5水泥，安徽海螺水泥股份有限公司。原材料的主要化學(xué)成分見表1。

表1 原材料的主要化學(xué)成分 %

1.2 試驗(yàn)方案

1.2.1 配合比設(shè)計(jì)

研究河道淤泥以不同比例替代石硝對免燒磚性能的影響，水泥摻量固定為總量的10%，水料比根據(jù)成型情況確定。再根據(jù)確定的最佳配合比（質(zhì)量比），外摻磷石膏，研究磷石膏對免燒磚性能的影響，具體配合比如表2和表3所示。

表2 河道淤泥試驗(yàn)配合比

由表2可知，隨河道淤泥摻量的增加，水料比相應(yīng)增大，物料需水量增加，這是由于河道淤泥于粉料狀態(tài)，增加了需水量。

表3 磷石膏摻量配合比

1.2.2 河道淤泥制備免燒磚過程

免燒磚通過壓制成型制備，在直徑50 mm的圓柱型模具中，加入相同質(zhì)量的樣品，經(jīng)壓力機(jī)提高壓力至20 MPa左右，持壓30 s后脫模，脫模樣品在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)28 d，樣品高度控制在45～55 mm，直徑為50 mm，成型模具及成型樣品如圖1所示。

圖1 成型模具及成型樣品

1.2.3 性能測試

根據(jù)GB/T 4111—2013《混凝土砌塊和磚試驗(yàn)方法》測試免燒磚的外觀形態(tài)、含水率、吸水率、密度、收縮率、抗壓強(qiáng)度、抗凍性等性能。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 河道淤泥對免燒磚外觀形態(tài)的影響

外觀形態(tài)是建材制品最基礎(chǔ)形態(tài)，影響銷售及施工[3]。河道淤泥替代石硝免燒磚及外摻磷石膏免燒磚的外觀形態(tài)見圖2。

圖2 免燒磚的外觀形態(tài)

從圖2（a）可以看出，隨著河道淤泥摻量的增加，坯體的外觀形態(tài)變得更加光滑，這是由于河道淤泥為粉狀，填充了坯體空隙，使表面光整度增加；從圖2（b）可以看出，隨球磨后磷石膏摻量的增加，坯體的表面光整度也會(huì)有所提高。

2.2 河道淤泥及磷石膏摻量對免燒磚含水率的影響（見表4、表5）

表4 河道淤泥摻量對免燒磚含水率的影響

由表4可知，隨著河道淤泥摻量的增加，含水率呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，在河道淤泥摻量為18%時(shí)，含水率最低，較未摻時(shí)下降4.81%。主要是河道淤泥較細(xì)，適當(dāng)摻量淤泥可填充在坯體空隙中，使水份含量減少；但隨著淤泥摻量進(jìn)一步增加，會(huì)使整體磚塊變得松散，使其含水率增大。

表5 磷石膏摻量對免燒磚含水率的影響

由表5可知，磷石膏的摻加會(huì)影響免燒磚的含水率，隨磷石膏摻量的增加，免燒磚的含水率逐漸增大，且增幅較大。

2.3 河道淤泥及磷石膏摻量對免燒磚吸水率的影響

在飽和水狀態(tài)下，免燒磚內(nèi)的空隙都會(huì)被水填充滿，從而也可反應(yīng)出坯體中空隙的大小與緊密性。河道淤泥及磷石膏摻量對免燒磚吸水率的影響分別見表6、表7。

表6 河道淤泥摻量對免燒磚吸水率的影響

由表6可知，隨著河道淤泥摻量的增加，免燒磚的吸水率先減小后增大，河道淤泥摻量為18%時(shí)，免燒磚吸水率最低，相比未摻河道淤泥的降低了4.65%，這說明河道淤泥在摻量18%時(shí)可有效填充到免燒磚中，使免燒磚中的空隙減少，增加了緊密性；當(dāng)河道淤泥摻量高于45%時(shí)，吸水率呈現(xiàn)較快的增加，這可能是由于細(xì)顆粒土的增加，使坯體中細(xì)微空隙大量增加，使吸水率增加。

表7 磷石膏摻量對免燒磚吸水率的影響

由表7可知，隨著磷石膏摻量的增加，吸水率呈現(xiàn)不斷增大趨勢，相對于淤泥摻量增加偏大，這說明磷石膏并不能有效的填充在坯體中，使坯體的粘結(jié)力下降，空隙增加。

2.4 河道淤泥和磷石膏摻量對免燒磚密度的影響（見表8、表9）

表8 河道淤泥摻量對免燒磚密度的影響

由表8可知，隨著河道淤泥摻量的增加，坯體密度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

表9 磷石膏摻量對免燒磚密度的影響

由表9可知，磷石膏的摻入會(huì)使免燒磚密度呈減小趨勢，這也說明了磷石膏不能有效地和坯體其余物質(zhì)結(jié)合在一起。

2.5 河道淤泥和磷石膏摻量對免燒磚收縮率的影響

免燒磚的收縮對施工有較大的影響，會(huì)引起建筑物的開裂，若收縮較大，會(huì)使建筑受力不均勻[4]。河道淤泥和磷石膏摻量對免燒磚收縮率的影響分別見表10、表11。

表10 河道淤泥摻量對免燒磚收縮率的影響

由表10可知，隨著河道淤泥摻量的增加，免燒磚的收縮率先減小后增大，河道淤泥摻量為18%時(shí)，坯體收縮率最小，較未摻河道淤泥的下降了17.65%，這是由于適量的河道淤泥填充了坯體中的空隙結(jié)構(gòu)，使其更加致密。

表11 磷石膏摻量對免燒磚收縮率的影響

由表11可知，隨著磷石膏摻量的增加，收縮率呈現(xiàn)波動(dòng)狀，但總體呈現(xiàn)增大趨勢，這說明磷石膏的摻入會(huì)增大免燒磚的收縮率。

2.6 河道淤泥和磷石膏摻量對免燒磚軟化系數(shù)的影響（表12、表13）

表12 河道淤泥摻量對免燒磚軟化系數(shù)的影響

由表12可知，隨著河道淤泥摻量的增加，坯體的軟化系數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，河道淤泥摻量為0～27%時(shí)，軟化系數(shù)均大于0.80；當(dāng)河道淤泥摻量大于27%時(shí)，軟化系數(shù)呈現(xiàn)快速下降趨勢，說明淤泥摻量過多會(huì)導(dǎo)致免燒磚耐水性降低。

表13 磷石膏摻量對免燒磚軟化系數(shù)的影響

由表13可知，磷石膏摻量對軟化系數(shù)有較大影響，隨著磷石膏摻量的增加，軟化系數(shù)呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。

2.7 河道淤泥和磷石膏摻量對免燒磚抗壓強(qiáng)度的影響（見表14、表15）

表14 河道淤泥摻量對免燒磚抗壓強(qiáng)度的影響

由表14可知，隨著河道淤泥摻量的增加，抗壓強(qiáng)度先提高后降低，河道淤泥摻量為18%時(shí)，抗壓強(qiáng)度最高，較未摻河道淤泥的提高了18.20%，說明適量的河道淤泥可有效提高坯體的抗壓強(qiáng)度，當(dāng)河道淤泥摻量達(dá)到36%后，抗壓強(qiáng)度比未摻河道淤泥的低，摻量增加到45%后，抗壓強(qiáng)度低于10 MPa。

表15 磷石膏摻量對免燒磚抗壓強(qiáng)度的影響

由表15可知，隨時(shí)磷石膏摻量的增加，坯體的抗壓強(qiáng)度先下降后逐步穩(wěn)定，說明摻加磷石膏會(huì)影響免燒磚的抗壓強(qiáng)度。

2.8 河道淤泥和磷石膏摻量對免燒磚抗凍性的影響

15次凍融循環(huán)后，不同河道淤泥和磷石膏摻量免燒磚的表觀形態(tài)見圖3、圖4，凍融循環(huán)前后不同河道淤泥摻量免燒磚的抗壓強(qiáng)度變化見圖5。

圖3 不同河道淤泥摻量免燒磚凍融循環(huán)后表觀形態(tài)

圖4 不同磷石膏摻量免燒磚凍融循環(huán)后表觀形態(tài)

從圖3可以看出，在河道淤泥摻量為54%時(shí)，坯體四周有所剝落；而摻量為63%時(shí)，損失加劇，表現(xiàn)出更大的質(zhì)量損失。從圖4可以看出，不同磷石膏摻量的坯體在15次凍融循環(huán)后并未有明顯的質(zhì)量損失。

圖5 河道淤泥摻量對免燒磚抗凍性的影響

從圖5可以看出，在河道淤泥摻量低于45%時(shí)，強(qiáng)度均未有損失；隨著河道淤泥摻量進(jìn)一步增加，15次凍融循環(huán)后其抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)迅速下降，在摻量為63%時(shí)，強(qiáng)度損失達(dá)到56.48%，已不能應(yīng)用于工程中。

3 結(jié) 論

（1）采用河道淤泥替代石硝可進(jìn)行免燒磚的制備，當(dāng)河道淤泥替代石硝摻量為18%時(shí)，免燒磚的性能最優(yōu)，相比于未摻河道淤泥的含水率下降了4.81%，吸水率下降了4.65%，收縮率下降了17.65%，抗壓強(qiáng)度提高了18.20%。

（2）當(dāng)河道淤泥摻量高于27%時(shí)，軟化系數(shù)低于0.80，并通過摻量的增加出現(xiàn)直線下降趨勢。

（3）磷石膏摻入會(huì)降低免燒磚的性能，但在控制一定量的情況下，也可消納一定固廢磷石膏。

（4）河道淤泥摻量為63%時(shí)，15次凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度損失率為56.48%，不符合GB/T 21144—2007的要求，河道淤泥摻量在54%以內(nèi)，抗凍性均可滿足GB/T 21144—2007的要求。