工程泥漿干化泥在蒸壓加氣混凝土砌塊中的應(yīng)用研究

錢耀麗，陳寧，夏月輝

（1.上海市建筑科學(xué)研究院有限公司，上海 200032；2.上海市工業(yè)固廢廢棄物資源化利用工程技術(shù)研究中心，上海 200032）

0 引言

工程泥漿來源較廣，包括各類建（構(gòu)）筑物樁基礎(chǔ)、基坑圍護(hù)樁以及泥水盾構(gòu)、管網(wǎng)暗挖等施工產(chǎn)生的廢置和剩余泥漿等[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計，上海市每年工程泥漿產(chǎn)生量超500萬t，處置方式以市內(nèi)低洼處回填為主，但消納能力有限，由此泥漿非法傾倒現(xiàn)象頻發(fā)，造成河道污染、市政管道堵塞等問題。

工程泥漿脫水干化后，體積減少2/3，運輸能耗降低明顯，且泥漿脫水后的上清水可用于場地、車輛清洗，干化泥可用于土方填筑、建筑材料生產(chǎn)等。因此，工程泥漿脫水干化具有顯著的社會、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。工程泥漿添加適量絮凝劑使其絮凝成團(tuán)，再通過機(jī)械壓榨成干化泥外運[2]，但因缺乏規(guī)模化的利用技術(shù)，干化泥以堆放為主，既占用大量土地，又造成資源閑置浪費。本項目在工程泥漿干化泥物性分析的基礎(chǔ)上，開展干化泥用于蒸壓加氣混凝土砌塊的應(yīng)用技術(shù)研究，為干化泥的資源化利用提供參考。

1 試驗

1.1 試驗原料

（1）干化泥：取自上海某工程泥漿處理企業(yè)，烘干后用球磨機(jī)粉磨30 min。其化學(xué)成分如表1所示，內(nèi)照射指數(shù)為0.2，外照射指數(shù)為0.5，符合GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限值》中建筑主體材料對放射性的指標(biāo)要求。（2）水泥：海螺P·O42.5水泥，其化學(xué)成分見表1，物理力學(xué)性能見表2。（3）粉煤灰：上海寶田Ⅱ級灰，其化學(xué)成分見表1。（4）生石灰：市售，消化時間為11min，消化溫度為80℃，其化學(xué)成分見表1。（5）石膏、鋁粉、穩(wěn)泡劑：上海某蒸壓加氣混凝土生產(chǎn)企業(yè)提供。

表1 原材料的主要化學(xué)成分 %

表2 水泥的主要物理力學(xué)性能

1.2 試驗方法

（1）試驗室制備蒸壓加氣混凝土方法

參考蒸壓加氣混凝土工廠生產(chǎn)工藝，在試驗室設(shè)計干化泥用于蒸壓加氣混凝土砌塊的制備工藝流程：①將水泥、干化泥、生石灰、粉煤灰、石膏等干物料進(jìn)行混合；②將鋁粉膏、穩(wěn)泡劑加入50℃水?dāng)嚢?min，形成鋁膏懸浮液；③將干料加入鋁膏懸浮液進(jìn)行慢攪45s、快攪30s形成料漿；④將攪拌好的料漿快速倒入已預(yù)熱的70.7mm×70.7mm×70.7mm模具中，經(jīng)45℃烘箱覆膜靜停養(yǎng)護(hù)4h后，切割去發(fā)氣后高出的試件，脫模，放入蒸壓釜進(jìn)行蒸壓養(yǎng)護(hù)（1.25MPa，升壓2h+恒壓6h+降壓2h）。

（2）性能測試方法

料漿的流動度測試參照GB/T 17669.4—1999《建筑石膏凈漿物理性能的測定》中建筑石膏流動度測試方法進(jìn)行；蒸壓加氣混凝土砌塊的干密度、抗壓強(qiáng)度按照GB/T 11969—2008《蒸壓加氣混凝土性能試驗方法》進(jìn)行測試；利用掃描電鏡進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 干化泥取代率對蒸壓加氣混凝土料漿用水量的影響

干化泥化學(xué)成分與粉煤灰較為接近，利用干化泥部分取代粉煤灰進(jìn)行蒸壓加氣混凝土的試驗研究，配合比設(shè)計見表3（其中鋁膏按干物料的質(zhì)量百分比稱?。？刂屏蠞{流動性為（220±10）mm，拌合水溫度50℃，靜停養(yǎng)護(hù)溫度45℃。干化泥取代率為5%、25%時的蒸壓加氣混凝土砌塊的發(fā)氣狀態(tài)如圖1所示。

表3 干化泥用于蒸壓加氣混凝土砌塊試驗配合比

圖1 干化泥用于生產(chǎn)蒸壓加氣混凝土砌塊的發(fā)氣狀態(tài)

從表3和圖1可以看出，當(dāng)干化泥取代率逐漸增加時，水料比逐漸增大；當(dāng)干化泥取代粉煤灰的取代率達(dá)到25%時，坯體稠化較快，鋁粉發(fā)氣受到抑制，未形成良好的發(fā)氣效果，使得制品的孔結(jié)構(gòu)發(fā)氣不良[3]，將最終對蒸壓加氣混凝土的密度產(chǎn)生影響。

2.2 干化泥取代率對蒸壓加氣混凝土性能的影響

干化泥取代率對蒸壓加氣混凝土干密度與抗壓強(qiáng)度的影響如圖2所示，蒸壓后的加氣混凝土試塊如圖3所示。

圖2 干化泥取代率對蒸壓加氣混凝土干密度與抗壓強(qiáng)度的影響

圖3 蒸壓后的加氣混凝土制品

從圖2和圖3可以看出：（1）隨著干化泥取代率的不斷提高，蒸壓加氣混凝土的干密度也隨之增大；當(dāng)干化泥取代率達(dá)到15%時，砌塊的干密度達(dá)635 kg/m3，不符合GB/T 11968—2006《蒸壓加氣混凝土砌塊》中對于B06級蒸壓加氣混凝土砌塊的要求，主要是因為干化泥與黏土類似，當(dāng)取代率提高時，料漿的稠化較快，料漿內(nèi)鋁粉發(fā)氣產(chǎn)生的氫氣不能形成良好的孔隙結(jié)構(gòu)。（2）隨著干化泥取代率的提高，蒸壓加氣混凝土的強(qiáng)度逐漸降低，當(dāng)干化泥取代率達(dá)到15%時，經(jīng)蒸壓后的加氣混凝土砌塊發(fā)生開裂現(xiàn)象；當(dāng)干化泥取代率達(dá)到25%時，蒸壓后的加氣混凝土砌塊出現(xiàn)斷裂。主要是因為摻干化泥的料漿極限剪切應(yīng)變較大，且在蒸壓降溫過程中，毛細(xì)孔表面張力急劇增大，出現(xiàn)貫通裂縫，從而使砌塊發(fā)生斷裂。因此，建議干化泥取代粉煤灰用于蒸壓加氣混凝土的摻量不宜超過10%。

2.3 微觀形貌分析

2.3.1 原材料的微觀形貌分析

對粉煤灰和干化泥的微觀形貌進(jìn)行對比分析，結(jié)果如圖4所示。

圖4 干化泥和粉煤灰的微觀形貌

從圖4可見，盡管干化泥和粉煤灰的化學(xué)成分較相近，但在微觀形貌上差異較大；干化泥微觀結(jié)構(gòu)呈板狀結(jié)構(gòu)，而粉煤灰顆粒大小不一、大部分為光滑球形，粉煤灰在料漿中同時具有填充和潤滑的作用，能夠改善體系的流動性，降低料漿的極限剪切應(yīng)變，以獲得良好的發(fā)氣效果。

2.3.2 蒸壓加氣混凝土砌塊的微觀形貌分析

選取摻10%干化泥和25%干化泥的蒸壓加氣混凝土砌塊進(jìn)行微觀形貌分析，結(jié)果如圖5所示。

圖5 蒸壓加氣混凝土的微觀形貌

從圖5可見，摻10%干化泥蒸壓加氣混凝土與摻25%干化泥蒸壓加氣混凝土的微觀形貌差別較大，摻10%干化泥蒸壓加氣混凝土內(nèi)部形成大量的水化產(chǎn)物（托勃莫來石和水石榴石），組成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能同時提高砌塊的強(qiáng)度和孔隙率；摻25%干化泥的蒸壓加氣混凝土內(nèi)部空隙較少，孔隙率較低，水化產(chǎn)物數(shù)量少，宏觀上表現(xiàn)為干密度大、強(qiáng)度低，難以達(dá)到GB/T11968—2006對A3.5、B06級砌塊的要求。

3 結(jié)論

（1）隨著干化泥取代粉煤灰比例的增大，蒸壓加氣砌塊料漿用水量增加，坯體稠化較快，導(dǎo)致制品發(fā)氣不良，最終影響其干密度與抗壓強(qiáng)度。

（2）隨著干化泥取代率的提高，蒸壓加氣混凝土砌塊的干密度提高、抗壓強(qiáng)度降低；要使開發(fā)的干化泥蒸壓加氣混凝土砌塊干密度和抗壓強(qiáng)度符合GB/T 11968—2006對A3.5、B06級砌塊的要求，干化泥取代粉煤灰比例建議不超過10%。

（3）干化泥雖然與粉煤灰化學(xué)成分相近，但其微觀形貌差別較大，干化泥的微觀結(jié)構(gòu)呈板狀結(jié)構(gòu)，粉煤灰的微觀結(jié)構(gòu)以光滑球形為主；干化泥少量（≤10%）取代粉煤灰制備的蒸壓加氣混凝土內(nèi)部水化產(chǎn)物較多，結(jié)構(gòu)較致密。