地鐵淤沙在蒸壓加氣混凝土中的應(yīng)用研究

俞毅，應(yīng)曉猛，張微，祝志雄，周聰聰

（1.浙江省建筑材料科學研究所有限公司，浙江 杭州311122；2.山西省太原環(huán)境監(jiān)測中心，山西 太原030002）

隨著房地產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，建筑市場對墻體材料的需求不斷增多，墻材行業(yè)的發(fā)展對原料需求量也隨之增加[1-3]。由于現(xiàn)階段應(yīng)用于墻材生產(chǎn)的自然資源相對缺乏，墻材行業(yè)原材料緊缺的矛盾日益突出。因此，積極探索利用各類固體廢棄物替代自然資源，用于研發(fā)新型墻體材料，是墻材行業(yè)可持續(xù)發(fā)展面對的現(xiàn)實問題。地鐵開挖工程中產(chǎn)生的淤沙隨著地鐵建設(shè)而大量產(chǎn)生，亟待處理處置；將地鐵淤沙應(yīng)用于墻材行業(yè)是實現(xiàn)其資源化利用的有效途徑。

1 地鐵淤沙

本研究淤沙是由于錢塘江河道改遷和兩岸圍墾而埋藏于地底的，現(xiàn)階段由于杭州地鐵工程開挖而產(chǎn)生的一種砂性工程渣土。杭州錢塘江兩岸地鐵工程開挖產(chǎn)生的淤沙一般埋藏在地底2 m以下。在2～5 m之間的淤沙存在大量泥性物質(zhì)，而5 m以下的淤沙含泥量則相對較少，基本是沙性物質(zhì)。淤沙顆粒較細，屬于特細砂，泥含量也比一般河沙高。

1.1 地鐵淤沙來源

錢塘江水的不斷沖擊使錢塘江底及兩岸形成大量河沙，隨著近百年來，錢塘江的改道及圍墾工程的實施，使大量河沙沉積在錢塘江兩岸的圍墾地底，形成了大量的淤沙資源[4-5]。由于植被的栽植及表層土的風化，地面殘留的河沙基本已成為一種黏土資源，而由于土層的隔絕，使地底的風化緩慢進行，地底存留的大量河沙已成為一種淤沙資源。

1.2 地鐵淤沙處置

淤沙作為一種廢棄資源，主要處置方式有2種：一是填埋堆放；二是經(jīng)沙場簡單處理后再資源化利用。

淤沙填埋堆放是將其運往周邊郊區(qū)、農(nóng)村進行填埋堆放，圖1為淤沙在平坦田地上堆放，堆放高度已高出附近田地2～3 m，圖2為淤沙在山坳中堆放，已堆放形成山坡。淤沙的填埋堆放會造成一系列的問題：（1）淤沙的填埋堆放成本約20元/t，增加了地鐵工程建造成本；（2）破壞地表植被，污染周圍土地，造成了嚴重的水土問題，直接危害周邊環(huán)境；（3）堆積的淤沙若遭遇大規(guī)模降水則極有可能誘發(fā)山洪、泥石流和山體滑坡等災(zāi)害。

圖1 淤沙在平坦田地上堆放

圖2 淤沙在山坳中堆放

淤沙資源化利用也是淤沙處置的一種方式，主要是將淤沙經(jīng)過簡單的篩分去除石塊、泥塊等雜質(zhì)，然后送至蒸壓加氣混凝土制品廠使用。

2 地鐵淤沙的基本性能

為研究錢塘江兩岸淤沙的基本性能，采集錢塘江兩岸不同產(chǎn)地不同時間段的5個樣品，對其化學成分、氯離子含量、放射性、含泥量等指標分析研究。

2.1 化學成分

淤沙化學成分主要通過多元素分析儀和火焰光度計進行測試，結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出，淤沙樣品中SiO2含量在74.19%～78.17%，相對較為穩(wěn)定，有利于蒸壓加氣混凝土生產(chǎn)中配合比設(shè)計，K2O與Na2O含量低于5%，基本符合JC/T 622—2009《硅酸鹽建筑制品用砂》中一等品要求。因此，僅從化學成分來看，淤沙是一種生產(chǎn)蒸壓加氣混凝土砌塊的良好硅質(zhì)原料。此外，若利用淤沙生產(chǎn)加氣混凝土板材，則可采用一定量的淤沙與石英砂混合，提高原材料中的硅含量。

表1 淤沙樣品的化學成分 %

2.2 氯離子含量

淤沙作為生產(chǎn)蒸壓加氣混凝土的一種原材料，需要保證氯離子含量在一定范圍內(nèi)，根據(jù)JC/T 622—2009的要求，按照GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》對所取樣品氯離子含量測試，結(jié)果如表2所示。

表2 淤沙的氯離子含量

由表2可以看出，淤沙中氯離子含量較低，大大符合蒸壓加氣混凝土板優(yōu)等品≤0.02%的要求，這主要是由于杭州地鐵開挖淤沙處于錢塘江淡水區(qū)域，樣品中的氯化物含量較低。因此，現(xiàn)階段地鐵開挖淤沙氯化物含量完全可滿足加氣混凝土制品生產(chǎn)要求。

2.3 放射性

蒸壓加氣混凝土作為一種新型墻體材料，對放射性有著嚴格的控制要求。淤沙是一種天然砂石經(jīng)長期風化、河流沖洗、沉積而形成的天然細顆粒，為保證其性能的優(yōu)良，對其進行放射性指標進行測試，結(jié)果如表3所示。

表3 淤沙樣品放射性測試結(jié)果

由表3可以看出，淤沙的放射性均可滿足A類裝修材料產(chǎn)銷與使用范圍，在建材行業(yè)應(yīng)用不會產(chǎn)生放射性。

2.4 粒徑分布

淤沙的顆粒非常細小，屬于特細砂范疇，淤沙顆粒級配見表4。

表4 淤沙的顆粒級配

從表4可以看出，淤沙相對顆粒粒徑較小，最大粒徑均在300 μm以下，粒徑小于75 μm部分占50%～80%，細微顆粒占比較大。

由于一般簡單篩分已經(jīng)不能夠?qū)τ偕沉竭M行分析，75 μm以下顆粒不能夠進一步的區(qū)分，因此，對小于75 μm以下顆粒進行激光粒度分析，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，所取5個樣品的微分分布曲線基本相似，均是在10～120 μm之間呈連續(xù)分布，說明淤沙顆粒粒徑的分布較為合理，能夠較好地滿足級配要求。

圖3 淤沙的粒徑分布

2.5 含泥量

在GB/T 14684—2011標準中，將顆粒粒徑小于75 μm以下部分含量稱為含泥量，而淤沙粒徑較小，屬于特細砂范疇，可采用虹吸法測試其含泥量，結(jié)果如表5所示。

表5 淤沙含泥量測試結(jié)果

由表5可以看出，所取5個樣品含泥量均在3.62%～6.04%，可滿足蒸壓加氣混凝土制品用砂含泥量的要求。

3 淤沙生產(chǎn)蒸壓加氣混凝土砌塊研究

通過分析淤沙的化學成分、氯離子含量、放射性、粒徑分布、含泥量等性能指標可知，淤沙能基本滿足制備蒸壓加氣混凝土砌塊原材料的要求，可作為加氣混凝土的硅質(zhì)原料。

3.1 生產(chǎn)工藝流程

淤沙生產(chǎn)蒸壓加氣混凝土砌塊基本可按照原有加氣混凝土砌塊的生產(chǎn)工藝流程進行，如圖4所示。

圖4 淤沙生產(chǎn)蒸壓加氣混凝土砌塊工藝流程

在利用淤沙生產(chǎn)蒸壓加氣混凝土過程中，主要需控制淤沙的質(zhì)量、調(diào)整配比和控制工藝等方面，使生產(chǎn)的加氣產(chǎn)品可達到相應(yīng)質(zhì)量要求。首先，在淤沙利用過程中要控制淤沙的進廠質(zhì)量，主要是對淤沙的SiO2含量、含水率和含泥量的控制，為了有效利用淤沙，地鐵開挖后的表層土需去除，將底層的淤沙取出后進行篩分，去除泥塊、樹根等雜質(zhì)。其次，在實際生產(chǎn)過程中需根據(jù)淤沙中SiO2含量不同進行合理的配比調(diào)整，生產(chǎn)品質(zhì)較高的板材時，加入淤沙量可適當減少，生產(chǎn)普通砌塊時可加入較多淤沙，一般淤沙摻量為20%～100%。最后，由于淤沙較細，研磨時間可顯著縮短，而研磨時間縮短可能會影響砂漿的均勻性，需適當調(diào)整研磨工藝以保證砂漿的穩(wěn)定性。

3.2 試驗結(jié)果分析

在淤沙生產(chǎn)蒸壓加氣混凝土砌塊試驗過程中，分別選取淤沙摻量為30%、50%和100%，生產(chǎn)規(guī)格為B06A5.0的蒸壓加氣混凝土產(chǎn)品，分別標記為6#、7#和8#試樣。根據(jù)生產(chǎn)情況，對生產(chǎn)產(chǎn)品的干密度、抗壓強度、導熱系數(shù)和干燥收縮等性能進行測試，并與GB/T 11968—2006《蒸壓加氣混凝土砌塊》要求進行對比，結(jié)果如表6所示。

表6 樣品性能檢測結(jié)果

由表6可以看出，地鐵淤沙摻量為30%、50%和100%時生產(chǎn)的蒸壓加氣混凝土產(chǎn)品性能均能夠滿足B06A5.0要求，從而進一步證明利用淤沙生產(chǎn)蒸壓加氣混凝土產(chǎn)品的可行性。

4 結(jié)語

（1）淤沙可作為生產(chǎn)蒸壓加氣混凝土砌塊的硅質(zhì)原料，部分或全部使用淤沙生產(chǎn)的蒸壓加氣混凝土砌塊均能滿足GB/T 11968—2006要求。

（2）淤沙利用過程中，需根據(jù)淤沙的性能進行相應(yīng)技術(shù)指標的控制，主要包括淤沙質(zhì)量控制、調(diào)整配比和生產(chǎn)工藝控制。

（3）利用淤沙生產(chǎn)蒸壓加氣混凝土產(chǎn)品具有顯著的社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益，也具備廣闊的推廣應(yīng)用前景。