風化石英巖混凝土多孔磚的研制

李國旺， 徐元盛， 李玉花

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

0 前言

風化石英巖是由千萬年前的巖石經過風化剝蝕作用或流水沖蝕作用而形成的解體的巖石碎屑,沉淀于石床上經過數百萬年的膠結和堆積而成。風化石英巖（砂巖、蘑菇石）為黃灰色,疏松多孔構造,微鱗片變晶結構,表面具有絲絹光澤。

河南省登封市及南陽、駐馬店等西部山區的地貌類型是石英巖剝蝕構造地貌,地表存在著大量風化石英巖剝蝕顆粒。強風化砂質板巖呈紅色土狀,組織結構已大部分破壞,風化裂隙很發育,巖體破碎,含有大量的細小巖屑。由于該種巖石風化嚴重，其強度較低，農作物無法在上面生長，既不能作為耕地，也不能作為建筑用砂和碎石使用，給地方造成極大的資源浪費。

本文結合河南省登封市及西部山區風化石英巖的實際情況,將風化石英巖用于生產混凝土多孔磚或混凝土小型空心砌塊等新型墻體材料,來代替目前傳統的實心黏土磚,既達到廢棄物資源化利用的目的,又可具有良好的社會和經濟效益。

1 風化石英巖化學成分和物理性能分析

1.1 風化石英巖化學成分

按照 GB/T 14684-2001《建筑用砂》和 GB/T 176—1996《水泥化學分析方法》標準進行，檢驗的項目分別為:二氧化硅、氧化鐵、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉、堿含量、三氧化硫、氯離子含量。

表1 風化石英巖的化學成分

由表1可見，3個不同地域的風化石英巖（砂巖）樣品化學成分相差不多，70%以上都是SiO2，SO3含量不足0.1%，為高硅、低硫風化砂巖，且K2O+Na2O含量≤5.0%，符合國家標準GB/T 14684-2001《建筑用砂》中對建筑用砂化學成分的要求，因此完全可以用作生產墻體材料的原材料。

1.2 風化石英巖物理性能

由于風化石英巖（砂巖）是千萬年前的巖石經過長期風化剝蝕作用或水的沖蝕、溶解而形成的硅質巖石顆粒，其粒徑大部分在0.05～4.75mm之間（含量大于50%），因此，可將其看作普通混凝土的細集料即砂。本項目研究按照GB/T 14686-2001《建筑用砂》中的項目要求進行。

1.2.1顆粒級配

本試驗三次取得風化石英巖（砂巖）按照GB/T 14684-2001《建筑用砂》進行篩分析檢驗的結果見表2。

由表2可見,按細度模數來分,3個風化石英巖樣品均屬于I區粗砂范圍，且級配良好，滿足建筑用砂的要求。

1.2.2其它物理指標

考慮到風化石英巖（砂巖）的特殊性，所以堅固性項目的檢驗分別采用了天然砂的硫酸鈉溶液法和人工砂的壓碎指標法兩種檢驗方法。試驗結果見表3。

由表3可見,風化石英巖其它物理性能基本滿足GB/T 14684-2001《建筑用砂》標準中Ⅲ類砂的要求，但其堅固性（按天然砂考慮）和壓碎指標（按人工砂考慮）卻遠遠超出了標準的規定值，這說明風化石英巖的堅固程度比較差。對于混凝土來說，雖然細骨料對強度的影響沒有粗骨料那么明顯，但是，為了達到節約水泥、提高混凝土的密實度、強度和耐久性的目的，良好的顆粒級配、有限的有害物質含量，尤其足夠的強度和堅固性是非常必要的，由此可見，風化石英巖不能滿足建筑用砂的使用要求,也就是說它不能作為建筑用砂（混凝土的細集料）使用。

2 風化石英巖混凝土多孔磚的研究

2.1 試驗用原材料

表2 風化石英巖的顆粒級配

2.1.1 風化石英巖

產地登封，其化學性能指標見表1。

2.1.2 水泥

試驗采用登封市第二水泥廠P·C 32.5水泥，其技術性能見表4。

表3 風化石英巖的其它物理指標

2.1.3 粉煤灰

試驗采用登封市熱電廠的干排Ⅲ級粉煤灰，其化學成分見表5。

表4 水泥的化學成分和技術性能

2.1.4 碎石

試驗采用登封產石灰石碎石,滿足GB/T 14685-2001《建筑用卵石、碎石》標準，規格為（5～10）mm 單粒級，表觀密度2 720 kg/m3，堆積密度 1 630 kg/m3。

2.1.5 水

自來水。

2.2 風化石英巖混凝土多孔磚的研制

選取下面四組配合比作為風化石英巖混凝土多孔磚的試驗配合比，見表5。

表5 風化石英巖混凝土多孔磚配合比

風化石英巖混凝土多孔磚力學性能按照GB/T 2542-2003《砌墻磚試驗方法》進行檢測，四種不同配合比生產的風化石英巖混凝土多孔磚的抗壓強度見表6。

由表6可以看出,水泥摻量對風化石英巖混凝土多孔磚的抗壓強度起到決定性的作用，隨著水泥摻量的增加，風化石英巖混凝土多孔磚的抗壓強度也隨著增大。

表6 四個不同配合比風化石英巖混凝土多孔磚的抗壓強度

對四個不同配合比混凝土多孔磚進行尺寸偏差測量，由表7可以看出:風化石英巖混凝土多孔磚的長度、寬度、厚度均稍有偏差，但都在±1mm以內,均無缺棱掉角和裂紋。達到標準規定的優等品（A）要求。

通過以上四種配比風化石英巖多孔磚的抗壓強度結果對比可知，試驗編號3的風化石英巖摻量為67%，水泥摻量僅為13%，其強度達到了JC 943-2004《混凝土多孔磚》規定MU15等級的要求。

3 結語

風化石英巖多孔磚具有很好的社會效益。風化石英巖混凝土多孔磚不需焙燒，節約燃料資源，按焙燒6 000萬塊標磚熱耗1噸標煤/萬塊來算，每年可為國家節約標煤6 000 t。新型墻體材料的研究和應用已經引起很多國家的重視，它在節約資源、能源，尤其是對環境的保護有著十分重大的意義,風化石英巖混凝土多孔磚解決了傳統墻體材料大量占用耕地、消耗能源資源、污染環境的問題，又解決了大量廢棄資源綜合利用的問題，保證了人類社會的可持續發展，是一種可持續發展的新型環保墻體材料。

表7 四個不同配合比風化石英巖混凝土多孔磚的尺寸偏差