陶粒赤泥粉煤灰免燒磚性能研究

王敦強，徐捷，周國棟

(山東建筑大學土木工程學院，山東 濟南 250101)

0 引言

近幾年全國每年建成房屋達20多億m2，其中住宅建設量至少在10億m2以上。但是我國的住宅建設中特別是中小城市及鄉鎮區縣，仍大量采用粘土磚承重的混合承重結構體系，全國每年生產粘土磚耗用資源達10多億m3，相當于毀掉農田50萬畝，從資源環境等方面已成為影響我國農業發展的突出問題之一，并已成為我國建筑業丞待解決的重點問題之一。

本課題研究的陶粒、赤泥、粉煤灰免燒保溫承重磚，其主要原料為鋁工業廢棄物—赤泥和粉煤灰。粉煤灰是我國當前排量較大的工業廢渣之一。赤泥為用鋁土礦提煉氧化鋁生產過程中的一種不溶殘渣，它是由細顆粒和粗顆粒組成的廢泥。每生產1t氧化鋁排出赤泥1～2t，赤泥的排放量很大。赤泥的堆放占用農田，并耗費巨額的堆場建設和維護管理費用，且含堿廢液堿化土壤，污染地表、地下水源，對生態環境及人民的生產、生活產生嚴重的危害，同時也制約著氧化鋁生產的發展。免燒磚走環保節能道路，用其來代替燒結實心粘土磚，意義重大。我國現在建筑行業發轉迅速，為工業廢渣免燒磚的發展提供了非常好的市場前景，具有很好的經濟效益。所以赤泥粉煤灰的綜合利用勢在必行，也是我國氧化鋁工業可持續發展的一項重要內容。

國內外在利用赤泥粉煤灰生產磚制品方面做了一定研究。王梅，楊家寬[1]利用赤泥、粉煤灰、建筑用中粗砂、生石灰、生石膏、32.5普通硅酸鹽水泥和自制的外加劑，可以生產出7d強度在10MPa以上、28d強度在20MPa以上的免燒免蒸磚，許光輝等[2]利用鋁廠廢渣赤泥和粉煤灰，加入其他混合材料和外加劑生產免燒磚。磚的力學和其他性能達到國家粉煤灰磚的標準，符合國家《砌體規范》關于承重墻體磚的要求。但是，對于利用赤泥、陶粒和粉煤灰作為原料，水泥作為固化劑來生產免燒免蒸壓磚的研究較少，國外利用這些原料來制備免燒免蒸壓磚的研究也非常少，利用陶粒來代替骨料生產免燒磚的研究更為少見。本研究所用的陶粒是利用氧化鋁生產中的廢棄物赤泥為主要原料，輔以粉煤灰、煤矸石等其他物料，添加少量的外加劑，制備的新型陶粒產品。陶粒的主要性能符合GB/T17431.2－1998標準規定。陶粒的使用不僅能更加充分的利用了赤泥，而且減少了因采砂對環境造成的破壞[3]。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

(1)赤泥 亦稱紅泥，一般含氧化鐵量大，外觀與赤色泥土相似。赤泥礦物成分復雜，采用多種化學方法成分進行分析，結果是赤泥的主要礦物為文石和方解石，含量為60% ～65%，其次是蛋白石、三水鋁石、針鐵礦，含量最少的是鈦礦石、菱鐵礦、天然堿、水玻璃、鋁酸鈉和火堿。本實驗所用的赤泥選自山東信發鋁電集團，其化學成分如表1所示。

表1 赤泥的化學成分

(2)粉煤灰 取自山東信發鋁電集團自備電廠排放的粉煤灰，其化學成分見如表2所示。

表2 粉煤灰的化學成分

(3)骨料 采用利用赤泥燒結的陶粒。利用燒結溫度為1200℃，保溫10min條件下自然冷卻制出的膨脹率為170%、吸水率10%、筒壓強度為2.4 MPa的燒漲陶粒。

(4)水泥 采用山水水泥廠的32.5普通硅酸鹽水泥。

1.2 實驗設備

SHQ－30型輪碾式混砂機、自制模具、免燒磚的成型設備JYE－2000型的壓力實驗機，MST液壓伺服加載系統。免燒磚的成型模具為自制標磚模具，尺寸是240mm×115mm×53mm。

1.3 實驗流程

(1)原料預處理 將赤泥中的大塊進行球磨，粉煤灰中草類和大塊的雜物予以清除，陶粒進行必要的篩選，達到試驗的要求。

(2)原料的稱量與混合 稱量試驗所需要的原料，按陶粒、水泥、赤泥、粉煤灰的先后順序將這些原料倒入輪碾機中進行輪碾，按照料的成型要求，酌情加入適量水。

(3)配料的陳化 將料從輪碾機中放出，放入袋中陳化，陳化時間為24h。

(4)熟料混碾 將陳化好的熟料倒入混碾機中，進行混碾。混碾機對原材料有粉碎、摩擦、混合和壓實的作用，將原材料充分的壓實[4]。

(5)成型 稱取適量的料加入膜具中，使磚制品壓制成型。選擇成型壓力為20MPa。利用兩面分段加壓的方式。

(6)自然養護 磚坯的養護目前有好多種，目前用的比較多的有常溫自然養護工藝、蒸養工藝蒸壓工藝和活化室反應工藝，為了降低成本，本研究中采用自然養護工藝。

(7)性能檢測 磚養護到了7d和28d時對磚進行性能測試一般實驗只測量成品磚的抗壓強度。

1.4 試驗配方及抗壓強度值

表3 試驗配方及抗壓強度值

2 結果與分析

(1)赤泥用量對制品的影響

圖1 赤泥含量對磚制品強度的影響

赤泥的粒徑比較小，便于和其他材料的混合，提高磚制品的各種物理性能，能使磚表面平整，增強其美觀，同時赤泥的塑性指數較高，使磚成形比較容易，也利于滿足免燒免蒸壓的要求。從圖1中可以看出，隨著赤泥含量的增多，免燒免蒸壓磚的強度先提高后降低，我們從中可以斷定，當赤泥含量在20% ～25%時，試件的性能比較合理。

(2)粉煤灰用量對制品的影響

圖2 粉煤灰含量對磚制品強度的影響

由圖2中可以看出，隨著粉煤灰含量的增大，免燒免蒸壓磚的7d和28d抗壓強度都變小。在制品生成的初期，粉煤灰中的硅鈣氧化物發生化學水解反應，提高早期強度。但是到了后期，由于進一步的化學反應，生成一些網狀物質，加上其他條件限制，強度有所下降。這種綜合分析，粉煤灰的加入量在18% ～23%時，磚制品的性能比較合理。

(3)陶粒用量對制品的影響

圖3 陶粒含量對磚制品強度的影響

從圖3中可以看出，隨著陶粒用量的增加，免燒免蒸壓磚的7d和28d抗壓強度先增大后變小，當含量在45%～50%時，磚制品的的性能比較合理。在該試驗中，利用陶粒替換砂等骨料，陶粒是利用赤泥等廢渣燒結而成的，赤泥具有保溫節能特性，陶粒也就具有保溫節能特性，所以在該試驗中陶粒的用量加大，滿足現在國家提倡的利用廢渣、保溫節能的要求，具有深遠的社會意義。

(4)水泥用量對制品性能的影響:

圖4 水泥含量對磚制品強度的影響

由圖4中可以看出，隨著水泥含量的增大，免燒免蒸壓磚的7d和28d的抗壓強度增大，當含量在15% ～17%時，磚制品的性能比較合理。

(5)磚制品物理特性:

為了提高赤泥和粉煤灰等工業廢渣的利用和增大砌體的保溫性能，赤泥主要有保溫性能，所以在本試件，在滿足砌體強度的條件下，應加大赤泥和粉煤灰的用量。國家要求，承重磚的強度必須達到10MPa，經綜合分析，確定磚的配方為:11%水泥，18%赤泥，50%陶粒，21%粉煤灰。由山東省信發三利環保科技有限公司生產一批磚，其抗壓強度為10.9MPa，達到國家規范要求，然后測定其物理特性。其力學性能報告由聊城市墻體建筑節能檢測中心出具;放射性能和墻體保溫熱阻由山東建筑工程質量監督檢測中心檢測報告;吸水率和凍融性由山東建筑大學材料實驗室檢測報告，上述物理特性均符合國家要求。檢測結果如表4所示。

表4 免燒結免蒸壓磚的物理特性

3 結論:

(1)通過赤泥陶粒粉煤灰免燒結免蒸壓磚的正交實驗，可以看出當成分為25%赤泥、18%粉煤灰、45%陶粒、12%水泥時，磚制品的強度最高，強度配方在該試驗中為最佳。

(2)強度并非越高越好，考慮既要有一定的強度，又要保溫節能時，可以選擇的配方為:18%赤泥、21%粉煤灰、50%陶粒、11%水泥，強度達到要求，各方面物理特性符合要求，可以工業化生產。

[1]王梅，楊家寬，齊建召.工業廢渣免蒸免燒磚[J].新型建筑材料，2004(12):17 －21.

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