石材加工廢棄物在保溫隔熱砌塊中的應用研究

劉洪學

(福建省建筑科學研究院 福建福州 350025)

1 引言

石材工業是資源加工型產業，在石材從荒料加工為成品的過程中，約有一半的石材荒料成為石粉、石屑和邊角料等廢棄物，同時產生的石材廢漿會污染當地的水質，造成“牛奶溪”，石粉會污染當地的空氣質量，石材邊角料堆積成“人造石山”，既占用場地又污染環境還浪費資源[1-4]。

將石材加工廢棄物中的石粉和石屑作為保溫隔熱砌塊原材料的替代物，可消耗大量的石材廢棄物進行廢物利用，提高了資源的利用率，對發展經濟和環境保護具有重大的意義。

2 原材料和試驗方法

2.1 原材料

(1)水泥

采用海螺PO42.5水泥，相關物理力學性能見(表1)。

表1 水泥物理力學性能

(2)粉煤灰

采用漳州益材粉煤灰開發有限公司生產的Ⅱ級粉煤灰，其物理性質見(表2)。

表2 粉煤灰物理性能(%)

(3)外加劑

采用福建省建筑科學研究院生產的FDN減水劑(粉劑)，摻量為膠凝材料的0.8%，其性能見(表3)。

表3 減水劑(FDN)性能

(4)拌合水

采用自來水。

(5)骨料

骨料采用普通石屑。

(6)廢棄物石屑

把石材加工過程中產生的邊角料廢棄石材進一步破碎加工成石屑，其粒徑小于5mm，其細度模數應在2.6～3.1之間。本試驗采用的廢棄物石屑的篩分數據見(表4)。

(7)石粉

石粉為石材切割、磨光時產生的廢棄物，其最大粒徑一般不大于0.075mm。

表4 石屑篩分試驗結果

2.2 試驗方法

2.2.1 保溫隔熱砌塊的制備

保溫隔熱砌塊的設計等級為MU7.5。基本配方中各材料的用量見(表5)。砌塊成型過程中應調整拌合水的用量，并保持拌合物的稠度基本不變。

表5 砌塊基本配方中各材料用量(kg/m3)

本試驗采用在成熟的基本配方的基礎上用石粉等量取代粉煤灰，取代率分別為 0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%，研究石粉取代率對保溫隔熱砌塊主要性能的影響，確定最優石粉取代率并驗證其余性能。

選擇已確定的最優石粉取代率的配方，用廢棄石屑取代普通石屑，取代率分別為 0%，25%，50%，75%，100%，研究石屑取代率對保溫隔熱砌塊性能的影響，并確定最優石屑取代率。

2.2.2 保溫隔熱砌塊的性能測試

依據GB/T 4111-2013《混凝土小型空心砌塊試驗方法》對保溫隔熱砌塊的相對含水率、塊體密度、抗壓強度、干燥收縮率、軟化系數、碳化系數、凍融試驗進行試驗。

依據GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》對保溫隔熱砌塊放射性進行試驗。

依據GB/T 13475-2008《絕熱穩態傳熱性質的測定標定和防護熱箱法》對保溫隔熱砌塊的傳熱系數進行試驗。

3 試驗結果與分析

3.1 不同石粉取代率對砌塊性能的影響

根據砌塊的基本配方，分別制備不同的石粉取代率的砌塊，并測試其性能參數見(表6)。

表6 石粉取代率對砌塊基本性能的影響

可從(圖1～3)直觀的發現石粉取代率和保溫隔熱砌塊各基本性能的關系。

圖1 不同石粉取代率的砌塊塊體密度

圖2 不同石粉取代率的砌塊干燥收縮率

圖3 不同石粉取代率的砌塊抗壓強度

由(圖1，2，3)顯示，當用石粉取代部分粉煤灰時，隨著石粉取代率的增加，砌塊的塊體密度變化很小，總體上呈微增加的趨勢變化。主要是因為石粉密度比粉煤灰的密度略大，石粉取代率的增加，導致砌塊的塊體密度微增加;隨著石粉取代率的增加，干燥收縮率先減小再增大，抗壓強度先增提高后降低，這是因為石粉不參與水泥的水化過程，而是包裹在骨料周圍，并填充在骨料之間的孔隙內，主要起填充作用。水泥在水化過程中會產生很多微孔和內部毛細管，微孔和毛細管的壓力會引起保溫隔熱砌塊后期的自收縮，嚴重時會導致保溫隔熱砌塊產生裂紋和裂縫，極大的損害砌塊的力學性能。而石粉粒徑較小，在水泥水化過程中可填充至微孔和毛細管內，在很大程度上抵消砌塊內部微孔和毛細管的壓力，彌補砌塊的自收縮的缺陷，既增加保溫隔熱砌塊的密實性，又降低保溫隔熱砌塊內部開口大氣孔和孔隙的數量，增加閉口氣孔和閉口孔隙的數量，進而導致砌塊的干縮率下降和強度的增加。當石粉取代率超過一定的數量，對拌合水的需求增大，進而造成更多的內部微孔和毛細管，會增加砌塊的干縮率;多余的石粉粘附在骨料的表面，致使水泥漿對骨料的包裹性下降，并降低砌塊的強度。根據(表6)，石粉取代率為15%時，性能最優。

按石粉取代率為15%的基本配方生產保溫隔熱砌塊，進行其余相關參數性能測試，數據結果較優，其結果見(表7)。

表7 砌塊其余相關參數性能數據

按石粉取代粉煤灰的取代率為15%的配方制備出一系列添加不同石屑取代率(廢棄物石屑取代普通石屑)的保溫隔熱砌塊，對其基本性能進行測試，其試驗結果見(表8)。

可從(圖4，5，6)直觀的發現石屑取代率和保溫隔熱砌塊各基本性能的關系。

表8 不同石屑取代率的砌塊基本性能參數

圖4 不同石屑取代率的砌塊塊體密度

圖5 不同石屑取代率的砌塊干燥收縮率

圖6 不同石屑取代率的砌塊抗壓強度

(圖4，5，6)顯示，隨著石屑取代率的增加，砌塊的塊體密度呈現緩慢減小的趨勢，這是因為廢棄石屑的密度比普通石屑的密度略小。砌塊的干縮率和強度基本保持不變，這是因為與普通石屑相比，廢棄石屑的比表面積變小，壓碎指標變大。廢棄石屑比表面積變小，導致水泥漿對骨料的包裹性變差;但在測試砌塊強度時，砌塊破碎狀態不是骨料破碎，而是砌塊最小肋和壁處的絕大部分的水泥漿破碎和很少部分的水泥漿與骨料粘結界面的剝離，因此，廢棄石屑取代普通石屑后，對砌塊強度影響不大。

由此可見，石屑取代率對砌塊性能影響不大，為提高石材廢棄物的綜合利用率，石屑取代率可取100%。采用石屑取代率為100%的配方生產砌塊，進行其余參數性能檢測，其結果(見表9)。

表9 石屑取代率為100%時砌塊的其余性能參數

由以上試驗結果可知在保溫隔熱砌塊中加入石粉是可行的，并且加入適量的石粉會對保溫隔熱砌塊的強度有所提高，建議選擇石粉取代粉煤灰的取代率為15%;在保溫隔熱砌塊中加入廢棄石屑是可行的，可用廢棄石屑100%取代普通石屑時，對保溫隔熱砌塊性能影響不大。在實際生產中的加入量應根據實際情況確定。

4 結論

(1)當用石粉取代部分粉煤灰時，隨著石粉取代率的增加，砌塊的塊體密度變化很小，總體上呈微增加的趨勢變化，干燥收縮率先減小再增大，抗壓強度先增提高后降低，石粉取代率為15%時效果最佳。

(2)可用廢棄物石屑部分甚至全部代替普通石屑，對砌塊的整體性能影響不大。

[1]沈麗歡，錢琨，陳凱，等.石粉廢棄物綜合利用技術研究現狀[J].石材，2011，(6):28-30.

[2]郭經緯.福建石材行業發展現狀及思考[J].石材，2005，(11):33-36.

[3]許江林.利用新技術實現固體廢棄物石粉的綜合利用[N].中國建材報，2009-08-11(5271).

[4]宴輝.向福建石材工業行業發展進一言[J].石材，2002，(12):38-40.