從化學成分探討三種固廢物摻入頁巖燒結磚可行性

陳 劍 李碧雄 梁鑫曉

（1浙江同濟科技職業學院 建筑工程系，浙江 杭州 311231；2四川大學 建筑與環境學院 能源工程安全與災害力學教育部重點實驗室，四川 成都 610065）

1 前 言

我國墻體材料在長期發展過程中，由于燒結磚具有取材方便、施工便捷、造價低廉等優點，因此形成了以實心燒結磚為主導地位的局面。但有資料顯示[1]，我國生產燒結磚每年耗用黏土等資源達10多億立方米，相當于毀田50萬畝，消耗標準煤約7000多萬噸。如果燒結磚產量繼續增長，不僅增加生產耗能，浪費能源，更會嚴重毀壞耕地，導致我國耕地面積急劇減少，這顯然與可持續發展戰略背道而馳[2]。此外，燒結磚墻體自重大、保溫隔熱性能差[3]的缺點使其無法適應“綠色建筑”的發展要求。因此，我國發改委在《“十二五”墻體材料革新指導意見》中提出進一步限制實心燒結磚的使用，鼓勵發展輕質、節能保溫、利廢環保的新型墻體材料。

利用某些固體廢棄物作為制磚摻料是目前制備新型墻體材料的研發新方向。Bánhidi V[4]等學者將鋸屑、稻殼、甘蔗渣等與粘土拌和制成燒結磚，在減輕磚體自重的同時，由于這些固體廢棄物有機質含量高，在燃燒過程中不僅能釋放氣體提高磚體內孔洞率，改善燒結磚的保溫隔熱性能，還能將固體廢棄物中的熱值利用起來，減少制磚的能耗。基于此，本文選用我國目前體量較大的淤泥、污泥及秸稈三種固體廢棄物，通過X射線衍射分析儀（XRD）及查閱相關資料，確定制磚原料的化學組分，評價原材料的基本物性，進而探討三種固廢物用于制磚的可行性，為后續研究提供物料性能的數據。

2 原料化學成分分析

制磚原料所含化合物的含量極大地影響著燒成制品的性能。傳統的制磚粘性土原料通常屬于鋁硅酸鹽質原料，化學組成主要有二氧化硅（SiO2）和三氧化二鋁（Al2O3），同時含有少量的堿金屬及堿土金屬化合物，如氧化鐵（Fe2O3）、氧化鈣（CaO）、氧化鎂（MgO）、氧化鈉（Na2O）、氧化鉀（K2O）等。文獻[5]將化合物對制成品性能的影響及各化合物的含量控制范圍進行了匯總，如表1所示。

由于制磚原料中的主要化學成分的類型及含量對燒結成品的質量至關重要，因此，本文通過查閱文獻和XRD測試，探討淤泥、污泥及秸稈摻入頁巖燒結磚的可行性。其中，對照用的頁巖取自成都黃龍溪一帶，與文獻[6]相似，因此，引用文獻[6]的測定結果作為本文的參考。

表2 頁巖、淤泥、污泥的主要化學成分及燒失量（%）

表3 小麥秸稈的主要礦物元素含量及燒失量

2.1 淤泥及污泥的化學成分分析

淤泥的化學成分受周邊環境影響較大，本文選用四川大學江安河內淤泥作為樣本，并由XRD測試獲得。污泥的化學成分隨污水處理方式及所在地方而有所不同，但主要的化學成分種類及含量變動不大，本文所用污泥處理方式為脫氮除磷工藝，機械壓濾脫水污水污泥，因此，引用文獻[7]的D污泥化學成分作為參考。此外，各物質的有機質含量與燒失量密切相關，因此通過測定各物質的燒失量來反映有機質含量。頁巖、淤泥及污泥測定結果見表2。

由表2可知，頁巖、淤泥的無機化學組成相似，主要都是硅、鋁、鐵的氧化物，含量范圍都滿足表2要求。與頁巖相比，淤泥中的SiO2、Al2O3及Fe2O3含量較低，而助熔氧化物如CaO、Na2O及K2O的含量較高，根據燒失量推斷，淤泥的有機物含量也略高于頁巖。總的來說，淤泥與頁巖的成分極為相似，各主要化學成分含量也相差不多，且淤泥中較高的助熔氧化物和有機物能提高磚體保溫隔熱性能，降低燒磚能耗，因此，從化學成分分析，淤泥可較大摻量用于燒結磚中。

污泥的無機化學組成類型與頁巖相似，但含量相差較多，特別是SiO2，污泥較頁巖的含量減少了29.12%。且與頁巖成分相比，污泥的燒失量較高，有機質含量較大。因此，從化學成分分析，污泥只適合作為添加料，少量摻入燒結磚中使用。

2.2 秸稈的化學成分分析

本文選用的秸稈為取自成都黃龍溪一帶的小麥秸稈，所以也采用文獻[6]的化學成分作為探討，如表3所示。

從表3可以看出，小麥秸稈的有機質成分非常高，燒失量達到96.16%。因此，可利用小麥秸稈易燃且燒失量大的特點，將小麥秸稈作為造孔劑摻入制作燒結磚。

3 結 語

本文通過XRD測試及查閱文獻的方法，分析了三種固廢物的化學成分，通過與頁巖的化學成分相比較發現，淤泥的主要無機化學成分類型及含量與頁巖的相似，淤泥的有機質含量較低，可在制磚原料中較大量地摻入，取代部分頁巖；污泥的主要無機化學成分類型與頁巖類似，但含量有所差異，其中二氧化硅的含量相差較大，摻入過量的污泥對燒結磚強度的形成有很大影響，并且污泥的有機質含量較大，適合作為小摻量制磚造孔劑。秸稈主要成分為有機質，燒失量達96.16%，可作為制磚造孔劑，適合小摻量加入。

[1]國務院辦公廳.關于進一步推進墻體材料革新和推廣節能建筑的通知[Z].2005.

[2]吳本英.黃河淤泥承重多孔磚砌體的基本力學試驗研究[D].鄭州:鄭州大學,2004.

[3]周云,張超,鄒征敏.汶川地震砌體結構的震害與改進砌體結構抗震性能的途徑和方法[J].防災減災工程學報,2009,29(1):109-113.

[4]Bánhidi V, G?mze L A.Improvement of Insulation Properties of Conventional Brick Products[J]. Materials Science Forum,2008,589:1-6.

[5]曹世璞.燒結磚實用生產技術[J].磚瓦世界,2012(04):36-49.

[6]李冰.秸稈頁巖保溫燒結磚的實驗研究[D].四川大學,2013.

[7]羅暉.污水污泥頁巖建筑材料制備與性能研究[D].重慶大學,2010.