蒸壓鹽漬土磚耐久性能及固鹽能力的研究

□文/曲 烈 郭 磊 柴壽喜 楊久俊 李 素

隨著墻體材料發(fā)展，國家已經(jīng)明令禁止生產(chǎn)燒結粘土磚，因而出現(xiàn)了以工業(yè)廢棄物為原料的蒸養(yǎng)磚、蒸壓磚、壓制磚等新型墻體材料。有資料表明，利用劣質土，如黃河淤泥、石屑、廢棄石粉或赤泥，也可生產(chǎn)蒸壓、蒸養(yǎng)磚或壓制磚[1～2]。本課題利用鹽漬土為主要原材料，研制成功28 d抗壓強度達到31.9 MPa的高強蒸壓鹽漬土制品。

蒸壓鹽漬土磚對外界環(huán)境抵抗能力及其固鹽能力的研究尚未有文獻，但有關蒸壓磚的耐久性研究可作為本研究借鑒。水翠娟[3]發(fā)現(xiàn)水化產(chǎn)物種類對蒸壓粉煤灰混凝土強度和收縮性影響較大，C-S-H膠體越多收縮性越大，托貝莫來石含量越高收縮性越小。孫光萍[4]研究則認為骨料能夠限制制品收縮，收縮性與凝膠孔失水、水化產(chǎn)物層間水、結晶水、結構水脫水有關。李慶繁[5]認為抗碳化性與水化產(chǎn)物有關，三硫型水石榴石抗碳化性能較差，故應減少硫鋁元素含量；而抗凍性與密實度有關，即應降低混合料的含水量。趙成文[6]研究蒸壓粉煤灰磚抗凍性時發(fā)現(xiàn)，制品的質量損失和強度損失與凍融循環(huán)次數(shù)呈線性關系。

本文擬以自制的蒸壓鹽漬土磚為研究對象，借鑒現(xiàn)有灰砂磚和蒸壓粉煤灰磚國家標準規(guī)范中的試驗方法，研究蒸壓鹽漬土磚在惡劣環(huán)境下的耐久性，找出其劣化機理及評價方法，從而探索出改進蒸壓鹽漬土磚耐久性的技術途徑。

1 試驗

1.1 試驗原料

鹽漬土主要成分是Si O2、Al2O3和Fe2O3，3種氧化物總含量達80%以上。Si O2含量為65.34%。鹽漬土礦物成分中，主要含石英、鈉鉀長石等及少量蒙脫土、伊利石和高嶺土。

1.2 試樣制備與配比設計

試驗原料采用鹽漬土、CaO、磨細石英、砂和水。水膠比均為0.2，鹽漬土摻量為85%，CaO摻量為15%，磨細石英代土比為 20%。E1、E2、E3、E4、E5組砂子摻加比例為 10%、20%、30%、40%、50%。

準確稱量鹽漬土和其他原料并一起放入球磨機中混料30 min，取出后參照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度的檢驗方法》的制作要求，將物料按配比強制攪拌4 min，制作成40mm×40mm×160mm的條形試塊，將帶模具的試塊在40℃干熱養(yǎng)護24 h后拆模備用。將養(yǎng)護好試塊按指定溫度、時間進行蒸壓養(yǎng)護。蒸壓溫度為175℃；蒸壓時間為3 h，僅E5組蒸壓時間為6 h。

1.3 耐久性及固鹽能力測試

1）軟化系數(shù)試驗步驟。將試塊水中浸泡24 h后取出拭干表面水分后，測試其抗壓強度值P1與未浸水試塊抗壓強度值P0之比。浸泡條件為（20±3）℃水中，水面比試件高出100mm。軟化系數(shù)計算公式為K＝P1/P0。抗干濕循環(huán)能力試驗按照GB11975—89《加氣混凝土干濕循環(huán)試驗方法》進行?？箖鋈谘h(huán)試驗按照GBJ 82—85《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》進行。

2）固鹽能力試驗步驟。取20 g試樣放入1 000 mL燒杯中，加入蒸餾水到恒溫水浴鍋中并在100℃條件下將試樣煮沸2 h，此過程中應不斷補充蒸餾水至500 mL刻度。煮沸過的試樣用蒸餾水沖洗3次后，放入105℃烘干箱內烘1 h后備用，將試樣放入研缽中進行磨細然后壓片；將未煮沸過的對照組試樣同樣磨細壓片，用熒光光譜分析儀測試 K、Na、Mg、Cl、S元素的含量并表征K+、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-含量。

2 試驗結果

2.1 抗水性能

由圖1可知，浸水24 h后各組試塊抗壓強度沒有減少，反而增加，這說明試塊浸水后，其中未水化成分遇水繼續(xù)水化，形成更多水化產(chǎn)物，導致其強度增加。隨著砂子摻量增多，試塊抗壓強度也增加。但E5組試塊強度較低，可能是蒸壓3 h后，內部水化產(chǎn)物已經(jīng)形成，繼續(xù)蒸壓，則導致水化產(chǎn)物結晶長大，破壞了原來結晶連生結構，導致強度下降。

圖1 蒸壓鹽漬土磚抗水性能

2.2 抗干濕循環(huán)能力

由圖2可知，蒸壓鹽漬土磚干濕循環(huán)質量損失較低。隨著干濕循環(huán)次數(shù)增加，其質量損失呈現(xiàn)飽和現(xiàn)象；經(jīng)20次干濕循環(huán)后質量損失＜2%，符合國家對蒸壓硅酸鹽制品的要求。E3、E4組增幅較小，E1、E2組增幅較大，說明摻加砂子可有效增加制品的抵抗干濕能力。E5是6 h的蒸壓制品隨干濕循環(huán)的增加質量損失，其變化曲線介于E1與E2之間，遠遠大于E3，說明蒸壓時間過長會降低抵抗干濕能力。干濕循環(huán)破壞機理是當水浸入蒸壓鹽漬土磚后，再干燥會造成試塊體積不斷地收縮和膨脹，從而產(chǎn)生內部缺陷及碎塊脫落，其中氫氧化鈣也會隨水溶出，導致質量下降。質量損失量與制品密實度和強度有關，密實度和強度越大，質量損失越小。

圖2 蒸壓鹽漬土磚干濕循環(huán)質量損失

由圖3可知，蒸壓鹽漬土制品干濕循環(huán)強度損失情況。隨著干濕循環(huán)次數(shù)增加，試塊抗壓強度不下降，反而升高并保持基本不變。說明蒸壓反應完成后存在部分未水化產(chǎn)物，遇水繼續(xù)水化。

圖3 蒸壓鹽漬土磚干濕循環(huán)強度損失

2.3 抗凍融循環(huán)能力

由圖4可知，隨著凍融循環(huán)次數(shù)增多，各組試樣質量損失逐漸增多，然后逐漸達到穩(wěn)定。凍融循環(huán)對試樣破壞作用主要是由于內部孔隙中水結冰體積膨脹產(chǎn)生應力，而對試塊結構產(chǎn)生破壞并產(chǎn)生脫落掉角現(xiàn)象使得質量下降；而砂的加入有利于提高試塊抗凍融循環(huán)破壞能力。隨砂子摻量增多，制品質量損失逐漸降低，砂子起到了抵抗變形的作用。另外延長蒸壓時間也有利于提高抗凍融循環(huán)能力。

圖4 蒸壓鹽漬土磚凍融循環(huán)質量損失

由圖5可知，隨著凍融循環(huán)次數(shù)增多，各組試樣強度呈先增加后減小的趨勢。但抗壓強度不降反升的現(xiàn)象，可能與試塊凍后溶解泡水有關，其破壞效應逐漸出現(xiàn)，可是由于體系內較為致密和孔隙較小，強度較高故破壞作用有限，加之未反應的氧化鈣浸水溶出，孔隙水堿度較高，還可繼續(xù)進行水化反應。

圖5 蒸壓鹽漬土磚凍融循環(huán)強度損失

2.4 固鹽能力

鹽漬土制品中因含有較多鹽類，遇水后易產(chǎn)生析鹽“泛霜”現(xiàn)象，影響制品的外觀。圖6顯示了原狀鹽漬土在煮沸前后鹽離子含量分布情況。

圖6 煮沸后原狀鹽漬土磚和蒸壓鹽漬土磚鹽離子含量對比

煮沸后原狀鹽漬土中鹽減少最多的是Cl-和Na+，Cl-降低了 21.89%，Na+減低了 5.29%；而 K+、Mg2+、SO42-的含量卻在增高。實際上元素總含量（100%）并未變化，但Cl-和Na+的含量卻在減少；這說明鹽漬土中的K+、Mg2+、SO42-在遇水干燥后析出較少，可能被粘土粒子的靜電吸引，但Cl-和Na+更容易析出。蒸壓鹽漬土試樣在煮沸前后各離子的變化較小，其中K+、Cl-離子稍微減少，Na+、Mg2+、SO42-稍微增加 。這說明經(jīng)過蒸壓處理鹽漬土制品具有較好的固鹽能力，鹽離子已被填充在水化產(chǎn)物孔隙中或被固結在層狀水化產(chǎn)物的層間。

總之，原狀鹽漬土中易溶鹽Cl-和Na+、K+離子析出較多，但Mg2+、SO42-析出較少；而蒸壓鹽漬土制品具有較好的固鹽能力，K+、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-離子均能被其固化。

3 結論

1）蒸壓鹽漬土磚具有較好的抗水、抗干濕循環(huán)和抗凍融循環(huán)能力。蒸壓鹽漬土磚浸水后，未水化產(chǎn)物將繼續(xù)水化并繼續(xù)增長強度。蒸壓鹽漬土磚經(jīng)干濕循環(huán)后抗壓強度呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢；但經(jīng)凍融循環(huán)后，抗壓強度呈現(xiàn)先增后減的趨勢。

2）天然砂子作為細骨料，可起到限制膨脹的作用，從而提高蒸壓鹽漬土磚的抗干濕、凍融循環(huán)能力。

3）煮沸后原狀鹽漬土中易溶鹽Cl-和Na+、K+離子析出較多，而Mg2+、SO42-析出較少；而蒸壓鹽漬土磚經(jīng)煮沸后具有較好的固鹽能力，即Cl-和Na+、K+離子已被填充在水化產(chǎn)物的孔隙中或已被固結在層狀水化物層間結構內。

[1]李方賢.粘土-硅質石屑-石灰體系水熱合成特性與應用研究[D].武漢：武漢理工大學，2006.

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[3]水翠娟，孫抱真.蒸壓粉煤灰加氣混凝土水化產(chǎn)物對其強度和收縮性能的影響[J].硅酸鹽建筑制品，1980，（5）：1-6.

[4]孫光萍，蔣伍舉.提高蒸養(yǎng)粉煤灰凈漿制品抗收縮性能的有效途徑[J].硅酸鹽建筑制品，1990，（2）：4-7.

[5]李慶繁，李光復.原料及其配合比對蒸壓粉煤灰磚耐久性的影響[J].粉煤灰，2004，4（24）：24-27.

[6]趙成文，英 慧.蒸壓粉煤灰磚凍融循環(huán)試驗研究[J].磚瓦，2010，（11）：15-16.