粉煤灰摻量對(duì)免燒磚性能的影響

李 浩 郭啟龍

(西北民族大學(xué)， 甘肅 蘭州 730124)

0 前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加快，環(huán)境污染問題已成為社會(huì)普遍關(guān)心和急需解決的重要課題。其中，工業(yè)和建筑業(yè)產(chǎn)生的垃圾正以每天數(shù)以萬(wàn)噸的速度侵蝕著我們賴以生存的環(huán)境，人們?cè)谙硎艹鞘形拿鞯耐瑫r(shí)，也遭受著“垃圾圍城”、“霧霾籠罩”的困擾和傷害。建筑垃圾污染問題日趨嚴(yán)重，但目前，我國(guó)對(duì)建筑垃圾的處理，基本處于無(wú)序管理狀態(tài)，大多數(shù)城市的建筑垃圾中只有 10%被運(yùn)往指定的消納場(chǎng)所，其余的或被隨意傾倒、或被運(yùn)往非法運(yùn)營(yíng)的填埋地進(jìn)行簡(jiǎn)單處理嚴(yán)重影響到了社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展,加強(qiáng)建筑垃圾的綜合利用已經(jīng)迫在眉睫。

目前國(guó)內(nèi)處理建筑垃圾的方法有：利用建筑垃圾來作為路基的一部分；利用建筑垃圾和工業(yè)廢渣制備免燒磚；利用工業(yè)廢渣制備復(fù)合硅酸鹽水泥和礦渣水泥。在利用建筑垃圾和工業(yè)廢渣制備免燒磚方面，存在的問題有：對(duì)建筑垃圾和工業(yè)廢渣的利用率不夠高，原料的級(jí)配不合理，成型工藝簡(jiǎn)單，制品的強(qiáng)度等指標(biāo)達(dá)不到國(guó)家對(duì)于免燒磚的要求，廢品率過高，有的高達(dá) 20%，生產(chǎn)成本過高，從而限制了建筑垃圾和工業(yè)廢渣高效利用技術(shù)的發(fā)展和推廣。

本文研究利用建筑垃圾和粉煤灰制備免燒磚，對(duì)粉煤灰進(jìn)行活性激發(fā)，用活性激發(fā)后的粉煤灰替代部分的水泥，采用液壓式壓機(jī)對(duì)免燒磚壓制成型，壓力為10KN，免去蒸壓工藝，最后對(duì)免燒磚進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，最終使制備的免燒磚的體積密度、氣孔率、吸水率和抗壓強(qiáng)度均能達(dá)到國(guó)家對(duì)免燒磚的要求。從而既高效利用了建筑垃圾和工業(yè)廢渣，也充分發(fā)揮了粉煤灰的微集料效應(yīng)和形態(tài)效應(yīng)，使免燒磚結(jié)構(gòu)更加致密，從而進(jìn)一步提高了免燒磚的強(qiáng)度和耐久性。為粉煤灰在新型建筑材料中的應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)方案及步驟

1.1 實(shí)驗(yàn)方案

表1 實(shí)驗(yàn)配合比

細(xì)集料的粒徑為0～4.5mm，粗集料的粒徑為4.5～9.5mm，減水劑的摻量為膠凝材料的1%。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

首先按實(shí)驗(yàn)配比準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)原料，然后對(duì)粉煤灰進(jìn)行活性激發(fā)，通過QQM輕型球磨機(jī)粉磨的方式進(jìn)行物理激發(fā)，通過添加Ca(OH)2和NaSO4的方式進(jìn)行化學(xué)激發(fā)，然后進(jìn)行原料的拌和、裝模，接著采用微機(jī)液壓壓力試驗(yàn)機(jī)慢慢加壓成型，成型壓力為10kN,成型后的試樣自然養(yǎng)護(hù)28d。最后測(cè)試試樣的體積密度、氣孔率、吸水率、抗壓強(qiáng)度等性能指標(biāo)。

1.3 測(cè)試方法

1）體積密度：取免燒磚試樣5塊，將表面清潔干凈，在室溫下干燥至恒重，免燒磚的體積密度可按照下式計(jì)算：

式中：ρ——試樣的體積密度，g/m3；

a——試樣的長(zhǎng)，mm；

b——試樣的寬，mm；

c——試樣的高，mm；

2）氣孔率：從待測(cè)試樣中取5塊，清洗材料表面，在110℃下烘干至恒重，置于干燥器中冷卻至恒溫，稱取試樣質(zhì)量M1，將試樣置于清潔容器內(nèi)，并放于真空干燥器內(nèi)抽真空，然后在5min內(nèi)緩慢注入液體，直至浸沒試樣，將飽和試樣吊在天平的吊鉤上，并浸入有溢流管容器的浸液中，稱取飽和試樣的質(zhì)量M2，接著用毛巾小心地拭去飽和試樣表面的液珠，稱取質(zhì)量M3，試樣的氣孔率按下式計(jì)算：

3)吸水率：取5塊待測(cè)試樣，在烘箱中烘至恒重，烘干溫度為100℃，稱其干質(zhì)量，記為M0，將干燥后的試樣放入水中浸泡24h，水的溫度為25±5℃，浸泡完后取出試樣，用濕毛巾拭去表面水分，立即稱其質(zhì)量記為M1。按下式計(jì)算免燒磚的吸水率：

4）抗壓強(qiáng)度:取5塊免燒磚試樣，先測(cè)量受壓面的長(zhǎng)度a 和受壓面的寬度b，然后開始加荷載，加荷速度為2-3kN/S，直到試樣破壞為止，此時(shí)的最大載荷記為P，免燒磚的抗壓強(qiáng)度可按下式計(jì)算：

2 結(jié)果分析

2.1 體積密度

圖1 免燒磚體積密度隨粉煤灰含量的變化折線

圖1為免燒磚體積密度隨粉煤灰含量的變化折線。由圖中可以看出整體的趨勢(shì)是隨著粉煤灰摻量的不斷減小和水泥摻量的不斷增大，體積密度逐漸增大。首先當(dāng)粉煤灰摻量為175kg/m3，水泥摻量為75kg/m3，試塊的體積密度為2.06g/cm3;粉煤灰摻量為150kg/m3時(shí),水泥摻量為100kg/m3,體積密度為2.2g/cm3，體積密度增大了6.8%。4號(hào)試樣相對(duì)于1號(hào)試樣體積密度之所以增加，是因?yàn)樗鄵搅康牟粩嗉哟笄掖笥诜勖夯业膿搅浚瑥亩軌蛱钛a(bǔ)再生集料本身所帶有的氣孔，使免燒磚結(jié)構(gòu)更加致密，所以最終使試樣的體積密度有所提高。雖然3號(hào)試樣相對(duì)于4號(hào)試樣的體積密度略微降低，但還是能夠滿足國(guó)家對(duì)免燒磚的性能要求，從而有效利用了建筑垃圾和粉煤灰。

2.2 氣孔率

圖2 免燒磚氣孔率隨粉煤灰含量的變化折線

圖2為免燒磚氣孔率隨粉煤灰含量的變化折線。由圖中可以看出整體的趨勢(shì)是隨著粉煤灰摻量的減小和水泥摻量的不斷加大，氣孔率呈現(xiàn)大幅度的下降趨勢(shì)。當(dāng)水泥摻量為75kg/m3、粉煤灰摻量為175kg/m3時(shí)的1號(hào)試樣氣孔率為8.66%，而當(dāng)水泥摻量為125kg/m3、粉煤灰摻量為125kg/m3時(shí)的3號(hào)試樣氣孔率為1.72%,相對(duì)于1號(hào)試樣氣孔率降低了80%。氣孔率之所以會(huì)大幅度降低，是因?yàn)?號(hào)試樣水泥和粉煤灰的摻量一致，從而粉煤灰可以發(fā)揮它的微集料效應(yīng)和形態(tài)效應(yīng)，起到填充作用，而且水泥摻量大于粉煤灰的摻量，從而能夠有效的填補(bǔ)建筑垃圾帶來的大量的氣孔，最終使免燒磚表現(xiàn)出較好的性能。

2.3 吸水率

圖3 免燒磚吸水率隨粉煤灰含量的變化折線

圖3為免燒磚吸水率隨粉煤灰含量的變化折線。由圖中可以看出，整體的趨勢(shì)是試樣的吸水率隨水泥摻量的增加不斷減小。當(dāng)粉煤灰摻量為175kg/m3、水泥摻量為75kg/m3時(shí)的1號(hào)試樣吸水率為最大值4.23%，之所以吸水率較大，是因?yàn)榻ㄖ旧砗械臍饪纵^多，而且水泥摻量太少不能夠有效的填補(bǔ)試樣內(nèi)部的大量氣孔，從而導(dǎo)致免燒磚的結(jié)構(gòu)不夠致密，致使免燒磚的吸水率過大。當(dāng)粉煤灰摻量為125kg/m3、水泥摻量為125kg/m3時(shí)的3號(hào)試樣吸水率為最小值0.8%，免燒磚的吸水率較小是因?yàn)樗鄵搅亢头勖夯覔搅枯^為適中，二者能夠相互配合，從而有效填補(bǔ)了試樣內(nèi)部大量的氣孔，使免燒磚的結(jié)構(gòu)更加致密，吸水率較小。

2.4 抗壓強(qiáng)度

圖4 養(yǎng)護(hù)28天的免燒磚抗壓強(qiáng)度隨粉煤灰含量的變化折線

圖4為養(yǎng)護(hù)28天的免燒磚抗壓強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的變化折線。由圖中可以看出，整體的趨勢(shì)是試樣28天的抗壓強(qiáng)度隨水泥摻量的增加不斷增大。當(dāng)水泥摻量為75kg/m3～150kg/m3、粉煤灰摻量為175kg/m3～100kg/m3時(shí)，試樣的抗壓強(qiáng)度大幅度升高。說明在此摻量范圍內(nèi)，粉煤灰不僅能夠較好的發(fā)揮火山灰活性作用，從而改善漿體與再生集料界面的粘結(jié)強(qiáng)度；而且水泥能夠填充一大部分氣孔，使得試樣的結(jié)構(gòu)更致密，從而提高了免燒磚的強(qiáng)度和耐久性。而當(dāng)水泥摻量為75kg/m3、粉煤灰摻量為175kg/m3時(shí)，試樣的抗壓強(qiáng)度僅為9.78MPa，已不能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)免燒磚抗壓強(qiáng)度的要求?？梢?，粉煤灰和水泥的摻量要在一定的范圍內(nèi)，才能使制備的免燒磚具有良好的性能。但5號(hào)試樣的抗壓強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到了36MPa，完全滿足國(guó)家對(duì)墻體材料的要求。最終免燒磚的成功制備將使建筑垃圾和工業(yè)廢渣得到有效的利用，如果加以應(yīng)用和推廣，這項(xiàng)技術(shù)將會(huì)對(duì)環(huán)境的改善作出巨大的貢獻(xiàn)。所以探究建筑垃圾和粉煤灰制備免燒磚很有實(shí)際意義。

3 總結(jié)

利用建筑垃圾制備的再生集料全部替代砂的同時(shí)，利用粉煤灰替代部分水泥作為膠凝材料，在實(shí)驗(yàn)過程中，我們通過調(diào)整粉煤灰摻量來研究不同原料的配比對(duì)免燒磚性能的影響。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中我們不難看出，隨著粉煤灰摻量的減少和水泥摻量的增加，免燒磚的體積密度和抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出不斷增大的趨勢(shì)，而氣孔率和吸水率呈現(xiàn)出大幅度降低的趨勢(shì)。接著我們對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以分析，從而得到了性能最優(yōu)異的5號(hào)試樣，其性能均達(dá)到并超過了國(guó)家對(duì)免燒磚的相關(guān)要求。而粉煤灰摻量較大的2號(hào)試樣的體積密度2.15g/m3、氣孔率5.79%、吸水率2.85%、抗壓強(qiáng)度11.56MPa，也能夠滿足國(guó)家對(duì)免燒磚性能的要求。說明了粉煤灰和建筑垃圾在免燒磚的應(yīng)用是成功的，從而高效利用了建筑垃圾和工業(yè)廢渣，對(duì)于推動(dòng)建筑垃圾和粉煤灰在建筑材料中的應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的意義。

西北民族大學(xué)國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：201710742074）

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