利用余泥渣土制備高強(qiáng)免燒磚的試驗(yàn)研究

劉 原，唐福堯，張 偉，陳 陽(yáng)，馬 旭

（1、珠海大橫琴城市新中心發(fā)展有限公司 廣東珠海 519030；2、中國(guó)鐵建投資集團(tuán)有限公司 北京 100855；3、中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 武漢 430063；4、廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州 510500）

關(guān)鍵字：余泥渣土；含水率；免燒磚；預(yù)壓；高強(qiáng)

0 引言

伴隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，城市化建設(shè)日趨加速。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)大中城市開(kāi)發(fā)建設(shè)產(chǎn)生的渣土類建筑垃圾已占到城市垃圾排放總量的15%～20%。目前，大部分工程渣土未得到資源化利用，基本都直接消納棄置處理，這將造成較為明顯的生態(tài)環(huán)保問(wèn)題。余泥渣土的資源化利用顯得尤為必要和迫切，開(kāi)發(fā)盾構(gòu)渣土的資源化利用技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)廢棄物安全處理與資源循環(huán)利用，促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，對(duì)于減少占地、避免環(huán)境污染、建設(shè)美好城市、建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)都具有十分重要的意義［1-5］。本研究旨在提高余泥渣土的綜合利用率和附加值［6-7］，以余泥渣土為主要原料，水泥、石灰和砂為固化劑，通過(guò)一次壓制成型制備余泥渣土免燒磚，分別研究固化劑配合比對(duì)免燒磚性能的影響。

1 原材料及配合比

1.1 原材料

1.1.1 余泥渣土

本研究所用余泥渣土為珠海市某隧道工程中所產(chǎn)生的余泥渣土，經(jīng)過(guò)全部烘干破碎后可用于試驗(yàn)，其化學(xué)組成如表1所示。

1.1.2 水泥

本研究所使用的水泥為廣州市某公司生產(chǎn)的P.O 42.5硅酸鹽水泥。水泥的化學(xué)組成如表1所示。

1.1.3 生石灰

本研究所用生石灰由佛山市某公司提供，有效CaO含量為87.32%，中速石灰，其化學(xué)組成如表1所示。

表1 余泥渣土，P.O 42.5硅酸鹽水泥和生石灰的化學(xué)組成（%）Tab.1 Chemical Composition of Residual Mud，P.O 42.5 Portland Cement and Calcined Lime （%）

1.1.4 細(xì)骨料

本研究選用的細(xì)骨料為普通河砂，符合《建筑用砂：GB/T 14684—2011》標(biāo)準(zhǔn)要求。該骨料含泥量為0.8 wt.%，細(xì)度模數(shù)為3.0，屬于Ⅱ區(qū)中砂。

1.2 試驗(yàn)方法

先人工分揀出余泥渣土中的貝殼、石子等雜物；然后放入烘箱中，105 ℃烘干24 h后取出；自然冷卻后，用錘式破碎機(jī)破碎成粒徑不大于5 mm的渣土備用。

按照表2配合比稱取一定量的水泥、石灰、砂及烘干破碎的備用渣土，均勻混合后加入水，將濕混合料攪拌10 min 后放入自制模具（模具尺寸為40 mm×40 mm×160 mm）中，用壓力試驗(yàn)機(jī)在設(shè)定壓力（12 MPa）下一次壓制成型，1 d 后脫模，自然養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期，測(cè)定其力學(xué)性能。

1.3 配合比

本研究以余泥渣土為主要原材料，通過(guò)加入水泥、石灰、砂等來(lái)制備免燒磚，配合比如表2所示。

表2 試驗(yàn)配合比Tab.2 Mix-proportion

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

使用壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試了各組試件的7 d 和28 d 抗壓強(qiáng)度，其結(jié)果如表3所示。

表3 免燒磚7 d和28 d抗壓強(qiáng)度Tab.3 7 d and 28 d Compression Strength of Unburned Brick

2.1 含水率對(duì)免燒磚強(qiáng)度的影響

如圖1 所示，在預(yù)壓應(yīng)力10 MPa 下，免燒渣土磚的7 d 強(qiáng)度隨含水率的增加而增加，在含水率為12%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度達(dá)23.2 MPa。但是其28 d 強(qiáng)度隨著含水率的增加，成先增加后減小的趨勢(shì)，這是因?yàn)槊鉄u早期強(qiáng)度主要是由預(yù)壓力壓實(shí)所提供，渣土含水率越高，在相同的預(yù)壓應(yīng)力下，顆粒間接觸更加緊密，但是在后期，隨著水分的蒸發(fā)以及水泥水化消耗掉部分水，使得免燒磚孔隙率增加，使得強(qiáng)度有所損失［8］。

圖1 含水率對(duì)渣土免燒磚強(qiáng)度的影響Fig.1 Effect of Moisture Content on Compression Strength of Unburned Brick

2.2 石灰對(duì)免燒磚強(qiáng)度的影響

水泥與粘土拌和后，水化產(chǎn)生Ca（OH）2和CSH 等水化物，Ca（OH）2隨即被土質(zhì)吸收。如果水泥土孔隙水仍處于Ca（OH）2過(guò)飽和狀態(tài)，則CSH 等水泥水化物將不受周圍土質(zhì)的影響而正常生成；且由于有充裕的Ca（OH）2存在，土中活性物質(zhì)和替代水泥而加入的活性材料便得以與Ca（OH）2進(jìn)行充分的反應(yīng)，生成CSH等水化物。在這種情況下，水泥土可得到較高的強(qiáng)度。如若水泥土孔隙水已不再為Ca（OH）2所飽和，則土質(zhì)將繼續(xù)吸收生成CSH所需的Ca2+、OH-，使水泥水化生成的CSH 量大大減少。且土中的活性物質(zhì)及被加入的活性材料也因得不到足夠的Ca（OH）2，而不能發(fā)生硬凝反應(yīng)，因此導(dǎo)致水泥土強(qiáng)度低下。如圖2 所示，在預(yù)壓應(yīng)力14 MPa、含水率為12%時(shí)，免燒渣土磚的7 d強(qiáng)度隨著石灰摻量增加，水泥摻量減少，導(dǎo)致其7 d、28 d強(qiáng)度降低。這與黃新等人［9-10］的結(jié)論一致。

圖2 不同石灰摻量對(duì)渣土免燒磚強(qiáng)度的影響Fig.2 Effect of Lime content on Compression strength of Unburned Brick

2.3 砂對(duì)免燒磚強(qiáng)度的影響

如圖3 所示，加入的砂可以堆積形成骨架，可以顯著提高免燒磚的強(qiáng)度。當(dāng)渣土∶水泥∶砂=3∶3∶4時(shí)，所制備的免燒磚7 d 抗壓強(qiáng)度達(dá)到37.6 MPa，28 d 抗壓強(qiáng)度達(dá)到40.2 MPa。

圖3 砂對(duì)渣土免燒磚強(qiáng)度的影響Fig.3 Effect of Sand on Compression Strength of Unburned Brick

3 結(jié)論

⑴以隧道盾構(gòu)產(chǎn)生的余泥為主要原材料，通過(guò)加入水泥、石灰、砂等材料，經(jīng)過(guò)預(yù)壓成型可制備強(qiáng)度較高的免燒磚。

⑵隨著渣土含水率的增大，制備的免燒磚7 d 抗壓強(qiáng)度隨著增大，28 d抗壓強(qiáng)度先增大后減小；隨著石灰摻量的增加，免燒磚的7 d、28 d抗壓強(qiáng)度隨著減小。

⑶隨著砂的加入，制備的免燒磚的強(qiáng)度隨著增大；當(dāng)渣土∶水泥∶砂=3∶3∶4時(shí)，所制備的免燒磚7 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到37.6 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到40.2 MPa。