河道淤泥制磚的試驗(yàn)研究

祝志雄 ，胡名衛(wèi) ，應(yīng)曉猛 ，俞毅 ，周聰聰 ，張曠達(dá)

（1.浙江省建筑材料科學(xué)研究所有限公司，浙江 杭州 311122；2.中國(guó)新型建材設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310022）

0 引言

針對(duì)浙江省清淤淤泥日益增多的現(xiàn)狀，為浙江省墻材行業(yè)淤泥資源化利用進(jìn)行初步的探索研究。淤泥是一種被遺棄但可利用的自然資源，絕大部分河道淤泥的主要化學(xué)成分為石英、黏土類(lèi)礦物、長(zhǎng)石類(lèi)礦物，另含少量的碳酸鹽、微量的硫酸鹽、磷酸鹽及有機(jī)物，屬于硅酸鹽類(lèi)原料?？商娲ね?、頁(yè)巖等原生態(tài)資源[1]。

本試驗(yàn)采用的原材料均來(lái)自于浙江省湖州市某建材廠(chǎng)，目前該廠(chǎng)的生產(chǎn)原料主要有各種頁(yè)巖、淤泥、煤渣等，為保證產(chǎn)品質(zhì)量并穩(wěn)定生產(chǎn)，淤泥的摻量控制在10%以?xún)?nèi)。由于當(dāng)?shù)仨?yè)巖資源稀缺，外購(gòu)頁(yè)巖來(lái)源不穩(wěn)定且價(jià)格相差較大，企業(yè)采取幾種頁(yè)巖混摻的方法以縮小原料之間的波動(dòng)。增加淤泥在制磚中的使用量，不僅能降低企業(yè)的生產(chǎn)成本、擴(kuò)大生產(chǎn)原料來(lái)源，還可以部分解決當(dāng)?shù)厍逵儆倌嗟某雎穯?wèn)題。本研究的主要目的是探索河道淤泥用于制磚的可行性，并得出一個(gè)較為適宜的淤泥摻量和燒結(jié)溫度范圍。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料及主要儀器設(shè)備

1.1.1 原材料

本試驗(yàn)采用的原材料來(lái)自于浙江省湖州市某建材廠(chǎng)原料庫(kù)。分別為黃色頁(yè)巖、灰色頁(yè)巖、紅色頁(yè)巖及河道清淤的淤泥，其主要化學(xué)成分見(jiàn)表1，塑性指數(shù)見(jiàn)表2。

表1 原材料的化學(xué)成分 %

表2 原材料的塑性指數(shù)

1.1.2 主要儀器設(shè)備

電子天平：PTX-FA110，福州華志科學(xué)儀器有限公司；硅酸鹽化學(xué)成分分析儀：DHF86，湘潭市松山儀器有限公司；數(shù)顯式土壤液塑限聯(lián)合測(cè)定儀：LP-100D，上海路達(dá)試驗(yàn)儀器有限公司；電子秤；顎式破碎機(jī)：100×60；渦輪粉碎機(jī)：SWLF-200，廣州旭朗機(jī)械設(shè)備有限公司；攪拌機(jī)：UJL-15；實(shí)驗(yàn)專(zhuān)用擠出成型機(jī)：JZK10，功力機(jī)器有限公司；箱式電阻爐：SX4-10，北京市光明醫(yī)療儀器有限公司；節(jié)能纖維電阻爐：杭州卓馳儀器有限公司；萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)：XBD4505，上海馨標(biāo)檢測(cè)儀器制造有限公司；恒加載水泥抗折抗壓試驗(yàn)機(jī)：YCH-300.10，浙江路達(dá)機(jī)械儀器有限公司。

1.2 試樣制備

（1）樣品原料經(jīng)105℃烘干后，先經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎，再經(jīng)渦輪粉碎機(jī)粉碎，制成粒度范圍30～150目的粉料待用。

（2）按配方（見(jiàn)表3）稱(chēng)量原材料。

表3 不同試樣的原材料配比

（3）加入攪拌機(jī)，邊攪拌邊緩緩加入設(shè)定用量的水，攪拌均勻成大小不一的顆粒狀混合料。

（4）啟動(dòng)小型真空擠出機(jī)，將攪拌好的混合料加入擠出機(jī)進(jìn)料口，混合料經(jīng)擠出成為斷面尺寸約42×25 mm的泥條，經(jīng)切割成為42 mm×25 mm×50 mm的坯體試件。

（5）坯體試件在室內(nèi)自然干燥3～5 d，再置于105℃干燥箱烘2～4 h，隨后按設(shè)定的燒成制度燒結(jié)成試件。

1.3 性能測(cè)試方法

抗壓強(qiáng)度測(cè)試：用游標(biāo)卡尺分別量取試件的長(zhǎng)、寬、高，因試件斷面兩端很難保證完全平行，故采用擠出試件的側(cè)面作為受力面進(jìn)行測(cè)試。

吸水率測(cè)試：吸水率指的是常溫水飽和24 h試樣吸水率，測(cè)試方法參照GB/T 2542—2012《砌墻磚試驗(yàn)方法》進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 燒結(jié)溫度對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

燒結(jié)溫度是燒結(jié)磚生產(chǎn)的重要工藝參數(shù)，對(duì)燒結(jié)磚的性能有著很大的影響，圖1為燒結(jié)溫度對(duì)試樣抗壓強(qiáng)度的影響。

圖1 燒結(jié)溫度對(duì)試樣抗壓強(qiáng)度的影響

由圖1可見(jiàn)，隨著燒結(jié)溫度的升高，樣品的抗壓強(qiáng)度呈先提高后趨于平穩(wěn)，然后又增大的趨勢(shì)。當(dāng)燒結(jié)溫度為700～900℃時(shí)，呈現(xiàn)逐漸增大；溫度為900～950℃后，抗壓強(qiáng)度趨于平穩(wěn)或呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，升高到1000℃時(shí)，樣品的抗壓強(qiáng)度又增大，可能是由于樣品內(nèi)部過(guò)燒造成晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化形成。由此可見(jiàn)試樣的燒成溫度范圍應(yīng)在800～950℃，燒成溫度范圍較寬?？紤]到能耗，實(shí)際生產(chǎn)中可將燒成溫度定在850～900℃，并以此計(jì)算摻配內(nèi)燃料。從800～950℃燒成的試樣抗壓強(qiáng)度看，摻淤泥試樣的抗壓強(qiáng)度比不摻淤泥的試樣低，但在試驗(yàn)摻量范圍內(nèi)仍大于20 MPa，能夠符合GB 13544—2011的生產(chǎn)要求。

2.2 燒結(jié)溫度對(duì)吸水率的影響（見(jiàn)圖2）

圖2 燒結(jié)溫度對(duì)吸水率的影響

由圖2可見(jiàn)，隨著燒結(jié)溫度的升高，樣品的吸水率呈逐漸降低的趨勢(shì)，淤泥摻量大小的樣品區(qū)別僅表現(xiàn)在吸水率降低的快慢程度，100%淤泥試樣的吸水率明顯高于100%頁(yè)巖試樣；燒成溫度在800℃以上時(shí)，吸水率開(kāi)始明顯降低，100%頁(yè)巖試樣下降更快，淤泥與頁(yè)巖混合摻比試樣介于兩者之間?？傮w而言，700℃及以上溫度燒成的試樣的吸水率均在18%以?xún)?nèi)，這是由于試驗(yàn)采用外燃燒結(jié)，試件內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生因燃料燃燒而產(chǎn)生的孔洞，因而試樣的吸水率較低。

2.3 淤泥摻量對(duì)試樣干坯抗壓強(qiáng)度的影響（見(jiàn)圖3）

圖3 淤泥摻量對(duì)試樣干坯抗壓強(qiáng)度的影響

由圖3可見(jiàn)，樣品的干坯抗壓強(qiáng)度與淤泥摻量的關(guān)系不是很明顯，主要決定因素是樣品的擠出含水率，樣品含水率的高低，決定了樣品在烘干過(guò)程中形成的排潮通道的多少，排潮通道越多，形成的孔隙越大，進(jìn)而影響了樣品在烘干后的抗壓強(qiáng)度。

2.4 淤泥摻量對(duì)燒結(jié)試樣抗壓強(qiáng)度的影響（見(jiàn)圖4）

圖4 淤泥摻量對(duì)燒結(jié)試樣抗壓強(qiáng)度的影響

由圖4可以看出，在相同燒結(jié)溫度下，隨著淤泥摻量從15%增加到60%，燒結(jié)樣品的抗壓強(qiáng)度逐漸降低，而后繼續(xù)增加淤泥摻量至90%，燒結(jié)樣品的強(qiáng)度略有提高，但幅度不大?？紤]到盡可能增加淤泥摻量，結(jié)合淤泥摻量對(duì)干坯抗壓強(qiáng)度的影響，較為適宜的淤泥摻量為45%左右。

2.5 淤泥摻量對(duì)試樣吸水率的影響（見(jiàn)圖5）

由圖5可以看出，700～1000℃燒結(jié)溫度下，隨著淤泥摻量從15%增加到90%，樣品的吸水率逐漸增大，說(shuō)明摻入淤泥會(huì)增加樣品自身內(nèi)部孔隙的形成，這也與樣品的抗壓強(qiáng)度隨著淤泥摻量的增加而降低形成對(duì)應(yīng)。1100℃的樣品已經(jīng)過(guò)燒，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，所以吸水率不呈現(xiàn)這樣的規(guī)律。

圖5 淤泥摻量對(duì)試樣吸水率的影響

2.6 淤泥摻量對(duì)試樣收縮率的影響

收縮率指試樣剛擠出成型到燒成后的總收縮。不同淤泥摻量對(duì)試樣的收縮也有一定的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 淤泥摻量對(duì)試樣收縮率的影響

由圖6可見(jiàn)，燒結(jié)溫度為700～1000℃時(shí)，試樣的收縮率隨著淤泥摻量的增加而減小。

3 結(jié)論

（1）該建材廠(chǎng)的淤泥與頁(yè)巖的各項(xiàng)性能相近，其化學(xué)成分和塑性指數(shù)均能很好地滿(mǎn)足制磚要求，并具有較好的工藝性能，用于生產(chǎn)燒結(jié)磚是可行的。

（2）淤泥和頁(yè)巖的燒成溫度范圍均在800～950℃，燒成溫度范圍較寬，實(shí)際生產(chǎn)中可將燒成溫度定在850～900℃左右，并以此計(jì)算摻配內(nèi)燃料。

（3）河道淤泥燒結(jié)磚的吸水率隨淤泥摻量的增加呈增大的趨勢(shì)，燒結(jié)溫度的升高可降低試樣的吸水率。試樣的總收縮率隨著淤泥摻量的增加而減小。綜合分析，較適宜的淤泥摻量為45%左右。