风化石英岩混凝土多孔砖的研制

李国旺， 徐元盛， 李玉花

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

0 前言

风化石英岩是由千万年前的岩石经过风化剥蚀作用或流水冲蚀作用而形成的解体的岩石碎屑,沉淀于石床上经过数百万年的胶结和堆积而成。风化石英岩（砂岩、蘑菇石）为黄灰色,疏松多孔构造,微鳞片变晶结构,表面具有丝绢光泽。

河南省登封市及南阳、驻马店等西部山区的地貌类型是石英岩剥蚀构造地貌,地表存在着大量风化石英岩剥蚀颗粒。强风化砂质板岩呈红色土状,组织结构已大部分破坏,风化裂隙很发育,岩体破碎,含有大量的细小岩屑。由于该种岩石风化严重，其强度较低，农作物无法在上面生长，既不能作为耕地，也不能作为建筑用砂和碎石使用，给地方造成极大的资源浪费。

本文结合河南省登封市及西部山区风化石英岩的实际情况,将风化石英岩用于生产混凝土多孔砖或混凝土小型空心砌块等新型墙体材料,来代替目前传统的实心黏土砖,既达到废弃物资源化利用的目的,又可具有良好的社会和经济效益。

1 风化石英岩化学成分和物理性能分析

1.1 风化石英岩化学成分

按照 GB/T 14684-2001《建筑用砂》和 GB/T 176—1996《水泥化学分析方法》标准进行，检验的项目分别为:二氧化硅、氧化铁、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、碱含量、三氧化硫、氯离子含量。

表1 风化石英岩的化学成分

由表1可见，3个不同地域的风化石英岩（砂岩）样品化学成分相差不多，70%以上都是SiO2，SO3含量不足0.1%，为高硅、低硫风化砂岩，且K2O+Na2O含量≤5.0%，符合国家标准GB/T 14684-2001《建筑用砂》中对建筑用砂化学成分的要求，因此完全可以用作生产墙体材料的原材料。

1.2 风化石英岩物理性能

由于风化石英岩（砂岩）是千万年前的岩石经过长期风化剥蚀作用或水的冲蚀、溶解而形成的硅质岩石颗粒，其粒径大部分在0.05～4.75mm之间（含量大于50%），因此，可将其看作普通混凝土的细集料即砂。本项目研究按照GB/T 14686-2001《建筑用砂》中的项目要求进行。

1.2.1颗粒级配

本试验三次取得风化石英岩（砂岩）按照GB/T 14684-2001《建筑用砂》进行筛分析检验的结果见表2。

由表2可见,按细度模数来分,3个风化石英岩样品均属于I区粗砂范围，且级配良好，满足建筑用砂的要求。

1.2.2其它物理指标

考虑到风化石英岩（砂岩）的特殊性，所以坚固性项目的检验分别采用了天然砂的硫酸钠溶液法和人工砂的压碎指标法两种检验方法。试验结果见表3。

由表3可见,风化石英岩其它物理性能基本满足GB/T 14684-2001《建筑用砂》标准中Ⅲ类砂的要求，但其坚固性（按天然砂考虑）和压碎指标（按人工砂考虑）却远远超出了标准的规定值，这说明风化石英岩的坚固程度比较差。对于混凝土来说，虽然细骨料对强度的影响没有粗骨料那么明显，但是，为了达到节约水泥、提高混凝土的密实度、强度和耐久性的目的，良好的颗粒级配、有限的有害物质含量，尤其足够的强度和坚固性是非常必要的，由此可见，风化石英岩不能满足建筑用砂的使用要求,也就是说它不能作为建筑用砂（混凝土的细集料）使用。

2 风化石英岩混凝土多孔砖的研究

2.1 试验用原材料

表2 风化石英岩的颗粒级配

2.1.1 风化石英岩

产地登封，其化学性能指标见表1。

2.1.2 水泥

试验采用登封市第二水泥厂P·C 32.5水泥，其技术性能见表4。

表3 风化石英岩的其它物理指标

2.1.3 粉煤灰

试验采用登封市热电厂的干排Ⅲ级粉煤灰，其化学成分见表5。

表4 水泥的化学成分和技术性能

2.1.4 碎石

试验采用登封产石灰石碎石,满足GB/T 14685-2001《建筑用卵石、碎石》标准，规格为（5～10）mm 单粒级，表观密度2 720 kg/m3，堆积密度 1 630 kg/m3。

2.1.5 水

自来水。

2.2 风化石英岩混凝土多孔砖的研制

选取下面四组配合比作为风化石英岩混凝土多孔砖的试验配合比，见表5。

表5 风化石英岩混凝土多孔砖配合比

风化石英岩混凝土多孔砖力学性能按照GB/T 2542-2003《砌墙砖试验方法》进行检测，四种不同配合比生产的风化石英岩混凝土多孔砖的抗压强度见表6。

由表6可以看出,水泥掺量对风化石英岩混凝土多孔砖的抗压强度起到决定性的作用，随着水泥掺量的增加，风化石英岩混凝土多孔砖的抗压强度也随着增大。

表6 四个不同配合比风化石英岩混凝土多孔砖的抗压强度

对四个不同配合比混凝土多孔砖进行尺寸偏差测量，由表7可以看出:风化石英岩混凝土多孔砖的长度、宽度、厚度均稍有偏差，但都在±1mm以内,均无缺棱掉角和裂纹。达到标准规定的优等品（A）要求。

通过以上四种配比风化石英岩多孔砖的抗压强度结果对比可知，试验编号3的风化石英岩掺量为67%，水泥掺量仅为13%，其强度达到了JC 943-2004《混凝土多孔砖》规定MU15等级的要求。

3 结语

风化石英岩多孔砖具有很好的社会效益。风化石英岩混凝土多孔砖不需焙烧，节约燃料资源，按焙烧6 000万块标砖热耗1吨标煤/万块来算，每年可为国家节约标煤6 000 t。新型墙体材料的研究和应用已经引起很多国家的重视，它在节约资源、能源，尤其是对环境的保护有着十分重大的意义,风化石英岩混凝土多孔砖解决了传统墙体材料大量占用耕地、消耗能源资源、污染环境的问题，又解决了大量废弃资源综合利用的问题，保证了人类社会的可持续发展，是一种可持续发展的新型环保墙体材料。

表7 四个不同配合比风化石英岩混凝土多孔砖的尺寸偏差