蒸压盐渍土砖耐久性能及固盐能力的研究

2012-07-25柴寿喜杨久俊

天津建设科技 2012年2期

□文/曲烈郭磊柴寿喜杨久俊李素

随着墙体材料发展，国家已经明令禁止生产烧结粘土砖，因而出现了以工业废弃物为原料的蒸养砖、蒸压砖、压制砖等新型墙体材料。有资料表明，利用劣质土，如黄河淤泥、石屑、废弃石粉或赤泥，也可生产蒸压、蒸养砖或压制砖[1～2]。本课题利用盐渍土为主要原材料，研制成功28 d抗压强度达到31.9 MPa的高强蒸压盐渍土制品。

蒸压盐渍土砖对外界环境抵抗能力及其固盐能力的研究尚未有文献，但有关蒸压砖的耐久性研究可作为本研究借鉴。水翠娟[3]发现水化产物种类对蒸压粉煤灰混凝土强度和收缩性影响较大，C-S-H胶体越多收缩性越大，托贝莫来石含量越高收缩性越小。孙光萍[4]研究则认为骨料能够限制制品收缩，收缩性与凝胶孔失水、水化产物层间水、结晶水、结构水脱水有关。李庆繁[5]认为抗碳化性与水化产物有关，三硫型水石榴石抗碳化性能较差，故应减少硫铝元素含量；而抗冻性与密实度有关，即应降低混合料的含水量。赵成文[6]研究蒸压粉煤灰砖抗冻性时发现，制品的质量损失和强度损失与冻融循环次数呈线性关系。

本文拟以自制的蒸压盐渍土砖为研究对象，借鉴现有灰砂砖和蒸压粉煤灰砖国家标准规范中的试验方法，研究蒸压盐渍土砖在恶劣环境下的耐久性，找出其劣化机理及评价方法，从而探索出改进蒸压盐渍土砖耐久性的技术途径。

1 试验

1.1 试验原料

盐渍土主要成分是Si O2、Al2O3和Fe2O3，3种氧化物总含量达80%以上。Si O2含量为65.34%。盐渍土矿物成分中，主要含石英、钠钾长石等及少量蒙脱土、伊利石和高岭土。

1.2 试样制备与配比设计

试验原料采用盐渍土、CaO、磨细石英、砂和水。水胶比均为0.2，盐渍土掺量为85%，CaO掺量为15%，磨细石英代土比为 20%。E1、E2、E3、E4、E5组砂子掺加比例为 10%、20%、30%、40%、50%。

准确称量盐渍土和其他原料并一起放入球磨机中混料30 min，取出后参照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度的检验方法》的制作要求，将物料按配比强制搅拌4 min，制作成40mm×40mm×160mm的条形试块，将带模具的试块在40℃干热养护24 h后拆模备用。将养护好试块按指定温度、时间进行蒸压养护。蒸压温度为175℃；蒸压时间为3 h，仅E5组蒸压时间为6 h。

1.3 耐久性及固盐能力测试

1）软化系数试验步骤。将试块水中浸泡24 h后取出拭干表面水分后，测试其抗压强度值P1与未浸水试块抗压强度值P0之比。浸泡条件为（20±3）℃水中，水面比试件高出100mm。软化系数计算公式为K＝P1/P0。抗干湿循环能力试验按照GB11975—89《加气混凝土干湿循环试验方法》进行。抗冻融循环试验按照GBJ 82—85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行。

2）固盐能力试验步骤。取20 g试样放入1 000 mL烧杯中，加入蒸馏水到恒温水浴锅中并在100℃条件下将试样煮沸2 h，此过程中应不断补充蒸馏水至500 mL刻度。煮沸过的试样用蒸馏水冲洗3次后，放入105℃烘干箱内烘1 h后备用，将试样放入研钵中进行磨细然后压片；将未煮沸过的对照组试样同样磨细压片，用荧光光谱分析仪测试 K、Na、Mg、Cl、S元素的含量并表征K+、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-含量。

2 试验结果

2.1 抗水性能

由图1可知，浸水24 h后各组试块抗压强度没有减少，反而增加，这说明试块浸水后，其中未水化成分遇水继续水化，形成更多水化产物，导致其强度增加。随着砂子掺量增多，试块抗压强度也增加。但E5组试块强度较低，可能是蒸压3 h后，内部水化产物已经形成，继续蒸压，则导致水化产物结晶长大，破坏了原来结晶连生结构，导致强度下降。

图1 蒸压盐渍土砖抗水性能

2.2 抗干湿循环能力

由图2可知，蒸压盐渍土砖干湿循环质量损失较低。随着干湿循环次数增加，其质量损失呈现饱和现象；经20次干湿循环后质量损失＜2%，符合国家对蒸压硅酸盐制品的要求。E3、E4组增幅较小，E1、E2组增幅较大，说明掺加砂子可有效增加制品的抵抗干湿能力。E5是6 h的蒸压制品随干湿循环的增加质量损失，其变化曲线介于E1与E2之间，远远大于E3，说明蒸压时间过长会降低抵抗干湿能力。干湿循环破坏机理是当水浸入蒸压盐渍土砖后，再干燥会造成试块体积不断地收缩和膨胀，从而产生内部缺陷及碎块脱落，其中氢氧化钙也会随水溶出，导致质量下降。质量损失量与制品密实度和强度有关，密实度和强度越大，质量损失越小。

图2 蒸压盐渍土砖干湿循环质量损失

由图3可知，蒸压盐渍土制品干湿循环强度损失情况。随着干湿循环次数增加，试块抗压强度不下降，反而升高并保持基本不变。说明蒸压反应完成后存在部分未水化产物，遇水继续水化。

图3 蒸压盐渍土砖干湿循环强度损失

2.3 抗冻融循环能力

由图4可知，随着冻融循环次数增多，各组试样质量损失逐渐增多，然后逐渐达到稳定。冻融循环对试样破坏作用主要是由于内部孔隙中水结冰体积膨胀产生应力，而对试块结构产生破坏并产生脱落掉角现象使得质量下降；而砂的加入有利于提高试块抗冻融循环破坏能力。随砂子掺量增多，制品质量损失逐渐降低，砂子起到了抵抗变形的作用。另外延长蒸压时间也有利于提高抗冻融循环能力。

图4 蒸压盐渍土砖冻融循环质量损失

由图5可知，随着冻融循环次数增多，各组试样强度呈先增加后减小的趋势。但抗压强度不降反升的现象，可能与试块冻后溶解泡水有关，其破坏效应逐渐出现，可是由于体系内较为致密和孔隙较小，强度较高故破坏作用有限，加之未反应的氧化钙浸水溶出，孔隙水碱度较高，还可继续进行水化反应。

图5 蒸压盐渍土砖冻融循环强度损失

2.4 固盐能力

盐渍土制品中因含有较多盐类，遇水后易产生析盐“泛霜”现象，影响制品的外观。图6显示了原状盐渍土在煮沸前后盐离子含量分布情况。

图6 煮沸后原状盐渍土砖和蒸压盐渍土砖盐离子含量对比

煮沸后原状盐渍土中盐减少最多的是Cl-和Na+，Cl-降低了 21.89%，Na+减低了 5.29%；而 K+、Mg2+、SO42-的含量却在增高。实际上元素总含量（100%）并未变化，但Cl-和Na+的含量却在减少；这说明盐渍土中的K+、Mg2+、SO42-在遇水干燥后析出较少，可能被粘土粒子的静电吸引，但Cl-和Na+更容易析出。蒸压盐渍土试样在煮沸前后各离子的变化较小，其中K+、Cl-离子稍微减少，Na+、Mg2+、SO42-稍微增加。这说明经过蒸压处理盐渍土制品具有较好的固盐能力，盐离子已被填充在水化产物孔隙中或被固结在层状水化产物的层间。

总之，原状盐渍土中易溶盐Cl-和Na+、K+离子析出较多，但Mg2+、SO42-析出较少；而蒸压盐渍土制品具有较好的固盐能力，K+、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-离子均能被其固化。