陶粒赤泥粉煤灰免烧砖性能研究

王敦强，徐捷，周国栋

(山东建筑大学土木工程学院，山东 济南 250101)

0 引言

近几年全国每年建成房屋达20多亿m2，其中住宅建设量至少在10亿m2以上。但是我国的住宅建设中特别是中小城市及乡镇区县，仍大量采用粘土砖承重的混合承重结构体系，全国每年生产粘土砖耗用资源达10多亿m3，相当于毁掉农田50万亩，从资源环境等方面已成为影响我国农业发展的突出问题之一，并已成为我国建筑业丞待解决的重点问题之一。

本课题研究的陶粒、赤泥、粉煤灰免烧保温承重砖，其主要原料为铝工业废弃物—赤泥和粉煤灰。粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一。赤泥为用铝土矿提炼氧化铝生产过程中的一种不溶残渣，它是由细颗粒和粗颗粒组成的废泥。每生产1t氧化铝排出赤泥1～2t，赤泥的排放量很大。赤泥的堆放占用农田，并耗费巨额的堆场建设和维护管理费用，且含碱废液碱化土壤，污染地表、地下水源，对生态环境及人民的生产、生活产生严重的危害，同时也制约着氧化铝生产的发展。免烧砖走环保节能道路，用其来代替烧结实心粘土砖，意义重大。我国现在建筑行业发转迅速，为工业废渣免烧砖的发展提供了非常好的市场前景，具有很好的经济效益。所以赤泥粉煤灰的综合利用势在必行，也是我国氧化铝工业可持续发展的一项重要内容。

国内外在利用赤泥粉煤灰生产砖制品方面做了一定研究。王梅，杨家宽[1]利用赤泥、粉煤灰、建筑用中粗砂、生石灰、生石膏、32.5普通硅酸盐水泥和自制的外加剂，可以生产出7d强度在10MPa以上、28d强度在20MPa以上的免烧免蒸砖，许光辉等[2]利用铝厂废渣赤泥和粉煤灰，加入其他混合材料和外加剂生产免烧砖。砖的力学和其他性能达到国家粉煤灰砖的标准，符合国家《砌体规范》关于承重墙体砖的要求。但是，对于利用赤泥、陶粒和粉煤灰作为原料，水泥作为固化剂来生产免烧免蒸压砖的研究较少，国外利用这些原料来制备免烧免蒸压砖的研究也非常少，利用陶粒来代替骨料生产免烧砖的研究更为少见。本研究所用的陶粒是利用氧化铝生产中的废弃物赤泥为主要原料，辅以粉煤灰、煤矸石等其他物料，添加少量的外加剂，制备的新型陶粒产品。陶粒的主要性能符合GB/T17431.2－1998标准规定。陶粒的使用不仅能更加充分的利用了赤泥，而且减少了因采砂对环境造成的破坏[3]。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

(1)赤泥 亦称红泥，一般含氧化铁量大，外观与赤色泥土相似。赤泥矿物成分复杂，采用多种化学方法成分进行分析，结果是赤泥的主要矿物为文石和方解石，含量为60% ～65%，其次是蛋白石、三水铝石、针铁矿，含量最少的是钛矿石、菱铁矿、天然碱、水玻璃、铝酸钠和火碱。本实验所用的赤泥选自山东信发铝电集团，其化学成分如表1所示。

表1 赤泥的化学成分

(2)粉煤灰 取自山东信发铝电集团自备电厂排放的粉煤灰，其化学成分见如表2所示。

表2 粉煤灰的化学成分

(3)骨料 采用利用赤泥烧结的陶粒。利用烧结温度为1200℃，保温10min条件下自然冷却制出的膨胀率为170%、吸水率10%、筒压强度为2.4 MPa的烧涨陶粒。

(4)水泥 采用山水水泥厂的32.5普通硅酸盐水泥。

1.2 实验设备

SHQ－30型轮碾式混砂机、自制模具、免烧砖的成型设备JYE－2000型的压力实验机，MST液压伺服加载系统。免烧砖的成型模具为自制标砖模具，尺寸是240mm×115mm×53mm。

1.3 实验流程

(1)原料预处理 将赤泥中的大块进行球磨，粉煤灰中草类和大块的杂物予以清除，陶粒进行必要的筛选，达到试验的要求。

(2)原料的称量与混合 称量试验所需要的原料，按陶粒、水泥、赤泥、粉煤灰的先后顺序将这些原料倒入轮碾机中进行轮碾，按照料的成型要求，酌情加入适量水。

(3)配料的陈化 将料从轮碾机中放出，放入袋中陈化，陈化时间为24h。

(4)熟料混碾 将陈化好的熟料倒入混碾机中，进行混碾。混碾机对原材料有粉碎、摩擦、混合和压实的作用，将原材料充分的压实[4]。

(5)成型 称取适量的料加入膜具中，使砖制品压制成型。选择成型压力为20MPa。利用两面分段加压的方式。

(6)自然养护 砖坯的养护目前有好多种，目前用的比较多的有常温自然养护工艺、蒸养工艺蒸压工艺和活化室反应工艺，为了降低成本，本研究中采用自然养护工艺。

(7)性能检测 砖养护到了7d和28d时对砖进行性能测试一般实验只测量成品砖的抗压强度。

1.4 试验配方及抗压强度值

表3 试验配方及抗压强度值

2 结果与分析

(1)赤泥用量对制品的影响

图1 赤泥含量对砖制品强度的影响

赤泥的粒径比较小，便于和其他材料的混合，提高砖制品的各种物理性能，能使砖表面平整，增强其美观，同时赤泥的塑性指数较高，使砖成形比较容易，也利于满足免烧免蒸压的要求。从图1中可以看出，随着赤泥含量的增多，免烧免蒸压砖的强度先提高后降低，我们从中可以断定，当赤泥含量在20% ～25%时，试件的性能比较合理。

(2)粉煤灰用量对制品的影响

图2 粉煤灰含量对砖制品强度的影响

由图2中可以看出，随着粉煤灰含量的增大，免烧免蒸压砖的7d和28d抗压强度都变小。在制品生成的初期，粉煤灰中的硅钙氧化物发生化学水解反应，提高早期强度。但是到了后期，由于进一步的化学反应，生成一些网状物质，加上其他条件限制，强度有所下降。这种综合分析，粉煤灰的加入量在18% ～23%时，砖制品的性能比较合理。

(3)陶粒用量对制品的影响

图3 陶粒含量对砖制品强度的影响

从图3中可以看出，随着陶粒用量的增加，免烧免蒸压砖的7d和28d抗压强度先增大后变小，当含量在45%～50%时，砖制品的的性能比较合理。在该试验中，利用陶粒替换砂等骨料，陶粒是利用赤泥等废渣烧结而成的，赤泥具有保温节能特性，陶粒也就具有保温节能特性，所以在该试验中陶粒的用量加大，满足现在国家提倡的利用废渣、保温节能的要求，具有深远的社会意义。

(4)水泥用量对制品性能的影响:

图4 水泥含量对砖制品强度的影响

由图4中可以看出，随着水泥含量的增大，免烧免蒸压砖的7d和28d的抗压强度增大，当含量在15% ～17%时，砖制品的性能比较合理。

(5)砖制品物理特性:

为了提高赤泥和粉煤灰等工业废渣的利用和增大砌体的保温性能，赤泥主要有保温性能，所以在本试件，在满足砌体强度的条件下，应加大赤泥和粉煤灰的用量。国家要求，承重砖的强度必须达到10MPa，经综合分析，确定砖的配方为:11%水泥，18%赤泥，50%陶粒，21%粉煤灰。由山东省信发三利环保科技有限公司生产一批砖，其抗压强度为10.9MPa，达到国家规范要求，然后测定其物理特性。其力学性能报告由聊城市墙体建筑节能检测中心出具;放射性能和墙体保温热阻由山东建筑工程质量监督检测中心检测报告;吸水率和冻融性由山东建筑大学材料实验室检测报告，上述物理特性均符合国家要求。检测结果如表4所示。

表4 免烧结免蒸压砖的物理特性

3 结论:

(1)通过赤泥陶粒粉煤灰免烧结免蒸压砖的正交实验，可以看出当成分为25%赤泥、18%粉煤灰、45%陶粒、12%水泥时，砖制品的强度最高，强度配方在该试验中为最佳。

(2)强度并非越高越好，考虑既要有一定的强度，又要保温节能时，可以选择的配方为:18%赤泥、21%粉煤灰、50%陶粒、11%水泥，强度达到要求，各方面物理特性符合要求，可以工业化生产。

[1]王梅，杨家宽，齐建召.工业废渣免蒸免烧砖[J].新型建筑材料，2004(12):17 －21.

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