废黏土砖再生胶凝材料评价及应用 *
2016-01-07韩涛,靳秀芝
试验研究
废黏土砖再生胶凝材料评价及应用*
*基金项目：国家科技支撑计划项目(2013BAC14B00)；山西省科技攻关计划项目(20120313009-3)。
□□ 韩涛，靳秀芝(中北大学 材料科学与工程学院，山西 太原030051)
摘要：研究了废黏土砖粉(WFCB)作为再生胶凝材料，对水泥标准稠度用水量、凝结时间和抗压强度的影响。结果表明，废黏土砖粉加入到水泥中，会引起水泥标准稠度用水量的增加和凝结时间的缩短；废黏土砖粉的火山灰活性较低，用作再生胶凝材料会降低水泥的抗压强度。
关键词：废黏土砖；再生胶凝材料；火山灰活性；水泥；抗压强度
文章编号：1009-9441(2015)03-0010-03
中图分类号：X 799.1；TQ 172.1
文献标识码：A
Abstract：Effect of waste fired clay brick powder (WFCB) used as regenerated binding material on water requirement of normal consistency，setting time and compressive strength of cement are studied in this paper.The results show that，WFCB can increase the water requirement of normal consistency of cement and shorten the setting time.WFCB has low pozzolanic activity and it can decrease the compressive strength of cement if used as regenerated binding material.
作者简介：韩涛(1972-)，男，山东嘉祥人，副教授，博士，从事固体废弃物综合利用的研究。
收稿日期：2015-05-17
引言
利用废黏土砖经破碎制备再生细集料过程中产生大量的细粉，其孔隙率大、吸水性强，严重影响干混砂浆和混凝土的工作性能和强度，需要进一步处理[1-2]。黏土砖是以黏土为主要原料在900~1 100 ℃下烧结而成，此时的黏土矿物脱水、分解，具备了一定的火山灰活性，将废黏土砖细粉超细磨后作为再生胶凝材料(活性混合材料)加以利用是解决此问题的有效途径[3-4]。
本文研究了废黏土砖细粉的粉磨细度对其密度、活性、标准稠度用水量、凝结时间和强度的影响，为废黏土砖制备再生胶凝材料提供了理论依据。
1试验材料及方法
1.1 试验材料
1.1.1水泥熟料
水泥熟料来源于智海企业集团榆次水泥分公司，为致密块状，经破碎粉磨至348 m2/kg，与5%的脱硫石膏配制成硅酸盐水泥。熟料的化学组成见表1，水泥的物理力学性能见表2。
表1 原料的化学组成 %
表2 水泥物理力学性能
1.1.2废黏土砖粉(WFCB)
废黏土砖来源于中北大学建筑物拆迁废弃黏土砖，将表面附着物清除干净，经烘干、破碎，粉磨至一定细度。其化学成分见表1。
1.1.3脱硫石膏
脱硫石膏来源于大唐太原第二热电厂，在60 ℃下烘干3 h。其化学成分见表1。
1.2 试验方法
1.2.1粉体比表面积
按照GB/T8074—2008《水泥比表面积测定方法(勃氏法)》，测定粉体的比表面积。
1.2.2粉体密度
按照GB/T 208—2014《水泥密度测定方法》，测定粉体的密度。
1.2.3砂浆流动性
按照GB/T 1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》，测定标准稠度用水量、凝结时间。
1.2.4水泥强度
按照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》，测定标准养护试件3 d、7 d、28 d抗压强度。
1.2.5吸水率测定
将废黏土砖粉体置于电热鼓风干燥箱中105 ℃下烘干至恒重。取100 g物料浸泡到水中至一定时间(1 h、24 h)，转移到铺有饱水滤纸的0.045 mm标准筛上(已称重)，在空气中静置直至粉体表面面干，称重并计算。
2试验结果与分析
2.1 废黏土砖的粉磨特性
将废黏土砖经颚式破碎机破碎后，置于电热鼓风干燥箱内105 ℃下烘干3 h。每次称取废黏土砖5 kg，放入Φ500 mm×500 mm标准试验磨机内粉磨，制成5种不同细度的废黏土砖粉，其粉磨时间与比表面积、密度的关系见表3。
表3 废黏土砖粉磨时间对其物理性能的影响
由表3可见，废黏土砖比较容易粉磨。在开流磨中粉磨1 h，比表面积可达500 m2/kg左右。由其密度和吸水量变化可知，废黏土砖粉中存在孔隙，当粉磨时间达到90 min以上时，较大的孔隙全部被打开。
2.2 废黏土砖粉对水泥用水量及凝结时间的影响
根据胶凝材料火山灰性测定要求，按照硅酸盐水泥(95%熟料+5%脱硫石膏)70%、废黏土砖再生胶凝材料30%的比例配制试样，其标准稠度用水量和凝结时间见表4。
表4 废黏土砖粉对新拌水泥浆体性能的影响
由表4可知，将废黏土砖粉加入到水泥中，增加了水泥的标准稠度用水量(平均增加了17.9%)，随着废黏土砖粉比表面积的增加，标准稠度用水量增加(最高增加了23.4%)。这是由于废黏土砖粉为多孔体系，吸水量(1 h)较大引起的。废黏土砖粉加入到水泥中，会使初凝时间和终凝时间缩短，同时减小了初凝、终凝时间差。这是由于测定标准稠度用水量时间短(整个操作时间不超过6 min)，废黏土砖粉吸水量少，对标准稠度用水量影响不大。随着养护时间的增加，废黏土砖粉吸水量增加，使废黏土砖粉周围的浆体大量失水，失去流动性而凝结。根据废黏土砖粉的吸水特点，其对初凝时间的影响显著。
2.3 废黏土砖粉对水泥强度的影响
将不同比表面积的废黏土砖粉按照表5中的比例加入到水泥中，测定其强度，结果见表5。
表5 废黏土砖粉对水泥抗压强度的影响
由表5可知，废黏土砖粉具有火山灰活性，可以作为水泥活性混合材料。废黏土砖的烧结温度与烧黏土类似，其主要的化学成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3和少量CaO[5-8]，其矿物组成为石英、长石(主要是钾长石)、赤铁矿和非晶态物质，即黏土矿物脱水后形成的无定形SiO2、Al2O3和铝硅酸盐玻璃体[7-10]，部分石英颗粒有裂纹但含量不高，即活性SiO2含量不高[7]，这就是废黏土砖粉有活性但活性不高的原因。
随着比表面积的增加，掺30%废黏土砖粉水泥的早期和后期强度总体趋势上是增加的，但这不仅与废黏土砖粉的活性有关，还与废黏土砖粉对水泥浆体结构(固定水灰比)的影响有关。
在废黏土砖粉比表面积为513 m2/kg时，随着其掺量的增加，水泥强度降低。综合考虑水泥性能与废黏土砖粉掺量的关系，其在水泥中掺量为30%时，可以满足32.5级火山灰硅酸盐水泥要求。
3结论
3.1废黏土砖粉具有火山灰活性，可以制备再生胶凝材料，但其活性较低。
3.2将废黏土砖粉加入到水泥中，会引起水泥标准稠度用水量的增加和凝结时间的缩短。
参考文献：
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Evaluation and Application of Waste Fired Clay Brick Renewable Gelled Material
HAN Tao，JIN Xiu-zhi
(School of Materials Science and Engineering，North University of China，Taiyuan，Shanxi，030051，China)
Key words：waste fired clay brick；regenerated binding material；pozzolanic activity；cement；compressive strength
(编辑芋艳梅)
