温度对糖蜜乙醇废液烧结页岩砖裂缝的影响

黄榜彪，祁伟伟，韦湘康，黄秉章，刘阳，李治，廖天权，张贝，潘佳玉

（1．广西科技大学土木建筑工程学院，广西柳州 545006；2．华中科技大学光学与电子信息学院，湖北武汉 430074；3．广西科技大学鹿山学院，广西柳州 545006；4.College of Civil Engineering and Surveying，University of Portsmouth，Portsmouth po1 2ah，England）

温度对糖蜜乙醇废液烧结页岩砖裂缝的影响

黄榜彪1，2，祁伟伟1，韦湘康3，黄秉章4，刘阳1，李治1，廖天权1，张贝1，潘佳玉1

（1．广西科技大学土木建筑工程学院，广西柳州 545006；2．华中科技大学光学与电子信息学院，湖北武汉 430074；3．广西科技大学鹿山学院，广西柳州 545006；4.College of Civil Engineering and Surveying，University of Portsmouth，Portsmouth po1 2ah，England）

糖蜜乙醇废液烧结页岩砖是一种新型墙体材料。温度是糖蜜乙醇废液烧结页岩砖裂缝产生的一个重要因素。通过设计对比实验分析在烧制糖蜜乙醇废液烧结页岩砖的不同阶段，温度对糖蜜乙醇废液烧结页岩砖裂缝产生的原因，并分析裂缝对糖蜜乙醇废液烧结页岩砖抗压强度的影响，初步制定出了较为合理的温度控制程序，为糖蜜乙醇废液烧结页岩砖的规范化烧制提供了依据。

温度；糖蜜乙醇废液；页岩砖；裂缝；抗压强度

0　引言

随着制糖工业的发展，糖蜜乙醇废液的合理处置已经成为制约城市发展的枷锁。糖蜜乙醇废液极具营养化，颜色深，易发臭变质，属于高浓度有机废水，如果直接排放将严重影响周围水体的污染，因此急需寻求符合我国实际情况的糖蜜乙醇废液减量化、无害化、资源化处理的有效途径[1]。根据糖蜜乙醇废液的特点，在烧制页岩砖的过程中掺入糖蜜乙醇废液，不仅能够将废液中的有机物、无机物、病菌、微生物以及重金属等对自然环境构成危害的有害物质彻底无害化，而且还能利用废液中的有机物燃烧产生的热量，进而节省烧砖过程中煤的用量[2]。因此，糖蜜乙醇废液页岩砖的研究与推广不仅可以将糖蜜乙醇废液无害化处理，而且也可以使其变废为宝，创造一定的经济效益。

在制坯的过程中，坯体成型主要是靠机械的挤压力以及坯体中糖蜜乙醇废液与各矿物之间的相互作用力，由于页岩间的粘结力较小，当坯体外表面与坯体内部形成较大的应力差时，坯体就会开裂[3]。实验结果表明，温度是控制砖体裂缝形成的一个重要因素。因此，在砖坯烧制过程中对温度的控制尤其重要。

1　实验

1.1原材料

（1）页岩

页岩采自柳州市周边的普通页岩，将页岩烘干后放入标准筛进行筛分，取粒径小于0.2 mm的页岩，其主要化学成分见表1。

表1　页岩的主要化学成分%

（2）糖蜜乙醇废液

糖蜜乙醇废液的突出特点是浓度高，含有大量不易降解的色素、硫酸根、氮根、有机酸等，并且还含有大量碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物[4]，主要成分及含量见表2。

表2　糖蜜乙醇废液的主要成分及含量%

（3）添加剂

添加剂由98%的钠基膨润土、1%的水溶性阴离子电解质聚合物、1%的水溶性磷酸盐配制而成。

1.2实验过程

按照页岩75%、糖蜜乙醇废液20%、添加剂5%的比例加入搅拌机，搅拌至砖坯具有良好的和易性、可塑性。试验所用的砖坯全部由手工制作，试样规格为240 mm×115 mm×53 mm。制作配比相同的糖蜜乙醇废液烧结页岩砖砖坯100块，从中随机选出70块平均分为7组，并编号A、B、C、D、E、F、G，其余30块备用（替换A～G中不能满足实验要求的砖坯）。其中A、B组用于干燥阶段的实验，C、D、E组用于烧结阶段的实验，F、G组用于冷却阶段的实验。

2　实验结果与分析

2.1干燥阶段温度对砖坯裂缝的影响

砖坯的干燥阶段对砖的烧结质量有着重要的影响，而在砖坯干燥阶段温度控制又起着非常重要的作用。为此，选取A、B两组砖坯，在干燥阶段进行温度控制，分析温度对砖坯裂缝形成的影响。分别将这2组砖坯放入事先设置好的2种不同温度控制程序的干燥箱中进行干燥，并对砖坯表面的裂缝进行实时观察、记录，结果见表3。

表3　干燥阶段温度对砖坯裂缝的影响

通过对比表3数据可知：B组砖坯产生的裂缝多于A组砖坯的裂缝。因为在干燥阶段，坯体表面干燥后，坯体内部水分的蒸发致使坯体内部膨胀，导致坯体内部的压力增大，进而使坯体内部与表面存在较大的压力差[5]。当这种压力差过大时，坯体表面将产生裂缝。其热量传导的路线是由砖坯外表面向砖坯内表面传递的。若温度梯度变化速率过快，会使坯体表面的水分蒸发过快，而坯体内部的水分却不能及时得到蒸发。这种裂缝出现的概率较大，裂缝的数量也较多。虽然裂缝的宽度较窄、深度较浅，但是坯体进入烧结阶段后，这种裂缝会在温差作用下继续发展，宽度加大、深度加深，最终将导致成品砖的抗压强度大幅度降低。所以，在砖坯干燥阶段一定要选择合理的温度控制程序。

2.2烧结阶段温度对砖坯裂缝的影响

在烧结阶段，裂缝的形成一般是在预热阶段和保温阶段这2个阶段。为了更好地分析在这2个阶段中不同的温度控制程序对砖体裂缝的影响，试验选取干燥后的糖蜜乙醇废液烧结页岩砖砖坯（无明显裂缝）30块，即C、D、E 3组分别放入硅钼电阻炉中进行烧结，并采用3种不同的温度控制程序进行对比实验（见表4）。

表4　烧结阶段中不同的温度控制程序

2.2.1预热阶段

在预热阶段，温度将直接影响坯体裂缝的形成。实验根据以下3个阶段予以分析：

预热阶段初期，其热量由坯体外部向内部的传导路径进行传递。此时，坯体内部温度未达到易燃物的燃点，对热量的传递影响较小。因此，由温差引起的坯体内、外压力差相对较小，出现裂缝的几率不大。

预热阶段中期，当温度达到易燃物的燃点时，易燃物开始剧烈的化学反应和物理反应，并在较短时间内会释放出大量的热量。此时，热量传导路径将发生质的改变，其传导路径改为由坯体内部向外部，使坯体内外产生极大的温度差，砖坯在温度差的作用下内外产生较大的应力差，最终致使坯体产生明显的裂缝。

预热阶段末期，坯体内部的易燃物已经燃烧殆尽，其热量的传导路径又转变为预热初期的传导路径。所以，出现裂缝的几率不大。

2.2.2焙烧阶段

当坯体进入焙烧阶段后，坯体内部将会发生大量的复杂的物化反应。如果高温焙烧时间过长，致使砖体的部分区域呈现黑色或紫色透黑，砖体体积有收缩，引起砖体不规则变形，并由此产生明显的破坏裂缝。图1为烧结砖焙烧阶段产生的裂缝。

图1　烧结砖焙烧阶段产生的裂缝

此时产生的裂缝对烧结砖体最为不利。所以，要严格控制糖蜜乙醇废液烧结页岩砖焙烧阶段的温度和焙烧时间。

2.2.3烧结阶段裂缝产生对抗压强度的影响

坯体在预热阶段产生裂缝一般宽度较大，深度也较深，有的裂缝几乎可以贯穿整个坯体。此阶段产生的裂缝不但破坏坯体的外观，而且将大大降低坯体的抗压强度。从C组中选出3块无明显裂缝的砖块，编号分别为1、2、3，从D组选出3块在预热阶段出现明显裂缝的砖块，编号分别为4、5、6，从E组选出3块在焙烧阶段出现明显裂缝的砖块，编号分别为7、8、9，按照GB/T 2542—2012《砌墙砖试验方法》进行抗压强度试验。烧结阶段有无明显裂缝砖坯的抗压强度对比见表5。

从表5可知：（1）D组实验所烧制的砖坯中，裂缝在预热阶段增长的数量要远远多于C组实验中相同阶段裂缝增长的数量；在焙烧阶段，E组实验所烧制的砖坯中，裂缝在焙烧阶段增长的数量要远远多于C组实验中相同阶段裂缝增长的数量。这是因为，在预热阶段升温速率过快，电阻炉中的温度会很快达到易燃物的燃点，放出大量的热量，使坯体内外产生极大的温差，进而产生极大的压力差，致使坯体产生明显的裂缝；在焙烧阶段焙烧时间过长，致使砖体发生严重变形，形成严重的破坏裂缝。（2）4、5、6号砖坯有明显裂缝的砖体的抗压强度要远远低于1、2、3号砖坯没有明显裂缝的砖体；7、8、9号砖坯的抗压强度虽然满足要求，但是由于砖体发生严重变形，且产生严重的破坏裂缝，不能用于实际工程。所以，在烧结阶段温度控制是非常必要的。

表5　焙烧阶段有无明显裂缝的砖坯抗压强度对比

2.3冷却阶段温度对砖坯裂缝的影响

在冷却阶段，在温差的作用下仍然会使砖体产生裂缝。若温度下降速率过快，砖体表面会快速冷却，导致砖体表面急剧收缩。但由于砖体内部温度较高，会导致砖体膨胀。砖体内外产生较大的应力差，在应力差的作用下砖体将产生拉伸裂缝，这种裂缝一般断口较为锋利，断面有较为明显的拉伸效果。

同时，因为页岩中含有大量的石英颗粒[6]。当温度在500～600℃时，游离的石英颗粒将转变为石英，坯体收缩剧烈，坯体内会产生较大应力差，导致坯体开裂。所以在冷却过程中，不能使温度下降过快。但温度降低速率也不应过慢，一方面，将会导致裂缝的出现；另一方面，温度降低速率过慢将延长企业的生产周期，降低生产率及利润率。图2为烧结砖冷却阶段产生的裂缝。

图2　烧结砖冷却阶段产生的裂缝

因此，在冷却阶段，要选择较为合适的降温程序，并控制好温度变化速率，以防止裂缝的产生。

3　结语

（1）在干燥阶段，制定合理的干燥程序是烧制无明显裂缝的糖蜜乙醇废液烧结页岩砖的先决条件。根据试验情况，砖坯干燥阶段温度宜控制在100℃左右，且升温速率不宜过快。

（2）对于糖蜜乙醇废液烧结页岩砖而言，预热阶段极其重要，因为这一阶段是裂缝形成的主要阶段。在预热阶段必须缓慢升温，必要时可以适当延长预热时间，使砖坯内外受热均匀。尽量避免砖坯在此阶段中出现裂缝，确保页岩砖的基本性能。

（3）在焙烧阶段，一定要有充足焙烧时间，但时间又不宜过长，这样不仅可以避免烧制过程中砖体裂缝的产生，而且可以降低成本和提高效率。

（4）在冷却阶段，主要是要控制好糖蜜乙醇废液烧结页岩砖的降温程序，避免其在此阶段出现裂缝，影响页岩砖的基本性能。

[1]王利军.用离子交换纤维从糖蜜酒精废液中提取色素的研究[D].南宁：广西大学，2008.

[2]吴振强.甘蔗糖蜜酒精废液色素提取及其特性研究[D].广州：华南理工大学，1997.

[3]黄中，黎喜强，朱基珍，等.温度对污泥烧结页岩砖裂缝的影响[J].新型建筑材料，2013（9）：43-45，55.

[4]黄榜彪，武卫峰，朱基珍，等.蔗糖酒精废醪液页岩砖的研发[J].广西大学学报：自然科学版，2015（4）：915-920.

[5]黄榜彪，景嘉骅，黄中，等.温度对轻质烧结页岩砖裂缝的影响[J].新型建筑材料，2011（3）：37-40.

[6]于漧.页岩烧结砖的优势及发展方向[J].砖瓦世界，2006（1）：23-24.

Effect of temperature on molasses alcohol waste sintered shale brick cracks

HUANG Bangbiao1，2，QI Weiwei1，WEI Xiangkang3，HUANG Bingzhang4，LIU Yang1，LI Zhi1，LIAO Tianquan1，ZHANG Bei1，PAN Jiayu1
（1.College of Civil and Architectural Engineering，Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545006，China；2.College of Optical and Electronic Information，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China；3.Lushan College of Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545006，China；4.College of Civil Engineering and Surveying，University of Portsmouth，Portsmouth po1 2ah，England）

Molasses alcohol waste sintered shale brick is a new type wall material.Temperature is an important factor in molasses alcohol waste sintered shale brick cracks.Compared by designing experiments in firing molasses alcohol waste sintered shale brick at different stages，the temperature causes on the waste molasses alcohol sintered shale brick cracks，and the impact of cracks to molasses alcohol waste sintered shale brick are analyzed.A more reasonable temperature control program is initially formulated for providing a standardized basisof molasses alcohol waste sintered shale brick firing.

temperature，molasses alcohol waste，shale brick，crack，compressive strength

TU522.1+2

A

1001-702X（2016）10-0032-04

广西科技厅项目（桂科攻15248002-1）；广西科技大学研究生教育创新计划项目（GKYC201630）

2016-03-13；

2016-04-18

黄榜彪，男，1964年生，广西桂平人，教授级高级工程师，研究方向：新型建筑材料。