河道淤泥制备免烧砖试验研究

俞毅，方丽春，张凯，应晓猛，祝志雄

（1.浙江省建筑材料科学研究所有限公司，浙江 杭州 311122；2.浙江红狮水泥股份有限公司，浙江 金华 321100；3.浙江青龙建材有限公司，浙江 龙游 324406）

0 前 言

我国地域辽阔，河流湖泊众多，随着时间的推移，河流湖泊之中会淤积大量淤泥[1]。近年来，浙江省着重加强河道清理，并取得较大成效，但每年清理河道会产生大量的淤泥，据统计，浙江省6万多公里河道淤泥淤积量已达到22亿m3，在“十三五”期间清淤量为3.5亿m3，每年淤积淤泥量达到1亿m3，每年均需清理大量淤积淤泥，因此，淤泥处置是亟待解决的问题。河道淤泥的资源化利用具有极其重要的现实意义。

目前，河道淤泥处置方式是通过打捞压滤后，再进行自然晾干，含水率满足一定条件后利用其进行烧结砖的制备，但消纳过程中会产生大量能耗，且工艺较为复杂[2]。免烧砖一般采用压制成型的方法，通过胶凝材料的粘结，将各类废弃物进行综合利用，而河道淤泥的主要化学成分也以硅铝酸钙为主，可有效的与水泥粘结，制备符合要求的绿色环保材料。

1 试 验

1.1 原材料

河道淤泥：湖州地区，经脱水、干燥后进行鄂破，呈粉状；石硝：桐庐富城墙体材料有限公司；磷石膏：云南曲靖地区，经球磨机粉磨后细度＜0.08 mm；水泥：P·O42.5水泥，安徽海螺水泥股份有限公司。原材料的主要化学成分见表1。

表1 原材料的主要化学成分 %

1.2 试验方案

1.2.1 配合比设计

研究河道淤泥以不同比例替代石硝对免烧砖性能的影响，水泥掺量固定为总量的10%，水料比根据成型情况确定。再根据确定的最佳配合比（质量比），外掺磷石膏，研究磷石膏对免烧砖性能的影响，具体配合比如表2和表3所示。

表2 河道淤泥试验配合比

由表2可知，随河道淤泥掺量的增加，水料比相应增大，物料需水量增加，这是由于河道淤泥于粉料状态，增加了需水量。

表3 磷石膏掺量配合比

1.2.2 河道淤泥制备免烧砖过程

免烧砖通过压制成型制备，在直径50 mm的圆柱型模具中，加入相同质量的样品，经压力机提高压力至20 MPa左右，持压30 s后脱模，脱模样品在标准养护箱中养护28 d，样品高度控制在45～55 mm，直径为50 mm，成型模具及成型样品如图1所示。

图1 成型模具及成型样品

1.2.3 性能测试

根据GB/T 4111—2013《混凝土砌块和砖试验方法》测试免烧砖的外观形态、含水率、吸水率、密度、收缩率、抗压强度、抗冻性等性能。

2 试验结果与讨论

2.1 河道淤泥对免烧砖外观形态的影响

外观形态是建材制品最基础形态，影响销售及施工[3]。河道淤泥替代石硝免烧砖及外掺磷石膏免烧砖的外观形态见图2。

图2 免烧砖的外观形态

从图2（a）可以看出，随着河道淤泥掺量的增加，坯体的外观形态变得更加光滑，这是由于河道淤泥为粉状，填充了坯体空隙，使表面光整度增加；从图2（b）可以看出，随球磨后磷石膏掺量的增加，坯体的表面光整度也会有所提高。

2.2 河道淤泥及磷石膏掺量对免烧砖含水率的影响（见表4、表5）

表4 河道淤泥掺量对免烧砖含水率的影响

由表4可知，随着河道淤泥掺量的增加，含水率呈现先减小后增大的趋势，在河道淤泥掺量为18%时，含水率最低，较未掺时下降4.81%。主要是河道淤泥较细，适当掺量淤泥可填充在坯体空隙中，使水份含量减少；但随着淤泥掺量进一步增加，会使整体砖块变得松散，使其含水率增大。

表5 磷石膏掺量对免烧砖含水率的影响

由表5可知，磷石膏的掺加会影响免烧砖的含水率，随磷石膏掺量的增加，免烧砖的含水率逐渐增大，且增幅较大。

2.3 河道淤泥及磷石膏掺量对免烧砖吸水率的影响

在饱和水状态下，免烧砖内的空隙都会被水填充满，从而也可反应出坯体中空隙的大小与紧密性。河道淤泥及磷石膏掺量对免烧砖吸水率的影响分别见表6、表7。

表6 河道淤泥掺量对免烧砖吸水率的影响

由表6可知，随着河道淤泥掺量的增加，免烧砖的吸水率先减小后增大，河道淤泥掺量为18%时，免烧砖吸水率最低，相比未掺河道淤泥的降低了4.65%，这说明河道淤泥在掺量18%时可有效填充到免烧砖中，使免烧砖中的空隙减少，增加了紧密性；当河道淤泥掺量高于45%时，吸水率呈现较快的增加，这可能是由于细颗粒土的增加，使坯体中细微空隙大量增加，使吸水率增加。

表7 磷石膏掺量对免烧砖吸水率的影响

由表7可知，随着磷石膏掺量的增加，吸水率呈现不断增大趋势，相对于淤泥掺量增加偏大，这说明磷石膏并不能有效的填充在坯体中，使坯体的粘结力下降，空隙增加。

2.4 河道淤泥和磷石膏掺量对免烧砖密度的影响（见表8、表9）

表8 河道淤泥掺量对免烧砖密度的影响

由表8可知，随着河道淤泥掺量的增加，坯体密度呈现先增大后减小的趋势。

表9 磷石膏掺量对免烧砖密度的影响

由表9可知，磷石膏的掺入会使免烧砖密度呈减小趋势，这也说明了磷石膏不能有效地和坯体其余物质结合在一起。

2.5 河道淤泥和磷石膏掺量对免烧砖收缩率的影响

免烧砖的收缩对施工有较大的影响，会引起建筑物的开裂，若收缩较大，会使建筑受力不均匀[4]。河道淤泥和磷石膏掺量对免烧砖收缩率的影响分别见表10、表11。

表10 河道淤泥掺量对免烧砖收缩率的影响

由表10可知，随着河道淤泥掺量的增加，免烧砖的收缩率先减小后增大，河道淤泥掺量为18%时，坯体收缩率最小，较未掺河道淤泥的下降了17.65%，这是由于适量的河道淤泥填充了坯体中的空隙结构，使其更加致密。

表11 磷石膏掺量对免烧砖收缩率的影响

由表11可知，随着磷石膏掺量的增加，收缩率呈现波动状，但总体呈现增大趋势，这说明磷石膏的掺入会增大免烧砖的收缩率。

2.6 河道淤泥和磷石膏掺量对免烧砖软化系数的影响（表12、表13）

表12 河道淤泥掺量对免烧砖软化系数的影响

由表12可知，随着河道淤泥掺量的增加，坯体的软化系数呈现下降趋势，河道淤泥掺量为0～27%时，软化系数均大于0.80；当河道淤泥掺量大于27%时，软化系数呈现快速下降趋势，说明淤泥掺量过多会导致免烧砖耐水性降低。

表13 磷石膏掺量对免烧砖软化系数的影响

由表13可知，磷石膏掺量对软化系数有较大影响，随着磷石膏掺量的增加，软化系数呈现先减小后增大的趋势。

2.7 河道淤泥和磷石膏掺量对免烧砖抗压强度的影响（见表14、表15）

表14 河道淤泥掺量对免烧砖抗压强度的影响

由表14可知，随着河道淤泥掺量的增加，抗压强度先提高后降低，河道淤泥掺量为18%时，抗压强度最高，较未掺河道淤泥的提高了18.20%，说明适量的河道淤泥可有效提高坯体的抗压强度，当河道淤泥掺量达到36%后，抗压强度比未掺河道淤泥的低，掺量增加到45%后，抗压强度低于10 MPa。

表15 磷石膏掺量对免烧砖抗压强度的影响

由表15可知，随时磷石膏掺量的增加，坯体的抗压强度先下降后逐步稳定，说明掺加磷石膏会影响免烧砖的抗压强度。

2.8 河道淤泥和磷石膏掺量对免烧砖抗冻性的影响

15次冻融循环后，不同河道淤泥和磷石膏掺量免烧砖的表观形态见图3、图4，冻融循环前后不同河道淤泥掺量免烧砖的抗压强度变化见图5。

图3 不同河道淤泥掺量免烧砖冻融循环后表观形态

图4 不同磷石膏掺量免烧砖冻融循环后表观形态

从图3可以看出，在河道淤泥掺量为54%时，坯体四周有所剥落；而掺量为63%时，损失加剧，表现出更大的质量损失。从图4可以看出，不同磷石膏掺量的坯体在15次冻融循环后并未有明显的质量损失。

图5 河道淤泥掺量对免烧砖抗冻性的影响

从图5可以看出，在河道淤泥掺量低于45%时，强度均未有损失；随着河道淤泥掺量进一步增加，15次冻融循环后其抗压强度出现迅速下降，在掺量为63%时，强度损失达到56.48%，已不能应用于工程中。

3 结 论

（1）采用河道淤泥替代石硝可进行免烧砖的制备，当河道淤泥替代石硝掺量为18%时，免烧砖的性能最优，相比于未掺河道淤泥的含水率下降了4.81%，吸水率下降了4.65%，收缩率下降了17.65%，抗压强度提高了18.20%。

（2）当河道淤泥掺量高于27%时，软化系数低于0.80，并通过掺量的增加出现直线下降趋势。

（3）磷石膏掺入会降低免烧砖的性能，但在控制一定量的情况下，也可消纳一定固废磷石膏。

（4）河道淤泥掺量为63%时，15次冻融循环后抗压强度损失率为56.48%，不符合GB/T 21144—2007的要求，河道淤泥掺量在54%以内，抗冻性均可满足GB/T 21144—2007的要求。