利用余泥渣土制备高强免烧砖的试验研究

刘 原，唐福尧，张 伟，陈 阳，马 旭

（1、珠海大横琴城市新中心发展有限公司 广东珠海 519030；2、中国铁建投资集团有限公司 北京 100855；3、中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉 430063；4、广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广州 510500）

关键字：余泥渣土；含水率；免烧砖；预压；高强

0 引言

伴随着经济和社会的快速发展，城市化建设日趋加速。据统计，中国大中城市开发建设产生的渣土类建筑垃圾已占到城市垃圾排放总量的15%～20%。目前，大部分工程渣土未得到资源化利用，基本都直接消纳弃置处理，这将造成较为明显的生态环保问题。余泥渣土的资源化利用显得尤为必要和迫切，开发盾构渣土的资源化利用技术可以有效实现废弃物安全处理与资源循环利用，促进生态文明建设，对于减少占地、避免环境污染、建设美好城市、建设资源节约型社会都具有十分重要的意义［1-5］。本研究旨在提高余泥渣土的综合利用率和附加值［6-7］，以余泥渣土为主要原料，水泥、石灰和砂为固化剂，通过一次压制成型制备余泥渣土免烧砖，分别研究固化剂配合比对免烧砖性能的影响。

1 原材料及配合比

1.1 原材料

1.1.1 余泥渣土

本研究所用余泥渣土为珠海市某隧道工程中所产生的余泥渣土，经过全部烘干破碎后可用于试验，其化学组成如表1所示。

1.1.2 水泥

本研究所使用的水泥为广州市某公司生产的P.O 42.5硅酸盐水泥。水泥的化学组成如表1所示。

1.1.3 生石灰

本研究所用生石灰由佛山市某公司提供，有效CaO含量为87.32%，中速石灰，其化学组成如表1所示。

表1 余泥渣土，P.O 42.5硅酸盐水泥和生石灰的化学组成（%）Tab.1 Chemical Composition of Residual Mud，P.O 42.5 Portland Cement and Calcined Lime （%）

1.1.4 细骨料

本研究选用的细骨料为普通河砂，符合《建筑用砂：GB/T 14684—2011》标准要求。该骨料含泥量为0.8 wt.%，细度模数为3.0，属于Ⅱ区中砂。

1.2 试验方法

先人工分拣出余泥渣土中的贝壳、石子等杂物；然后放入烘箱中，105 ℃烘干24 h后取出；自然冷却后，用锤式破碎机破碎成粒径不大于5 mm的渣土备用。

按照表2配合比称取一定量的水泥、石灰、砂及烘干破碎的备用渣土，均匀混合后加入水，将湿混合料搅拌10 min 后放入自制模具（模具尺寸为40 mm×40 mm×160 mm）中，用压力试验机在设定压力（12 MPa）下一次压制成型，1 d 后脱模，自然养护至规定龄期，测定其力学性能。

1.3 配合比

本研究以余泥渣土为主要原材料，通过加入水泥、石灰、砂等来制备免烧砖，配合比如表2所示。

表2 试验配合比Tab.2 Mix-proportion

2 试验结果与分析

使用压力试验机测试了各组试件的7 d 和28 d 抗压强度，其结果如表3所示。

表3 免烧砖7 d和28 d抗压强度Tab.3 7 d and 28 d Compression Strength of Unburned Brick

2.1 含水率对免烧砖强度的影响

如图1 所示，在预压应力10 MPa 下，免烧渣土砖的7 d 强度随含水率的增加而增加，在含水率为12%时，其抗压强度达23.2 MPa。但是其28 d 强度随着含水率的增加，成先增加后减小的趋势，这是因为免烧砖早期强度主要是由预压力压实所提供，渣土含水率越高，在相同的预压应力下，颗粒间接触更加紧密，但是在后期，随着水分的蒸发以及水泥水化消耗掉部分水，使得免烧砖孔隙率增加，使得强度有所损失［8］。

图1 含水率对渣土免烧砖强度的影响Fig.1 Effect of Moisture Content on Compression Strength of Unburned Brick

2.2 石灰对免烧砖强度的影响

水泥与粘土拌和后，水化产生Ca（OH）2和CSH 等水化物，Ca（OH）2随即被土质吸收。如果水泥土孔隙水仍处于Ca（OH）2过饱和状态，则CSH 等水泥水化物将不受周围土质的影响而正常生成；且由于有充裕的Ca（OH）2存在，土中活性物质和替代水泥而加入的活性材料便得以与Ca（OH）2进行充分的反应，生成CSH等水化物。在这种情况下，水泥土可得到较高的强度。如若水泥土孔隙水已不再为Ca（OH）2所饱和，则土质将继续吸收生成CSH所需的Ca2+、OH-，使水泥水化生成的CSH 量大大减少。且土中的活性物质及被加入的活性材料也因得不到足够的Ca（OH）2，而不能发生硬凝反应，因此导致水泥土强度低下。如图2 所示，在预压应力14 MPa、含水率为12%时，免烧渣土砖的7 d强度随着石灰掺量增加，水泥掺量减少，导致其7 d、28 d强度降低。这与黄新等人［9-10］的结论一致。

图2 不同石灰掺量对渣土免烧砖强度的影响Fig.2 Effect of Lime content on Compression strength of Unburned Brick

2.3 砂对免烧砖强度的影响

如图3 所示，加入的砂可以堆积形成骨架，可以显著提高免烧砖的强度。当渣土∶水泥∶砂=3∶3∶4时，所制备的免烧砖7 d 抗压强度达到37.6 MPa，28 d 抗压强度达到40.2 MPa。

图3 砂对渣土免烧砖强度的影响Fig.3 Effect of Sand on Compression Strength of Unburned Brick

3 结论

⑴以隧道盾构产生的余泥为主要原材料，通过加入水泥、石灰、砂等材料，经过预压成型可制备强度较高的免烧砖。

⑵随着渣土含水率的增大，制备的免烧砖7 d 抗压强度随着增大，28 d抗压强度先增大后减小；随着石灰掺量的增加，免烧砖的7 d、28 d抗压强度随着减小。

⑶随着砂的加入，制备的免烧砖的强度随着增大；当渣土∶水泥∶砂=3∶3∶4时，所制备的免烧砖7 d抗压强度达到37.6 MPa，28 d抗压强度达到40.2 MPa。