利用城市廢渣磚制備膠凝材料的研究

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1、利用城市廢渣磚制備膠凝材料的研究牛福生1王國(guó)清2李富平1（1河北理工大學(xué)河北唐山0630092中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)北京100083）摘要本文介紹了一種利用城市廢渣磚制備復(fù)合膠凝材料的方法，研究表明，城市廢渣磚復(fù)合膠凝材料性能優(yōu)異，各項(xiàng)指標(biāo)均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)論文還就復(fù)合膠凝材料的水硬化機(jī)理作了簡(jiǎn)單的分析。關(guān)鍵詞廢渣磚膠凝材料水硬化1前言城市建筑廢渣磚是城市垃圾的一個(gè)重要組成部分，隨著城市的不斷發(fā)展壯大，因建筑物新建和對(duì)舊城改造而產(chǎn)生的廢渣磚數(shù)量在激劇增加，已成為城市環(huán)境工程的一大難題，不少城市的市政管理和環(huán)保部門為保持

2、城市環(huán)境的清潔，都在不同程度上加強(qiáng)了對(duì)建筑廢渣磚的管理和處置。目前我國(guó)相當(dāng)大數(shù)量的建筑垃圾是被直接運(yùn)往城郊進(jìn)行填埋或堆放，這種不負(fù)責(zé)的“污染轉(zhuǎn)移”的處理方式的危害性是極大的，一是在垃圾清運(yùn)過(guò)程中的會(huì)發(fā)生遺撒和粉塵、灰沙飛揚(yáng)等問(wèn)題造成對(duì)周圍環(huán)境的污染；二是會(huì)形成城郊垃圾堆放地的土地被大量占用、地下水污染和大氣污染。同時(shí)，與城市有機(jī)垃圾不同的是，建筑垃圾具有資源含量高、易重復(fù)利用等特點(diǎn)，而且建筑垃圾的礦物成分多以Al2O3、SiO2和CaO為主，和傳統(tǒng)的水泥、粘土等鋁硅質(zhì)礦物原料成分接近。因此，加強(qiáng)建筑垃圾的綜合治理，不僅

3、是清潔環(huán)境、減少污染的需要，也是資源可持續(xù)利用的一個(gè)重要方向。本文將利用廢渣磚具有的潛在活性，把廢渣磚磨成細(xì)粉，然后利用硅酸鹽水泥熟料作為激發(fā)劑，制備一種新型的復(fù)合膠凝材料。2試驗(yàn)原料及方法原料中建筑廢渣磚是以廢磚為主，約80%（質(zhì)量）左右，在配料前建筑廢渣磚應(yīng)被破碎成0～40mm的顆粒。石膏是指生石膏或半水石膏，采用生石膏時(shí)應(yīng)符合GB5483—85的規(guī)定，半水石膏應(yīng)符合GB9776—88的規(guī)定。石膏在配料前應(yīng)破碎成0～40mm的顆粒。所用水泥熟料3天抗壓強(qiáng)度為27.0MPa，28天抗壓強(qiáng)度為52.5MPa。試驗(yàn)所用的

4、廢渣磚和水泥熟料的主要化學(xué)成分見(jiàn)表1和表2。表1粘土磚原料的化學(xué)組成(%)CaOSiO2Al2O3Fe2O3MgO0.2577.9615.104.310.24表2水泥熟料的化學(xué)組成(%)CaOSiO2Al2O3Fe2O3MgO66.7321.964.112.293.223試驗(yàn)結(jié)果與討論該膠凝材料制作的試模是在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱（20±1℃，濕度96）中養(yǎng)護(hù)7d和28d；抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)分別采用ISO標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法和30mm×30mm×50mm凈漿強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)。3.1配制工藝廢渣磚膠凝材料的配制工藝簡(jiǎn)單、操作方便、工藝參數(shù)

5、控制容易。其配制工藝流程圖如1所示。稱量配料混合均勻磨細(xì)粒度檢測(cè)性能檢測(cè)成品包裝廢渣磚石膏水泥熟料破碎破碎圖1廢渣磚膠凝材料配制工藝流程圖3.2廢磚粉粒度廢舊磚粉的粒度不僅是其潛在活性的強(qiáng)弱的重要因素，不同粒徑的著廢舊磚粉，其被水泥等激發(fā)劑激發(fā)程度也有很大的不同，同時(shí)廢舊磚粉中一些超細(xì)粒子的存在也將對(duì)復(fù)合膠凝材料起著微粒填充作用和表面活性作用。試驗(yàn)選定三種粒徑：粗粒（34.590μm）、細(xì)粒（10.668μm）和超細(xì)粒（4.773μm）。以標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7天和28天強(qiáng)度為考核指標(biāo)，磚粉摻量為50%。由試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著廢磚粉

6、粒度越來(lái)越細(xì)，復(fù)合膠凝材料的強(qiáng)度值也越來(lái)越高。粒度為34.590μm時(shí)，其養(yǎng)護(hù)28天的最高強(qiáng)度為38.5MPa，而當(dāng)粒度降至為4.773μm時(shí)，其養(yǎng)護(hù)28天的最高強(qiáng)度可以達(dá)到70.5MPa，強(qiáng)度增長(zhǎng)率為83.2%。從圖上還可以看出，養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)粗粒度和超細(xì)粒度的復(fù)合膠凝材料強(qiáng)度影響較大，而當(dāng)粒度為中細(xì)顆粒時(shí)影響程度比較小。3.3廢磚粉摻量廢舊磚粉摻入量是影響膠凝材料性能的一個(gè)重要因素，本研究中選擇的廢舊磚粉摻入量分別為50%、60%、70%和80%，磚粉粒度為以在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)7天和28天強(qiáng)度為考核指標(biāo)，磚粉粒度為細(xì)

7、磚粉（10.668μm）。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨著廢舊磚粉摻入量的增加，磚粉—水泥復(fù)合膠凝材料整體的強(qiáng)度是下降的，摻量50%時(shí)，28天抗壓強(qiáng)度54.91MPa，摻量80%時(shí)，28天抗壓強(qiáng)度下降到29.1MPa，從養(yǎng)護(hù)齡期來(lái)看，總體強(qiáng)度也隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增長(zhǎng)而增強(qiáng)，但隨著廢舊磚粉摻入量增大，其強(qiáng)度增幅逐漸變小，如摻量80%時(shí)，養(yǎng)護(hù)7天和養(yǎng)護(hù)28天的強(qiáng)度從26.3MPa增長(zhǎng)到29.1MPa，強(qiáng)度增長(zhǎng)率僅為10.6%，而在摻量50%時(shí)，護(hù)7天和養(yǎng)護(hù)28天的強(qiáng)度從46.8MPa增長(zhǎng)到54.91MPa，強(qiáng)度增長(zhǎng)率為17.3%。從水灰比

8、的結(jié)果來(lái)看，磚粉—水泥復(fù)合膠凝材料的強(qiáng)度是隨著水灰比的增長(zhǎng)呈先上升到一定程度后再下降的趨勢(shì)，基本上最佳的水灰比在0.26~0.27之間，其對(duì)膠凝材料強(qiáng)度的影響程度也隨著磚粉摻入量的增加而增加。4城市磚粉復(fù)合膠凝材料形成機(jī)理4.1城市磚粉復(fù)合膠凝材料的水化紅磚是粘土在高溫煅燒冷卻形成的具有一定強(qiáng)度的固體，在冷卻的過(guò)程中形成一些具有潛