建筑淤土制备免烧陶粒的可行性研究★

唐绍春 江 涛 潘志超 卢樟锋 方家宏

(浙江大学宁波理工学院，浙江 宁波 315100)

·建筑材料及应用·

建筑淤土制备免烧陶粒的可行性研究★

唐绍春 江 涛 潘志超 卢樟锋 方家宏

(浙江大学宁波理工学院，浙江 宁波 315100)

采用蒸汽养护技术，通过试验研究了以建筑淤土为主要原材料，制备免烧陶粒的可行性，对试验所用其他材料及方法作了介绍，研究结果表明，以建筑淤土为主要组成材料，并辅以水泥、石灰石和石膏可以制备出免烧陶粒。

建筑淤土，免烧陶粒，筒压强度，吸水率

随着宁波市建设步伐加快和城市规模的扩大，建设过程中产生的废弃物数量逐年巨幅增长。高层建筑及桥梁建设施工过程中每根灌注桩产生3 m3建筑渣土，折质量约为4 t。自2005年以来，市区每年由此产生的建筑渣土量在300万m3以上。因此，如何系统化、资源化处置建筑淤土已成为各地市政部门重点解决的问题。尽管利用建筑淤土，湖底污泥和粉煤灰等工业废渣烧制陶粒是其资源化利用的主要方式，但是也存在一定的缺陷，如：需要消耗大量能源、工艺技术复杂、推广存在难度等。因此，应当寻求一种新的资源化利用技术。与烧制陶粒相比，免烧陶粒具有强度高，软化系数较高，耐久性好和耐酸碱腐蚀等优点[1]。在国内外目前免烧陶粒技术的研究中，多以粉煤灰为基材。在欧洲，荷兰的Hoognvens公司从20世纪90年代初开始研制粉煤灰免烧陶粒，并获得成功，其粉煤灰掺量可达90%以上，并建立了年产35万t粉煤灰轻集料生产厂，产品性能良好，各项质量指标均能达到ASTM要求，且具有生产工艺简单、能耗小、成本低等优点[2]。

以建筑淤土为基材制备免烧陶粒，目前尚无相关研究成果报道，但是利用其制备免烧墙体材料，相关学者已进行了大量研究。中国科学院青海盐湖研究所的李宁等研究了以建筑垃圾为原料，采用免烧免蒸工艺生产免烧砖的技术，研究结果表明免烧砖的各项指标均满足GB/T 21144-2007混凝土实心砖标准要求[3]。安徽理工大学徐子芳以建筑垃圾、污泥、粉煤灰、水泥为主要原料，加入石膏作为粉煤灰活性的激发剂，采用自然养护方式制备免烧砖，产品质量检测结果表明免烧砖抗压强度为13.75 MPa，抗冻融强度为12.60 MPa，耐候性能优良，导热系数为0.205 W/(m·K)，保温性能好，同时其环保指标也达到了A类建筑材料标准[3]。湖南科技大学彭美勋等人以压力成型方法用高含土建筑垃圾制备免烧墙体材料，墙体材料7 d饱水抗压强度远超过普通烧结砖,其制备成本也低于普通烧结砖[5]。这些研究结果为建筑淤土免烧陶粒的制备提供很好的理论和实验基础。鉴于此，本实验以建筑淤土为原料，建筑淤土用量大于40%，在加入普通硅酸盐水泥，石灰石，石膏，水玻璃等原料中寻找最好的配合比，利用免烧工艺制得筒压强度为1.0 MPa～3.0 MPa的免烧陶粒。

1 原材料及实验方法

1)建筑淤土的物理和化学特征。建筑淤土(YT)：取至宁波鄞州区万达广场西和联盛广场间的工地，含水率为26%，比重为2.788 mg/m3，建筑淤土的主要化学元素如表1所示。由表1建筑淤土化学成分的XRF分析结果可知，Si，Fe，Al，K和Ca五种主要元素的质量总量占元素总质量的90%以上，而在上述元素中Si，Fe和Al含量最高，这说明淤土中含有大量的SiO2，Fe2O3和Al2O3等氧化物，这有利于其进行各种无机建筑材料的制备。此外，土样中有较高含量的K和Na，说明本文所用建筑淤土为碱性。建筑淤土可塑性分析如表2所示，由其可知淤土液限值超过了30%，说明其亲水性较好，有利于免烧成型。

表1 所用淤土的主要化学元素 %

表2 建筑淤土的液限和塑限指标测试结果

2)其他原材料。

水泥：42.5级普通硅酸盐水泥；水玻璃：市售，模数为2.5；石灰石：市售，细度500目；石膏：市售，细度120目；水：自来水。

3)实验方法。a.淤土使用前需烘干处理(120 ℃，24 h)，烘干后的淤土入球磨机粉磨，至0.08 mm方孔筛筛余量小于8%；b.淤土粉磨好后，与水泥按比例用搅拌机混合均匀，然后成球；c.水玻璃溶于水，成球过程中均匀喷入粉料中；d.成球后的陶粒入蒸养箱蒸养，温度为4 h升至95 ℃，保温16 h，4 h降到室温，总计24 h；e.蒸养后的陶粒入标准养护室养护至28 d；f.测陶粒28 d的表观密度和筒压强度。成型好的免烧陶粒见图1。检测方法按照GB 17431.2-2010轻集料及其试验方法第2部分轻集料试验方法执行。

2 实验结果及讨论

1)基础试验。由表3的实验结果可知，随着建筑淤土用量的增加，免烧陶粒的筒压强度下降较为明显，但最低强度仍大于1.0 MPa。淤土用量对陶粒的1 h吸水率影响明显，当淤土掺量不大于70%时，其1 h吸水率最大仅为6.2%，远低于15%的设计要求，但是当建筑淤土用量增大至80%时，其1 h吸水率快速增加至18.6%，已无法满足设计要求。随着建筑淤土与水泥的配比不同，表观密度呈递减形势，以上结果表明，以建筑淤土为主要原料可以制备出符合要求的免烧陶粒，但建筑淤土用量不宜大于80%。2)辅助材料对陶粒性能的影响。为了进一步降低建筑淤土免烧陶粒的成本，本文还研究了用石灰石和石膏代替部分水泥制备免烧陶粒，同时也考虑了水玻璃使用对陶粒的影响，添加辅助材料后，陶粒的组成和性能测试结果如表4所示。由其可知，随着石灰石和石膏用量的增加，水泥用量的降低，陶粒的筒压强度也出现了明显的下降，但是陶粒的最小筒压强度仍有1.9 MPa，大于设计值，因此用石灰石和石膏代替水泥制备建筑淤土免烧陶粒具有可行性。

表3 陶粒性能基础实验结果

表4 辅助材料对陶粒性能的影响

由表1可知，由于建筑淤土中含有一定量的SiO2和Al2O3等氧化物，因此可以使用水玻璃对其进行碱活性激发，以提高陶粒的筒压轻度。但由表4的结果可知，对于A7组试样，与A9相比，尽管其水泥用量仅为3%，但是水玻璃用量最大为5%，水玻璃用量的增加对陶粒的筒压强度影响并不明显。表4中陶粒1 h吸水率的结果，石灰石和石膏的使用会增大陶粒的吸水率，但是其最高值仍小于15%，能满足设计要求。表4中陶粒的堆积密度测试结果显示，建筑淤土免烧陶粒的堆积密度最大为1 039 kg/m3，最小为852 kg/m3，能够满足GB 17431.2-2010轻集料及其试验方法第1部分轻集料对人造轻粗集料的要求。

3 结语

1)以建筑淤土为主要原料，可以制备出堆积密度852 kg/m3～1 039 kg/m3，筒压强度大于1.9 MPa，1 h吸水率小于15%的免烧陶粒，但是建筑淤土用量不宜大于70%；2)水泥用量对建筑淤土免烧陶粒的筒压强度、1 h吸水率有显著影响，上述指标随着水泥用量的减小而降低；3)水玻璃的使用对建筑淤土免烧陶粒性能的影响并不显著。

[1] 阎振甲，何艳君.陶粒生产实用技术[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2] 邹志祥.粉煤灰免烧轻集料的制备及其路基强度的实验研究[D].合肥：安徽理工大学，2007.

[3] 汪发红，李 宁.建筑垃圾生产免烧砖技术研究[J].混凝土与水泥制品，2011(12):56-58.

[4] 徐子芳，张明旭，李金华.用污泥建筑垃圾研制免烧砖的实验研究[J].非金属矿,2011(5):11-14.

[5] 彭美勋，蒋建宏，申少华.用高含土建筑垃圾制备免烧墙体材料的实验研究[J].硅酸盐通报,2011(2):482-486.

On feasible study of unbaked ceremsite made by architectural soft soil★

TANG Shao-chun JIANG Tao PAN Zhi-chao LU Zhang-feng FANG Jia-hong

(NingboCollegeofTechnology,ZhejiangUniversity,Ningbo315100,China)

The paper adopts the steam curing technique, researches the architectural soft soil as the main raw materials by the tests and the feasibility for the unbaked ceremsite, introduces other materials and methods in the tests, and proves by the research results that ceremsite can be made with the main materials of the architectural soft soil and cement, limestone and gypsum unbaked.

architectural soft soil, unbaked ceremsite, cylinder pressure strength, water absorption

1009-6825(2014)28-0116-02

2014-07-24★：宁波市择优委托项目(项目编号：2011C11009)；国家级大学生创新创业训练计划项目(项目编号：201313022013);宁波市农村与社会发展领域科技计划(项目编号：51108415)

唐绍春(1992- )，男，在读本科生； 江 涛(1993- )，男，在读本科生； 潘志超(1993- )，男，在读本科生； 卢樟锋(1993- )，男，在读本科生； 方家宏(1993- )，男，在读本科生

TU521

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