石材加工废弃物在保温隔热砌块中的应用研究

刘洪学

(福建省建筑科学研究院 福建福州 350025)

1 引言

石材工业是资源加工型产业，在石材从荒料加工为成品的过程中，约有一半的石材荒料成为石粉、石屑和边角料等废弃物，同时产生的石材废浆会污染当地的水质，造成“牛奶溪”，石粉会污染当地的空气质量，石材边角料堆积成“人造石山”，既占用场地又污染环境还浪费资源[1-4]。

将石材加工废弃物中的石粉和石屑作为保温隔热砌块原材料的替代物，可消耗大量的石材废弃物进行废物利用，提高了资源的利用率，对发展经济和环境保护具有重大的意义。

2 原材料和试验方法

2.1 原材料

(1)水泥

采用海螺PO42.5水泥，相关物理力学性能见(表1)。

表1 水泥物理力学性能

(2)粉煤灰

采用漳州益材粉煤灰开发有限公司生产的Ⅱ级粉煤灰，其物理性质见(表2)。

表2 粉煤灰物理性能(%)

(3)外加剂

采用福建省建筑科学研究院生产的FDN减水剂(粉剂)，掺量为胶凝材料的0.8%，其性能见(表3)。

表3 减水剂(FDN)性能

(4)拌合水

采用自来水。

(5)骨料

骨料采用普通石屑。

(6)废弃物石屑

把石材加工过程中产生的边角料废弃石材进一步破碎加工成石屑，其粒径小于5mm，其细度模数应在2.6～3.1之间。本试验采用的废弃物石屑的筛分数据见(表4)。

(7)石粉

石粉为石材切割、磨光时产生的废弃物，其最大粒径一般不大于0.075mm。

表4 石屑筛分试验结果

2.2 试验方法

2.2.1 保温隔热砌块的制备

保温隔热砌块的设计等级为MU7.5。基本配方中各材料的用量见(表5)。砌块成型过程中应调整拌合水的用量，并保持拌合物的稠度基本不变。

表5 砌块基本配方中各材料用量(kg/m3)

本试验采用在成熟的基本配方的基础上用石粉等量取代粉煤灰，取代率分别为 0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%，研究石粉取代率对保温隔热砌块主要性能的影响，确定最优石粉取代率并验证其余性能。

选择已确定的最优石粉取代率的配方，用废弃石屑取代普通石屑，取代率分别为 0%，25%，50%，75%，100%，研究石屑取代率对保温隔热砌块性能的影响，并确定最优石屑取代率。

2.2.2 保温隔热砌块的性能测试

依据GB/T 4111-2013《混凝土小型空心砌块试验方法》对保温隔热砌块的相对含水率、块体密度、抗压强度、干燥收缩率、软化系数、碳化系数、冻融试验进行试验。

依据GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》对保温隔热砌块放射性进行试验。

依据GB/T 13475-2008《绝热稳态传热性质的测定标定和防护热箱法》对保温隔热砌块的传热系数进行试验。

3 试验结果与分析

3.1 不同石粉取代率对砌块性能的影响

根据砌块的基本配方，分别制备不同的石粉取代率的砌块，并测试其性能参数见(表6)。

表6 石粉取代率对砌块基本性能的影响

可从(图1～3)直观的发现石粉取代率和保温隔热砌块各基本性能的关系。

图1 不同石粉取代率的砌块块体密度

图2 不同石粉取代率的砌块干燥收缩率

图3 不同石粉取代率的砌块抗压强度

由(图1，2，3)显示，当用石粉取代部分粉煤灰时，随着石粉取代率的增加，砌块的块体密度变化很小，总体上呈微增加的趋势变化。主要是因为石粉密度比粉煤灰的密度略大，石粉取代率的增加，导致砌块的块体密度微增加;随着石粉取代率的增加，干燥收缩率先减小再增大，抗压强度先增提高后降低，这是因为石粉不参与水泥的水化过程，而是包裹在骨料周围，并填充在骨料之间的孔隙内，主要起填充作用。水泥在水化过程中会产生很多微孔和内部毛细管，微孔和毛细管的压力会引起保温隔热砌块后期的自收缩，严重时会导致保温隔热砌块产生裂纹和裂缝，极大的损害砌块的力学性能。而石粉粒径较小，在水泥水化过程中可填充至微孔和毛细管内，在很大程度上抵消砌块内部微孔和毛细管的压力，弥补砌块的自收缩的缺陷，既增加保温隔热砌块的密实性，又降低保温隔热砌块内部开口大气孔和孔隙的数量，增加闭口气孔和闭口孔隙的数量，进而导致砌块的干缩率下降和强度的增加。当石粉取代率超过一定的数量，对拌合水的需求增大，进而造成更多的内部微孔和毛细管，会增加砌块的干缩率;多余的石粉粘附在骨料的表面，致使水泥浆对骨料的包裹性下降，并降低砌块的强度。根据(表6)，石粉取代率为15%时，性能最优。

按石粉取代率为15%的基本配方生产保温隔热砌块，进行其余相关参数性能测试，数据结果较优，其结果见(表7)。

表7 砌块其余相关参数性能数据

按石粉取代粉煤灰的取代率为15%的配方制备出一系列添加不同石屑取代率(废弃物石屑取代普通石屑)的保温隔热砌块，对其基本性能进行测试，其试验结果见(表8)。

可从(图4，5，6)直观的发现石屑取代率和保温隔热砌块各基本性能的关系。

表8 不同石屑取代率的砌块基本性能参数

图4 不同石屑取代率的砌块块体密度

图5 不同石屑取代率的砌块干燥收缩率

图6 不同石屑取代率的砌块抗压强度

(图4，5，6)显示，随着石屑取代率的增加，砌块的块体密度呈现缓慢减小的趋势，这是因为废弃石屑的密度比普通石屑的密度略小。砌块的干缩率和强度基本保持不变，这是因为与普通石屑相比，废弃石屑的比表面积变小，压碎指标变大。废弃石屑比表面积变小，导致水泥浆对骨料的包裹性变差;但在测试砌块强度时，砌块破碎状态不是骨料破碎，而是砌块最小肋和壁处的绝大部分的水泥浆破碎和很少部分的水泥浆与骨料粘结界面的剥离，因此，废弃石屑取代普通石屑后，对砌块强度影响不大。

由此可见，石屑取代率对砌块性能影响不大，为提高石材废弃物的综合利用率，石屑取代率可取100%。采用石屑取代率为100%的配方生产砌块，进行其余参数性能检测，其结果(见表9)。

表9 石屑取代率为100%时砌块的其余性能参数

由以上试验结果可知在保温隔热砌块中加入石粉是可行的，并且加入适量的石粉会对保温隔热砌块的强度有所提高，建议选择石粉取代粉煤灰的取代率为15%;在保温隔热砌块中加入废弃石屑是可行的，可用废弃石屑100%取代普通石屑时，对保温隔热砌块性能影响不大。在实际生产中的加入量应根据实际情况确定。

4 结论

(1)当用石粉取代部分粉煤灰时，随着石粉取代率的增加，砌块的块体密度变化很小，总体上呈微增加的趋势变化，干燥收缩率先减小再增大，抗压强度先增提高后降低，石粉取代率为15%时效果最佳。

(2)可用废弃物石屑部分甚至全部代替普通石屑，对砌块的整体性能影响不大。

[1]沈丽欢，钱琨，陈凯，等.石粉废弃物综合利用技术研究现状[J].石材，2011，(6):28-30.

[2]郭经纬.福建石材行业发展现状及思考[J].石材，2005，(11):33-36.

[3]许江林.利用新技术实现固体废弃物石粉的综合利用[N].中国建材报，2009-08-11(5271).

[4]宴辉.向福建石材工业行业发展进一言[J].石材，2002，(12):38-40.