污泥陶粒绿色自保温混凝土的研究和应用

杨飞，陈传飞，杨晓华，张龙，邵光昂

（1.浙江方远建材科技有限公司，浙江 台州　318000；2.台州市建设工程质量检测中心，浙江　台州　318000）

污泥陶粒绿色自保温混凝土的研究和应用

杨飞1，陈传飞2，杨晓华1，张龙1，邵光昂1

（1.浙江方远建材科技有限公司，浙江 台州318000；2.台州市建设工程质量检测中心，浙江台州318000）

本文通过对污泥陶粒绿色自保温混凝土的成功研制和应用，解决了城市污水处理厂的污泥处置问题，变废为宝。配制 LC10～LC25的陶粒混凝土，更好的利用陶粒混凝土自保温性能有效的解决建筑结构体系的热工性能，实现了废弃物资源化与综合利用，贯彻了我国发展循环经济和节能减排政策，具有良好的社会经济效益和技术前景。

污泥；污泥陶粒；绿色自保温混凝土；绿色生产管理；资源；环保

0　引言

随着全球能源紧缺和环境污染的日益严重，全世界在要求建筑节能、绿色环保方面已成为关注的焦点，随之提出了绿色建筑的概念。绿色建筑有三个要求：节约资源；保护环境；提供健康、安全、舒适的居住环境，通过绿色建筑的设计建设来达到创造物质循环生态系统，保障资源综合利用，降低能源消耗，实现材料资源的减量化、资源化和再利用。在欧洲发达国家，应用绿色环保建筑技术，善待自然的建筑越来越多，每平方米的建筑能耗可以减少40%～70% 左右。

作为在工业与民用建筑构件得到广泛使用的混凝土，现已作为绿色技术改进重要对象。目前，普通混凝土的生产和使用需要大量的自然矿产资源和能源，排放大量的 CO2，这无疑对人类赖以生存的环境带来了严重破坏，给可持续发展造成极大的考验，给低碳经济及减弱雾霾天气带来巨大挑战。因此，混凝土绿色化的研究是时代发展和改良生态环境的需要，同时，普通混凝土具有自重大、保温隔热差、易开裂等缺点。我公司研究的污泥陶粒绿色自保温混凝土正是迎合世界针对绿色建筑和国家对环保政策的要求，实现了废弃物资源化与综合利用，贯彻了我国发展循环经济和节能减排政策，具有良好的社会经济效益和技术前景。

1　污泥陶粒的研制、性能指标和检测数据方面

1.1污泥陶粒的研制工艺

浙江方远建材科技有限公司建成了年产生产能力15万m3的陶粒生产线，利用比较好的红色页岩、城市污水处理厂的污泥为主要原料，掺入改良性的辅助原料，按合理的配比进行配制。通过深度轮碾混练后，将辊制粒送入烘干窑进行烘干，配料、陈化、轮碾后造粒，送入回转窑进行预热（温度600～700℃）、脱碳、焙烧（高温温度1100～1200℃）、冷却等工艺烧制而成陶粒，生产出的陶粒具有膨胀良好、粒型系数小、强度高等优点。

1.2污泥基本特性

污泥中有害物质的含量直接影响烧制陶粒的绿色性能，对最终产品的影响很大。因此，针对生活污水处理厂提供的污泥送到上海市建筑科学研究院检测站进行重金属含量和放射性方面进行检测，结果详见表1。

1.3陶粒性能数据

应用上述污泥烧制的陶粒，对其性能进行检测，结果详见表2。

表1　污泥的基本特性

表2　陶粒性能参数

2　污泥陶粒绿色自保温混凝土的研制与性能指标

2.1原材料

水泥：选用质量稳定的绣山 P·O42.5水泥，该水泥强度富余量高，28d 水泥胶砂强度达到50MPa 左右，其余各项指标均符合国家标准和行业标准要求，与外加剂相容性好。

陶粒：其主要物理性能见表2，陶粒的经时吸水率检测结果和颗粒级配见表3和表4。

表3　高强陶粒经时吸水率

表4　陶粒的颗粒级配

掺合料：台州电厂 Ⅱ级粉煤灰和安徽朱家桥 S95磨细矿粉，各项性能结果见表5。

表5　Ⅱ级粉煤灰和 S95磨细矿粉性能指数

砂：选用临海 II 区中砂，其性能指标试验结果见表6。

表6　中砂性能指标

高效减水剂：浙江方远建材科技有限公司生产的FYJ202-A 型聚羧酸高效减水剂，减水率为18.%～20%，净浆流动度 ＞200mm，并与多种水泥有很好的相容性，能有效地降低单位体积混凝土中用水量和水泥用量，从而提高混凝土各种性能。

水：自来水。

2.2污泥陶粒绿色自保温混凝土配合比及其性能

2.2.1配合比设计

本试验针对自保温陶粒混凝土的主要强度等级为：LC10、LC15、LC20、LC25四个等级，根据 JGJ51－2002《轻骨料混凝土技术规程》采用体积法进行配合比设计，设计坍落度控制在 (200±30)mm，进行大量正交试配，分别对混凝土的和易性、坍落度及其经时损失、表观密度、导热系数、弹性模量及抗渗性能方面进行检测，并对结果进行极差和均方差的分析。

在优选原材料的基础上，考虑水灰比和复合料掺量对混凝土强度和工作性能的综合影响，采用正交设计方案进行配合比的优选，初步确定最优配合比如表7所示。

表7　试验条件下确定的最佳配合比　kg/m3

2.2.2性能检测结果

（1）通过试配性能结果的分析，混凝土拌合物的性能均良好，随着水泥用量的增加、水胶比的降低，混凝土的和易性都有提高，粘聚性佳（图1），密度和质量的分层度减小，坍落度的经时损失值也相应的降低。混凝土试配性能情况详见表8。

图1　陶粒混凝土试配时的和易性

表8　混凝土试配性能情况

（2）力学性能方面，设计长期强度增长的试配方案，用来观察陶粒混凝土后期强度增长情况。通过表9不同龄期的陶粒混凝土抗压强度的分析来看，随着强度等级的提高，后期强度都有所提高，增长速度过了60d 后降低，一年后的强度提高较28d 强度提高明显。同时随着强度等级的提高抗渗透性也较强。LC20陶粒混凝土强度增长情况见图2、图3。

表9　混凝土力学性能和渗透性能情况

图2　LC20陶粒混凝土试压后内部情况

图3　LC20陶粒混凝土1.5年后的碳化深度

（3）陶粒混凝土除了具有自重轻、体积稳定性好、抗裂性强、隔音效果强等优点外，其最突出的特性就是热工性能好。主要是因为陶粒是一种多孔材料，内部结构松质多孔的特征使其代替石子应用到混凝土中，其导热系数和线膨胀系数都小于普通混凝土，所建造的构件保温效果、抗高温效果和耐火极限等性能均优于普通混凝土。按 GB/T10294－2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》检测的导热系数样块。表10是上述几个试配所做的导热系统检测结果，通过表10中数据可以看出，陶粒混凝土的导热系统明显低于普通混凝土，且随着强度的提高，其导热系数也相应的提高。

表10　导热系统检测结果

3　陶粒混凝土绿色生产技术

（1）解决陶粒进料和预处理难题，充分保证生产供料的及时和质量稳定，达到绿色生产的节能降耗要求。陶粒混凝土在生产过程中，陶粒进料质量的控制，特别要做好陶粒的堆放和预湿。陶粒因其堆积密度小，如堆放混乱，则会直接影响混凝土的和易性、强度和表观密度；因陶粒吸水量很大，会使混凝土拌合物的和易性很难控制，因此一般应提前对陶粒进行浸水、充分预湿处理，减少在生产和泵送过程中因陶粒吸水而造成陶粒混凝土和易性差的异常情况出现，同时在上料时滤干水分进行投料。

为了保证生产陶粒混凝土的连续性，确保生产陶粒混凝土的原材料陶粒能连续供给，做好快速达到预湿效果，我们对两个60m3陶粒仓进行了真空改装（已申请发明专利）。在陶粒分别装入陶粒仓后，机械封闭所有进出口，使用真空泵抽取筒仓内的空气，达到95% 真空状态，然后再注入水，能够保证水快速有效的进入陶粒，达到同样预湿要求的时间由原来48h 缩短到现在2h，充分预湿2h 后，打开料仓下方的放水口进行放水，并加设抽水泵提高放水速度，效率大大提高，完全能满足生产需用陶粒量。使用此真空预湿技术，可节能用水40%。

（2）在配制泵送陶粒混凝土时，应注意砂率的选取，根据我公司对 LC20～LC40陶粒混凝土泵送施工的试点，砂率最佳控制在44%～47%。

（3）做好搅拌站计量设备的校准工作，确保计量准确，误差在国家标准规定的范围内。

4　陶粒混凝土施工技术控制要点

4.1解决陶粒的上浮和陶粒混凝土分层离析问题

陶粒混凝土的分层离析主要是因为坍落度过大而造成粘聚性减小，导致粗骨料与砂浆浆体分离，因此解决陶粒上浮的措施就是要增加混凝土稠度，增加陶粒混凝土的粘聚性，改善拌合物的和易性。要做好这点，唯有加大胶凝材料用量，从结构陶粒混凝土和经济环保的角度考虑，使用大掺量的粉煤灰。

4.2做好施工人员的技术交底

做好施工人员的技术交底是至关重要，规范泵送、施工和养护技术要求，确保施工质量。

（1）对本公司泵工做好技术交底工作：泵送时陶粒混凝土坍落度控制范围；掌握对陶粒混凝土入泵前的质量目测内容和要求的能力；控制入泵斗内的陶粒混凝土量应在1/3～2/3，以达到混凝土完全搅拌，避免陶粒在泵斗内离析上浮；反馈信息的内容和对象；坍落度偏小后如何添加减水剂进行调整及调整程度等等。

（2）施工前应编制专项施工技术组织方案，并组织施工人员包括模板安装工、混凝土施工作业人员进行技术交底（培训），内容包括陶粒混凝土与普通混凝土异同点、模板安装注意事项、施工过程中注意事项、如何振捣（时间和幅度）、抹面、覆盖和养护等等。

4.3做好抹面

自制2～3个用木制模板做成的长800mm×宽50mm×厚10mm 的抹面工具所用。并准备足够覆盖使用的薄膜和麻袋，在混凝土抹面结束后及时覆盖养护。

4.4陶粒混凝土在楼梯间的施工技术

因楼梯是较为复杂的结构部位，陶粒混凝土泵送时的坍落度大，浇筑到构件上时，如按普通混凝土施工方法易流动，因此对于浇筑楼梯结构施工要作以下两点特殊技术处理：

（1）按施工组织设计和专项模板方案的要求。

①成型的模板要构造紧密、不漏浆，模板缝隙应小于1.0mm。

②由于陶粒混凝土的流动性大，模板侧压力比普通混凝土的模板侧压力大，侧模背枋和对拉螺杆要比普通混凝土密，防止陶粒混凝土浇筑过程中跑模、漏浆。

③楼梯踏步表面需封闭模板，每隔一步在踏步中间盖模上设置 Φ20排气孔。

（2）施工方法：梯板模板采用50×100@150木枋做背杠，拼缝处用宽胶带封严。满堂钢管脚手架作模板支撑架，钢管立杆间距900～1200mm ，横杆步距1800mm ，扫地杆距地（楼面）200mm ；踏步表面模板采用20厚覆膜胶合板组装 ，见图4。

图4　陶粒混凝土楼梯构件模板安装图

4.5浇筑前检查模板接缝情况

在混凝土浇筑前，将模板内的杂物和钢筋上的油污清理干净，并清除柱模板内底的积水，检查模板安装接缝是否严密。在浇筑时，要保证混凝土有足够的粘聚性和加大陶粒的被包裹性，防止离析分层而造成陶料上浮，同时也能保证用振动棒进行振捣不出现陶粒在受振的情况下上浮，振动棒在振动面板的时间一般可控制在5～8s，在振动柱的时间可控制在10～20s，达到混凝土最佳状态。

4.6后期抹面工序

浇筑振捣结束后，进入抹面工序。混凝土在振捣后，其中的陶粒内部的水分就会向外释放，从而造成混凝土中的水分增加，这种情况下陶粒极易在外力作用下上浮。因此，在抹面时尽量做到对已振捣好的混凝土作用力最小，不要有过多的人员站在上面，这样势必会造成陶粒上浮，同时也造成泌水严重。具体做法只需根据抹面大小，1～2人使用自制的抹面工具进行操作，手持长把，一边稍微用力压抹、一边向后退走，确保一次到位抹好，尽量不要返工进行第二次抹面。

4.7养护

抹面结束后，需及时应用薄膜进行覆盖，注意尽量不要踩在已抹好面的混凝土上。然后再用湿润的麻袋盖在薄膜上，压住薄膜避免被风吹开，达到更好的保水养护作用，这同时也是对陶粒的上浮起到一定的压制作用，阻止陶粒上浮。

5　结束语

污泥陶粒绿色自保温混凝土的成功研制和应用，不仅解决了城市污水处理厂的污泥处置问题，变废为宝；同时也更好地利用陶粒混凝土自保温性能有效地解决建筑结构体系的热工性能，借助陶粒混凝土导热系数低的优势，从根本上改善建筑热桥部分的保温性能，在基本满足规范对外墙平均传热系数要求的同时，既可以放宽对墙体砌块导热系数的要求，又能避免做内外保温所带来的后遗症，做到真正意义上的自保温，使其墙材系统的热工指标满足建筑节能的65% 的标准。扬长避短和因地制宜地积极推广和应用绿色自保温陶粒混凝土，必将为加速当地建筑业的发展作出重要贡献。

[1] 崔清泉，杨晓华，杨飞，等．城市生活污泥生产陶粒的研究与实践[J]．新型建筑材料，2012(12)：30-32.

[2] 王昊，张浩．我国建筑业的绿色管理[J]．科学资讯，2006,27.

[3] 刘晶，汪澜．开展环境标志产品认证推动混凝土行业绿色生产[J]．混凝土与水泥制品．2015(2)：73-75.

[4] 蔡玉斌，竹松娟．间接测试薄层隔热涂料导热系数的方法[J]．新型建筑材料，2014(6)：61-63.

[5] 卢水良，侯志远，等．泵送陶粒混凝土在工程中的应用研究[J]．混凝土，2015(4)：148-150.

[6] GB/T10294－2008，绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法[S]．

［通讯地址］浙江省台州市椒江滨海工业区块十塘开发大道2052号（318000）

杨飞（1976－），男，土木工程专业，高级工程师。