河道淤泥制砖的试验研究

祝志雄 ，胡名卫 ，应晓猛 ，俞毅 ，周聪聪 ，张旷达

（1.浙江省建筑材料科学研究所有限公司，浙江 杭州 311122；2.中国新型建材设计研究院有限公司，浙江 杭州 310022）

0 引言

针对浙江省清淤淤泥日益增多的现状，为浙江省墙材行业淤泥资源化利用进行初步的探索研究。淤泥是一种被遗弃但可利用的自然资源，绝大部分河道淤泥的主要化学成分为石英、黏土类矿物、长石类矿物，另含少量的碳酸盐、微量的硫酸盐、磷酸盐及有机物，属于硅酸盐类原料。可替代黏土、页岩等原生态资源[1]。

本试验采用的原材料均来自于浙江省湖州市某建材厂，目前该厂的生产原料主要有各种页岩、淤泥、煤渣等，为保证产品质量并稳定生产，淤泥的掺量控制在10%以内。由于当地页岩资源稀缺，外购页岩来源不稳定且价格相差较大，企业采取几种页岩混掺的方法以缩小原料之间的波动。增加淤泥在制砖中的使用量，不仅能降低企业的生产成本、扩大生产原料来源，还可以部分解决当地清淤淤泥的出路问题。本研究的主要目的是探索河道淤泥用于制砖的可行性，并得出一个较为适宜的淤泥掺量和烧结温度范围。

1 试 验

1.1 原材料及主要仪器设备

1.1.1 原材料

本试验采用的原材料来自于浙江省湖州市某建材厂原料库。分别为黄色页岩、灰色页岩、红色页岩及河道清淤的淤泥，其主要化学成分见表1，塑性指数见表2。

表1 原材料的化学成分 %

表2 原材料的塑性指数

1.1.2 主要仪器设备

电子天平：PTX-FA110，福州华志科学仪器有限公司；硅酸盐化学成分分析仪：DHF86，湘潭市松山仪器有限公司；数显式土壤液塑限联合测定仪：LP-100D，上海路达试验仪器有限公司；电子秤；颚式破碎机：100×60；涡轮粉碎机：SWLF-200，广州旭朗机械设备有限公司；搅拌机：UJL-15；实验专用挤出成型机：JZK10，功力机器有限公司；箱式电阻炉：SX4-10，北京市光明医疗仪器有限公司；节能纤维电阻炉：杭州卓驰仪器有限公司；万能试验机：XBD4505，上海馨标检测仪器制造有限公司；恒加载水泥抗折抗压试验机：YCH-300.10，浙江路达机械仪器有限公司。

1.2 试样制备

（1）样品原料经105℃烘干后，先经颚式破碎机破碎，再经涡轮粉碎机粉碎，制成粒度范围30～150目的粉料待用。

（2）按配方（见表3）称量原材料。

表3 不同试样的原材料配比

（3）加入搅拌机，边搅拌边缓缓加入设定用量的水，搅拌均匀成大小不一的颗粒状混合料。

（4）启动小型真空挤出机，将搅拌好的混合料加入挤出机进料口，混合料经挤出成为断面尺寸约42×25 mm的泥条，经切割成为42 mm×25 mm×50 mm的坯体试件。

（5）坯体试件在室内自然干燥3～5 d，再置于105℃干燥箱烘2～4 h，随后按设定的烧成制度烧结成试件。

1.3 性能测试方法

抗压强度测试：用游标卡尺分别量取试件的长、宽、高，因试件断面两端很难保证完全平行，故采用挤出试件的侧面作为受力面进行测试。

吸水率测试：吸水率指的是常温水饱和24 h试样吸水率，测试方法参照GB/T 2542—2012《砌墙砖试验方法》进行。

2 试验结果与讨论

2.1 烧结温度对抗压强度的影响

烧结温度是烧结砖生产的重要工艺参数，对烧结砖的性能有着很大的影响，图1为烧结温度对试样抗压强度的影响。

图1 烧结温度对试样抗压强度的影响

由图1可见，随着烧结温度的升高，样品的抗压强度呈先提高后趋于平稳，然后又增大的趋势。当烧结温度为700～900℃时，呈现逐渐增大；温度为900～950℃后，抗压强度趋于平稳或呈现降低趋势，升高到1000℃时，样品的抗压强度又增大，可能是由于样品内部过烧造成晶体结构发生变化形成。由此可见试样的烧成温度范围应在800～950℃，烧成温度范围较宽。考虑到能耗，实际生产中可将烧成温度定在850～900℃，并以此计算掺配内燃料。从800～950℃烧成的试样抗压强度看，掺淤泥试样的抗压强度比不掺淤泥的试样低，但在试验掺量范围内仍大于20 MPa，能够符合GB 13544—2011的生产要求。

2.2 烧结温度对吸水率的影响（见图2）

图2 烧结温度对吸水率的影响

由图2可见，随着烧结温度的升高，样品的吸水率呈逐渐降低的趋势，淤泥掺量大小的样品区别仅表现在吸水率降低的快慢程度，100%淤泥试样的吸水率明显高于100%页岩试样；烧成温度在800℃以上时，吸水率开始明显降低，100%页岩试样下降更快，淤泥与页岩混合掺比试样介于两者之间。总体而言，700℃及以上温度烧成的试样的吸水率均在18%以内，这是由于试验采用外燃烧结，试件内不会产生因燃料燃烧而产生的孔洞，因而试样的吸水率较低。

2.3 淤泥掺量对试样干坯抗压强度的影响（见图3）

图3 淤泥掺量对试样干坯抗压强度的影响

由图3可见，样品的干坯抗压强度与淤泥掺量的关系不是很明显，主要决定因素是样品的挤出含水率，样品含水率的高低，决定了样品在烘干过程中形成的排潮通道的多少，排潮通道越多，形成的孔隙越大，进而影响了样品在烘干后的抗压强度。

2.4 淤泥掺量对烧结试样抗压强度的影响（见图4）

图4 淤泥掺量对烧结试样抗压强度的影响

由图4可以看出，在相同烧结温度下，随着淤泥掺量从15%增加到60%，烧结样品的抗压强度逐渐降低，而后继续增加淤泥掺量至90%，烧结样品的强度略有提高，但幅度不大。考虑到尽可能增加淤泥掺量，结合淤泥掺量对干坯抗压强度的影响，较为适宜的淤泥掺量为45%左右。

2.5 淤泥掺量对试样吸水率的影响（见图5）

由图5可以看出，700～1000℃烧结温度下，随着淤泥掺量从15%增加到90%，样品的吸水率逐渐增大，说明掺入淤泥会增加样品自身内部孔隙的形成，这也与样品的抗压强度随着淤泥掺量的增加而降低形成对应。1100℃的样品已经过烧，内部结构发生变化，所以吸水率不呈现这样的规律。

图5 淤泥掺量对试样吸水率的影响

2.6 淤泥掺量对试样收缩率的影响

收缩率指试样刚挤出成型到烧成后的总收缩。不同淤泥掺量对试样的收缩也有一定的影响，试验结果见图6。

图6 淤泥掺量对试样收缩率的影响

由图6可见，烧结温度为700～1000℃时，试样的收缩率随着淤泥掺量的增加而减小。

3 结论

（1）该建材厂的淤泥与页岩的各项性能相近，其化学成分和塑性指数均能很好地满足制砖要求，并具有较好的工艺性能，用于生产烧结砖是可行的。

（2）淤泥和页岩的烧成温度范围均在800～950℃，烧成温度范围较宽，实际生产中可将烧成温度定在850～900℃左右，并以此计算掺配内燃料。

（3）河道淤泥烧结砖的吸水率随淤泥掺量的增加呈增大的趋势，烧结温度的升高可降低试样的吸水率。试样的总收缩率随着淤泥掺量的增加而减小。综合分析，较适宜的淤泥掺量为45%左右。