陶瓷废料制备轻质混凝土及其性能探讨

张国涛

摘 要：以发泡陶瓷加工废料（細粉、颗粒）作为主材，代替陶粒和河沙制备轻质混凝土。经过试验，轻质发泡陶瓷颗粒混凝土体积密度≤750kg/m3，软化系数0.82，抗压强度≥6.2MPa，基本性能符合轻质条板国家标准GB/T 23415-2009要求。

关键词：发泡陶瓷;废料 ;轻质混凝土 ;性能指标

1 引言

发泡陶瓷是以陶土尾矿、陶瓷废料、河道淤泥、矿山尾料、煤矸石、粉煤灰、赤泥等作为主要原料，采用先进的生产工艺和发泡技术经高温焙烧而成的高气孔率的闭孔陶瓷材料。密度一般在200-450KG/M3，抗压强度2.5MPa-8.5MPa，导热系数0.08-0.25W/（m·K），干燥收缩≤0.2，软化系数≥0.90，产品性能优异目前逐步被市场接受进入建筑内隔墙体系应用。

在发泡陶瓷窑炉高温烧成后，要对板材切割去皮加工成为目标规格，这样切割产生的表皮颗粒和粉末除部分进入粉料配方制备成为发泡陶瓷粉料外，剩余部分难于处理。原因有二：首先，发泡陶瓷本身含有未高温发泡反应的SiC粉末，具有较高硬度，破碎加工成本高;其次，以颗粒形式存在的边角料回球制备发泡陶瓷粉末可行，但颗粒较大回球球磨效率不高，且部分颗粒同球磨机球石大小相当，无法磨削为浆料，可能会影响粉料成分的稳定。

鉴于此，考虑以发泡颗粒作为骨料，粉末替代河沙制备轻质混凝土板材，这样就可以让发泡陶瓷生产加工形成闭环，固废资源充分利用。

2试验

2.1原料

（1）水泥：水泥在试验中作为无机胶凝材料，自然养护提升产品强度，水泥选用采取就近原则。采用佛山三水区本地水泥P.O52.5普通硅酸盐水泥，28d强度56.6MPa。

（2）粗骨料：发泡陶瓷板在去皮切割加工产生的边角料进行破碎处理成为轻质发泡颗粒，颗粒粒径≤15mm，其中10mm以内颗粒占70%以上;

（3）细骨料1：发泡陶瓷颗粒加工过程中产生的粉末，粉末过8目筛;

（4）细骨料2：发泡陶瓷板材表面去皮磨盘磨削产生的细粉，粉末颗粒度如下（图1）：平均粒径85.535μm，D50=76.686μm，D97=205.900μm，骨料成分分析如表1所示。

减水剂：所选高效减水剂执行GB8076-2008《混凝土外加剂》标准，各项性能指标均达到或者超过标准要求，适用于素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土、高强高性能混凝土，产量控制在0.1%-0.3%，减水率18-25%，细度0.315mm小于10%。

粉煤灰：粉煤灰使用山西晋城Ⅰ级粉煤灰，细度43微米（即320目左右，密度2.4g/cm3）， 粉煤灰细度稳定，28天活性较好，成分分析如表2所示：

2.2试样制备

将水泥、粉煤灰、减水剂、细骨料1 和骨料2按照配比加入试验低速混凝土搅拌机内匀速搅拌5-10min后，按照加水总量的50%与上述原料搅拌混合均匀，之后加入粗骨料以及剩余50%水，搅拌均匀后备用。

将制备好的混凝土浆料灌入事先备好的模具中并编号，常温静置12h后拆模，得到轻质高强发泡陶瓷颗粒混凝土样快，常规养护28d，切割成为标准测试样块，晾干测试体积密度和抗压强度。

为研究粉煤灰、粗骨料、细骨料1和细骨料2对轻质发泡颗粒混凝土的抗压强度性能，做如下（表3）配比试验：

2.3测试依据

采用YES-2000数显液压抗压强度测试仪测试试件抗压强度;数显电子秤和数显电子卡尺测试试件的体积密度。参照GB/T 23451-2009《建筑用轻质条板》标准中抗压强度测试方法。

2.4性能测试

试件经过28养护后，切割为测试要求试样测试抗压强度和体积密度，具体数据如下（表4）：

3结果与讨论

3.1密度与抗压强度的变化

经过不同配比的混凝土密度和抗压强度性能测试可以看出，以发泡陶瓷颗粒和细分作为粗细骨料制备轻质混凝土墙板是可行的，抗压强度都达到轻质条板性能要求，但密度和抗压强度变化，不随着密度增加强度增强，其中水泥对强度的影响较大。

经过试验，轻质发泡陶瓷颗粒混凝土体积密度≤750KG/m3，软化系数0.82，抗压强度≥6.2MPa，基本性能符合轻质条板国家标准GB/T 23415-2009要求。

3.2水泥加入量对轻质混凝土强度的影响

在制备轻质混凝土的过程中，不难看出水泥作为粘合胶合剂对产品的抗压强度起决定性作用。过多使用水泥就会增加生产成本，产品出现部分性能过剩情况。因此，需在针对不同目标需求的产品制定合理的水泥用量标准，通过外加剂和其他辅材相互配合，保证产品品质，控制产品生产成本，达到效益最大化。

3.3细骨料用量对轻质混凝土强度的影响

细骨料引入轻质混凝土，替代细沙石（河沙或者机制砂等），混凝土中起骨架或填充作用的是粒状松散材料，但细骨料2粒径过细，需控制用量，细骨料1存在一定的级配，可应用于轻质混凝土中，但细骨料加入量过多，水泥用量有限的情况下，混凝土的抗压强度明显下降，密度升高，值得应用注意。

3.4粗骨料对密度的影响

粗骨料如图2所示，并非鹅卵石拥有圆滑的外观，粗骨料外表多为不规则的棱角状，在混凝土浇筑过程中易出现颗粒间的“拱桥效应”。所以，颗粒的选择不能过大，粒径应在5mm-15mm范围内，否则容易造成空谷，影响混凝土外观和强度。但是，粗骨料的引入可以明显降低混凝土的体积密度，需要平衡密度与强度间的关系，合理使用粗骨料控制好粗骨料的颗粒大小和颗粒形状。

3.5粉煤灰对轻质混凝土性能的影响

在配方中引入粉煤灰可以节约水泥和细骨料的用量，提高混凝土的活性，减少水的用量，改善混凝土易和性，重点是减少水化热、热能膨胀等。粉煤灰的粒径很小，相当于未水化的水泥颗粒，细小的微珠作为活泼的纳米材料，能够明显改善和增强混凝土及其制品的结构强度，提升产品匀质性和致密性。

3.6轻质混凝土配方設计的思考

（1）粗颗粒、细骨料以及水泥标号和用量对轻质混凝土的强度影响值较大，要对骨料的颗粒度、水泥性能作严格管控;

（2）发泡颗粒不同于轻质陶粒，气孔为闭气孔本身不吸水，为了避免发泡颗粒无法表面快速浸润吸水，导致混凝土中颗粒和其他混合料的结合性变差，需要提前对粗骨料颗粒做预湿处理，让表面开口孔含水;

（3）在轻质发泡颗粒混凝土注浆过程中，应避免过度振捣，以免在振捣过程中粗骨料上浮，导致混凝土试件粗骨料分布不均，从而影响抗压强度;

（4）以发泡颗粒作为骨料制备的轻质混凝土板抗压强度可以达到轻质条板要求，如需要改善其产品性能可以考虑引入纤维（有机纤维、钢纤维或玻璃纤维）、钢筋和高性能添加剂等;

（5）发泡陶瓷板加工过程中发泡颗粒粗细骨料是经过高温烧结后的制品，烧失量在1%以内，其含泥量和有机物含量都很低，可增加骨料与砂浆界面的粘结力，增强混凝土的力学性能。

4总结

（1）经过试验，轻质发泡陶瓷颗粒混凝土体积密度≤750kg/m3，抗压强度≥6.2MPa，符合轻质条板国家标准GB/T 23415-2009基本性能要求;

（2）以发泡陶瓷墙板切割废料粉碎成一定大小后，粒径应在5mm-15mm范围内，经过颗粒搭配作为混凝土骨料代替砂石粉粒，可有效减少混凝土的整体重量，减轻负荷;

（3）轻质混凝土的废料利用率较高，可以将发泡陶瓷墙板生产产生的颗粒细粉料循环利用提高附加值，让发泡陶瓷墙板生产形成固废利用闭环。

试验方案提供了轻质混凝土和轻质混凝土条板的制备思路，若改善产品性能和提升产品品质需要深化研究，粗细骨料配比、混凝土使用以及添加剂的设计等。

参考文献

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Preparation of Lightweight Concrete from Ceramic Scrap

ZHANG Guo-tao

（Foshan KITO Green Energy New Material Technology CO.，LTD.，Foshan，528031;

Guangdong King Green Energy Technology Co.， Ltd.， Foshan ， 528031）

Abstract：  using foamed ceramic processing waste （fine powder， particle） as the main material， instead of ceramsite and river sand to prepare lightweight concrete. After the test， the bulk density of lightweight foamed ceramic granular concrete is ≤750KG/m3，， the compressive strength is ≥6.2Mpa， and the basic performance meets the requirements of the national standard GB/T23415-2009 for lightweight strip plates.

Keywords： ： performance index ;foamed ceramic;waste;lightweight concrete