試驗研究

廢黏土磚再生膠凝材料評價及應用*

*基金項目：國家科技支撐計劃項目(2013BAC14B00)；山西省科技攻關計劃項目(20120313009-3)。

□□ 韓濤，靳秀芝(中北大學 材料科學與工程學院，山西 太原030051)

摘要：研究了廢黏土磚粉(WFCB)作為再生膠凝材料，對水泥標準稠度用水量、凝結時間和抗壓強度的影響。結果表明，廢黏土磚粉加入到水泥中，會引起水泥標準稠度用水量的增加和凝結時間的縮短；廢黏土磚粉的火山灰活性較低，用作再生膠凝材料會降低水泥的抗壓強度。

關鍵詞：廢黏土磚；再生膠凝材料；火山灰活性；水泥；抗壓強度

文章編號：1009-9441(2015)03-0010-03

中圖分類號：X 799.1；TQ 172.1

文獻標識碼：A

Abstract：Effect of waste fired clay brick powder (WFCB) used as regenerated binding material on water requirement of normal consistency，setting time and compressive strength of cement are studied in this paper.The results show that，WFCB can increase the water requirement of normal consistency of cement and shorten the setting time.WFCB has low pozzolanic activity and it can decrease the compressive strength of cement if used as regenerated binding material.

作者簡介：韓濤(1972-)，男，山東嘉祥人，副教授，博士，從事固體廢棄物綜合利用的研究。

收稿日期：2015-05-17

引言

利用廢黏土磚經(jīng)破碎制備再生細集料過程中產(chǎn)生大量的細粉，其孔隙率大、吸水性強，嚴重影響干混砂漿和混凝土的工作性能和強度，需要進一步處理[1-2]。黏土磚是以黏土為主要原料在900~1 100 ℃下燒結而成，此時的黏土礦物脫水、分解，具備了一定的火山灰活性，將廢黏土磚細粉超細磨后作為再生膠凝材料(活性混合材料)加以利用是解決此問題的有效途徑[3-4]。

本文研究了廢黏土磚細粉的粉磨細度對其密度、活性、標準稠度用水量、凝結時間和強度的影響，為廢黏土磚制備再生膠凝材料提供了理論依據(jù)。

1試驗材料及方法

1.1　試驗材料

1.1.1水泥熟料

水泥熟料來源于智海企業(yè)集團榆次水泥分公司，為致密塊狀，經(jīng)破碎粉磨至348 m2/kg，與5%的脫硫石膏配制成硅酸鹽水泥。熟料的化學組成見表1，水泥的物理力學性能見表2。

表1　原料的化學組成　%

表2　水泥物理力學性能

1.1.2廢黏土磚粉(WFCB)

廢黏土磚來源于中北大學建筑物拆遷廢棄黏土磚，將表面附著物清除干凈，經(jīng)烘干、破碎，粉磨至一定細度。其化學成分見表1。

1.1.3脫硫石膏

脫硫石膏來源于大唐太原第二熱電廠，在60 ℃下烘干3 h。其化學成分見表1。

1.2　試驗方法

1.2.1粉體比表面積

按照GB/T8074—2008《水泥比表面積測定方法(勃氏法)》，測定粉體的比表面積。

1.2.2粉體密度

按照GB/T 208—2014《水泥密度測定方法》，測定粉體的密度。

1.2.3砂漿流動性

按照GB/T 1346—2011《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》，測定標準稠度用水量、凝結時間。

1.2.4水泥強度

按照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法》，測定標準養(yǎng)護試件3 d、7 d、28 d抗壓強度。

1.2.5吸水率測定

將廢黏土磚粉體置于電熱鼓風干燥箱中105 ℃下烘干至恒重。取100 g物料浸泡到水中至一定時間(1 h、24 h)，轉(zhuǎn)移到鋪有飽水濾紙的0.045 mm標準篩上(已稱重)，在空氣中靜置直至粉體表面面干，稱重并計算。

2試驗結果與分析

2.1　廢黏土磚的粉磨特性

將廢黏土磚經(jīng)顎式破碎機破碎后，置于電熱鼓風干燥箱內(nèi)105 ℃下烘干3 h。每次稱取廢黏土磚5 kg，放入Φ500 mm×500 mm標準試驗磨機內(nèi)粉磨，制成5種不同細度的廢黏土磚粉，其粉磨時間與比表面積、密度的關系見表3。

表3　廢黏土磚粉磨時間對其物理性能的影響

由表3可見，廢黏土磚比較容易粉磨。在開流磨中粉磨1 h，比表面積可達500 m2/kg左右。由其密度和吸水量變化可知，廢黏土磚粉中存在孔隙，當粉磨時間達到90 min以上時，較大的孔隙全部被打開。

2.2　廢黏土磚粉對水泥用水量及凝結時間的影響

根據(jù)膠凝材料火山灰性測定要求，按照硅酸鹽水泥(95%熟料+5%脫硫石膏)70%、廢黏土磚再生膠凝材料30%的比例配制試樣，其標準稠度用水量和凝結時間見表4。

表4　廢黏土磚粉對新拌水泥漿體性能的影響

由表4可知，將廢黏土磚粉加入到水泥中，增加了水泥的標準稠度用水量(平均增加了17.9%)，隨著廢黏土磚粉比表面積的增加，標準稠度用水量增加(最高增加了23.4%)。這是由于廢黏土磚粉為多孔體系，吸水量(1 h)較大引起的。廢黏土磚粉加入到水泥中，會使初凝時間和終凝時間縮短，同時減小了初凝、終凝時間差。這是由于測定標準稠度用水量時間短(整個操作時間不超過6 min)，廢黏土磚粉吸水量少，對標準稠度用水量影響不大。隨著養(yǎng)護時間的增加，廢黏土磚粉吸水量增加，使廢黏土磚粉周圍的漿體大量失水，失去流動性而凝結。根據(jù)廢黏土磚粉的吸水特點，其對初凝時間的影響顯著。

2.3　廢黏土磚粉對水泥強度的影響

將不同比表面積的廢黏土磚粉按照表5中的比例加入到水泥中，測定其強度，結果見表5。

表5　廢黏土磚粉對水泥抗壓強度的影響

由表5可知，廢黏土磚粉具有火山灰活性，可以作為水泥活性混合材料。廢黏土磚的燒結溫度與燒黏土類似，其主要的化學成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3和少量CaO[5-8]，其礦物組成為石英、長石(主要是鉀長石)、赤鐵礦和非晶態(tài)物質(zhì)，即黏土礦物脫水后形成的無定形SiO2、Al2O3和鋁硅酸鹽玻璃體[7-10]，部分石英顆粒有裂紋但含量不高，即活性SiO2含量不高[7]，這就是廢黏土磚粉有活性但活性不高的原因。

隨著比表面積的增加，摻30%廢黏土磚粉水泥的早期和后期強度總體趨勢上是增加的，但這不僅與廢黏土磚粉的活性有關，還與廢黏土磚粉對水泥漿體結構(固定水灰比)的影響有關。

在廢黏土磚粉比表面積為513 m2/kg時，隨著其摻量的增加，水泥強度降低。綜合考慮水泥性能與廢黏土磚粉摻量的關系，其在水泥中摻量為30%時，可以滿足32.5級火山灰硅酸鹽水泥要求。

3結論

3.1廢黏土磚粉具有火山灰活性，可以制備再生膠凝材料，但其活性較低。

3.2將廢黏土磚粉加入到水泥中，會引起水泥標準稠度用水量的增加和凝結時間的縮短。

參考文獻：

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Evaluation and Application of Waste Fired Clay Brick Renewable Gelled Material

HAN Tao，JIN Xiu-zhi

(School of Materials Science and Engineering，North University of China，Taiyuan，Shanxi，030051，China)

Key words：waste fired clay brick；regenerated binding material；pozzolanic activity；cement；compressive strength

(編輯芋艷梅)