楊飛，陳傳飛，楊曉華，張龍，邵光昂

（1.浙江方遠(yuǎn)建材科技有限公司，浙江 臺(tái)州　318000；2.臺(tái)州市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心，浙江　臺(tái)州　318000）

污泥陶粒綠色自保溫混凝土的研究和應(yīng)用

楊飛1，陳傳飛2，楊曉華1，張龍1，邵光昂1

（1.浙江方遠(yuǎn)建材科技有限公司，浙江 臺(tái)州318000；2.臺(tái)州市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心，浙江臺(tái)州318000）

本文通過對(duì)污泥陶粒綠色自保溫混凝土的成功研制和應(yīng)用，解決了城市污水處理廠的污泥處置問題，變廢為寶。配制 LC10～LC25的陶?；炷?，更好的利用陶?；炷磷员匦阅苡行У慕鉀Q建筑結(jié)構(gòu)體系的熱工性能，實(shí)現(xiàn)了廢棄物資源化與綜合利用，貫徹了我國(guó)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排政策，具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)前景。

污泥；污泥陶粒；綠色自保溫混凝土；綠色生產(chǎn)管理；資源；環(huán)保

0　引言

隨著全球能源緊缺和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，全世界在要求建筑節(jié)能、綠色環(huán)保方面已成為關(guān)注的焦點(diǎn)，隨之提出了綠色建筑的概念。綠色建筑有三個(gè)要求：節(jié)約資源；保護(hù)環(huán)境；提供健康、安全、舒適的居住環(huán)境，通過綠色建筑的設(shè)計(jì)建設(shè)來達(dá)到創(chuàng)造物質(zhì)循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)，保障資源綜合利用，降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)材料資源的減量化、資源化和再利用。在歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家，應(yīng)用綠色環(huán)保建筑技術(shù)，善待自然的建筑越來越多，每平方米的建筑能耗可以減少40%～70% 左右。

作為在工業(yè)與民用建筑構(gòu)件得到廣泛使用的混凝土，現(xiàn)已作為綠色技術(shù)改進(jìn)重要對(duì)象。目前，普通混凝土的生產(chǎn)和使用需要大量的自然礦產(chǎn)資源和能源，排放大量的 CO2，這無疑對(duì)人類賴以生存的環(huán)境帶來了嚴(yán)重破壞，給可持續(xù)發(fā)展造成極大的考驗(yàn)，給低碳經(jīng)濟(jì)及減弱霧霾天氣帶來巨大挑戰(zhàn)。因此，混凝土綠色化的研究是時(shí)代發(fā)展和改良生態(tài)環(huán)境的需要，同時(shí)，普通混凝土具有自重大、保溫隔熱差、易開裂等缺點(diǎn)。我公司研究的污泥陶粒綠色自保溫混凝土正是迎合世界針對(duì)綠色建筑和國(guó)家對(duì)環(huán)保政策的要求，實(shí)現(xiàn)了廢棄物資源化與綜合利用，貫徹了我國(guó)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排政策，具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)前景。

1　污泥陶粒的研制、性能指標(biāo)和檢測(cè)數(shù)據(jù)方面

1.1污泥陶粒的研制工藝

浙江方遠(yuǎn)建材科技有限公司建成了年產(chǎn)生產(chǎn)能力15萬m3的陶粒生產(chǎn)線，利用比較好的紅色頁巖、城市污水處理廠的污泥為主要原料，摻入改良性的輔助原料，按合理的配比進(jìn)行配制。通過深度輪碾混練后，將輥制粒送入烘干窯進(jìn)行烘干，配料、陳化、輪碾后造粒，送入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)熱（溫度600～700℃）、脫碳、焙燒（高溫溫度1100～1200℃）、冷卻等工藝燒制而成陶粒，生產(chǎn)出的陶粒具有膨脹良好、粒型系數(shù)小、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。

1.2污泥基本特性

污泥中有害物質(zhì)的含量直接影響燒制陶粒的綠色性能，對(duì)最終產(chǎn)品的影響很大。因此，針對(duì)生活污水處理廠提供的污泥送到上海市建筑科學(xué)研究院檢測(cè)站進(jìn)行重金屬含量和放射性方面進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果詳見表1。

1.3陶粒性能數(shù)據(jù)

應(yīng)用上述污泥燒制的陶粒，對(duì)其性能進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果詳見表2。

表1　污泥的基本特性

表2　陶粒性能參數(shù)

2　污泥陶粒綠色自保溫混凝土的研制與性能指標(biāo)

2.1原材料

水泥：選用質(zhì)量穩(wěn)定的繡山 P·O42.5水泥，該水泥強(qiáng)度富余量高，28d 水泥膠砂強(qiáng)度達(dá)到50MPa 左右，其余各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，與外加劑相容性好。

陶粒：其主要物理性能見表2，陶粒的經(jīng)時(shí)吸水率檢測(cè)結(jié)果和顆粒級(jí)配見表3和表4。

表3　高強(qiáng)陶粒經(jīng)時(shí)吸水率

表4　陶粒的顆粒級(jí)配

摻合料：臺(tái)州電廠 Ⅱ級(jí)粉煤灰和安徽朱家橋 S95磨細(xì)礦粉，各項(xiàng)性能結(jié)果見表5。

表5　Ⅱ級(jí)粉煤灰和 S95磨細(xì)礦粉性能指數(shù)

砂：選用臨海 II 區(qū)中砂，其性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6　中砂性能指標(biāo)

高效減水劑：浙江方遠(yuǎn)建材科技有限公司生產(chǎn)的FYJ202-A 型聚羧酸高效減水劑，減水率為18.%～20%，凈漿流動(dòng)度 ＞200mm，并與多種水泥有很好的相容性，能有效地降低單位體積混凝土中用水量和水泥用量，從而提高混凝土各種性能。

水：自來水。

2.2污泥陶粒綠色自保溫混凝土配合比及其性能

2.2.1配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)針對(duì)自保溫陶?；炷恋闹饕獜?qiáng)度等級(jí)為：LC10、LC15、LC20、LC25四個(gè)等級(jí)，根據(jù) JGJ51－2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》采用體積法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)坍落度控制在 (200±30)mm，進(jìn)行大量正交試配，分別對(duì)混凝土的和易性、坍落度及其經(jīng)時(shí)損失、表觀密度、導(dǎo)熱系數(shù)、彈性模量及抗?jié)B性能方面進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行極差和均方差的分析。

在優(yōu)選原材料的基礎(chǔ)上，考慮水灰比和復(fù)合料摻量對(duì)混凝土強(qiáng)度和工作性能的綜合影響，采用正交設(shè)計(jì)方案進(jìn)行配合比的優(yōu)選，初步確定最優(yōu)配合比如表7所示。

表7　試驗(yàn)條件下確定的最佳配合比　kg/m3

2.2.2性能檢測(cè)結(jié)果

（1）通過試配性能結(jié)果的分析，混凝土拌合物的性能均良好，隨著水泥用量的增加、水膠比的降低，混凝土的和易性都有提高，粘聚性佳（圖1），密度和質(zhì)量的分層度減小，坍落度的經(jīng)時(shí)損失值也相應(yīng)的降低。混凝土試配性能情況詳見表8。

圖1　陶粒混凝土試配時(shí)的和易性

表8　混凝土試配性能情況

（2）力學(xué)性能方面，設(shè)計(jì)長(zhǎng)期強(qiáng)度增長(zhǎng)的試配方案，用來觀察陶?；炷梁笃趶?qiáng)度增長(zhǎng)情況。通過表9不同齡期的陶?；炷量箟簭?qiáng)度的分析來看，隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高，后期強(qiáng)度都有所提高，增長(zhǎng)速度過了60d 后降低，一年后的強(qiáng)度提高較28d 強(qiáng)度提高明顯。同時(shí)隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高抗?jié)B透性也較強(qiáng)。LC20陶?；炷翉?qiáng)度增長(zhǎng)情況見圖2、圖3。

表9　混凝土力學(xué)性能和滲透性能情況

圖2　LC20陶?；炷猎噳汉髢?nèi)部情況

圖3　LC20陶粒混凝土1.5年后的碳化深度

（3）陶?；炷脸司哂凶灾剌p、體積穩(wěn)定性好、抗裂性強(qiáng)、隔音效果強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)外，其最突出的特性就是熱工性能好。主要是因?yàn)樘樟Ｊ且环N多孔材料，內(nèi)部結(jié)構(gòu)松質(zhì)多孔的特征使其代替石子應(yīng)用到混凝土中，其導(dǎo)熱系數(shù)和線膨脹系數(shù)都小于普通混凝土，所建造的構(gòu)件保溫效果、抗高溫效果和耐火極限等性能均優(yōu)于普通混凝土。按 GB/T10294－2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定防護(hù)熱板法》檢測(cè)的導(dǎo)熱系數(shù)樣塊。表10是上述幾個(gè)試配所做的導(dǎo)熱系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果，通過表10中數(shù)據(jù)可以看出，陶?；炷恋膶?dǎo)熱系統(tǒng)明顯低于普通混凝土，且隨著強(qiáng)度的提高，其導(dǎo)熱系數(shù)也相應(yīng)的提高。

表10　導(dǎo)熱系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果

3　陶?；炷辆G色生產(chǎn)技術(shù)

（1）解決陶粒進(jìn)料和預(yù)處理難題，充分保證生產(chǎn)供料的及時(shí)和質(zhì)量穩(wěn)定，達(dá)到綠色生產(chǎn)的節(jié)能降耗要求。陶?；炷猎谏a(chǎn)過程中，陶粒進(jìn)料質(zhì)量的控制，特別要做好陶粒的堆放和預(yù)濕。陶粒因其堆積密度小，如堆放混亂，則會(huì)直接影響混凝土的和易性、強(qiáng)度和表觀密度；因陶粒吸水量很大，會(huì)使混凝土拌合物的和易性很難控制，因此一般應(yīng)提前對(duì)陶粒進(jìn)行浸水、充分預(yù)濕處理，減少在生產(chǎn)和泵送過程中因陶粒吸水而造成陶?；炷梁鸵仔圆畹漠惓Ｇ闆r出現(xiàn)，同時(shí)在上料時(shí)濾干水分進(jìn)行投料。

為了保證生產(chǎn)陶?；炷恋倪B續(xù)性，確保生產(chǎn)陶?；炷恋脑牧咸樟Ｄ苓B續(xù)供給，做好快速達(dá)到預(yù)濕效果，我們對(duì)兩個(gè)60m3陶粒倉(cāng)進(jìn)行了真空改裝（已申請(qǐng)發(fā)明專利）。在陶粒分別裝入陶粒倉(cāng)后，機(jī)械封閉所有進(jìn)出口，使用真空泵抽取筒倉(cāng)內(nèi)的空氣，達(dá)到95% 真空狀態(tài)，然后再注入水，能夠保證水快速有效的進(jìn)入陶粒，達(dá)到同樣預(yù)濕要求的時(shí)間由原來48h 縮短到現(xiàn)在2h，充分預(yù)濕2h 后，打開料倉(cāng)下方的放水口進(jìn)行放水，并加設(shè)抽水泵提高放水速度，效率大大提高，完全能滿足生產(chǎn)需用陶粒量。使用此真空預(yù)濕技術(shù)，可節(jié)能用水40%。

（2）在配制泵送陶?；炷?xí)r，應(yīng)注意砂率的選取，根據(jù)我公司對(duì) LC20～LC40陶?；炷帘盟褪┕さ脑圏c(diǎn)，砂率最佳控制在44%～47%。

（3）做好攪拌站計(jì)量設(shè)備的校準(zhǔn)工作，確保計(jì)量準(zhǔn)確，誤差在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)。

4　陶?；炷潦┕ぜ夹g(shù)控制要點(diǎn)

4.1解決陶粒的上浮和陶?；炷练謱与x析問題

陶粒混凝土的分層離析主要是因?yàn)樘涠冗^大而造成粘聚性減小，導(dǎo)致粗骨料與砂漿漿體分離，因此解決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。要做好這點(diǎn)，唯有加大膠凝材料用量，從結(jié)構(gòu)陶粒混凝土和經(jīng)濟(jì)環(huán)保的角度考慮，使用大摻量的粉煤灰。

4.2做好施工人員的技術(shù)交底

做好施工人員的技術(shù)交底是至關(guān)重要，規(guī)范泵送、施工和養(yǎng)護(hù)技術(shù)要求，確保施工質(zhì)量。

（1）對(duì)本公司泵工做好技術(shù)交底工作：泵送時(shí)陶?；炷撂涠瓤刂品秶徽莆諏?duì)陶?；炷寥氡们暗馁|(zhì)量目測(cè)內(nèi)容和要求的能力；控制入泵斗內(nèi)的陶粒混凝土量應(yīng)在1/3～2/3，以達(dá)到混凝土完全攪拌，避免陶粒在泵斗內(nèi)離析上??；反饋信息的內(nèi)容和對(duì)象；坍落度偏小后如何添加減水劑進(jìn)行調(diào)整及調(diào)整程度等等。

（2）施工前應(yīng)編制專項(xiàng)施工技術(shù)組織方案，并組織施工人員包括模板安裝工、混凝土施工作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底（培訓(xùn)），內(nèi)容包括陶?；炷僚c普通混凝土異同點(diǎn)、模板安裝注意事項(xiàng)、施工過程中注意事項(xiàng)、如何振搗（時(shí)間和幅度）、抹面、覆蓋和養(yǎng)護(hù)等等。

4.3做好抹面

自制2～3個(gè)用木制模板做成的長(zhǎng)800mm×寬50mm×厚10mm 的抹面工具所用。并準(zhǔn)備足夠覆蓋使用的薄膜和麻袋，在混凝土抹面結(jié)束后及時(shí)覆蓋養(yǎng)護(hù)。

4.4陶?；炷猎跇翘蓍g的施工技術(shù)

因樓梯是較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)部位，陶?；炷帘盟蜁r(shí)的坍落度大，澆筑到構(gòu)件上時(shí)，如按普通混凝土施工方法易流動(dòng)，因此對(duì)于澆筑樓梯結(jié)構(gòu)施工要作以下兩點(diǎn)特殊技術(shù)處理：

（1）按施工組織設(shè)計(jì)和專項(xiàng)模板方案的要求。

①成型的模板要構(gòu)造緊密、不漏漿，模板縫隙應(yīng)小于1.0mm。

②由于陶?；炷恋牧鲃?dòng)性大，模板側(cè)壓力比普通混凝土的模板側(cè)壓力大，側(cè)模背枋和對(duì)拉螺桿要比普通混凝土密，防止陶?；炷翝仓^程中跑模、漏漿。

③樓梯踏步表面需封閉模板，每隔一步在踏步中間蓋模上設(shè)置 Φ20排氣孔。

（2）施工方法：梯板模板采用50×100@150木枋做背杠，拼縫處用寬膠帶封嚴(yán)。滿堂鋼管腳手架作模板支撐架，鋼管立桿間距900～1200mm ，橫桿步距1800mm ，掃地桿距地（樓面）200mm ；踏步表面模板采用20厚覆膜膠合板組裝 ，見圖4。

圖4　陶?；炷翗翘輼?gòu)件模板安裝圖

4.5澆筑前檢查模板接縫情況

在混凝土澆筑前，將模板內(nèi)的雜物和鋼筋上的油污清理干凈，并清除柱模板內(nèi)底的積水，檢查模板安裝接縫是否嚴(yán)密。在澆筑時(shí)，要保證混凝土有足夠的粘聚性和加大陶粒的被包裹性，防止離析分層而造成陶料上浮，同時(shí)也能保證用振動(dòng)棒進(jìn)行振搗不出現(xiàn)陶粒在受振的情況下上浮，振動(dòng)棒在振動(dòng)面板的時(shí)間一般可控制在5～8s，在振動(dòng)柱的時(shí)間可控制在10～20s，達(dá)到混凝土最佳狀態(tài)。

4.6后期抹面工序

澆筑振搗結(jié)束后，進(jìn)入抹面工序?；炷猎谡駬v后，其中的陶粒內(nèi)部的水分就會(huì)向外釋放，從而造成混凝土中的水分增加，這種情況下陶粒極易在外力作用下上浮。因此，在抹面時(shí)盡量做到對(duì)已振搗好的混凝土作用力最小，不要有過多的人員站在上面，這樣勢(shì)必會(huì)造成陶粒上浮，同時(shí)也造成泌水嚴(yán)重。具體做法只需根據(jù)抹面大小，1～2人使用自制的抹面工具進(jìn)行操作，手持長(zhǎng)把，一邊稍微用力壓抹、一邊向后退走，確保一次到位抹好，盡量不要返工進(jìn)行第二次抹面。

4.7養(yǎng)護(hù)

抹面結(jié)束后，需及時(shí)應(yīng)用薄膜進(jìn)行覆蓋，注意盡量不要踩在已抹好面的混凝土上。然后再用濕潤(rùn)的麻袋蓋在薄膜上，壓住薄膜避免被風(fēng)吹開，達(dá)到更好的保水養(yǎng)護(hù)作用，這同時(shí)也是對(duì)陶粒的上浮起到一定的壓制作用，阻止陶粒上浮。

5　結(jié)束語

污泥陶粒綠色自保溫混凝土的成功研制和應(yīng)用，不僅解決了城市污水處理廠的污泥處置問題，變廢為寶；同時(shí)也更好地利用陶?；炷磷员匦阅苡行У亟鉀Q建筑結(jié)構(gòu)體系的熱工性能，借助陶粒混凝土導(dǎo)熱系數(shù)低的優(yōu)勢(shì)，從根本上改善建筑熱橋部分的保溫性能，在基本滿足規(guī)范對(duì)外墻平均傳熱系數(shù)要求的同時(shí)，既可以放寬對(duì)墻體砌塊導(dǎo)熱系數(shù)的要求，又能避免做內(nèi)外保溫所帶來的后遺癥，做到真正意義上的自保溫，使其墻材系統(tǒng)的熱工指標(biāo)滿足建筑節(jié)能的65% 的標(biāo)準(zhǔn)。揚(yáng)長(zhǎng)避短和因地制宜地積極推廣和應(yīng)用綠色自保溫陶?；炷粒貙榧铀佼?dāng)?shù)亟ㄖI(yè)的發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。

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［通訊地址］浙江省臺(tái)州市椒江濱海工業(yè)區(qū)塊十塘開發(fā)大道2052號(hào)（318000）

楊飛（1976－），男，土木工程專業(yè)，高級(jí)工程師。