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        污泥陶粒綠色自保溫混凝土的研究和應(yīng)用

        2016-12-05 14:59:48楊飛陳傳飛楊曉華張龍邵光昂
        商品混凝土 2016年2期
        關(guān)鍵詞:綠色混凝土

        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)。

        [1] 崔清泉,楊曉華,楊飛,等.城市生活污泥生產(chǎn)陶粒的研究與實(shí)踐[J].新型建筑材料,2012(12):30-32.

        [2] 王昊,張浩.我國(guó)建筑業(yè)的綠色管理[J].科學(xué)資訊,2006,27.

        [3] 劉晶,汪瀾.開展環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品認(rèn)證推動(dòng)混凝土行業(yè)綠色生產(chǎn)[J].混凝土與水泥制品.2015(2):73-75.

        [4] 蔡玉斌,竹松娟.間接測(cè)試薄層隔熱涂料導(dǎo)熱系數(shù)的方法[J].新型建筑材料,2014(6):61-63.

        [5] 盧水良,侯志遠(yuǎn),等.泵送陶?;炷猎诠こ讨械膽?yīng)用研究[J].混凝土,2015(4):148-150.

        [6] 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[S].

        [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。

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