鄧永運(yùn)，張啟志

(1.駐馬店市天中招投標(biāo)服務(wù)有限公司,河南 駐馬店 463000; 2.黃淮學(xué)院,河南 駐馬店 463000)

0 引言

近些年以來，以水泥或混凝土作為鋪設(shè)層的硬化路面數(shù)量持續(xù)增加，同時(shí)也對雨水深入地下區(qū)域造成了明顯的阻礙[1-4]。尤其是隨著西部很多地區(qū)大量開采使用地下水資源，導(dǎo)致地下水位快速降低，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起一些建筑物發(fā)生不均勻沉降的現(xiàn)象，同時(shí)當(dāng)?shù)孛嬗晁砍掷m(xù)積累后，還會(huì)引起“城市內(nèi)澇”的問題，嚴(yán)重影響居民的生活[5-8]。此外，由于沒有對粉煤灰高效集中處理，而是選擇對其進(jìn)行直接堆放，從而對當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成了嚴(yán)重污染并破壞生態(tài)結(jié)構(gòu)。除了存在以上各項(xiàng)破壞作用以外，我國整體社會(huì)發(fā)展也受到了明顯影響[9-11]。其中，高碳粉煤灰屬于一類能夠發(fā)揮二次使用功能的資源，不過我國現(xiàn)階段并未對其開展廣泛應(yīng)用，許多時(shí)候都是由發(fā)電廠或工廠使用方對其實(shí)施集中處理，從而導(dǎo)致了嚴(yán)重浪費(fèi)。為了更好地處理粉煤灰并充分發(fā)揮其利用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)高效的廢物利用，并實(shí)現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，必須采取有效的措施將這類廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛑匦率褂玫奈锪蟍12-16]。

制備燒結(jié)透水混凝土的時(shí)候，得到的磚體劈裂拉伸強(qiáng)度及透水系數(shù)都屬于一個(gè)相對值，為了獲得良好的透水性能應(yīng)使磚體內(nèi)形成較大的孔隙率，但是隨著孔隙率的逐漸增加則會(huì)引起磚體劈裂拉伸強(qiáng)度的下降，因此需使這兩項(xiàng)性能間達(dá)到一個(gè)合適的平衡狀態(tài)，為了滿足上述要求，需合理控制燒結(jié)過程的溫度、配制合適的物料比例以及設(shè)定合適的珍珠巖摻量，經(jīng)合理調(diào)整才可以獲得符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的燒結(jié)透水混凝土。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

本實(shí)驗(yàn)從電廠中獲取濕排粉煤灰作為測試用高碳，試樣顏色為灰黑色，其粒徑尺寸介于0.3～0.6 mm之間，燒失率等于66.24%。從表1中可以看到該粉煤灰的各元素組成情況。同時(shí)，對其進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)表征。

通過對高碳粉煤灰進(jìn)行微觀組織(圖1)觀察可以發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)部存在部分球形顆粒，這些顆粒呈現(xiàn)雜亂分散的狀態(tài)，是一種常規(guī)漂珠，也將其稱作字母珠。漂珠顏色為白色，并在四周形成了一層薄壁結(jié)構(gòu)，具有中部空心的結(jié)構(gòu)，屬于一類輕質(zhì)隔熱材料。漂珠具有顆粒尺寸小、質(zhì)輕、中空、良好的絕緣阻燃性以及優(yōu)異耐高溫性能，這使得高碳粉煤灰成為了一種高效耐火材料。

表1 高碳粉煤灰和膨潤土的化學(xué)組成成分/[%]

圖1 高碳粉煤灰的SEM分析結(jié)果

1.2 制備流程

從圖2中可以看到制備透水混凝土的具體工藝流程。

圖2 制備透水混凝土的具體工藝流程

把透水混凝土切割為尺寸50 mm×50 mm的方塊，對試樣開展60次凍融循環(huán)處理后，再測試劈裂拉伸強(qiáng)度與透水系數(shù)。

2 參數(shù)對透水混凝土性能的影響分析

2.1 高碳粉煤灰摻量

本實(shí)驗(yàn)選擇膨潤土作為粘結(jié)劑，控制測試用水量等于15%的物料總量，同時(shí)設(shè)定燒結(jié)溫度為1 050 ℃，持續(xù)保溫處理1.5 h，在20 MPa下進(jìn)行成型。測試了透水混凝土性能與不同物料配比之間的關(guān)系，具體結(jié)果見表2。

表2 高碳粉煤灰摻量成型壓力對透水混凝土性能

根據(jù)以上測試結(jié)果可知，在不同的高碳粉煤灰摻量下，透水混凝土劈裂拉伸強(qiáng)度、透水系數(shù)及其保水性能都存在明顯影響，同時(shí)當(dāng)高碳粉煤灰摻量持續(xù)提高后，劈裂拉伸強(qiáng)度與透水系數(shù)表現(xiàn)為相反的變化規(guī)律，具體為劈裂拉伸強(qiáng)度持續(xù)減小，而透水系數(shù)持續(xù)增大，并且保水性也不斷升高。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因在于，當(dāng)高碳粉煤灰的摻量持續(xù)增大后，將會(huì)引起磚體內(nèi)形成更高含量的有機(jī)質(zhì)，此時(shí)膨潤土的比例將減小，粘結(jié)劑的比例也發(fā)生下降，使磚體內(nèi)部形成更多的孔隙，由此引起磚體透水性能與保水性能的同步上升。隨著高碳粉煤灰加入量由30%上升至50%后，劈裂拉伸強(qiáng)度發(fā)生緩慢下降，同時(shí)透水系數(shù)快速增加，隨著高碳粉煤灰加入量由50%增大至70%時(shí)，試樣劈裂拉伸強(qiáng)度迅速降低至約3 MPa，同時(shí)達(dá)到一個(gè)相對穩(wěn)定的透水系數(shù)上升速率。

2.2 燒結(jié)溫度

在本實(shí)驗(yàn)中，將燒結(jié)溫度依次按照50 ℃間隔設(shè)定為900～1 100 ℃，總共保溫1.5 h，篩選得到40～60目的膨脹珍珠巖，并將其摻量設(shè)定為80%，同時(shí)將高碳粉煤灰的摻量控制在50%，控制試驗(yàn)用水量為15%的物料總量，在20 MPa下進(jìn)行成型。燒制得到磚體后再對其各項(xiàng)性能參數(shù)進(jìn)行測試，以此分析各燒成溫度下得到的透水混凝土性能，具體結(jié)果見表3。

表3 燒結(jié)溫度對透水混凝土性能影響測試結(jié)果

可以明顯發(fā)現(xiàn)，在不同的燒結(jié)溫度下透水混凝土各項(xiàng)性能都發(fā)生了變化，表現(xiàn)為當(dāng)燒結(jié)溫度升高后劈裂拉伸強(qiáng)度與透水系數(shù)具有相反的變化規(guī)律。因?yàn)樘幱谳^低燒成溫度下時(shí)，磚體內(nèi)只存在少量液相，骨料無法形成良好的粘結(jié)狀態(tài)，導(dǎo)致磚體劈裂拉伸強(qiáng)度的下降，因?yàn)檫@時(shí)磚體中含有許多孔隙，在較低含量的液相下無法有效填充骨料間孔隙，當(dāng)內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)被充分連通之后磚體獲得了更優(yōu)的保水性與透水性；隨著燒結(jié)溫度的進(jìn)一步上升，磚體中生成了許多熔融物，導(dǎo)致內(nèi)部液相含量的明顯增加，同時(shí)液相粘度發(fā)生了下降，可以自由流動(dòng)，因此處于高溫狀態(tài)下液相將持續(xù)流動(dòng)并進(jìn)入磚體內(nèi)部孔隙中，由此獲得更高強(qiáng)度的透水混凝土，同時(shí)保水性發(fā)生降低。

2.3 磚坯成型壓力

進(jìn)行測試的過程中，設(shè)定磚坯的成型壓力變化范圍介于10～30 MPa之間。同時(shí)篩選40～60目的膨脹珍珠巖，摻入50%的高碳粉煤灰，在1 040 ℃下完成燒結(jié)過程，控制試驗(yàn)用水量等于15%的物料總量，經(jīng)測試得到表4中的各成型壓力對應(yīng)的生坯密度。成型壓力由10 MPa增大至15 MPa時(shí)，成型壓力比較低，隨著成型壓力的持續(xù)上升，生坯密度也發(fā)生了顯著增大；當(dāng)成型壓力超過15 MPa之后再繼續(xù)增大時(shí)，生坯密度呈現(xiàn)緩慢增大的過程，并最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。之后，當(dāng)成型壓力進(jìn)一步上升時(shí)，因?yàn)榇u坯已經(jīng)達(dá)到很高的密實(shí)程度，因此不再受到壓力的明顯影響，此時(shí)生坯密度保持一個(gè)相對緩慢的增長過程并達(dá)到穩(wěn)定值。

表4 成型壓力對透水混凝土性能影響測試結(jié)果

對燒制得到的磚體試樣進(jìn)行劈裂拉伸強(qiáng)度與透水系數(shù)測試，由此獲得各成型壓力下得到的透水磚性能。具體測試結(jié)果見表4。根據(jù)以上測試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磚坯的成型壓力上升后，劈裂拉伸強(qiáng)度與透水系數(shù)表現(xiàn)出相反變化規(guī)律，其中劈裂拉伸強(qiáng)度持續(xù)升高，而透水系數(shù)則持續(xù)減小，而保水性也持續(xù)降低，并且不同成型壓力對應(yīng)的變化幅度也存在較大差異。隨著磚坯成型壓力由10 MPa增大至15 MPa時(shí)，內(nèi)部骨料顆粒產(chǎn)生了顯著位移而不斷靠攏，引起骨料重排的情況，導(dǎo)致骨料間距降低以及孔隙的減小。當(dāng)試樣完成高溫?zé)Y(jié)處理之后，對骨料造成包裹的粘結(jié)物以及珍珠巖也發(fā)生熔融的現(xiàn)象，受到上述雙重影響后，并使骨料間形成更強(qiáng)的粘結(jié)作用。

3 結(jié)論

(1)當(dāng)高碳粉煤灰摻量持續(xù)提高后，劈裂拉伸強(qiáng)度持續(xù)減小，而透水系數(shù)持續(xù)增大，并且保水性也不斷升高。隨著高碳粉煤灰加入量由50%增大至70%時(shí)，試樣劈裂拉伸強(qiáng)度迅速降低至約3 MPa，達(dá)到一個(gè)相對穩(wěn)定的透水系數(shù)上升速率。

(2)當(dāng)燒結(jié)溫度升高后劈裂拉伸強(qiáng)度與透水系數(shù)具有相反的變化規(guī)律。處于高溫狀態(tài)下液相將持續(xù)流動(dòng)并進(jìn)入磚體內(nèi)部孔隙中，由此獲得更高強(qiáng)度的透水混凝土，同時(shí)保水性發(fā)生降低。

(3)隨著成型壓力的持續(xù)上升，生坯密度先顯著增大之后達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)磚坯的成型壓力上升后，劈裂拉伸強(qiáng)度持續(xù)升高，而透水系數(shù)則持續(xù)減小，而保水性也持續(xù)降低，并且不同成型壓力對應(yīng)的變化幅度也存在較大差異。