建筑垃圾和工业废渣生产蒸压砖的研究

随着全国各地城市化进程的推进，城市建设中的旧房改造、楼房拆除、改建、扩建工程所带来的建筑垃圾已成为各地建筑部门和城管部门十分头痛的问题，除了需要交纳大量的征地费用及运输费用外，还会污染环境和破坏人文景观。
建筑垃圾作为一种新型污染源，其治理工作正日益受到人们的重视。另外，工业高度发展的同时，也带来了城市环境的恶化，如何有效治理建筑垃圾、电石渣、粉煤灰、钢厂钢渣等污染源，已是十分迫切的问题。利用建筑垃圾和工业废渣为主要原材料，研制生产建筑墙体材料不仅可以使工业废弃物和建筑垃圾减量化和资源化，而且还具有就地取材、废物变宝、节约土地、保护环境的作用［1］。这不仅是墙体材料改革的需要，同时也是建筑业、国民经济、社会环境和资源协调发展的需要。
我国建筑业大力发展和环境保护力度的加大以及可持
表1煤粉灰的化学成分含量及烧失量

表2天然骨料筛分分析试样

续发展战略的实施，使人们的环境保护意识逐渐增强。目前，一些大城市开始强制禁止使用烧结粘土砖，因此给蒸压砖的推广和应用提供了良好的发展机遇。如何充分合理地利用城市的建筑垃圾来生产质量较好的蒸压砖和如何降低生产成本，是建筑材料业十分关注的问题。本文利用建筑垃圾和工业废渣生产蒸压砖进行了试验研究。
1原材料及其性能
1.1粉煤灰
粉煤灰取自青岛电厂，其主要化学成分见表1［2］，其细度为96.8%（80目通过率），堆积密度为640kg/m3。
1.2电石渣
电石渣取自青岛海晶化工集团，其中，含水为32.7%，CaO含量为43.8%（折算成的CaO），还有少量的无机和有机杂质（如硫化物、磷化物、氧化铁、氧化镁、二氧化硅等）［1］，［3］，因含微量的碳及硫磷杂质而呈现灰白色，有微臭味［3］。
1.3天然骨料
天然骨料为最大粒径＜10mm的砾石。其筛分分析试样见表2。
1.4建筑垃圾
所用的建筑垃圾主要是旧建筑物拆除产生的废弃物，组成变化较大，一般有废弃砖瓦、混凝土、废砂浆等，将废弃砖瓦和废砂浆合为一类，简称为碎砖骨料。
（1）废砖骨料。废砖骨料主要是废弃的建筑物中的墙体部分拆迁后形成的建筑垃圾，使用前需经破碎处理成粒径＜5mm作为骨料。
（2）废弃的混凝土。废弃的混凝土是废弃的混凝土结构如道路、大型建筑物中的基础、梁、板、柱等拆迁后的建筑垃圾，经破碎处理成粒径＜5mm作为骨料。
1.5外加剂
外加剂选用专用激发剂。
2试验方案
2.1试验设计
利用天然骨料生产蒸压砖的技术较为成熟，而利用建筑垃圾生产蒸压砖的研究工作较少，基本处于空白状态。根据用作骨料的建筑垃圾的材料组成不同，将其分成碎砖骨料（其中含有部分砂浆）和碎混凝土骨料两大类。在初步探索试验的基础上，制定的实验方案见表3。
2.2成型方法
表3蒸压砖的试验配方（质量比％）

由于受实验室蒸压设备容积大小的影响，将砖做成尺寸为75mm×75mm×50mm的小试块，每组成型六块。由于原材料本身含有较高的水分，通过大量的实验研究，一般控制相对含水率为20％左右，通过实验探讨，成型压力定为25MPa。
2.3养护设备
选用YZF-2A型蒸压釜进行蒸压养护。
3实验结果与分析
3.1蒸压养护制度的确定
众所周在，蒸气压力越大、蒸养时间越长，蒸压砖的性能越好。从加热到制品出釜，温度（或压力）与时间的关系，称为蒸压制度。一般包括最高蒸气压力、升温速度、恒温时间、降温速度等几个指标。一般情况下，恒温时的蒸气压力越高，蒸压周期越长，制品的强度越高。然而生产周期过长，将会增加产品的生产成本，因此存在一个最佳的蒸压制度。
就CaO–SiO2-H2O系统而言，由于SiO2的溶解度随着温度的升高而增大，而CaO的溶解度却随着温度的升高而减少，当采用较高的蒸气压力和较长的蒸压周期时，生成矿物将向着碱度降低的顺序依次转化，在自然粒级天然骨料制成的砖中，由于石英颗粒较粗，溶液中C/S比较高，初期形成的高碱性C2SH(A)向着低碱性的CSH（B）转化，对提高制品是有利的，但使用磨细的硅质原料，初生相本来就含有较多CSH（B），若继续向碱度更低的白钙沸石（C2S3H）转化，反而对强度不利。对于CaO–SiO2-Al2O3-H2O系统，当SiO2较高时，为了避免生成较低的水化铝酸盐，同时也为了固定碱金属离子，使其尽可能生成耐久性较好的含碱铝硅酸盐，宜采用较高的蒸压温度；当SiO2较低时，宜掺入激发剂，并采用较低的蒸压温度，使其结晶为低温稳定的水化硫铝酸盐［4］。研究表明，对于体积较小的砖类制品，较长时间的升、降温，比较长时间的恒温更加重要，初选的蒸压养护制度的方案见表4。

为了确定最佳蒸压养护制度，利用配方A30进行了实验研究，结果见表5。实验结果表明，在养护过程中恒压为6h，压力由0.8MPa增至1.2MPa时，抗压强度由9.3MPa增至10.1MPa，强度提高8.6％；蒸汽压力为1.2MPa恒压时间升为9h时，强度为11.3MPa，比恒压为6h时的10.1MPa，提高了11.9%。但综合考虑砖的蒸压效果、蒸压釜的生产效率及能源的消耗等各方面的因素，确定养护制度为：蒸压强度为1.2MPa，升压2h，恒压6h，降压2h。
表5蒸压养护制度试验数据

3.2不同配比蒸压砖的强度
按照表2中的各个配比备料2.5kg，加入适量的水并搅拌均匀后，在压力机上压制成型。试块静停一天后采用表5中选用的蒸压养护制度进行养护。升压前蒸压釜内如有冷空气存在时，会使釜内充满蒸汽和空气混合，这时压力表上反映出的压力是蒸汽压力和空气压力之和，根据道尔顿（Dalton）分压定律［5］，这时的蒸汽压力低于所要求设定的蒸养蒸汽压力，使养护温度达不到预定要求，从而降低制品强度，因此，一定要进行冷空气的排空。此外，试块上表面要进行覆盖，防止升温早期冷凝下来的水蒸汽浸泡试块，造成试块开裂。试验测得砖的抗压强度平均值见表5。
表5抗压强度实验结果（MPa）

4结语
（1）实验研究结果表明，利用建筑垃圾中的废弃混凝土和废弃砖瓦为骨料，生产蒸压砖是可行的；
（2）随着碎砖骨料掺量的增加，砖的抗压强度逐渐提高，但是当碎砖掺量超过35％以上时，砖的成型较为困难；
（3）完全可以用碎混凝土骨料代替天然骨料生产蒸压砖，在一定范围内，砖的抗压强度随着骨料含量的增加逐渐提高。
参考文献略