骨料制備透水磚的試驗(yàn)研究

骨料制備透水磚的試驗(yàn)研究

赤泥是去除鋁從制鋁行業(yè)提取污染廢物的廢水產(chǎn)量。一般平均每生產(chǎn)1t氧化鋁,附帶產(chǎn)生1.0～2.0t赤泥。我國(guó)作為世界第4大氧化鋁生產(chǎn)國(guó),自1954年建成第1個(gè)氧化鋁廠至今,累計(jì)排放赤泥已超過(guò)5000萬(wàn)t,目前每年排放的赤泥高達(dá)數(shù)百萬(wàn)噸。除少部分得到利用外,大量的赤泥只能采用堆場(chǎng)堆放,占用了大片土地,也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。所以,實(shí)現(xiàn)多渠道、大宗量的赤泥資源化,最大限度地減少赤泥的危害已迫在眉睫。另一方面,現(xiàn)代城市的地表越來(lái)越多地被建筑物和混凝土等所覆蓋。這種地表的“硬化”使得大氣降水難以及時(shí)滲入地下,地表徑流增多,形成“熱島效應(yīng)”以及排水不足,引起內(nèi)澇、城市地表沉降等環(huán)境問題。而多孔透水磚作為一種環(huán)境材料,應(yīng)用于道路、廣場(chǎng)的鋪設(shè),可以使部分降水滲入地下,減少地表徑流,從而較好地解決上述問題。本研究在以往工作的基礎(chǔ)上,通過(guò)試驗(yàn),利用赤泥及其他輔助原料制備出了性能良好的多孔透水磚,為赤泥的綜合利用提供了一條新途徑。1試驗(yàn)原材料(1)泥漿本次試驗(yàn)采用的是山東鋁業(yè)公司排放的赤泥,為自然干燥碎樣,其化學(xué)成分見表1。(2)灰色粉末粉煤灰為白楊河電廠濕排灰,其化學(xué)成分見表1,粒度分布見表2,物理性能見表3。(3)化學(xué)成分分析濰坊產(chǎn)鈣基膨潤(rùn)土,主要礦物為蒙脫石、埃洛石、石英等,蒙脫石的含量占78%左右,化學(xué)成分見表1。膨潤(rùn)土的陽(yáng)離子交換容量為69.7mmol/g,膨脹容為7.4mL/g,膠質(zhì)價(jià)為3.73mL/g,吸藍(lán)量為0.35g/g。(4)其他原料成型粘結(jié)劑水玻璃,助熔劑玻璃粉。2測(cè)試方法2.1骨料的制備透水磚的透水性依賴于骨料顆粒之間形成的連通孔隙,因此,制備透水磚必須先制備具有一定粒度的骨料顆粒。骨料制備的工藝流程為:原料+輔料→攪拌→困料→擠條→干燥→破碎→燒成→骨料。骨料的原料配比為赤泥50%～65%,粉煤灰25%～35%,膨潤(rùn)土10%～15%。制備工藝要點(diǎn)如下:將原料按配方稱量后加適量水?dāng)嚢杈鶆?困料20h左右,在擠條機(jī)上擠出泥條,干燥24h,破碎,在一定溫度下燒結(jié)30min,然后自然冷卻。2.2粘結(jié)劑為固體原料的研制透水磚制備工藝流程為:骨料+輔料→攪拌→困料→成型→干燥→燒成→制品。透水磚的原料配比為固體原料(100%)中骨料占72%～87%,膨潤(rùn)土占18%～3%,玻璃粉占10%;粘結(jié)劑水玻璃的添加量為固體原料的6%～10%。制備工藝要點(diǎn)如下:將固體原料按配方稱量后加粘結(jié)劑攪拌均勻,困料12～24h;坯體成型采用半干法壓制成型工藝,成型壓力40MPa;坯體干燥36h,在一定溫度下燒結(jié)60min,然后自然冷卻。成型采用DY-50型電動(dòng)液壓制樣機(jī),樣品干燥采用202-1型干燥箱,樣品燒結(jié)采用SSX-12-16高溫電阻爐。2.3強(qiáng)度、耐久性測(cè)試力學(xué)性能測(cè)試按JC/T945—2005的規(guī)定進(jìn)行?？箟簭?qiáng)度測(cè)試設(shè)備為WEW-600A液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī),加載速度約0.5MPa/s;抗折強(qiáng)度測(cè)試設(shè)備為WDW1020微控電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī),加載速度約0.4MPa/s。耐磨性測(cè)試按GB/T12988—91的規(guī)定進(jìn)行,測(cè)試設(shè)備為CM無(wú)釉瓷磚耐磨試驗(yàn)機(jī),磨損介質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)砂。透水系數(shù)測(cè)試按JC/T945—2005的規(guī)定進(jìn)行,試驗(yàn)用水為蒸餾水。3試驗(yàn)結(jié)果與討論3.1不同赤泥用量對(duì)骨料收縮率和體積密度的影響試驗(yàn)結(jié)果見表2骨料配比和燒結(jié)溫度的確定以骨料燒成收縮率及燒結(jié)體密度為依據(jù)。試樣尺寸為100mm×100mm×20mm,成型壓力為40MPa,燒結(jié)溫度分別為1100℃,1150℃,1200℃,燒結(jié)時(shí)間為60min。試驗(yàn)結(jié)果見表4。從表4可以看出:總體上,隨著赤泥加入量的增多,相同燒結(jié)溫度下骨料的收縮率和體積密度增大。配料方案3,4在1200℃時(shí)出現(xiàn)了亮釉和熔融現(xiàn)象,體積密度非但不增,反而有所降低,說(shuō)明已經(jīng)過(guò)燒。其原因是赤泥量大時(shí)易熔組分Fe2O3,Na2O,K2O,TiO2等增多。綜合考慮各方面的因素,確定骨料的燒結(jié)溫度為1150℃,骨料中赤泥的添加量為55%(粉煤灰35%,膨潤(rùn)土10%)。以下試驗(yàn)均采用按此條件制備的骨料。3.2燒結(jié)溫度對(duì)透水磚透水系數(shù)的影響圖1給出了透水磚樣品的透水系數(shù)與樣品中骨料占固體原料比例之間的關(guān)系。樣品中膨潤(rùn)土與骨料合計(jì)占固體原料的90%,玻璃粉占固體原料的10%;水玻璃添加量為固體原料的8%。從圖中可以看出,透水系數(shù)與骨料占固體原料比例成正比,說(shuō)明骨料含量越多,顆粒之間的孔隙越發(fā)育,透水系數(shù)也就越大,反映出以粒間孔隙為滲水通道的多孔材料的共同特點(diǎn)。對(duì)比1080℃和1050℃的燒結(jié)樣品,可以發(fā)現(xiàn)兩者的透水系數(shù)有著相同的變化規(guī)律。綜合考慮樣品的成型性、坯體強(qiáng)度以及燒成后樣品的強(qiáng)度,確定骨料占固體原料的比例為82%。圖2給出了透水磚樣品的透水系數(shù)與燒結(jié)溫度的關(guān)系。樣品的固體原料中骨料占82%,膨潤(rùn)土占8%,玻璃粉占10%;水玻璃添加量為固體原料的8%。圖中顯示,隨燒結(jié)溫度的提高,樣品透水系數(shù)呈現(xiàn)先小、后大、再變小的變化。原因是較低溫度下樣品中的膨潤(rùn)土、助熔劑未能充分熔融、燒結(jié),樣品孔隙率雖高但孔徑很小,孔壁粗糙,吸水性很強(qiáng),透水性能則較差;隨著燒結(jié)溫度的提高,膨潤(rùn)土、助熔劑熔融,骨料粒間孔徑變大,孔壁光滑,透水性變好;溫度進(jìn)一步提高,樣品出現(xiàn)過(guò)燒,收縮率增大,孔隙率和孔徑變小,透水性變差。因此,透水磚的燒結(jié)溫度以1080℃為好。試驗(yàn)還考察了水玻璃添加量(對(duì)固體原料比例)對(duì)透水磚樣品透水系數(shù)的影響。試驗(yàn)中燒結(jié)溫度為1080℃,樣品的固體原料配比為骨料占82%,膨潤(rùn)土占8%,玻璃粉占10%。試驗(yàn)結(jié)果見表5。從表5可以看出,水玻璃添加量的增大會(huì)降低樣品的透水性能。故水玻璃的添加量不應(yīng)大于8%。3.3燒結(jié)溫度對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響圖3為透水磚樣品的抗壓強(qiáng)度與樣品中骨料占固體原料比例之間的關(guān)系。樣品中膨潤(rùn)土與骨料合計(jì)占固體原料的90%,玻璃粉占固體原料的10%;水玻璃添加量為固體原料的8%。從圖中可以看出,隨著骨料占固體原料比例的增加,樣品的抗壓強(qiáng)度先提高,后降低,但從總體來(lái)看,骨料占固體原料比例對(duì)樣品的抗壓強(qiáng)度影響較小。圖4為燒結(jié)溫度對(duì)透水磚樣品抗壓強(qiáng)度的影響。樣品的固體原料中骨料占82%,膨潤(rùn)土占8%,玻璃粉占10%;水玻璃添加量為固體原料的8%。圖中顯示,燒結(jié)溫度對(duì)樣品的抗壓強(qiáng)度有比較明顯的影響,燒結(jié)溫度從1000℃上升到1180℃,抗壓強(qiáng)度從23.08MPa提高至39.56MPa。在1080℃的燒結(jié)溫度下考察水玻璃添加量(對(duì)固體原料比例)對(duì)透水磚樣品抗壓強(qiáng)度的影響。樣品的固體原料配比為骨料占82%,膨潤(rùn)土占8%,玻璃粉占10%。試驗(yàn)結(jié)果見表6?？梢钥吹?增加水玻璃的添加量有利于提高樣品的抗壓強(qiáng)度。3.4骨料占固體原料比例對(duì)透水磚磨坑長(zhǎng)度的影響透水磚樣品的耐磨性能用磨坑長(zhǎng)度表示。圖5為磨坑長(zhǎng)度與骨料占固體原料比例的關(guān)系,圖6為磨坑長(zhǎng)度與燒結(jié)溫度的關(guān)系,表7為磨坑長(zhǎng)度與水玻璃添加量(對(duì)固體原料比例)的關(guān)系。相關(guān)試驗(yàn)條件如3.2節(jié)和3.3節(jié)所述。從圖5,圖6和表7可以看出:隨著骨料占固體原料比例的增加,透水磚的磨坑長(zhǎng)度變化不大;燒結(jié)溫度低于1120℃時(shí),對(duì)透水磚的磨坑長(zhǎng)度有較為明顯的影響,伴隨燒結(jié)溫度的提高,磨坑長(zhǎng)度縮短,磚的耐磨性能增強(qiáng),但燒結(jié)溫度達(dá)到1120℃以后,磚的磨坑長(zhǎng)度變化很小;增加水玻璃的添加量有利于提高磚的耐磨性能。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果,綜合考慮透水磚的抗壓強(qiáng)度、透水性能、耐磨性能以及生產(chǎn)成本,磚中骨料占固體原料的比例應(yīng)為82%,水玻璃的添加量應(yīng)為固體原料的8%,磚的燒結(jié)溫度應(yīng)為1080℃。在此條件下,赤泥透水磚的抗壓強(qiáng)度為35.32MPa,透水系數(shù)為0.028cm/s,磨坑長(zhǎng)度為27.35mm。4骨料用量的影響(1)以山東鋁業(yè)公司赤泥為主要原料,配以適量的助熔劑和粘結(jié)劑等組分,按一定工藝可以制成性能良好的透水磚。(2)透水磚樣品的透水系數(shù)比較敏感,骨料用量、燒結(jié)溫度、水玻璃添加量均對(duì)其有比較明顯的影響。樣品的抗壓強(qiáng)度和耐磨性能受骨料用量的影響較小,而受燒結(jié)溫度和