陶瓷廢料制備加氣混凝土砌塊的研究

陶瓷廢料制備加氣混凝土砌塊的研究

蒸壓混凝土砌塊是由硅材料（如粉煤灰、砂）和石灰?guī)r材料（石灰和水泥）制成的新型建筑材料。經(jīng)過預(yù)制填充、氣擴(kuò)散、切割和維修等工藝制備的輕碳隔熱涂料。這是中國(guó)60多年的制造和應(yīng)用歷史。由于重量輕，可以簡(jiǎn)化建筑基礎(chǔ)，提高耐疲勞動(dòng)能力，減少建筑物的重量。由于良好的隔熱性，它可以節(jié)省熱量和制冷能，降低墻體厚度，節(jié)約材料用量，降低建設(shè)投資，同時(shí)增加建筑物的使用面積。通過輕重量和混凝土建造的體積，可以提高施工和運(yùn)輸?shù)男?，縮短施工周期，降低成本。蒸壓加氣混凝土砌塊已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑中,是目前生產(chǎn)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)成熟的新型墻體材料之一。1粉煤灰-水泥-石灰-粉煤灰蒸壓用量的影響目前我國(guó)主要生產(chǎn)“水泥—礦渣—砂加氣混凝土”、“水泥—石灰—粉煤灰加氣混凝土”和“水泥—石灰—加氣混凝土”等三種蒸壓加氣混凝土制品。其中“水泥—石灰—煤灰加氣混凝土”由于材料來源廣泛,產(chǎn)品質(zhì)量較好,粉煤灰實(shí)現(xiàn)了廢棄物(粉煤灰)綜合利用,因此得到了較好的應(yīng)用和推廣。但近年來由于火力發(fā)電企業(yè)的逐漸減少,粉煤灰的產(chǎn)生量不斷降低,市場(chǎng)上的粉煤灰價(jià)格持續(xù)攀升,提高了水泥-石灰-粉煤灰蒸壓加氣混凝土砌塊的生產(chǎn)成本,而另一方面,越來越多反映出粉煤灰加氣混凝土砌塊在外墻使用后出現(xiàn)空鼓、裂縫的問題,甚至有些地方已經(jīng)限制了粉煤灰制蒸壓加氣混凝土砌塊的使用,基于上述原因,尋求蒸壓加氣混凝土砌塊配方原材料的更新和材料自身性能的改善已勢(shì)在必行。廣東做為建筑陶瓷大省,建筑陶瓷廢棄物的產(chǎn)生量較大,而目前主要采用填埋的處理方式,這種簡(jiǎn)單粗放的處理方式也帶來了許多問題:(1)填埋占用了大量土地,造成了土地資源的浪費(fèi);(2)填埋的陶瓷廢料以粉塵為主,造成了空氣中粉塵PM2.5含量的增加,使空氣質(zhì)量下降;(3)長(zhǎng)期的填埋滲透,造成了土壤和地下水的污染,這種污染是長(zhǎng)期的、不可逆的,將對(duì)人們的身體健康和生產(chǎn)生活帶來較大影響。我們思考是否可以通過陶瓷廢料來全部或部分替代粉煤灰,從而實(shí)現(xiàn)廢棄物綜合利用。2拋光廢水sio2含量我們進(jìn)行了陶瓷廢料成份分析(表1),并用陶瓷廢料替代粉煤灰制備了加氣混凝土砌塊,進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度對(duì)比(表2)。陶瓷拋光廢料的SiO2的含量達(dá)到65%以上,可以用其來制備新型墻體材料。由測(cè)試結(jié)果可知,陶瓷拋光廢料的SiO2的含量達(dá)到65%以上,而且陶瓷拋光廢料的活性高于粉煤灰,在蒸養(yǎng)和蒸壓的條件下,更有利于陶瓷拋光廢料的活性發(fā)揮。同時(shí),由于陶瓷拋光廢料較細(xì),同樣的水灰比下,陶瓷拋光廢料的漿體較粉煤灰的漿體稠,因此,利用陶瓷拋光廢料制備新型墻體材料時(shí),要控制其摻量。3通過制備工藝和材料的混凝土砌塊，以及制備混凝土砌塊的陶瓷殘?jiān)覀儚膶?shí)驗(yàn)工藝流程和原材料配方兩個(gè)方面與原有粉煤灰加氣混凝土砌塊進(jìn)行對(duì)比:3.1外加劑用量的控制(1)按質(zhì)量比為水泥∶石灰∶陶瓷廢料∶粉煤灰∶石膏=15~20∶15~20∶20~40∶30~40∶3~5取水泥、石灰、陶瓷廢料、粉煤灰和石膏進(jìn)行混料;(2)按水料比0.55~0.60稱取用水量,將水溫控制在50℃~60℃,將水與外加劑混合均勻,外加劑按干基料質(zhì)量0.4%~0.8%摻入;(3)將與外加劑混合均勻的水加入到混合均勻的干料中,攪拌30~60s,加入干基料質(zhì)量0.06%~0.08%的鋁粉攪拌30~60s,得到混合均勻的料漿,攪拌過程中設(shè)置保溫措施,保證料漿澆注時(shí)的入模溫度在45℃~50℃;(4)將攪拌均勻的料漿快速澆注入提前升溫至50℃~60℃的模具中發(fā)氣20~30min,發(fā)氣完成后在50℃~60℃溫度下預(yù)養(yǎng)2~4h,待坯體強(qiáng)度達(dá)到0.7~1.0MPa后按照需要的規(guī)格進(jìn)行切割;4與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的其他指標(biāo)對(duì)比我們按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《蒸壓加氣混凝土砌塊》(GB/T11968-2006)試制了密度為500、600、700、800等一系列的加氣混凝土砌塊,并按照國(guó)標(biāo)《蒸壓加氣混凝土性能試驗(yàn)方法》(GB/T11969-2008)進(jìn)行了產(chǎn)品性能測(cè)試,以600kg/m3產(chǎn)品為例與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比照(表4)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中未規(guī)定的隔聲、防火、防水等指標(biāo)與同等級(jí)蒸壓粉煤灰加氣混凝土砌塊進(jìn)行了比照(表5)。從上述基本指標(biāo)可以看到,試制的陶粉混凝土砌塊滿足了蒸壓加氣混凝土砌塊的各項(xiàng)基本指標(biāo)。從微觀層面分析,該產(chǎn)品也有較好的微孔結(jié)構(gòu)和水化產(chǎn)物(圖1~3)。從圖中可以看到加氣塊以閉口孔為主,連通孔少,且孔徑分布較均勻,而連通孔的孔徑較小,平均孔徑為166um。在相同容重時(shí),其強(qiáng)度較高,而吸水率較低。蒸壓后形成的主要水化產(chǎn)物有C-S-H凝膠、柳葉狀托貝莫來石及少量的水化石榴子石,柳葉狀托貝莫來石相互交織,C-S-H凝膠將其與未水化的陶粉等填充料粘結(jié)一起,均賦予了材料較高的強(qiáng)度。由此可以看到我們?cè)囍频奶辗刍炷疗鰤K不僅滿足了蒸壓加氣混凝土砌塊的基本指標(biāo),而且在干縮性和防水性方面還優(yōu)于粉煤灰加氣混凝土砌塊,有助于改善其由于干縮而引起的裂縫現(xiàn)象,材料的孔隙率適中、微孔獨(dú)立完成、化學(xué)成分穩(wěn)定性,因此可以看作粉煤灰加氣混凝土的替代產(chǎn)品,進(jìn)行市場(chǎng)推廣。5市場(chǎng)分析5.1新型農(nóng)村建筑墻材近年來我國(guó)建筑量持續(xù)增長(zhǎng),2009~2013年持續(xù)保持年竣工建筑面積約30億平方米,對(duì)建筑墻材市場(chǎng)產(chǎn)生了巨大的帶動(dòng),而且在未來城市化過程中,將有250億平方米的農(nóng)村住宅進(jìn)行改造和重建,這對(duì)建筑墻材企業(yè)無疑有著巨大的商機(jī)。另一方面,國(guó)家全面推進(jìn)建筑自身保溫性能,鼓勵(lì)采用新型節(jié)能建筑墻材,為蒸壓加氣混凝土砌塊企業(yè)提供了廣闊的市場(chǎng)。目前蒸壓加氣混凝土砌塊在廣東省的接受程度較高,全省加氣混凝土制品在城鎮(zhèn)建筑項(xiàng)目中的比例達(dá)到了35%以上,2013年的生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到了1200萬立方米,占到了全國(guó)生產(chǎn)比例的16%,這些都為陶瓷廢料制蒸壓加氣混凝土產(chǎn)品的市場(chǎng)化提供了有利條件。5.2陶瓷廢水制蒸壓提純廣東省的建陶產(chǎn)業(yè)原來集中于佛山南海的三水、樂從,禪城的石灣、南村,現(xiàn)在已向周邊地區(qū)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,目前不僅在佛山周邊地區(qū),如清遠(yuǎn)的源譚、清新,肇慶的廣寧、鼎湖、高要、四會(huì)、德慶,江門的恩平,珠海的斗門,東莞的東城等地形成了新的陶瓷產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移工業(yè)園,甚至韶關(guān)的新豐,河源的東源,梅州的大埔,潮州的楓溪等地方都形成了陶瓷產(chǎn)業(yè)工業(yè)園,這些工業(yè)園帶動(dòng)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展,但也帶來了陶瓷廢料,造成了對(duì)自然的污染。但另一方面,這些工業(yè)園也為陶瓷廢料制蒸壓加氣混凝土砌塊的生產(chǎn)提供了生產(chǎn)原材料,為陶瓷廢料制蒸壓加氣混凝土砌塊的產(chǎn)業(yè)布局,提供了基礎(chǔ)。由以上分析可以看到,陶瓷廢料制蒸壓加氣混凝土砌塊的產(chǎn)品性能穩(wěn)定,達(dá)到了國(guó)家蒸壓加氣混凝土砌塊的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),工藝成熟,具有較為廣闊的產(chǎn)品市場(chǎng)和原材料市場(chǎng),是未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向。該產(chǎn)品的生產(chǎn)和發(fā)展,為廣東省建陶廢料的處理提供了新的思路,有利于自然環(huán)境改善和土地有效利用,具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。圖表來源表1、2:作者根據(jù)檢測(cè)報(bào)告繪制;圖4:作者繪制。(5)將切割完畢的坯體送至蒸壓釜內(nèi)進(jìn)行蒸養(yǎng),養(yǎng)護(hù)的方法是:升溫2~3h至大氣壓達(dá)0.8~1.2MPa,恒溫恒壓6~8h,再降溫降壓2~3h到常溫,即得成品。蒸壓陶粉加氣混凝土砌塊與蒸壓粉煤灰加氣混凝土砌塊原材料配比對(duì)比(表3)。從材料配比看,我們用陶瓷廢棄物替換了一半的粉煤灰,其它原材料及比例基本不