论文部分内容阅读
【关键词】废弃烧结页岩砖;水泥性能;适应性
【中图分类号】TQ172.1 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）08-0058-03
0 引言
近30年来，我国现代化建设规模空前浩大，由此不仅带来建筑业的快速、蓬勃发展，同时促进了建筑物的更新换代。在建筑业迅猛发展、大批新建筑物兴起的同时，也伴随着大批旧建筑物的解体，建筑废弃物的产出量迅猛增加。在数量庞大的建筑废弃物中，作为在整个建筑范围内需求量较高的烧结砖被大量废弃后，便从建筑材料中的“主力军”演变为建筑垃圾中的“主力军”，成为亟待解决的环保问题。对这些建筑废弃烧结页岩砖的最佳处置方案是进行资源化再利用。利用废弃烧结页岩砖生产水泥的最大特点是节能，消耗大量的废弃烧结页岩砖废料，使水泥窑从“能源老虎”变成处理垃圾的城市环境“清洁工”，这符合我国能源短缺，在发展的过程中“既要金山银山，又要绿水青山”的环境保护理念。所以，利用废弃烧结页岩砖粉末生产水泥的研究急需进行 [1]。
1 废弃烧结页岩砖化学成分及活性试验分析数据
废弃烧结页岩砖粉末是由烧结页岩砖破碎粉磨而成，由于烧结砖本身为高温煅烧产物，晶体结构占主体，玻璃体结构较少，总体结构呈稳定状态，不易与外部结构发生化学反应。在破碎粉磨时，砖体中一些稳定的晶体结构遭到破坏，此时页岩砖粉表现出一定的材料活性。为了确定页岩砖粉活性高低，参考《用于水泥混合材料的工业废渣活性试验方法》（GB/T 12957—2005）（简称规范）中的试验方法，对页岩砖粉进行水泥胶砂28 d抗压强度比试验，最终得到的抗压强度比能表示页岩砖粉的活性。与此同时，为了比较页岩砖粉和粉煤灰在相同水泥替代率（30%）情况下活性的高低，仍需对粉煤灰进行水泥胶砂28 d抗压强度比試验。
将准备好的废弃烧结页岩砖粉末（基本分析见表1）、粉煤灰、PII52.5硅酸盐水泥按表2中的要求称取，在放入搅拌锅前将胶凝材料采用机械方式混匀，避免样品不均对试验结果造成的不利影响。28 d抗压强度比试验要求掺入待测水泥混合材料后样品中SO3含量与掺入前水泥的SO3含量相差不超过0.3%。按照规范给定的调试方法，即通过外加二水石膏的方法调整掺入后的SO3含量。由于试验所用水泥与每种水泥混合材料的掺量及其SO3含量均为已知，因此可通过SO3与二水石膏的相对分子质量比值计算得到二水石膏的外掺量，计算得到的每组二水石膏掺入量按表2中的要求称取。
水泥胶砂的抗压强度比K按公式（1）计算，计算结果保留至整数。
K=R1/R2×100 （1）
上式中：K为抗压强度比，%;R1为水泥混合材料掺入后试件的28 d抗压强度，MPa;R2为对比试件样品的28 d抗压强度，MPa。
由水泥胶砂强度检测试验得到的试件抗压强度及每种材料的抗压强度比（活性指数）见表3。
由表3可知，废弃烧结页岩砖粉末的活性指数为73%，满足规范中对水泥胶砂28 d抗压强度比不小于65%的要求，说明经过破碎粉磨得到的页岩砖粉的活性得到一定程度的提高，机械粉磨是提高页岩砖粉活性的有效方法;页岩砖粉与二级粉煤灰的活性指数较为接近，说明高温煅烧后形成的化学成分相似的两种水泥混合材料，其活性也相似。因此，通过将页岩砖粉掺入水泥生产是可行的。废弃的黏土砖中含有比黏土中石英品程度低的石英矿物，在熟料烧成中可作为溶剂矿物的赤铁矿。此外，废弃的烧结砖粉末中含有活性的玻璃状物质，因此废弃烧结砖粉末能表现出更好的反应活性和节能优势 [2]。表3中的活性数据也说明了这一点，但是废弃烧结页岩砖对水泥性能的影响需要进一步验证。
2 掺加废弃烧结页岩砖对水泥性能的影响
针对以上分析，本文进一步对掺加废弃烧结页岩砖对水泥性能影响进行试验，同等条件下掺加5%的页岩砖代替其他混合材，对生产水泥性能进行验证，结果见表3、表4。
由表5、表6可见，掺加5%废弃烧结页岩砖后，水泥需水量、凝结时间和对外加剂的适应性变化不大。在水泥强度方面，掺页岩砖前后水泥3 d强度基本一致，28 d强度略有下降。根据以上数据可确认废弃烧结页岩砖可以用于水泥的生产。
3 废弃烧结页岩砖代替粉煤灰
鉴于目前粉煤灰价格较高，对水泥生产成本影响较大，而且采购困难，我们进一步对不同量废弃烧结页岩砖代替粉煤灰生产水泥性能进行了试验，数据见表7。
由表8、表9可见，混合材总量不变，随着废弃烧结页岩砖掺加量的增加，水泥3 d和28 d抗压强度呈递减趋势，特别是在3%增加至5%时，强度变化尤为明显，3 d下降1.9 MPa，28 d下降4 MPa，抗折轻度变化则不明显;水泥标准稠度和凝结时间方面，掺加废弃烧结页岩砖的水泥标准稠度较掺加粉煤灰略小小，但不明显，凝结时间略有延长，延长幅度约25 min。随着掺加量的提高，凝结时间和标准稠度却无明显变化;掺加废弃烧结页岩砖的水泥与外加剂适应性变化不大。
页岩砖掺量为5%以下时，对水泥强度和使用性能方面影响不大，由于页岩砖物料成本较粉煤灰便宜较多，所以掺页岩砖对降低水泥物料成本有利 [3]。
4 废弃烧结页岩砖代替石灰石
自然资源并非无穷无尽，节约资源是各界人士近年来关注的焦点，本文对不同掺加量废弃烧结页岩砖代替石灰石生产的水泥性能进行了研究，试验方案见表10。
由表11可见，掺加5%的废弃烧结页岩砖代替石灰石生产的水泥，各项物理性能均没有明显变化，所以废弃烧结页岩砖代替石灰石是非常值得期待的选择。
5 结语
综上所述，适量掺加利用废弃烧结页岩砖生产的水泥，性能方面基本可控。利用其代替粉煤灰上，综合考虑水泥强度，可以有效降低水泥的生产成本，为循环经济做出贡献。代替石灰石，则在节约资源利用方面有着显著的作用，将能解决巨大的环境污染问题 [4]。
参 考 文 献
[1]李江.发展生态水泥，促进资源利用，保护生态环境[J].四川水泥，2015（11）：18.
[2]韩芳.利用废弃物生态水泥工艺分析[J].四川水泥，2018（6）：11-12.
[3]陈黔.浅谈生态水泥绿色制成技术的集成与应用[J].中国建材，2016（7）：104-106.
[4]吴清仁.资源化利用固体废弃物研发生态水泥[J].新世纪水泥导报，2004（增刊）：17-21.
【中图分类号】TQ172.1 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）08-0058-03
0 引言
近30年来，我国现代化建设规模空前浩大，由此不仅带来建筑业的快速、蓬勃发展，同时促进了建筑物的更新换代。在建筑业迅猛发展、大批新建筑物兴起的同时，也伴随着大批旧建筑物的解体，建筑废弃物的产出量迅猛增加。在数量庞大的建筑废弃物中，作为在整个建筑范围内需求量较高的烧结砖被大量废弃后，便从建筑材料中的“主力军”演变为建筑垃圾中的“主力军”，成为亟待解决的环保问题。对这些建筑废弃烧结页岩砖的最佳处置方案是进行资源化再利用。利用废弃烧结页岩砖生产水泥的最大特点是节能，消耗大量的废弃烧结页岩砖废料，使水泥窑从“能源老虎”变成处理垃圾的城市环境“清洁工”，这符合我国能源短缺，在发展的过程中“既要金山银山，又要绿水青山”的环境保护理念。所以，利用废弃烧结页岩砖粉末生产水泥的研究急需进行 [1]。
1 废弃烧结页岩砖化学成分及活性试验分析数据
废弃烧结页岩砖粉末是由烧结页岩砖破碎粉磨而成，由于烧结砖本身为高温煅烧产物，晶体结构占主体，玻璃体结构较少，总体结构呈稳定状态，不易与外部结构发生化学反应。在破碎粉磨时，砖体中一些稳定的晶体结构遭到破坏，此时页岩砖粉表现出一定的材料活性。为了确定页岩砖粉活性高低，参考《用于水泥混合材料的工业废渣活性试验方法》（GB/T 12957—2005）（简称规范）中的试验方法，对页岩砖粉进行水泥胶砂28 d抗压强度比试验，最终得到的抗压强度比能表示页岩砖粉的活性。与此同时，为了比较页岩砖粉和粉煤灰在相同水泥替代率（30%）情况下活性的高低，仍需对粉煤灰进行水泥胶砂28 d抗压强度比試验。
将准备好的废弃烧结页岩砖粉末（基本分析见表1）、粉煤灰、PII52.5硅酸盐水泥按表2中的要求称取，在放入搅拌锅前将胶凝材料采用机械方式混匀，避免样品不均对试验结果造成的不利影响。28 d抗压强度比试验要求掺入待测水泥混合材料后样品中SO3含量与掺入前水泥的SO3含量相差不超过0.3%。按照规范给定的调试方法，即通过外加二水石膏的方法调整掺入后的SO3含量。由于试验所用水泥与每种水泥混合材料的掺量及其SO3含量均为已知，因此可通过SO3与二水石膏的相对分子质量比值计算得到二水石膏的外掺量，计算得到的每组二水石膏掺入量按表2中的要求称取。
水泥胶砂的抗压强度比K按公式（1）计算，计算结果保留至整数。
K=R1/R2×100 （1）
上式中：K为抗压强度比，%;R1为水泥混合材料掺入后试件的28 d抗压强度，MPa;R2为对比试件样品的28 d抗压强度，MPa。
由水泥胶砂强度检测试验得到的试件抗压强度及每种材料的抗压强度比（活性指数）见表3。
由表3可知，废弃烧结页岩砖粉末的活性指数为73%，满足规范中对水泥胶砂28 d抗压强度比不小于65%的要求，说明经过破碎粉磨得到的页岩砖粉的活性得到一定程度的提高，机械粉磨是提高页岩砖粉活性的有效方法;页岩砖粉与二级粉煤灰的活性指数较为接近，说明高温煅烧后形成的化学成分相似的两种水泥混合材料，其活性也相似。因此，通过将页岩砖粉掺入水泥生产是可行的。废弃的黏土砖中含有比黏土中石英品程度低的石英矿物，在熟料烧成中可作为溶剂矿物的赤铁矿。此外，废弃的烧结砖粉末中含有活性的玻璃状物质，因此废弃烧结砖粉末能表现出更好的反应活性和节能优势 [2]。表3中的活性数据也说明了这一点，但是废弃烧结页岩砖对水泥性能的影响需要进一步验证。
2 掺加废弃烧结页岩砖对水泥性能的影响
针对以上分析，本文进一步对掺加废弃烧结页岩砖对水泥性能影响进行试验，同等条件下掺加5%的页岩砖代替其他混合材，对生产水泥性能进行验证，结果见表3、表4。
由表5、表6可见，掺加5%废弃烧结页岩砖后，水泥需水量、凝结时间和对外加剂的适应性变化不大。在水泥强度方面，掺页岩砖前后水泥3 d强度基本一致，28 d强度略有下降。根据以上数据可确认废弃烧结页岩砖可以用于水泥的生产。
3 废弃烧结页岩砖代替粉煤灰
鉴于目前粉煤灰价格较高，对水泥生产成本影响较大，而且采购困难，我们进一步对不同量废弃烧结页岩砖代替粉煤灰生产水泥性能进行了试验，数据见表7。
由表8、表9可见，混合材总量不变，随着废弃烧结页岩砖掺加量的增加，水泥3 d和28 d抗压强度呈递减趋势，特别是在3%增加至5%时，强度变化尤为明显，3 d下降1.9 MPa，28 d下降4 MPa，抗折轻度变化则不明显;水泥标准稠度和凝结时间方面，掺加废弃烧结页岩砖的水泥标准稠度较掺加粉煤灰略小小，但不明显，凝结时间略有延长，延长幅度约25 min。随着掺加量的提高，凝结时间和标准稠度却无明显变化;掺加废弃烧结页岩砖的水泥与外加剂适应性变化不大。
页岩砖掺量为5%以下时，对水泥强度和使用性能方面影响不大，由于页岩砖物料成本较粉煤灰便宜较多，所以掺页岩砖对降低水泥物料成本有利 [3]。
4 废弃烧结页岩砖代替石灰石
自然资源并非无穷无尽，节约资源是各界人士近年来关注的焦点，本文对不同掺加量废弃烧结页岩砖代替石灰石生产的水泥性能进行了研究，试验方案见表10。
由表11可见，掺加5%的废弃烧结页岩砖代替石灰石生产的水泥，各项物理性能均没有明显变化，所以废弃烧结页岩砖代替石灰石是非常值得期待的选择。
5 结语
综上所述，适量掺加利用废弃烧结页岩砖生产的水泥，性能方面基本可控。利用其代替粉煤灰上，综合考虑水泥强度，可以有效降低水泥的生产成本，为循环经济做出贡献。代替石灰石，则在节约资源利用方面有着显著的作用，将能解决巨大的环境污染问题 [4]。
参 考 文 献
[1]李江.发展生态水泥，促进资源利用，保护生态环境[J].四川水泥，2015（11）：18.
[2]韩芳.利用废弃物生态水泥工艺分析[J].四川水泥，2018（6）：11-12.
[3]陈黔.浅谈生态水泥绿色制成技术的集成与应用[J].中国建材，2016（7）：104-106.
[4]吴清仁.资源化利用固体废弃物研发生态水泥[J].新世纪水泥导报，2004（增刊）：17-21.