建筑垃圾生产中蒸压粉煤灰砖的研究

建筑垃圾生产中蒸压粉煤灰砖的研究

1.蒸压砖的发展背景和背景随着全国城市化进程的推进，城市建设中的旧建筑改造、建筑拆迁、建筑重建和扩建项目造成的建筑垃圾问题已成为各建筑部门和城市管理部门的头痛问题。在我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%～40%。绝大部分建筑垃圾未经任何处理，便被施工单位运往郊外或乡村，采用露天堆放或填埋的方式进行处理，绝非良策。不仅耗用大量的征用土地费、垃圾清运等建设经费，而且清运和堆放过程中的遗撒和粉尘、灰砂飞扬等问题又造成了严重的环境污染。随着我国对于保护耕地和环境保护的各项法律法规的颁布和实施，如何处理和排放建筑垃圾已经成为建筑施工企业和环境保护部门面临的一个重要课题。我国从2003年7月1日起已在170多个城市全面禁止生产实心粘土砖，国家建材工业科曾算过一笔“排放量”的帐，掺加相同量的同一品种粉煤灰烧结砖所排放SO2和CO2气体量分别是蒸压砖的20.8倍和5.8倍。发展高掺灰量的蒸压高性能粉煤灰砖，既是大量利用粉煤灰，发展节能、节土、改善建筑功能的新型墙材代替实心粘土砖的需要，又是贯彻《清洁生产促进法》，避免大量粉煤灰燃烧排放SO2和CO2气体对大气二次污染的需要，因此我国鼓励生产蒸压砖，它比一般新墙材产品具有更显著的社会经济意义。本文就建筑垃圾中的废砖瓦和砂浆等用作蒸压粉煤灰砖的骨料进行了实验研究。2.原材料及其性能2.1成分配比及烧失量粉煤灰取自青岛电厂，其主要化学成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3等。成分百分比及烧失量见表1。其细度为96.8%（80目通过率），堆积密度为640kg/m3。2.2废弃砖骨料的预处理我们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，我们将废弃砖瓦和废砂浆合为一类，简称为碎砖骨料。废弃砖瓦和砂浆主要是废弃的建筑物中的墙体部分拆除后形成的建筑垃圾，使用前需经破碎研磨处理成粒径<5mm作为骨料，其细度模数为2.47。其筛分结果见表2。2.3天然坚果天然骨料为最大粒径<10mm的砾石。其筛分结果见表3。3.试验计划3.1专用激发剂生产蒸压粉煤灰砖在试验中我们以粉煤灰为硅铝质材料、工业废渣为钙质材料、碎砖瓦为骨料并使用专用激发剂，生产蒸压粉煤灰砖。目前，我国利用天然骨料生产蒸压粉煤灰砖的技术较为成熟，而利用建筑垃圾为骨料生产蒸压粉煤灰砖的研究工作较少，基本处于空白状态。在初步探索和与天然骨料进行对比的基础上，我们制定的实验方案见表4。3.2成型压力和水量对砖坯水胀性影响由于受实验室蒸压设备容积大小的限制，我们将蒸压粉煤灰砖做成尺寸为75mm×75mm×50mm的小试块，每组成型六块。通过大量的实验研究，为保证试块较好的成型和物料之间的水化反应，我们一般控制相对含水率为20%左右，成型压力定为25MPa。加水量过多，成型后的砖坯易出现蜂窝麻面，严重时会使砖坯发生水胀性分层现象；加水量太少，成型的砖坯松散，易出现砖坯过压分层。成型试块见图1，试块截面图见图2。3.3维修设备选用YZF-2A型压蒸釜进行蒸压养护。3.4最佳蒸压养护的确定众所周知，蒸气压力越大、蒸养时间越长，蒸压砖的性能越好。蒸养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养护制度。静停阶段使成型水分继续扩散、渗透，坯体产生初始强度。该阶段的环境温度以不低于20℃为宜。当成型水分过高时，必须静停，以避免在蒸压时，由于坯体水分蒸发过快，引起制品内部结构破坏。实验证明经过静停的砖的强度比不静停的提高约10%。升压阶段从100℃开始，直至达到最大蒸气压力为止。随着压力的增加，蒸气逐渐渗透到坯体的孔隙内部，并在那里发生冷凝，整个坯体断面都被加热，内外温差逐渐弥合。恒温阶段如果持续时间过长，也可能会破坏骨料的稳定性，反而不利于制品的强度提高。降温阶段是高温生成矿物向低温稳定矿物转变的过程。这一阶段的物理及物理化学动力，对于制品最终的矿物组成与结构构造至关重要，一定要缓慢进行。如果降温速度过快，亦会产生应力微裂纹，从而影响制品强度。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。我们初选了六种蒸压养护制度见表5，通过实验确定最佳蒸压养护制度。为了确定最佳蒸压养护制度，我们利用配方A30进行了实验研究，结果见表6。实验结果表明，在养护过程中恒压时间为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%；蒸气压力为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。我们确定养护制度为：蒸压强度为1.2MPa，升压2h，恒压6h，降压2h。4.压力和表面的控制按照表4中的各个配比备料3.5kg，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。根据选定的最佳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，会使釜内充满蒸气和空气混合，这时压力表上反映出的压力是蒸气压力和空气压力之和，根据道尔顿(Dalton)分压定律，这时的蒸气压力低于所要求设定的蒸养蒸气压力，使养护温度达不到预定要求，从而降低制品强度。因此，在升压之前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气浸泡试块，造成试块开裂。试验测得砖的抗压强度平均值见表7。5.碎砖骨料掺量对强度的影响1.实验研究结果表明，利用建筑垃圾中的废弃砖瓦为骨料，生产蒸压粉煤灰砖是可行的；2.随着碎砖骨料掺量的增加，蒸压砖的抗压强度逐渐提高，但是当碎砖骨料掺量太少或