风化石英岩用混凝土多孔砖的研究

风化石英岩用混凝土多孔砖的研究

1岩石学和岩石0.05mm2mm（50%以上）得出的岩石的总称砂岩。砂岩是一种机械沉积岩,是由千万年前的岩石经过风化剥蚀作用被解体为碎屑,或经水的冲蚀和溶解,沉淀于石床上经过数百万年的胶结和堆积而成。河南省郑州市登封及南阳、驻马店等西部山区的地貌类型是石英岩剥蚀构造地貌,地表存在着大量的经过亿万年风化剥蚀和流水冲蚀形成的石英岩剥蚀颗粒,即风化石英岩(砂岩)俗称蘑菇石。风化石英岩(砂岩)为黄灰色,疏松多孔构造,微鳞片变晶结构,表面具有丝绢光泽。强风化砂质板岩呈红色土状,组织结构已大部分破坏,风化裂隙很发达,岩体破碎被切割成碎块,含有大量的细小岩屑。干时可用手折断或捏碎,浸水或干湿交替时,可较快地软化及微弱崩解成泥状,用镐或锹可挖掘,干钻可钻进。由于该种岩石风化严重,其强度较低,农作物无法在上面生长,即不能作为耕地,也不能作为建筑用砂和碎石使用,给地方造成极大的资源浪费。风化石英岩混凝土多孔砖或混凝土小型空心砌块等新型墙体材料生产所用的原材料为风化石英岩、粉煤灰等废弃物,符合我国“节土、节地、节能、节约资源、综合利用和保护环境”的可持续发展战略要求,具有广阔的发展前景。2实验与研究2.1岩化学特征的分类与物理分析2.1.1试验方法与检验风化石英岩(砂岩)当作建筑用砂进行利用,因此其化学成分的分析按照GB/T14684—2011《建设用砂》和GB/T176-1996《水泥化学分析方法》标准进行,本次试验在登封地区三个不同的地域进行取样,详细检验结果见表1。由表11可见,33个不同地域的风化石英岩(砂岩)样品化学成分相差不多,70%以上都是SiO2,SO3含量不足0.1%,为高硅、低硫风化砂岩,且K2O+Na2O含量≤5.0%,符合国家标准GB/T14684-2011《建设用砂》中对建筑用砂化学成分的要求,因此完全可以用作生产墙体材料的原材料。2.1.2风化石英岩砂岩加固性和稳定性研究由于风化石英岩(砂岩)是千万年前的岩石经过长期风化剥蚀作用或水的冲蚀、溶解而形成的硅质岩石颗粒,其粒径大部分在0.05mm~4.75mm之间(含量大于50%),因此,可将其看作普通混凝土的细集料(即砂)。本试验按照GB/T14686-2011《建设用砂》中的项目要求进行。a.颗粒级配按照GB/T14686-2011《建设用砂》标准要求,砂按细度模数(Mx)可分为粗砂(Mx为3.7~3.1)、中砂(Mx为3.0~2.3)、细砂(Mx为2.2~1.6);按技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。Ⅰ类宜用于强度等级C60的混凝土;Ⅱ类宜用于强度等级C30-C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土,Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。本试验三次取得风化石英岩(砂岩)按照GB/T14686-2011《建设用砂》进行筛分析检验的结果见表2。由表2可见,按细度模数来分,3个风化石英岩样品均属于I区粗砂范围,且级配良好,满足建筑用砂的要求。b.其他物理指标考虑到风化石英岩(砂岩)的特殊性,所以坚固性项目的检验分别采用了天然砂的硫酸钠溶液法和人工砂的压碎指标法两种检验方法。试验结果见表3。由表3可见,风化石英岩其他物理性能基本满足GB/T14686-2011《建设用砂》标准中Ⅲ类砂的要求,但其坚固性(按天然砂考虑)和压碎指标(按人工砂考虑)却远远超出了标准的规定值,这说明风化石英岩的坚固程度比较差。对于混凝土来说,虽然细骨料对强度的影响没有粗骨料那么明显,但是,为了达到节约水泥、提高混凝土的密实度、强度和耐久性的目的,良好的颗粒级配、有限的有害物质含量,尤其足够的强度和坚固性是非常必要的,由此可见,风化石英岩不能满足建筑用砂的使用要求,也就是说它不能作为建筑用砂(混凝土的细集料)使用。2.2风化石英岩混凝土多孔砖研究2.2.1水泥、粉煤灰的性能风化石英岩:产地登封,其化学性能指标见表1、表2和表3。水泥:试验采用登封市第二水泥厂P.O42.5水泥,其技术性能见表4。粉煤灰:试验采用登封市热电厂的干排Ⅲ级粉煤灰,其化学成分见表5。碎石:试验采用登封产石灰石碎石,满足GB/T14685-2011《建设用卵石、碎石》标准,规格为(5mm~10mm单粒级,表观密度2720kg/m3,堆积密度1630kg/m3。2.2.2风化石英岩混凝土多孔砖的开发风化石英岩混凝土多孔砖生产工艺流程见图1。2.2.3风化石英岩混凝土多孔砖的抗压强度选取下面四组配合比作为风化石英岩混凝土多孔砖的试验配合比,见表6。风化石英岩混凝土多孔砖力学性能按照GB/T2542-2012《砌墙砖试验方法》进行检测,四种不同配合比生产的风化石英岩混凝土多孔砖的抗压强度见表7。由表7可以看出,水泥掺量对风化石英岩混凝土多孔砖的抗压强度起到决定性的作用,随着水泥掺量的增加,风化石英岩混凝土多孔砖的抗压强度也随着增大。由表8可以看出:四个不同配合比风化石英岩混凝土多孔砖的长度、宽度、厚度均稍有偏差,但都在±1mm以内,均无缺棱掉角和裂纹。达到标准规定的优等品(A)要求。通过以上四种配比风化石英岩多孔砖的抗压强度结果对比可知,试验编号3的风化石英岩掺量为67%,水泥掺量仅为13%,其强度达到了JC943-2004《混凝土多孔砖》规定MU15等级的要求。因此,确定采用试验编号3为工业试生产配合比,并在郑州嵩颖建材开发有限公司制砖生产线上进行批量试生产。2.3复合膜的复合膜生产技术郑州嵩颖建材开发有限公司批量生产的风化石英岩多孔砖各项性能指标见表9。由表9可以看出,工业化批量生产的风化石英岩多孔砖的各项性能指标均能满足GB25779-2010《承重混凝土多孔砖》规定MU15级的要求,又因该批砖是在制砖生产线上完成,在实际的工业生产中具有代表性,能够真实反映工业生产中的产品性能。由此可以看出,利用风化石英岩制作混凝土多孔砖是完全可行的。3混凝土多孔砖在新技术中的应用风化石英岩混凝土多孔砖的生产工艺简单,易于控制,且能够保证产品的内在质量和外观质量,因为是非烧结,不用烧煤,在节约燃料资源的同时避免了燃料燃烧排出的SO2、CO等有毒气体和粉尘对大气的污染,同时具有施工速度快等新型建材优势,因此,是一种较为理想的新型可持续发展墙体材料。风化石英岩生产的混凝土多孔砖可代替烧结黏土砖用于承重墙。它既具有烧结黏土砖的强度、耐久性,又易于就地取材