李 浩 郭启龙

(西北民族大学， 甘肃 兰州 730124)

0 前言

随着我国经济的迅速发展和城市化进程的不断加快，环境污染问题已成为社会普遍关心和急需解决的重要课题。其中，工业和建筑业产生的垃圾正以每天数以万吨的速度侵蚀着我们赖以生存的环境，人们在享受城市文明的同时，也遭受着“垃圾围城”、“雾霾笼罩”的困扰和伤害。建筑垃圾污染问题日趋严重，但目前，我国对建筑垃圾的处理，基本处于无序管理状态，大多数城市的建筑垃圾中只有 10%被运往指定的消纳场所，其余的或被随意倾倒、或被运往非法运营的填埋地进行简单处理严重影响到了社会经济和生态环境的协调发展,加强建筑垃圾的综合利用已经迫在眉睫。

目前国内处理建筑垃圾的方法有：利用建筑垃圾来作为路基的一部分；利用建筑垃圾和工业废渣制备免烧砖；利用工业废渣制备复合硅酸盐水泥和矿渣水泥。在利用建筑垃圾和工业废渣制备免烧砖方面，存在的问题有：对建筑垃圾和工业废渣的利用率不够高，原料的级配不合理，成型工艺简单，制品的强度等指标达不到国家对于免烧砖的要求，废品率过高，有的高达 20%，生产成本过高，从而限制了建筑垃圾和工业废渣高效利用技术的发展和推广。

本文研究利用建筑垃圾和粉煤灰制备免烧砖，对粉煤灰进行活性激发，用活性激发后的粉煤灰替代部分的水泥，采用液压式压机对免烧砖压制成型，压力为10KN，免去蒸压工艺，最后对免烧砖进行自然养护，最终使制备的免烧砖的体积密度、气孔率、吸水率和抗压强度均能达到国家对免烧砖的要求。从而既高效利用了建筑垃圾和工业废渣，也充分发挥了粉煤灰的微集料效应和形态效应，使免烧砖结构更加致密，从而进一步提高了免烧砖的强度和耐久性。为粉煤灰在新型建筑材料中的应用打下了坚实的基础。

1 实验方案及步骤

1.1 实验方案

表1 实验配合比

细集料的粒径为0～4.5mm，粗集料的粒径为4.5～9.5mm，减水剂的掺量为胶凝材料的1%。

1.2 实验步骤

首先按实验配比准备好实验原料，然后对粉煤灰进行活性激发，通过QQM轻型球磨机粉磨的方式进行物理激发，通过添加Ca(OH)2和NaSO4的方式进行化学激发，然后进行原料的拌和、装模，接着采用微机液压压力试验机慢慢加压成型，成型压力为10kN,成型后的试样自然养护28d。最后测试试样的体积密度、气孔率、吸水率、抗压强度等性能指标。

1.3 测试方法

1）体积密度：取免烧砖试样5块，将表面清洁干净，在室温下干燥至恒重，免烧砖的体积密度可按照下式计算：

式中：ρ——试样的体积密度，g/m3；

a——试样的长，mm；

b——试样的宽，mm；

c——试样的高，mm；

2）气孔率：从待测试样中取5块，清洗材料表面，在110℃下烘干至恒重，置于干燥器中冷却至恒温，称取试样质量M1，将试样置于清洁容器内，并放于真空干燥器内抽真空，然后在5min内缓慢注入液体，直至浸没试样，将饱和试样吊在天平的吊钩上，并浸入有溢流管容器的浸液中，称取饱和试样的质量M2，接着用毛巾小心地拭去饱和试样表面的液珠，称取质量M3，试样的气孔率按下式计算：

3)吸水率：取5块待测试样，在烘箱中烘至恒重，烘干温度为100℃，称其干质量，记为M0，将干燥后的试样放入水中浸泡24h，水的温度为25±5℃，浸泡完后取出试样，用湿毛巾拭去表面水分，立即称其质量记为M1。按下式计算免烧砖的吸水率：

4）抗压强度:取5块免烧砖试样，先测量受压面的长度a 和受压面的宽度b，然后开始加荷载，加荷速度为2-3kN/S，直到试样破坏为止，此时的最大载荷记为P，免烧砖的抗压强度可按下式计算：

2 结果分析

2.1 体积密度

图1 免烧砖体积密度随粉煤灰含量的变化折线

图1为免烧砖体积密度随粉煤灰含量的变化折线。由图中可以看出整体的趋势是随着粉煤灰掺量的不断减小和水泥掺量的不断增大，体积密度逐渐增大。首先当粉煤灰掺量为175kg/m3，水泥掺量为75kg/m3，试块的体积密度为2.06g/cm3;粉煤灰掺量为150kg/m3时,水泥掺量为100kg/m3,体积密度为2.2g/cm3，体积密度增大了6.8%。4号试样相对于1号试样体积密度之所以增加，是因为水泥掺量的不断加大且大于粉煤灰的掺量，从而能够填补再生集料本身所带有的气孔，使免烧砖结构更加致密，所以最终使试样的体积密度有所提高。虽然3号试样相对于4号试样的体积密度略微降低，但还是能够满足国家对免烧砖的性能要求，从而有效利用了建筑垃圾和粉煤灰。

2.2 气孔率

图2 免烧砖气孔率随粉煤灰含量的变化折线

图2为免烧砖气孔率随粉煤灰含量的变化折线。由图中可以看出整体的趋势是随着粉煤灰掺量的减小和水泥掺量的不断加大，气孔率呈现大幅度的下降趋势。当水泥掺量为75kg/m3、粉煤灰掺量为175kg/m3时的1号试样气孔率为8.66%，而当水泥掺量为125kg/m3、粉煤灰掺量为125kg/m3时的3号试样气孔率为1.72%,相对于1号试样气孔率降低了80%。气孔率之所以会大幅度降低，是因为3号试样水泥和粉煤灰的掺量一致，从而粉煤灰可以发挥它的微集料效应和形态效应，起到填充作用，而且水泥掺量大于粉煤灰的掺量，从而能够有效的填补建筑垃圾带来的大量的气孔，最终使免烧砖表现出较好的性能。

2.3 吸水率

图3 免烧砖吸水率随粉煤灰含量的变化折线

图3为免烧砖吸水率随粉煤灰含量的变化折线。由图中可以看出，整体的趋势是试样的吸水率随水泥掺量的增加不断减小。当粉煤灰掺量为175kg/m3、水泥掺量为75kg/m3时的1号试样吸水率为最大值4.23%，之所以吸水率较大，是因为建筑垃圾本身含有的气孔较多，而且水泥掺量太少不能够有效的填补试样内部的大量气孔，从而导致免烧砖的结构不够致密，致使免烧砖的吸水率过大。当粉煤灰掺量为125kg/m3、水泥掺量为125kg/m3时的3号试样吸水率为最小值0.8%，免烧砖的吸水率较小是因为水泥掺量和粉煤灰掺量较为适中，二者能够相互配合，从而有效填补了试样内部大量的气孔，使免烧砖的结构更加致密，吸水率较小。

2.4 抗压强度

图4 养护28天的免烧砖抗压强度随粉煤灰含量的变化折线

图4为养护28天的免烧砖抗压强度随粉煤灰掺量的变化折线。由图中可以看出，整体的趋势是试样28天的抗压强度随水泥掺量的增加不断增大。当水泥掺量为75kg/m3～150kg/m3、粉煤灰掺量为175kg/m3～100kg/m3时，试样的抗压强度大幅度升高。说明在此掺量范围内，粉煤灰不仅能够较好的发挥火山灰活性作用，从而改善浆体与再生集料界面的粘结强度；而且水泥能够填充一大部分气孔，使得试样的结构更致密，从而提高了免烧砖的强度和耐久性。而当水泥掺量为75kg/m3、粉煤灰掺量为175kg/m3时，试样的抗压强度仅为9.78MPa，已不能满足国家标准对免烧砖抗压强度的要求。可见，粉煤灰和水泥的掺量要在一定的范围内，才能使制备的免烧砖具有良好的性能。但5号试样的抗压强度已经达到了36MPa，完全满足国家对墙体材料的要求。最终免烧砖的成功制备将使建筑垃圾和工业废渣得到有效的利用，如果加以应用和推广，这项技术将会对环境的改善作出巨大的贡献。所以探究建筑垃圾和粉煤灰制备免烧砖很有实际意义。

3 总结

利用建筑垃圾制备的再生集料全部替代砂的同时，利用粉煤灰替代部分水泥作为胶凝材料，在实验过程中，我们通过调整粉煤灰掺量来研究不同原料的配比对免烧砖性能的影响。从实验结果中我们不难看出，随着粉煤灰掺量的减少和水泥掺量的增加，免烧砖的体积密度和抗压强度呈现出不断增大的趋势，而气孔率和吸水率呈现出大幅度降低的趋势。接着我们对实验数据加以分析，从而得到了性能最优异的5号试样，其性能均达到并超过了国家对免烧砖的相关要求。而粉煤灰掺量较大的2号试样的体积密度2.15g/m3、气孔率5.79%、吸水率2.85%、抗压强度11.56MPa，也能够满足国家对免烧砖性能的要求。说明了粉煤灰和建筑垃圾在免烧砖的应用是成功的，从而高效利用了建筑垃圾和工业废渣，对于推动建筑垃圾和粉煤灰在建筑材料中的应用具有深远的意义。

西北民族大学国家级大学生创新创业训练计划资助项目（项目编号：201710742074）

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