建筑垃圾中废弃砖渣的利用研究

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分类号：UDC：密级：学校代号：11845学号：2111109025广东工业大学硕士学位论文(工学硕士)建筑垃圾中废弃砖渣的利用研究李炜指导教师姓名、职称：签直屋麴握学科(专业)或领域名称：结构工猩学生所属学院：±丕皇窒通王猩堂院论文答辩日期：2Q!垒生5目 ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofEngineeringScience)StudyonUtilizationofCrushedClayBrickfromConstructionWasteCandidate：LiWeiSupervisor：PrOf．SunNanpingMay2014SchoolofCivilandTransportationEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou，Guangdong，P．R．China，510006 摘要我国由于城市建设与改造，以及粘土砖生产水平不高，大量的废粘土砖作为建筑垃圾被丢弃，不仅污染环境，而且还占用土地资源。如何有效利用这些废砖是一个急需解决的课题。废砖渣由于其力学性能低于废混凝土而往往被人们忽视，但废砖渣粉磨性能良好，磨细程度较高，易于细磨处理给砖粉带来了更大的利用空间。本文分析了废砖粉的物理和化学性能，以砖粉取代部分水泥研究了废砖粉对水泥及水泥胶砂性能的影响，并通过复合激发实验对废砖粉水泥胶砂进行了改性研究。最后基于废砖粉的性能和活性激发效果分析，有效利用废砖粉完全取代粉煤灰参照免蒸免烧粉煤灰砖制备工艺生产免蒸免烧压制砖。本文主要内容与成果如下：(1)综合对废砖粉的物理基本性能、微观结构及化学成分的分析，得出废砖粉具备作为优质矿物混合材的潜质的结论。(2)研究了废砖粉代替部分水泥对水泥及水泥胶砂性能的影响，包括对标准稠度需水量、活性指数、强度、流动性能以及收缩性能的影响。结果表明废砖粉越细需水量越大，磨细后的废砖粉最高活性指数可达81％。并得出了砖粉细度与活性指数的回归曲线方程。掺入砖粉后的水泥胶砂收缩率降低，折压比有所增长，材料延性得以提高。(3)通过化学激发试验对砖粉进行改性研究。结果表明，减水剂在水灰比为0．5的情况下作用不明显，氯化钙和二水石膏的激发效果比较好，硅酸钠的合理掺量范围为O～l％，烧碱掺量为0．8％效果最佳。以28天抗压强度为指标，效果最好的激发组合达到45．6MPa。(4)研究了砖粉压制砖的制备工艺，经过多次试验对比，最终成型压力为20MPa，用水量为14％～18％时效果较好。(5)研究了不同配比下砖粉压制砖抗压抗折性能，效果最好的一组抗压强度达到34．98MPa，抗折强度达到6．36MPa。(6)研究了压制砖耐高温耐火性能，分别测试了试件在600"(2和1000℃两种高温下的强度质量损失情况，结果表明，砖粉压制砖具有一定的耐高温耐火性能。关键词：建筑垃圾；废砖粉；强度：活性；压制砖 广东工业大学硕士学位论文ABSTRACTWitlltheurbanconstruction，renovationandthepoorqualitylevelofclaybrickproduction，alargeamountofconstructionwasteclaybrickisdiscardedinourcountry．Itnotonlypollutestheenvironment，butalsooccupieslandresources．Howtousethesewasteclaybrickseffectivelyisanurgentissue．Crushedclaybrickisoftenoverlookedbecauseitsmechanicalpropertiesislowerthanthatoftherecycledconcrete，butthegrindingperformanceofcrushedclaybrickisgood，asitshighdegreeoffinegrindingandgrindingprocessingiseasytorealize，theavailablespaceforutilizationofrecycledbrickpowderisgreater．Thispaperanalyzesthephr’sicalandchemicalpropertiesoftherecycledbrickpowder，andstudiestheinfluencesoncementmortalpropertiesaspartialreplacementofcementwithrecycledbrickpowder，andinvestigatestheactivitymodificationofcementmortaraddedrecycledbrickpowderaccordingtothecompoundexcitationexperiments．Finally，basedontheanalysisofperformanceandactivitymodificationeffectofrecycledbrickpowder，thenon—firedandnonautoclavedcompressionmouldingbricksmadeofrecycledbrickpowderhavebeenproduced．Themaincontentsandresultsareasfollows：(1)Bycomprehensiveanalysisofthebasicphysicalproperties，microstructureandchemicalcompositionoftherecycledbrickpowder，itisconcludedthatrecycledbrickpowderhasgreatpotentialasahighqualitymineraladmixture．(2)Theinfluencesoncementandcementmortalpropertiesaspartialreplacementofcementwerestudied，includingwatercontentfornormalconsistence，activityindex，strength，fluidityandshrinkageperformance．Itshowsthefinerthepowderthelargerwaterdemanded．Thehighestactivityindexofrecycledbrickpowderisupto81％．Anditisconcludedthattheregressioncurveequationbetweenbrickpowderfinenessandactivityindex．Whenmixedwithrecycledbrickpowder，theshrinkageofcementmortarisreduced，ratioofbending—compressivestrengthisincreasedandtheductilityisimproved．(3)Acordingtochemicalexcitationexperiments，theactivitymodificationofrecycledbrickpowderwerestudied．TheresultsshowedthateffectofwaterreducingagentisnotII ABSTRACTobviouswhenwater．cementratiois0．5，thestimulateeffectofcalciumchlorideandgypsumisgood，thereasonabledopedamountofsodiumsilicaterangesfrom0to1％，thebestdopedamountofcausticsodaisO．8％．Withindexof28一dcompressivestrength，thebesteffectexcitationcombinationreached45．6MPa．(4)Thepreparationtechnicsofcompressionmouldingbrickwhichismadeofrecycledbrickpowderwerestudied．Accordingtoseveraltrialscomparing，whenthemoldingpressureis20MPa，waterconsumptionrange14％to18％，theeffectisgood．(5)Thecompressiveandflexuralpropertiesofcompressionmouldingbrickinthecaseofdifferentmixproportionswerestudied．Compressivestrengthofthebestsetisupto34．98MPaandflexuralstrengthis6．36MPa．(6)Thehightemperatureresistantandfireproofperformancesofthecompressionmouldingbrickwerestudied．Thestrengthandmasslossofspecimensat600℃and1000℃hightemperatureweretestedrespectively，andtheresultsshowedthatrecycledbrickpowdercompressionmouldingbrickhavegoodhightemperatureresistantandfireproofperformance．Keywords：Constructionwaste；Recycledbrickpowder；Strength；Activity；CompressionmouldingbrickIII 广东工业大学硕士学位论文目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯IABSTRACT⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．II目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．IVCONTENTS⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯VII第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．1课题研究的背景和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．2国内对建筑垃圾中废砖渣的研究及利用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31．3国外对建筑垃圾中废砖渣的研究及利用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41．4本文的主要研究工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61．4．1论文主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61．4．2创新之处⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6第二章试验原材料与试验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．82．1试验原材料及其基本性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82．1．1水泥⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．82．1．2废砖粉⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82．1．3标准砂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82．1．4粉煤灰⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．82．1．5激发剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．92．1．6生石灰⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l02．1．7水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯102．2试验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．112．2．1技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．112．2．2废砖粉及其物理性质测试方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．132．2．3废砖粉水泥胶砂成型及养护⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15第三章废砖粉作为优质矿物混合材可行性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯203．1砖粉物理基本性能试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．20IV 目录3．1．1废砖粉的粉磨性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．203．1．2废砖粉的堆积密度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一223．1．3废砖粉的吸水率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．223．2废砖粉的微观分析及化学成分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．233．3从物理性能和化学性能分析砖粉作为优质矿物掺和料的可行性⋯⋯⋯⋯⋯．263．4废砖粉与粉煤灰活性指数对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．273．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．28第四章废砖粉对水泥胶砂基本性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯294．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．294．2废砖粉对水泥标准稠度需水量的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．294．3废砖粉细度与活性指数的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．304．4砖粉掺量对水泥胶砂强度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．324．5砖粉掺量对水泥胶砂流动性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．344．6砖粉掺量对水泥胶砂收缩性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．354．7利用化学激发剂对废砖粉进行活性改性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．374．8本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．42第五章利用废砖粉制备免烧压制砖⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯445．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．445．2免烧压制砖制备方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．455．2．1原材料及成型方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．455．2．2压制砖配合比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．465．3制备工艺与养护⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．475．4产品性能测试方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．495．5压制砖试验结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．535．6压制砖耐高温性能浅探⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．595．7本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6l结论及展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62全文总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．62研究展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．63参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯64V 广东工业大学硕士学位论文攻读学位期间发表的论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯68学位论文独创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯69学位论文版权使用授权声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯69致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯70V1 CONTENTSCoNTENTSABSTRACT(CHINESE)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．IABSTRACT⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．IICONTENTS(CHINESE)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．IVCONTENTS⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯VIICHAPTER1Introduction⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．1Backgroundandsignificanceofthisresearchsubjcot⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·11．2Domesticresearchandutilizationofcrushedclaybrickfromconstructiowaste⋯⋯．31．3Overseasresearchandutilizationofcrushedclaybrickfromconstructiowaste⋯⋯．．41．4Mainresearchworkofthepaper⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61．4．1Mainresearchcontentsofthepaper⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61．4．2Theinnovationofthispaper⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6CHAPTER2Rawmaterialsofexperimentationandtestmethods⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯82．1Rawmaterialsofexperimentationandthebasicperformance⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82．1．1Cement⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82．1．2Recycledbrickpowder⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。82．1．3Standardsand⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．82．1．4Flyash⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82．1．5Excitingagent⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．92．1．6Calcinedlime⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯102．1．7Water⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．102．2Testmethods⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．112．2．1Technicalroute⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯112．2．2Recycledbrickpowderanditsphysicalpropertiestestmethod⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯132．2．3Themoldingandmaintenanceforthecementmortaraddedrecycledbrickpowder⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．15CHAPTER3Feasibilitystudyonrecycledbrickpowderusedashighgrademineraladmixtures．．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．：10Ⅵ1 广东工业大学硕士学位论文3．1Experimentstudyonthebasicphysicalpropertiesofrecycledbrickpowder⋯⋯⋯．20：；．1．IGrindingperformanceofrecycledbrickpowder⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．20：；．1．2Bulkdensityofrecycledbrickpowder．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．22：；．1．3Waterabsorptionofrecycledbrickpowder．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．223．2Microscopicanalysisandchemicalcompositionofrecycledbrickpowder．．．．．．．．．．．．．233．3Analyzethefeasibilityofrecycledbrickpowderusedashi【ghgrademineraladmixturesonthebasisofitsphysicalpropertiesandchemicalproperties．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．263．4Theactivityindexcomparisonofflyashandrecycledbrickpowder⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一273．5Conclusionsofthischapter．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28CHAPTER4Theinfluenceofrecycledbrickpowderoncementmortalproperties．294．1Introduction⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．．：194．2Theinfuenceofrecycledbrickpowderonwatercontentfornormalconsistence⋯294．3Therelationshipbetweenbrickpowderfinenessandactivityindex．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．304．4Theinfluenceofbrickpowdercontentonstrengthofcementmortar⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．324．5Effectofbrickpowdercontentonfluidityperformanceofcementmortar．．．．．．．．．．．．．．344．6Effectofrecycledbrickpowderonshrinkageperformanceofcementmortar．．．．．．．．．354．7Theactivitymodificationofrecycledbrickpowderbychemicalexcitationagent．．374．8Conclusionsofthischapter．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42CHAPTER5Producenon-firedcompressionmouldingbrickswithrecycledbrickpowder．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．441；．1Introduction．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．⋯．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．⋯．．⋯．．．．．．．．⋯．．zI。45．2Thepreparationmethodofnon-firedcompressionmouldingbrick⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．455．2．1Rawmaterialsandmoldingmethod．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．455．2．2Mixproportionofcompressionmouldingbrick⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．465．3Thepreparationprocessandmaintenance．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．471；．4Testmethodsofproductperformance⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．495．5Thetestresultsandanalysisofcompressionmouldingbrick．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．535．6Apreliminarystudyonhightemperatureresistantperformanceofcompressionmouldingbrick⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯．．595．7Conclusionsofthischapter⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61 CONTENTSConclusionandoutlook⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．t，：!Mainconclusion⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．62Outlook⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．63Reference⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯64Publishedpaperduringstudypursuingmasterdegree⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．68Statementoforiginality⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．69Originalandauthorizeduseofcopyright⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．69Appendix⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯70IX 第一章绪论1．1课题研究的背景和意义随着国民经济稳步发展，以及城镇化步伐的推进，社会越来越注重改善民生居住条件，各项设施的建设和旧房改造等活动随处可见。以至于排放的建筑垃圾数量猛增，随意堆倒和环境污染现象较为严重，破坏了人与自然的和谐发展。如今，社会各界高度关注建筑垃圾的综合利用问题，无害处理和再生利用也已成为当今科研领域的一个热尉¨。建筑垃圾是指在新建、加固、拆迁及装修过程中产生的余泥、废渣、泥浆等废弃物[21。建筑垃圾数量占到我国城市垃圾总和的30％---40％tn。据统计，经对各类常见结构形式的建筑的建材用料进行初步估算，施工过程中每新建l万平方米可排放500"-"600吨建筑废渣[41，拆迁改造过程中每拆掉1万平方米的旧建筑，将排放7000"-"12000吨建筑废渣【5l。目前，每年排放的建筑垃圾已经超过4亿吨[el。截至2011年，我国建筑垃圾总量约为2l亿~28亿吨，据住建部报导，到2020年我国因为新建住宅项目而产生的建筑垃圾将超过50亿吨川。在这些建筑垃圾中，以废砖的比重最大，据统计，旧城改造的建筑垃圾中废砖占50％"-'70％，建筑施工的建筑垃圾中废砖占30％---50％tsJ。2013年，李克强总理在两会时期强调加快推进乡镇建设，城镇化进程要以改善民生着手。由此预测，近几年内，由于城镇化进程推进和旧城改造的开展，居住条件将得以改善，而随着村镇现有建筑的拆除，会产生大量的废弃粘土砖。另外，由于地震等自然灾害对建筑物的破坏，摧毁了大量的旧建筑，其中废弃粘土砖也是震后建筑垃圾中的主要成分191。例如，2008年5月12日汶川大地震产生的建筑垃圾超过5亿吨，如以60％计算，则产生的废砖为3亿吨【lol。过去50年，我国至少生产了200亿立方米粘土砖制品，未来50年大都将转化为建筑固体废弃物，约占建筑废弃物总量的50％"I叫列。粘土砖在过去几十年里的传统建材市场中比重较大，而且人们因为其容重较大，也觉得粘土砖“经实”、牢靠，尽管我国己开始大范围禁止生产使用，但还是发现不少地方因市场需要还在供应烧结粘土砖。现今，废砖的排放量越来越大，主要原因是20世纪90年代以前的建筑材料大都是粘 广东工业大学硕士学位论文土砖制品，随着经济的发展和城镇化进程的加快，旧有的建筑大量被拆除，产生了大量的废砖：其次，制砖厂工艺技术水平不高，以及对于废品的管理政策不到位，大量的不合格的砖制品因无法满足建筑要求作为废砖而被随意弃置。据统计，我国近来每年排放的废弃砖制品大概为5200万吨【他】。如此大量的废砖弃置既占用土地，还污染环境，所以如何资源化利用这些废砖是需要我们高度关注的问题。随着人类建设活动的大力开展，许多资源都在快速消耗，其中生产水泥和混凝土的原料产量每年都在剧增，这些不可再生资源由于过度开采利用日趋枯竭，导致未来发展的可利用资源短缺的问题凸显出来。无论从当前解决城市严重的环境污染问题，还是节约不可再生资源，实现可持续发展战略，开展建筑垃圾综合利用都非常有必要。废弃砖渣为红砖生产中的废砖块、砖渣以及建筑物拆迁后产生的碎红砖[141，是一种常见的建筑工业固体废弃物【15】。目前，国内外对废弃混凝土块的资源化利用已经取得了阶段性成果，并开始尝试规模化资源化应用，但废砖由于其压碎指标值较低、孔隙率大、活性难以激发且易吸水膨胀等特点一直没有得到规模化资源利用。研究表明【16叫7】，废弃砖含有活性矿物成分，其中二氧化硅和氧化铝含量较高，且具有火山灰活性，磨细后，水化活性良好，可用作水泥混合材。张冷晶等【博嚏议把建筑垃圾制备成新型掺合料用于混凝土中，解决当前市场上一些掺合料短缺的问题。并且明阳等【伸1也作了相关的试验研究，发现废砖渣粉活性较高，能够用作掺和料来缓解粉煤灰等混合材短缺的问题。珠三角地区粉煤灰资源紧缺，售价高涨。二级粉煤灰的价格已逼近200元／吨。由于量少价高，市场上用石粉等配制的假冒粉煤灰泛滥。一方面建筑市场迫切需要大量水泥混凝土用的优质矿物掺合料。另一方面珠三角地区每年产生大量建筑废弃物，目前仅极少量得到再生利用，绝大部分丢弃、填埋堆放，占据土地并造成环境、生态污染。建筑废弃物中含大量残破烧结粘土砖，烧结粘土砖为烧粘土质材料，具有潜在的化学活性，应该有作为活性混合材料的潜在再生利用价值。利用废弃烧结粘土砖代替粉煤灰用作水泥混凝土混合材料有巨大的经济和社会意义。本课题也是基于砖粉具有潜在活性的考虑，经过活性分析，并辅以其它活性激发材料，取代粉煤灰制备免烧压制砖，对于建筑垃圾的环境污染治理以及资源再生具有重要现实意义。2 第一章绪论1．2国内对建筑垃圾中废砖渣的研究及利用现状我国对建筑垃圾的资源再生利用起步较晚，建筑垃圾再生利用率不足5％t：'oJ，建筑垃圾再生利用水平较低。与发达国家相比，我国的资源综合利用水平差距较大。大量的建筑废弃物没有得到充分利用，既浪费了资源，又污染了环境。随着资源与环境问题受到高度重视，我国加强了相关立法工作，例如，1995年制定了《中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法》【2lj，后来该法于2004年12月29日修订通过，自2005年4月1日起施行，依照此法规定，国家对固体废物污染环境的防治，实行减少固体废物的产生量和危害性、充分合理利用固体废物和无害化处置固体废物的原则，促进清洁生产和循环经济发展。《城市建筑垃圾管理规定》于2005年3月1日经第53次中国建设部常务会议讨论通过，并于2005年6月1日起施行，从政策上加强了对城市垃圾的管理。部分大、中城市根据管理的实际需要，也相继颁布了许多关于建筑垃圾申报及审批制度。但是这些法律法规及管理政策缺乏配套的实施标准和规范，不够整体详细，还要在不断实践中总结经验，从而进行补充、修正和完善。国内对建筑垃圾的资源利用面临诸多问题与考验，但是也有不少企业、研究院和高等学校的研究人员重视废砖的综合利用问题及其带来的良好的经济与社会效益。目前，国内许多大、中城市对建筑垃圾处理的试探性工作收获了一定成效。利用领域主要有：利用建筑垃圾造景、利用建筑垃圾生产环保砖块、利用建筑垃圾生产再生骨料等。因为起步较晚，许多工作相比发达国家滞后许多，因此我国应该积极发展资源化利用技术工艺，从而推动建筑垃圾资源化工作的进一步进展。国内对废砖的资源化利用研究尚处于起步阶段，虽然也有了一些资源化途径，例如，国内有许多学者把废弃粘土砖用作再生骨料进行科学研究，其中一些学者∞～24l研究了黏土砖作为混凝土骨料对混凝土性能的影响，研究结果显示，所配制的混凝土有较好的性能，有些方面的性能甚至超过了用天然骨料配制的混凝土：刘子振等阅通过多次试验，发现废砖骨料在再生混凝土中应用的最佳粒径为9．6．19mm；李新建等嗍则进行了废弃粘土砖代替细骨料的探索，把粒径不大于5mm废砖颗粒作细集用于砂浆中，研究了废砖对砂浆强度的影响，结果表明，废砖有助于提高砂浆早期抗折抗压强度：砖粉能与石灰、水泥等胶凝材料混合制备墙体材料，用废砖磨细处理生产墙体材料的研究也有一定进展，张长森等鲫研究了以建筑垃圾中废砖为主要原料制备节能保温墙体材料，该墙体材可应用于非承重围护结构，另外杨久俊等辨利用废砖粉和废弃混凝 广Szr_』k大学硕士学位论文土磨细粉作为主要原料，通过压制成型，生产了非蒸养墙体材料，该生产工艺易操作控制，产品符合国家标准，有巨大的经济效益和良好的环境效益；近来发现，废弃粘土砖磨细粉的活性较高，能够用作水泥混合材，2012年，葛智等f29】研究用废黏土砖粉取代水泥对混凝土性能的影响，试验结果表明，废黏土砖粉可以作为混凝土掺合料部分替代水泥而不降低混凝土的性能，提高了废黏土砖在混凝土中的应用；国内学者还研究了废砖在骨料、墙材、混合材途径之外的许多研究，其中有徐勇等【30】将废黏土砖用作骨料生产高强浇筑料和耐火耐酸喷涂料，结果表明，对应的产品代替现有产品完全可行，产品在应用中取得了较为突出的成绩。综合对国内废砖处理的现状分析，发现其中有许多不足之处：(1)建筑垃圾分类程度不高，造成分选工作困难，许多可利用的废砖资源因此遭到埋没和抛弃；(2)对废砖利用方面的综合研究不够全面与系统，生产工艺和设备较为简单：(3)废砖在源头上处理力度较轻，法律法规不完整；(4)资源化意识淡薄，废砖没有引起足够的重视，同时也反应了国家对资源利用的投资需要持续加大。综上，废砖的利用研究主要受到技术工艺和法规政策的制约，这些方面还需要大量的试验研究与实际经验来完善，寻找新的工艺和利用途径拓展废砖市场也是一个好的突破口。1．3国外对建筑垃圾中废砖渣的研究及利用现状建筑垃圾循环利用在一些发达国家已成为新兴的产业。欧盟、美国和日韩等国家在建筑垃圾处理中十分注重源头把控，用一系列管理方法和政策法规来约束建筑垃圾的源头排放，尽可能做到在施工过程中不产生建筑垃圾。而且这些国家极度重视建筑垃圾的再生利用，尽可能地通过科学手段和技术工艺，变废为宝。欧盟国家再生利用率超过90％，韩国、日本利用率已经达到97％，从广义上说，美国的建筑垃圾综合利用率为100％[sq。德国、美国和日本等发达国家对建筑垃圾资源化利用起步较早，经过近几十年的努力，在建筑垃圾的资源利用方面取得了丰富的实践经验和管理经验。根据资料[20,32~33l，德国、美国和日本在建筑垃圾再生利用领域已经形成了较为完善和高效的政策法规体系。德国是最早实施循环经济立法的国家，早在1978年在蓝天使计划后制订了《废物处理法》，1994年制订了在世界上有广泛影响的《循环经济和废物清除法》，而后还制订了一系列层次分明的循环经济法律文件，体系十分完备；美国1980年制定的《超级基金法》和1965年制定并后来五次修订的《固体废弃物处理法》，鼓励无排放，减少 第一章绪论环境破坏和引导行业自律，并配备了相关的填埋规范、建筑废弃物准入制度与许可制度等；日本国土面积小，经济发展迅速，这些矛盾导致日本十分重视建筑垃圾的管理，20世纪60年代末开始着手制定相应的法律法规，如《废弃物处理法》(1970年)、《资源有效利用促进法》(2001年)等。这些完善可行的政策法规体系切实有效地保障了建筑垃圾资源化工作的顺利进行，并将继续结合实际完善补充。在建筑垃圾资源化工艺技术领域，德国、美国和日本这些发达国家由于起步较早，经过长期的研究工作与实践，形成了建筑垃圾再生利用方面先进的技术和设备。德国是世界上最早推行环境标志的国家，每个地区都有大型的建筑垃圾再加工综合工厂，仅在柏林就建有20多个p—I；美国很早就开始了建筑垃圾再生利用的研究工作，从1915年对废旧沥青的利用研究开始【35】，在接下来的近百年时间不断展开对建筑垃圾在各领域应用的研究工作，大量的实践和严谨的科学方法使得其建筑垃圾处理工艺十分先进；日本较早在国内兴建了许多加工处理厂，而且不断地通过实践对生产工艺与设备进行改进，建筑垃圾再生产品大多被广泛使用。国外对废砖的再生利用已展开了一系列的研究，并且取得了一定成果。研究表明，建筑拆除后完好砖块可以重复使用，而碎砖可进行再生利用，其资源化途径有许多：如拿来作污水处理、用作道路基础、铺装网球场地、取代混凝土骨料等[36l。AsheeshKumarYadav等[371尝试了用砖粉做地下水除氟吸附剂，研究表明，吸附效果良好。RamamurthyK铮，s】将废旧丝切砖和模具制砖分别加工成粗骨料，与普通Portland水泥(43级)、天然砂以及适量水混合配制成再生混凝土砌块，其抗压强度基本超过IOMPa，他们认为可以用作承重墙体的砌块。KsenijaJankovi6等t39-"01(2010、2012)做过以碎砖为骨料的混凝土的抗冻性能研究，结果表明，碎砖取代天然骨料后密度和强度均有所降低，产品抗冻性良好，碎砖取代率达32．5％的混凝土砌块和取代率为65％的混凝土路面，性能均满足欧洲现有标准的要求。国外关于废砖骨料对混凝土性能的影响的研究较多，Cachimt,tl通过试验研究认为废砖取代天然骨料不超过15％时对混凝土的强度无不利影响，当取代百分比超过30％，混凝土强度降低超过20％，一些研究也表明，废砖再生骨料高掺量时对混凝土力学性能影响较大，DebiebF等【42】建议只能将其用于铺路混凝土等性能要求较低的工程，然而低强度的废砖骨料生产的混凝土砌块用于围护等非承重结构中是完全可靠的【43】。PoonCS等【¨】研究了利用废砖渣作为铺路块体的原材料，发现抗压强度随着废砖渣掺量增加而降低，但劈拉强度有所增加，也更加轻质，满足用于铺路的要求。 广东工业大学硕士学位论文1．4本文的主要研究工作1．4．1论文主要研究内容本课题来源于导师孙南屏教授承担的广东省循环经济及资源综合利用协会课题“广州市建筑垃圾综合利用研究”的外延。在借鉴国内外建筑垃圾利用的经验，并参考有关废砖粉相关性能的研究和应用经验，基于对国内免烧压制砖工艺的了解，针对目前国内外研究的不足之处，本文主要研究内容如下：1．研究废弃砖渣的基本性能，测定废弃烧结粘土砖化学组成、吸水性能、堆积密度、粉磨性能(球磨机粉磨时间与细度的关系)、颗料分布、对流动性的影响等。2．研究利用废弃砖渣取代部分水泥制备水泥胶砂的活性指数。3．研究通过激发剂对砖粉活性指数的改进效果。4．研究废弃砖粉压制砖的制备工艺与性能。1．4．2创新之处粉煤灰砖以粉煤灰，石灰等为主要原料，该产品本来就消化大量的粉煤灰，节约耕地，减少污染，保护环境。但因粉煤灰资源逐渐枯竭，价格飞涨，至今尚未有理想的替代品。本课题研究利用占据建筑废弃物主要部分的废烧结粘土砖磨细成砖粉取代粉煤灰，对废弃物的资源利用更加拓宽加深，对改善生态环境，解决资源短缺等社会问题起到重要作用，具有探讨加深资源化联合利用的新颖之处。本课题着重废弃烧结粘土砖粉末的活性指数及活性激发研究，找出最好激发剂和掺配参数，获得取代粉煤灰生产免烧压制砖的最佳工艺参数，是解决粉煤灰价格高涨，资源紧张的一个很好研究方向，同时也是废弃砖渣资源化再生利用的良好途径。具有良好的社会效益、环境效益和经济效益。本文的主要创新点：1．提出废砖粉作为水泥混合材的观点并研究掺废砖粉水泥胶砂的基本性能；2．研究了废砖粉的细度对需水量、活性指数、收缩等性能的影响以及砖粉细度与活性指数的回归曲线； 第一章绪论3．进行废砖粉活性激发试验研究，并确立了激发剂的选择与组合。4．提出利用废砖粉制备压制砖的配合比与制备工艺；5．研制出抗压强度30MPa以上、抗折强度6MPa以上的压制砖产品：7 广东工业大学硕士学位论文第二章试验原材料与试验方法2．1试验原材料及其基本性能2．1．1水泥水泥采用广州石井水泥公司生产的石井牌普通硅酸盐水泥，强度等级为42．5R。2．1．2废砖粉废弃粘土砖取自广州大学城南亭村建筑拆除后建筑垃圾中的废砖，主要是红砖块和碎红砖；其主要化学成分和质量百分含量如表2．1所示。表2．1废砖粉主要化学成分(％)Table2-1Basicchemicalcompositionofrecycledbrickpowder(％)2．1．3标准砂厦门艾思欧标准砂有限公司生产的中国ISO标准砂。2．1．4粉煤灰许多特定场合粉煤灰被作为优质水泥混合材利用，在研究废砖粉的基本性能的同时，与粉煤灰进行对比分析，有助于在未来资源利用中有更多的参考方向。粉煤灰采用黄埔电厂排出的二级粉煤灰。粉煤灰的成分及理化性质见表2-2和表2-3。表2．2粉煤灰基本化学组成(％)Table2-2Basicchemicalcompositionofflyash(％) 第二章试验原材料与试验方法表2．3粉煤灰的物理性能Table2-3Basicphysicalcompositionofflyash(％)2．1．5激发剂砖粉作为水泥混合材，活性激发一般可考虑掺入一定量的外加剂。选取多种碱、硫酸盐等活性激发剂，掺配成砖粉末活性激发剂，变化品种与掺量，分别测定砖粉末活性指数的变化，判别激发效果，找出效果最好的激发剂和掺配参数，利用其改进废弃烧结粘土砖粉末的活性指数。减水剂采用江门强力建材有限公司生产的QL．PC2聚羧酸类高效减水剂、FDN．A型减水剂，氢氧化钠采用滨化集团股份有限公司生产的食用添加剂氢氧化钠，氯化钙采用天津市恒兴化学试剂制造有限公司生产的分析纯无水氯化钙，二水石膏采用荆门市磊鑫石膏制品有限公司生产的二水石膏(硫酸钙的二水形式，约含20％的结晶水)，水玻璃采用天津市福晨化学试剂厂生产的固体硅酸钠。主要性能指标如表2-4"-'2．9所示。表2-4聚羧酸减水剂指标Table2-4Polycarboxylatesuperplasticizerindex表2．5FDN．A型减水剂指标Table2-5FDN-Awaterreducingagentindex表2-6氢氧化钠指标Table2．6Causticsodaindex采用标准总碱量(％)碳酸钠(％)砷(％)重金属(以Pb计)汞(％)水不溶物(％)GB5175．200898．7≤0．3≤0．0003≤0．0005≤0．00001通过试验9 广东工业大学硕士学位论文表2．7氯化钙指标Table2．7Calciumchlorideindex表2-8二水石膏指标Table2-8Dihydrategypsumindex表2-9硅酸钠指标(以％计)mlble2．9Sodiumsilicateindex2．1．6生石灰采用来自衡阳市益佳石灰厂生产的生石灰粉，细度为300目，主要性能指标见表2．10。表2．10生石灰指标Table2．10CalcinedIimeindex名称氧化钙氧化镁氧化铁氧化铝氧化硅硫含量(％)>／85≤O．35≤O．36≤0．5≤0．4≤0．052．1．7水普通自来水。10 第二章试验原材料与试验方法2．2试验方法2．2．1技术路线通过SEM电镜扫描及能谱分析仪，对砖粉微观结构进行观察与分析，并对其所含元素含量进行定量分析，同时与粉煤灰显微形貌和成分进行对比，研究砖粉作为优质矿物混合材的可行性。试验测定废砖粉吸水性能、堆积密度、粉磨性能(球磨机粉磨时间与细度的关系)等，掌握废弃烧结粘土砖渣的基本性能，并研究废砖粉代替部分水泥对水泥胶砂需水量、活性指数、强度、流动性及收缩性能的影响；通过一系列实验，得到砖粉活性指数及主要影响因素，并与粉煤灰进行对比分析，采用多因素正交实验，获得最好的混合激发剂和掺量。科学的安排试验方案，利用废砖粉取代粉煤灰，采用参照免烧免蒸粉煤灰砖生产工艺制备出性能良好的砖粉压制砖。 广东工业大学硕士学位论文图2．1试验总体流程图Fig．2-1Theoverallflowchartoftheexperimentation12 第二章试验原材料与试验方法2．2．2废砖粉及其物理性质测试方法由于废弃粘土砖容易粉磨，另外，磨细也是从物理的角度激发其潜在的水化活性的一种方法，因此将其粉磨成粉末利用是非常合理的。本试验将废弃粘土砖人工破碎、定量称取，然后倒入水泥试验小磨中。每次磨完后将磨体内清理干净，重新加料粉磨。先通过0．9mm方孔筛预处理，最后进行筛分，通过控制粉磨时间和筛分得到目标细度的废砖粉。废砖及废砖渣废砖粉图2．2废砖磨细前后对比Fig．2-2Recycledbrickbeforeandaftergrindingtreatment2．2．2．1废砖粉堆积密度测试方法(1)漏斗置于量筒121正上方，用料勺取砖粉试样让其从漏斗自由落入量筒中，加料过程直到砖粉界面快到达预设刻度线后停止。然后手动慢慢调整加料速度与方向，适当地填充凹陷处直至到达刻度线后界面尽量平整。称出量筒和砖粉试样总质量，精确至lg。(2)称取量筒的质量，精确至19。砖粉堆积密度按下式计算：p=(学)枷oo亿·，式中：p一砖粉的堆积密度，kg／m3； 广东工业大学硕士学位论文q一量筒和试样的质量，g；G2—量筒质量，g；y一预设体积，mL。2．2．2．2砖粉吸水率测试方法取砖粉试样一份，将试样置于盛水的容器中，使水面高出试样，浸泡24小时用棉布过滤出试样，摊开放于通风处使表面水达到风干状态，然后立即将试样放在浅金属盘中称重。将浸水饱和状态的试样连同浅盘置于(105±5)℃的烘箱中烘干至恒重。然后取出，放入带盖的容器中冷却1小时，再称取烘干后的试样总重。砖粉吸水率的计算公式为：％-(精j亿2，式中：‰一砖粉的吸水率；G0—浸水饱和面干状态的试样与盘的总质量，g；G；—烘干后试样质量和盘的质量，g；G2一盘的质量，g。2．2．2．3废砖粉物理粉磨性能测试方法将人工破碎的废砖渣，每次称取5千克，倒入水泥试验小磨中，粉磨时间分别取5min、lOmin、20min、30min、40rain、50min。每次粉磨完后将磨体内清理干净，重新加料粉磨。粉磨完后经过0．9mm方孔筛预处理，根据GB／T1345．2005水泥细度检测标准f45】，采用负压筛析仪通过80pm方孔筛测得筛余率。为研究废砖渣的粉磨性能，以及确立正确的进料原则，分别对天然含水率为5．2％的废砖渣和经过llO。C条件下干燥24h的废砖渣进行不同时间的球磨。试样通过FSY-150型水泥细度负压筛析仪测得经过粉磨试样80p．m筛余率。粉磨性能通过粉磨的细度来直观表示。(1)试验前清洁试验筛，并保持干燥。筛析试验前把负压筛放在筛座上，盖上筛盖，接通电源，检查控制系统，调节负压至4000Pa一-6000Pa范围内。(2)称取试样259，精确至O．Olg。置于洁净的负压筛中，放在筛座上，盖上筛盖，接通电源，开动筛析仪连续筛析2min，在此期间如有试样附着在筛盖上，可轻轻敲击筛盖使试样落下。筛毕，用天平称量全部筛余物。14 第二章试验原材料与试验方法2．2．2．4标准稠度需水量测试方法(I)用矿物油擦拭维卡仪的滑动杆以保证其自由滑动，将试模和玻璃板用湿布擦拭，放在底板上，调整维卡仪至试杆接触玻璃板时指针对准零点。(2)使用水泥净浆搅拌机，搅拌前用潮湿的毛巾擦拭叶片与搅拌锅，将称取的水先倒入锅内，然后将5009胶凝混合材(水泥与废砖粉)在5S～10S内倒入水中；启动搅拌机，低速搅拌120S，停15S，将叶片和锅壁上的浆体刮入锅中间，接着高速搅拌120S停机。(3)搅拌结束，迅速一次性将净浆装入试模中，净浆应超出试模，用直边刀轻拍浆体5次，然后用小刀轻轻抹平净浆表面。抹平后立即将试模和玻璃板一起移上维卡仪，调整试模中心位置至试杆正下方，慢慢控制试杆使其刚好与浆体表面接触，拧紧螺丝后突然放松，使试杆自由落入浆体中。试杆停止或30S后记录指针数据，开始装模到结果记录应在1．5min内完成。以试杆沉入净浆内并距离底板6mm±lmm的水泥净浆为标准稠度净浆。其拌和水量为该胶凝材料的标准稠度需水量，按胶凝材料质量的百分比计[461。2．2．3废砖粉水泥胶砂成型及养护胶砂的制备参照国家标准GB／T17671．2005水泥胶砂强度检验方法(ISO法)[471，配合比采用每锅一份水泥和废砖粉混合料(4509)，三份中国标准砂(13509)，水灰比0．5，制备工艺见图3．3。为了试验了解废砖粉作为混合材对水泥性能的影响，以不同比例等量取代部分水泥进行胶砂制备并测试其性能，方法概要见图3．4。成型后放入标准养护箱内养护，在成型20--一24h之间脱模，脱模后立即放入(20±1)℃水中养护，直至强度试验试体龄期前15min从水中取出。本试验试件尺寸：40mmx40mmxl60mm的棱柱体试件。 图2．3废砖粉水泥胶砂成型工艺Fig．2-3Themouldingprocessofcementmortaraddedrecycledbrickpowder图2-4胶砂强度试验沉程Fig．2-4Theprocessofmortarstrengthtest2．2．3．1水泥胶砂抗压、抗折强度测试方法1．抗压强度抗压强度通过YAW-300B抗压试验机(见图2．5)，以折断后的半截棱柱体试件的光滑侧面为受压面进行强度测定，受压面积为40mm×40mm。放试块时保证受试块受压中心与抗压夹具受压板中心差在±O．5mm内，试块露出压板至少10mm。设定加荷速率2400N／s___200N／s，均匀地加荷至试块破坏。试验前输入设定好试验参数，破坏后读取并记录好强度结果值。16 第二章试验原材料与试验方法图2-5Y|AW-300B型压力试验机Fig．2—5YEW-300Bcompressiontestingmachine2．抗折强度抗折强度测定按GB／T17671．2005标准进行，图2-6为水泥电动抗折试验机。将试块放在电动抗折试验机的夹具内，使试块一侧面在圆柱支撑上，试块长边垂直于圆柱支撑。以(50士5)N／s的加荷速度均匀地将荷载垂直地加在试块上，直至折断。图2-6水泥电动抗折试验机Fig．2-6Cementmotorizedbendingtester 广东工业大学硕士学位论文2．2．3．2水泥胶砂收缩性能测试方法利用立式砂浆收缩仪测定砂浆自然干燥收缩值【48】。(1)准备好专用试模，在专用试模内装好收缩测头；(2)搅拌好胶砂并装入试模，在振动台上振实，4h后刮平胶砂表面并带模放在温度为(20-t-2)℃，湿度90％以上的标准养护箱内进行标准养护，7天后拆模，对各试件进行编号并标上测试方向；(3)拆模后，将试件转入测试室，静置4h后开始测定，测定前调平收缩仪并调好百分表，随后依照标好的测试向测试，此时测得的即为胶砂试件的初始长度；(4)初始长度测取后，把试件放入温度为(20±2)℃，相对湿度为(604-5)％的室内，到第7d、14d、21d、28d、56d、90d分别测定试件的长度。水泥胶砂自然干燥收缩值按下式试算：rs：—L0--—Lt(2．3)厶式中：s一水泥胶砂的收缩率；厶一试件成型后7d的长度即为初始长度，rfuTl；厶一相应为t天(7、14、2l、28、56、90d)时试件的实测长度，mm。囊篷．图2．7立式砂浆收缩仪Fig．2-7Verticalmortarshrinkagetestinginstrument 第二章试验原材料与试验方法2．2．3．3水泥胶砂流动度测试方法测定流动度的设备为如图2-8所示的流动度测定仪，简称跳桌。胶砂制备如2．2．3介绍的方法进行【·们。(1)制备胶砂的同时，用湿布润湿台面、捣棒、小刀和试模内壁。然后将组合试模放在跳桌台面中间，用湿布盖上保持湿润。(2)搅拌好胶砂后，快速分两层装入模具，第一层约装入截锥圆模的三分之二高度，用小刀呈现十字形在胶砂内划上5次，用捣棒分15次由外至内各向均匀地对胶砂进行捣压，深度为第一层胶砂的一半；接着，第二层装至高出截锥圆模大概20mm，用小刀呈现十字形在胶砂内划上5次，再用捣棒分lO次由外至内各向均匀地对胶砂进行捣压，捣实深度不超出第二层胶砂，胶砂捣压后保证表高出试模。这个过程要始终扶好试模不使其滑动。(3)取走模套，用小刀抹平高出试模的胶砂，并清理落在台面上的胶砂。竖直向上轻轻提起截锥圆模。马上转动手柄，频率为每秒一圈，30s_ls内跳动30次。(4)测定试验从胶砂开始搅拌至测取结果控制在6min内。(5)跳动结束，用钢尺量取最大值径及与其垂直方向的直径，精确至I／llTI。两者平均值即为水泥胶砂流动度。图2．8流动度测定仪Fig．2-8Fluiditydeterminator19 广东工业大学硕士学位论文第三章废砖粉作为优质矿物混合材可行性研究3．1砖粉物理基本性能试验研究废砖渣由于其力学性能低于废混凝土而往往被人们忽视，但废砖粉由于其具有潜在化学活性，物理性能与粉煤灰相接近，特别是孔隙率高、堆积密度低等特殊的物理性能并有一定强度，使其在一定场合代替粉煤灰用作水泥混凝土的混合材料成为可能。砖粉是由废砖块和废砖渣经过破碎、粉磨而来，考虑到将它用作混合材的研究，就其特有的物理基本性能进行初步试验，其中包括粉磨性能、堆积密度和吸水率。3．1．1废砖粉的粉磨性能随着检验水泥强度新标准的采用，对矿物掺和料的细度要求较高，至少要达到400m2／kg，细度越高，使用效果越好po]。因此对有作为混合材潜力的砖渣等废弃物的粉磨显得尤为重要【孔l。为研究废砖渣的粉磨性能，以及确立正确的进料原则，分别对天然含水率为5．2％的废砖渣和经过110。C条件下干燥24h的废砖渣进行不同时间的球磨。试样通过FSY-150型水泥细度负压筛析仪测得试样809m筛余率，实验结果如表3．1所示。表3-1不同粉磨时间砖粉的细度Tbale3-1Brickpowderfinenessofvariousgrindingtime根据粉磨后得到的结果数据，绘制出粉磨时间与细度(80W'n)胍的关系曲钱，如图3．1所示。 第三章废砖粉作为优质矿物混合材可行性研究U1UZUjUqU0U时间(分钟)图3．1粉磨时间与细度(80pan)／％的关系Fig．3—1Therelationshipbetweengrindingtimeandfineness(80I．un)／％由图3．1可知，废粘土砖渣粉磨性能良好，磨细程度较高，在相同时间球磨下，经过干燥的砖渣磨细后筛余率较低，磨细效果更好；未经干燥的砖渣粉磨30分钟后达到粉磨瓶颈，粉磨时间40分钟和50分钟的筛余率维持在8％，保持不变；经干燥的砖渣随着粉磨时间增长，颗粒细度减小，粉磨50分钟，筛余率达到2．4％，大大低于未经干燥在相同时间下的筛余率8％，磨细程度更高。究其原因，干燥的砖渣粉磨后，形成的砖粉，相比未干燥磨成的砖粉颗粒较硬，在接下来的粉磨中，重新作为研磨体，有助于提高研磨效率，而未干燥的砖粉经观察容易粘在铁球表面，而附着在铁球表面上质地相对较软的砖粉，舒缓了部分研磨介质的作用，降低了研磨效率。可见，保证干燥进料是高效粉磨所应采取的技术措施。，菇，露≥堪《÷一．C量∥：一·：．·：‘：图3-2粉碎模型Fig．3—2Grindingmodel根据Htitting(胡汀)等人提出的三种粉碎模型【52】，如图3—2所示。细磨砖粉是体◆◆◆ 广东工业大学硕士学位论文积粉碎模型与表面粉碎模型叠加。在粉磨早期阶段，砖渣内部从宏观上来讲，结构稀松，有许多结晶裂纹和孔隙，此时粉磨速度较快，主要表现为砖渣的体积粉碎。发展到粉磨后期，随着气孔和裂纹的消失以及细小晶体致密强韧化，大大降低了体积粉碎效应，粉碎就转变为表面粉碎模型为主。砖渣到达表面粉碎为主时，粉磨效应和速度大大降低，从表图3．1中曲线速率变化可看出，到后来出现粉磨瓶颈也验证了其粉磨效应越来越低。3．1．2废砖粉的堆积密度废砖粉的堆积密度测定方法如2．2．2．1，试验结果如表3．2所示。表3-2废砖粉堆积密度试验结果Table3-2Theresultofbulkdensitytestforrecycledbrickpowder露≮巡．123465(g)373V(mL)1000q(g)1392140l14051396岛(kg／m3)1019102810321023万(kg／m3)10263．1．3废砖粉的吸水率废砖粉的吸水率测定方法如2．2．2．2，其试验结果如表3．3所示。表3．3废砖粉吸水率试验结果Table3-3Theresultofwaterabsorptiontestforrecycledbrickpowder访＼逛．12Go(g)263．3282．6Gl(g)232．9247．6G2(g)83．3coo(％)20．321．3coo(％)20．8 第三章废砖粉作为优质矿物混合材可行性研究由试验结果可知，砖粉的吸水率大，粉煤灰的吸水率在11％～15％之间，砖粉要大大超过粉煤灰的吸水率，说明砖粉颗粒之间排列的方式导致内部空隙较大，作为水泥混合材时需要更多的补偿水。图3-3吸水饱和的砖粉烘干后Fig．3-3Watersaturatedbrickpowderafterovendrying砖粉吸水饱和后本身具有一些粘结性能，从烘箱中烘干后效果观察来看，如图3-3，砖粉与水在一起经过高温有一定的塑性，可以成型，但强度不高，粘结力度较小，用料勺轻碾便从粘结块状恢复成粉状。从这一现象中，可以发现砖粉具备粉煤灰所不具备的先天性粘结力和塑性，只要砖粉与具有强粘结性和高塑性的粘结剂混合即可简单地顺利成型，这也从宏观上验证了砖粉具备很大的水泥混合材潜力。3．2废砖粉的微观分析及化学成分以上关于砖粉的物理性能是其化学成分及矿物组成的宏观反应。通过微观试验，更能直观地反映出材料的形貌、组成和晶体结构。试验中选取了砖粉与二级粉煤灰做标本对象。观察它们各自结构不同的微观形态，进而深入了解各项性质的形成与影响因素。图34为砖粉原料的SEM照片。从图片来看，砖粉由不规则的结晶体组成，其颗粒呈无定形状态，且颗粒粒度大多数很细，表面能较大，能提供给化学反应的作用面积也就大，因此该砖粉活性较高。而且从图中可看出有部分颗粒粒径低于1岬，这些超细粒子能起到很好的填充效应，用作水泥混合材时，可减少毛细孔，填补被水分子占有的小孔隙，减少孔隙水，降低毛细作用力，能够有效减少微裂纹和减缓试块早期干缩。图3．5为粉煤灰原料的SEM照片。从图上来看，该粉煤灰由硅酸盐玻璃相和少量的莫来石相组成，其中玻璃体含量很高，从物相上来分析，玻璃体含量越高，粉 广东工业大学硕士学位论文煤灰活性越大【53】，所以能初步断定该粉煤灰有很高的活性。图3．4废砖粉SEM照片Fig．3-4SEMphotoofrecycledbrickpowder图3．5粉煤灰SEM照片Fig．3—5SEMphotoofflyash砖粉活性大小与其化学成分有很大的关系，从图3-6上看，砖粉含有大量的AI元素与Si元素，有研究表明，砖粉中的矿物成分主要是石英、长石与赤铁矿【5钔。从图谱处理结果分析及计算得到砖粉化学成分，见表3．4。从结果来看，该砖粉火山灰组分A1203与Si02含量之和达到85％，而提供活性的成分也主要是火山灰组分，含量越多，砖粉活性就越高。24 图3-6废砖粉EMAX谱图Fig．3-6EMAXspectrogramofrecycledbrickpowder表3-4废砖粉主要化学成分(％)Table3-4Basicchemicalcompositionofrecycledbrickpowder(％)与之对比的粉煤灰，从其能谱图3．7和化学成分分析结果表3．5来看，火山灰组分略高于砖粉，接近91％，可以说品质极好，从图3．5玻璃体的高含量也验证了这一点。图3．7粉煤灰的EMAX谱图Fig．3—7EMAXspectrogramofflyash 广东工业大学硕士学位论文表3．5粉煤灰基本化学组成(％)Table3-5Basicchemicalcompositionofnyash(％)3．3从物理性能和化学性能分析砖粉作为优质矿物掺和料的可行性1．易于细磨活化砖粉的粉磨性能良好，磨细程度较高，在磨细的过程中颗粒较大的晶体被粉碎，结晶体的粘结被破坏，促进了表面特性的改善，在颗粒效应和减少混合摩擦方面有显著的效果。同粉煤灰细磨活化机理一样，砖粉经过细磨后，其表面层的薄膜被破坏，这是一层玻璃态的保护膜，被破坏后形成了表面缺陷，在水热处理下，加快了A1203与Si02的游离溶出，并吸引外部离子快速参与，增加的断键和反应面加快了砖粉的化学反应速度[531。因此，易于细磨处理的砖粉给自身带来了更大的活性增长空间，提升了砖粉作为优质矿物掺和料的潜在能力。2．具备先天塑性和粘结性从砖粉吸水率试验可看出，砖粉吸水率高达20．8％，高于粉煤灰的吸水率。结合SEM照片，可看出砖粉的孔隙率大，表面特性良好，吸附能力较强。砖粉吸水后有一些塑性，待水分蒸干后，砖粉凝结成块，可聚合成型，虽然强度不高，但是这是相比于粉煤灰来说所没有的先天性粘结力和塑性。只要砖粉与具有强粘结性和高塑性的粘结剂混合即可简单地顺利成型，这也从宏观上验证了砖粉具备很大的水泥混合材潜力。3．良好的微观结构和大量的火山灰活性组分根据砖粉和粉煤灰的微观试验，发现砖粉与粉煤灰晶体相虽然不同，也没粉煤灰所具备大量的活性硅铝玻璃体，但从砖粉的物相结构上看，它的结晶体呈不定形状态，具备活性基础，而且含有大量的超细颗粒，能起到很好的填充效应，用作水泥混合材时，可减少毛细孔，填补小孔隙，减少孔隙水，降低毛细作用力，能够有效减少微裂纹和减缓试块早期干缩。从化学成分来看，砖粉与粉煤灰一样，都含有大量的活性成分，即A1203和Si02，其含量越多，活性就越高。本次实验所用的砖粉A1203和Si02含量高达85％，具有很高的活性。A1203和Si02能参与胶凝材料的水化，该成分与石灰或水泥混合，拌和水 第三章废砖粉作为优质矿物混合材可行性研究后，就能与氢氧化钙等发生化学反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等一系列水化产物，这些产物能在空气或水中硬化并产生强度，因而减少了水化体系中Ca(OH)2含量，加快了水化进程。这些活性组分在水化过程中的增钙效果对强度提高有积极的作用【矧。基本反应式为旧，：mCa(OH)2+Si02+(n一1)H20-->mCaO·Si02·nH20mCa(OH)2+灿203+(n一1)H20jmCaO·A1203·nH20Fe203+2Ca(O岣2jCao·Fe203。H203．4废砖粉与粉煤灰活性指数对比(3．1)(3．2)(3．3)以上选用的废砖粉与粉煤灰存在许多共同特征，为了研究废砖粉在特定场合上能以多大比例去代替粉煤灰，根据GB／T12957．2005，用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法测定了两者的活性指数，通过数据的对比直观去分析可能的替代比例。结果如表3-6所示。表3-6粉煤灰与废砖粉活性指数Table3-6Theactivityindexofflyashandrecycledbrickpowder从分析来看，一般认为的粉煤灰效应主要含3个方面：(1)活性效应。粉煤灰中所含的Si02和A1203具有化学活性，在Ca(OH)2和石膏的激发下，能起水化反应，成为胶凝材料一部分起增强作用。(2)形态效应。粉煤灰颗粒绝大多数为玻璃微珠，在混凝土拌合物中起“滚珠轴承”的作用，能减小内摩阻力，使掺有粉煤灰的混凝土拌合物比基准混凝土流动性好，便于施工，具有减水作用。(3)微骨料效应。粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充孔隙和毛细孔，改善了混凝土的孔结构和增大了混凝土的密实度。废砖粉要代替粉煤灰，这3方面应该是主要对比内容。除了形态效应明显差于粉煤灰外，其余2个方面两者各有千秋，因此，分析认为在一些不需要利用形态效应的场合，废砖粉代替粉煤灰的可能性更大。从活性指数实验结果来看，废砖粉活性指数较高，达到0．81，作为水泥混合材应该可以说十分理想，与粉煤灰的活性指数0．95对比，废砖粉活性指数虽然略低，但是27 广东工业大学硕士学位论文在对抗压强度要求不是十分极致的情况下，比如用作掺合料或新型墙材中，建议可以完全代替粉煤灰发挥作用。3．5本章小结本章根据砖粉的物理特性和结构特征，考虑到其化学成分及与传统优质混合材粉煤灰的对比分析，对砖粉活性进行研究，该方法理论上有一定的科学性，而且关键性佐证数据及图片实用性较好，并得出以下结论：1．废砖渣粉磨性能良好，磨细程度较高，易于细磨处理给砖粉带来了更大的活性增长空间，可在机械强化上提高砖粉作为矿物掺和料的潜在活性。2．砖粉吸水率高，在用作混合材时需要提供更多的补偿水；而且砖粉与水混合后具备一定的塑性和粘结能力。3．砖粉微观结构含大量无定形结晶体，提供了活性基础。从SEM照片上观察来看，砖粉含有部分超细颗粒，这些超细颗粒因填充效应在用作水泥混合材时可改善试块孔隙结构，有效减少微裂纹和减缓试块早期干缩。4．砖粉与粉煤灰一样主要由火山灰组分构成，畏lJ---氧化硅和三氧化铝。该成分含量越高，活性越大。而砖粉中该成分高达85％，略低于粉煤灰该成分的含量91％，从形貌特征与化学成分来作对比，砖粉与粉煤灰相似，都具备水化活性。5．从效应分析及活性指数结果来看，废砖粉具有作为优质水泥混合材的潜质，在一些不需要利用粉煤灰形态效应的场合，建议可完全代替粉煤灰。 第四章废砖粉对水泥胶砂基本性能的影响4．1引言水泥是工程建设中用途最广、用量最大的建筑材料之一。2011年，我国的水泥总产量为206316．6万吨，2012年为218405．3万吨，累计增长7．4％，2013年我国水泥总产量达到241439．6万吨，累计增长为9．6％t5s1。然而，一方面生产水泥的原料日益减少，水泥产业高速发展对环境也带来了严重的危害；另一方面，我国由于城市建设与改造，以及粘土砖生产水平不高，大量的废粘土砖作为建筑垃圾被丢弃。如能参与进水泥的工程应用，甚至代替部分水泥，不仅可实现废物资源化利用，而且还能缓解环境污染和资源短缺。废砖粉具有较高的潜在活性，合理开发后可以作为优质矿物掺合料投入到建筑制品生产中，减少水泥用量，降低成本，避免更多土地资源浪费和环境污染。这对于建筑工业可持续发展有着重要的实践意义。同粉煤灰一样，28天胶砂抗压强度比是砖粉活性的技术性能指标，它能直接观地反映砖粉活性指数大／Jx[591。本章主要研究废砖粉对水泥胶砂性能的影响，包括对标准稠度需水量、活性指数、强度、流动性能以及收缩性能的影响。4．2废砖粉对水泥标准稠度需水量的影响水泥标准稠度需水量测定方法按照本文2．2．2．4节方法进行。试验取用801am筛余率为2．4％和8．8％的砖粉，并且在烘箱中干燥24h。定义80rtm筛余率2．4％的砖粉为A砖粉，801am筛余率8．8％的砖粉为B砖粉。分别用A、B砖粉以质量比10％、20％、30％、40％取代水泥进行水泥标准稠度用水量试验，试验结果如表4．1、图4．2所示。表4—1不同砖粉掺量标准稠度需水量胍Table4．1Watercontentfornormalconsistencewithdifferentcontentofbrickpowder／％29 广东工业大学硕士学位论文冰、一，咖{苌榧010Z03040砖粉掺量(％)图4-1砖粉掺量与需水量的关系Fig．4-1Therelationshipbetweenbrickpowdercontentandwaterrequirement从图4．1中可知，砖粉的细度对需水量影响很大。B砖粉标准稠度需水量与掺量的关系曲线波动不大，基本保持水平不变，而A砖粉需水量随着掺量的增加而增加，掺量与需水量两者几乎成线性关系。其原因可解释为，由于B砖粉大于80岬的颗粒比重较大，为8．8％，而A为2．4％，导致B砖粉比A砖粉颗粒分布较广，粒度较大，堆积空隙较小，与水接触的表面积也小很多，因此需水量相比之下就越小。由此可知，标准稠度需水量不仅与材料组成有关，而且受到材料细度的影响也很大，当砖粉809in筛余率达到1％---3％，砖粉需水量明显比水泥需水量大。4．3废砖粉细度与活性指数的关系将不同细度的废砖粉进行编号(均在烘箱中经过干燥24h以上)，其实测值见表4．2依GB厂r17671．2005的规定制备水泥胶砂试件，试件是由按质量计的废砖粉(30％)和水泥(70％)混合料共1份，标准砂3份，用O．5的水灰比(水与混合料的质量比)拌制，每组试件3个，成型后标准养护28天，然后分别测其抗压强度值，同时制作出对比试样，对比试样配比为水泥1份，标准砂3分，0．5的水灰比，标准养护28天后测其抗压强度值。其中测得对比试样抗压强度为51．33MPa，测试试样与对比试样的抗压强度比值就是28天胶砂抗压强度比，也称为活性指数。试验结果见表4．2。30208642086420打玎筋船筋筋筋筋筋筋巧巧 第四章废砖粉对水泥胶砂基本性能的影响表4-2各种细度废砖粉的活性指数Table4-2Theactivityindexofrecycledbrickpowderwithvariousfineness6号废砖粉活性指数最大，达到81％，1号废砖粉活性指数最小，但也达到63．4％。2号、3号和4号废砖粉活性指数相差不大。从l号到2号细度变化，活性指数增大速率最大，达到2号细度后，砖粉活性指数增大速率明显降低。总体而言，废砖粉活性较高，而且废砖粉的活性指数随着其细度变细而增大，即砖粉越细，水化活性越大，制备的胶砂强度越高。因此，物理磨细是有效提高其活性指数的重要方法。分析发现废砖粉的细度与其活性指数有很强相关性。根据表4—2的试验数据，可以确定砖粉细度与活性指数的关系。选择合适的回归分析类型进行曲线拟合，得到两者关系式。具体步骤如下：(1)建立细度与活性指数的散点关系，作出细度与活性指数的散点图，如图4-2。(2)根据散点图选择回归分析类型：如指数、对数、3次多项式、幂这四种类型。(3)通过对显示的模拟效果比较，看哪个类型拟合程度较高，确定相关性较强的关系式作为两者关系式。一80装籁75靶蓑70藿65600102030细度[80p．m筛余率(％)】图4-2细度与活性指数的散点图FigA-2Thescatterdiagramoffinenessandactivityindex 广东工业大学硕士学位论文8S一80永籁75靼蓑70器656085—80龊籁7s靶蓑70耋6560细度[801_Im筛余率(％)】(a)细度[80pm筛余率(％)】(c)85+§80籁75血忡器70藿6560细度[80pm筛余率(％)】(b)细度[80pro筛余率(％)】(d)图4．3砖粉细度与活性指数的关系Fig．4·3Therelationshipbetweenbrickpowderfinenessandactivityindex模拟分析结果见图4．3。通过以上几个回归分析类型计算所得R2值不难看出，砖粉细度与活性指数相关性很强。在这4种反映砖粉细度与砖粉活性指数的关系式中，3次多项式模拟的效果好，拟合程度最高。因此选择函数Y=．0．0088x3+0．2672x2．2．7745x+84．666表达两者关系较好。4．4砖粉掺量对水泥胶砂强度的影响选用80I-un筛余率为1．2％的废砖粉(经干燥24h后)等量代替部分水泥，通过水泥胶砂试验，分别测试不同砖粉掺量下胶砂的不同龄期的抗压、抗折强度，其中每一龄期每组3个试件，抗折强度取3个试件测试平均值，抗压强度取6个半截体试块的测试平均值，以此来研究不同砖粉掺量对水泥胶砂强度的影响，其试验结果如表4．3、表4．4。拈∞乃加的∞^永v籁葛丰掣蜒集馏 第四章废砖粉对水泥胶砂基本性能的影响表4．3砖粉掺量与抗压强度的关系Table4-3Therelationshipbetweenbrickpowdercontentandcompressivestrength表4．4砖粉掺量与抗折强度的关系Table4-4Therelationshipbetweenbrickpowdercontentandflexuralstrength根据试验结果，绘得砖粉掺量与胶砂强度的关系曲线，见图44、图4．5。从图4．4可知，整体曲线随着砖粉掺量增大呈现下降趋势，观察从3天龄期到28天龄期胶砂强度的发展情况，发现纯水泥砂浆3天抗压强度达到28天强度的76％，而40％砖粉掺量的砂浆3天只完成56％，随着7天龄期到28天龄期的强度值表现，虽然掺量高的强度数值低于掺量低的，但增长速度相比要体现地更快。因此可以得出结论：水泥胶砂的抗压强度随着砖粉的掺量增大而降低，而且砖粉掺量越高，胶砂早期抗压强度发展越是缓慢，而随着龄期增长，水化程度较高，后期坑压强度增长速度较快。从图4．5可知，水泥胶砂的抗折强度总体上也是随砖粉掺量的增加呈下降趋势，其中砖粉掺量超过30％，28天抗折强度略微有所增长。同样发现，和抗压强度变化相似，砖粉掺量越高，胶砂早期抗折强度发展越是缓慢，随着龄期增长，后期抗折强度增长速度变快。综合试验结果，砖粉掺量范围不超过20％时，水泥胶砂的抗压强度不低于44．12MPa，超过42．5MPa，抗折强度不低于7．45MPa，达到了42．5强度等级。而且发现，掺入砖粉的水泥胶砂折压比要比没有掺入砖粉的折压比大，也就是说，相同强度要求下，掺入砖粉对砂浆试件的延性有一定的改善效果。 广东工业大学硕士学位论文图4-4砖粉掺量与抗压强度的关系Fig．44Therelationshipbetweenbrickpowdercontentandcompressivestrength名山皇V瑙慧辗堰010203040砖粉掺量(％)图4．5砖粉掺量与抗折强度的关系Fig．4-5Therelationshipbetweenbrickpowdercontentandflexmalstrength4．5砖粉掺量对水泥胶砂流动性能的影晌选用80Inn筛余率为1．2％的废砖粉以10％、20％、30％、40％掺量等量代替部分水泥制备水泥胶砂，根据国家标准GB／T2419---2005水泥胶砂流动度测定方法测定水泥胶砂的流动度，研究砖粉掺量对流动度的影响。试验结果如表4．5所示，砖粉掺量与流动度关系曲线如图4-6。34驼∞钙柏“铊加∞弘弭跎∞怂筋M挖加050505O5087654 第四章废砖粉对水泥胶砂基本性能的影响表4．5砖粉掺量对流动度的影响Table4-5Effectofbdckpowdercontentonfluidityofmortar180175170唇165瑙160需l癌155煞150145010203040砖粉掺量(％)图4-6砖粉掺量与流动度的关系Fig．4-6Therelationshipbetweenbrickpowdercontentandfluidity由图4-6可见，随着砖粉的掺量增大流动度呈明显下降趋势，这是因为选用砖粉偏细，比表面积大，需水量增加。而且根据第三章的砖粉微观结构分析看，该砖粉超细颗粒较多，颗粒的排列方式导致其结构内部空隙较大，从而减少砂浆中有效水，使流动性下降。流动度初始下降速率最大，随着掺量增大，下降趋势略有降低，因此，砖粉作为水泥混合材会降低砂浆的流动性。4．6砖粉掺量对水泥胶砂收缩性能的影响选用801an筛余率为1．2％的废砖粉以10％、20％、30％、40％掺量等量代替部分水泥制备水泥胶砂，制作过程参照2．2．3．2节方法。利用立式砂浆收缩仪测定砂浆自然干燥收缩值，研究砖粉掺量对水泥胶砂收缩性能的影响。试验配比见表4-6，各掺量相应天数的自然干燥收缩率见表4．7。 广东工业大学硕士学位论文表4-6收缩试验选用配比Table4-6Themixproportionforshrinkageexperiment表4．7不同砖粉掺量的自然干燥收缩率／×10‘6Table4—7Naturald巧ingshrinkagewithdifferentbrickpowdercontentJx10’6Z127926418714812640l358294262246451417359336530476450393376592543494455417瑚枷。湖o×枷＼糌好姗§枷1∞7¨2128钻‘2柏鞴∞7077¨9’∞龄期／天图4．7废砖粉对水泥胶砂收缩的影响Fig．4-7Effectofrecycledbrickpowderoncementmortarshrinkage 第四章废砖粉对水泥胶砂基本性能的影响由图4．7可知，随着废砖粉掺量增加，各龄期胶砂收缩均受到抑制，Z0型(砖粉掺量为0)90天收缩率为592X10‘6，Z4型(砖粉掺量40％)90天收缩率为417×10由，相比收缩降低了近30％。Z2型前7天收缩降低最为明显，比Z1型降低了29．2％；21天时收缩变化为：Z2型收缩降低最明显，Z4型相比Z3型收缩只降低了6％，变化不大；28天时依旧是Z2型收缩降低最明显，Z3和Z4型收缩基本一致，并没有因砖粉掺量增加而明显改善。而龄期28天至56天，Z2型收缩随时间增长速率最大，致使最终56天时收缩降低最明显的是z3型。当掺量达到40％时，对后期即56天至90天的收缩抑制效果明显。若侧重于降低水泥收缩，同时保证高强度要求，可选20％'-'30％砖粉掺量作为参考。4．7利用化学激发剂对废砖粉进行活性改性根据砖粉对水泥胶砂基本性能影响的试验研究，发现砖粉的需水量大，流动度低，早期强度发展缓慢，因此根据这些特点，对适用于水泥的有助于改善流动性的减水剂和强度激发型的活性助剂进行了大量的初步性试验。最后选定FDN—A型减水剂、聚羧酸类高效减水剂、氯化钙、二水石膏、硅酸钠、烧碱为复合激发剂原料，对以废砖粉定量取代30％水泥的胶砂进行L25(56)正交试验，其中水灰比为0．5，胶砂比为l／3。研究激发剂的复合激发效果。试验方案及结果如表4—8所示。表4．8试验方案及结果Table4-8Theexperimentschemeandresult37 广东工业大学硕士学位论文续表4．8因素／％28天抗压编号FDN．A聚羧酸类氯化钙二水石膏硅酸钠烧碱强度／1VIPa减水剂GX8O．25l1．5400．444．6GX90．251．520l0．845．6GXl00．252Ol21．229．7GXll0．5014l1．245．5GXl20．51．5021．528．5GXl30．512l3035．5GXl4O．51．5024O．425．6GXl5O．520．530O．843．4GXl60．7501．514O．829．8GXl70．750．5201．241．4GXl8O．75l03l1．533．8GXl9O．751．50．542O35．7GX200．7521030．428．9GX21l02320．443．4GX22l0．50430．829．8GX23l0．5041．219．5GX24l1．51l01．534．5GX25121．52l043．6注：各类激发剂的掺量是以混合料(水泥和砖粉)的总质量为基数进行外掺。38 第四章废砖粉对水泥胶砂基本性能的影响分析表4．8中各因素的极差大小，可知对胶砂抗压强度影响主次顺序为：硅酸钠>氯化钙>FDN．A减水剂>烧碱>--水石膏>聚羧酸类减水剂。极差分析法简单明了，通俗易懂，计算工作量少。但这种方法不能将试验中由于试验条件改变引起的数据波动同试验误差引起的数据波动区分开来。此外，各因素对试验结果的影响大小无法给以精确的数量估计，不能提出一个标准来判断所考察因素作用是否显著。为了弥补极差分析的缺陷，可采用方差分析。1，计算令T=Xl+X2+⋯⋯+Xn，其中Xi为第i组试验结果。。(∑xi)2总偏差平方和：ssT=；萋xt2一j生-一“J’⋯一吣：黔一半铲地，．．川(4．2)试验总次数为n，每个因素水平数为m个，每个水平作r次重复r--n／m，这里r=5。总自由度：诉=力一J=24因素自由度：dfj--一m-1=4，m为因素水平个数航¨=鲁(4．3)2，显著性检验方差分析基本思想是将数据的总变异分解成因素引起的变异和误差引起的变异两部分，构造F统计量，作F检验，即可判断因素作用是否显著。若计算出的F值F>F。，则拒绝原假设，认为该因素或交互作用对试验结果有显著影响；若F婴。，则认为该因素或交互作用对试验结果无显著影响。粉统{十量：肛丧(4．4)与临界值F。比较有以下几种情况：①F>Fo．ol，表明影响特别显著，记为“★★，，；②Fo．ol>F>Fo．05，表明影响显著，记为“”；③F氯化钙>FDN．A减水剂>烧碱>二水石膏>聚羧酸类减水剂，总体可看出方差分析的结果基本与极差分析结果是一致的。00．25O．5O．751FDN-A减水剂掺量，％OO．5l1．52氯化钙掺量／％(c)0O．511．52聚羧酸类减水剂掺I／％01234二水石膏掺量／％(d)帖∞弘如巧爵龟∈越嘿坦辗帖∞站∞药爵自苣谜嘿坦辗帖们弱∞巧时皇～巡想趟辖钻∞拈如巧对自苣越蕊出蟮 第四章废砖粉对水泥胶砂基本性能的影响硅酸钠掺量／％烧碱掺萤／％(e)(f)图4-8各类激发剂掺量与抗压强度关系Fig．4-8Therelationshipbetweenvariousactivatorandcompressivestrength根据直观分析所得的效应曲线图4-8，可以简单明了的掌握水泥胶砂在各类激发剂掺量下的变化趋势。从图中能看出：1．减水剂对水泥胶砂28天抗压强度并无提升效果，而且随着掺量的改变，对抗压强度的影响幅度也不大，分析考虑，出现这样的结果是因为，制备水泥胶砂选用的水灰比为0．5，用水量远远满足内部水化过程所需的有效水，而且养护制度是在水中养护，导致减水剂在本次复合激发的过程中没有合适的环境去发挥其减水和增强效果。2．氯化钙的激发效果比较好，曲线上升明显，这是因为遇水溶解后提供了具有很强扩散能力的Ca2+和Cl。，在颗粒表面还在缓慢进行水化的情况下，它们能够穿透表面水化层，与内部活性组分中的A1203在碱性境下发生反应生成水化氯铝酸钙，同时还可与氢氧化钙反应生成不溶于水的氧氯化钙，这些复盐的生成增大了固相比，形成坚硬骨架，有利于早期水泥石结构的迅速形成，从而提高了抗压强度[60l。反应式为：Ca2++Ah03+CI+OH‘+H20—3CaO·A1203·CaCh·10H20(水化氯铝酸钙)(4．5)Ca2++Cr+OH-+H20—CaCl2·3Ca(OH)2·12H20(氧氯化钙)(4．6)此外，CaCl2与Ca(OH)2作用，降低了液相的碱度，使C3S的水化反应加速，有利于水泥凝胶体早期强度的发展。3．二水石膏的掺入对胶砂抗压强度的提升比较稳定，在0～4％范围内，掺量越大，强度越高。是因为水泥加水后，其矿物与二水石膏快速溶解产生Ca2+、S04二、OH"等离子，形成钙矾石过饱和溶液，这些离子通过浓度差扩散聚集在一起，从而促进反应生成钙矾石，形成结构骨架，加快了水泥的硬化。反应式为：C3A+3(CaS04·2H20)+2Ca(OH)2+24H20—3CaO·A1203·3CAS04·32HEO(4．7)4l帖∞站如巧时皇＼越嘿目撂帖∞站如笛矗自童越疆龃蟮 广东工业大学硕士学位论文研究表明，水灰比对钙矾石的生长影响显著【6ll，水灰比越大，生成的钙矾石数量就越多，而本次实验采用的水灰比为0．5，较大的水灰比导致水泥石结构相对疏松，提供了有利于钙矾石生成的空间，所以二水石膏作为激发剂在本次实验中效果才会如此好。4．随着硅酸钠从0增加到1％的过程，胶砂的28天抗压强度得以提高，而后掺量从l％～4％对强度影响很大，强度降低明显。所以硅酸钠的掺量合理范围0～1％。5．烧碱的掺量在0"--'0．8％时，抗压强度随着掺量增加而升高，到达0．8％时出现峰值，然后随着烧碱掺量的增加，胶砂的抗压强度有所降低。适当的范围内增加NaOH掺量，能增加液相中游离的OH‘，pH值降低，在强碱的作用下，砖粉结晶体聚合度降低，达到结构解体条件，产生更多的活性A1203与Si02。这些可溶物与水泥熟料的水化产物Ca(OH)2反应生成C．S．H、C．A．H类物质，形成硬化体骨架。但是烧碱的掺量不能过多，过量的OH"降低了Ca：+浓度，抑制了水化硅酸钙、水化铝酸钙的生成，导致强度降低。6．从所有结果对比来看，发现编号GX9的那组抗压强度最高，达到45．6MPa，激发效果最好，该组激发剂组合为：0．25％FDN．A型减水剂+1．5％聚羧酸类碱水剂+2％氯化钙+l％硅酸钠+o．8％烧碱。4．8本章小结本章较为集中地通过试验研究了废砖粉对水泥和水泥胶砂性能的影响，并得到以下结论：1．废砖粉需水量大小与其细度有显著的相关性，废砖粉越细需水量越大。2．当废砖粉809m筛余率达到1％'----3％时，砖粉需水量明显比水泥需水量大。由于细砖粉需水量较大的原因，导致砂浆的流动性有所降低。3．废砖粉的细度可决定其活性指数的大小，物理磨细可作为有效提高废砖粉水化活性的重要方法，磨细后最高活性指数可达81％。并研究了砖粉细度与活性指数的关系，回归曲线方程为：Y=．0．0088x3+0．2672x2．2．7745x-I-84．666(R2=0．9879)4．掺入废砖粉后，水泥总量减少，水化总热量相应减少，胶砂收缩得到很好抑制。5．掺入废砖粉后，胶砂的抗压强度前期发展缓慢，后期发展较快，折压比有所增长，材料延性得以提高。 第四章废砖粉时水泥胶砂基本性能的影响6．活性激发试验中，减水剂在水灰比为O．5的情况下作用不明显，氯化钙和二水石膏的激发效果比较好，硅酸钠的合理掺量范围为0,--,1％，烧碱掺量为0．8％效果最佳。最佳复合激发组合为：0．25％FDN．A型减水剂+1．5％聚羧酸类碱水剂+2％氯化钙+1％硅酸钠+0．8％烧碱。43 广东工业大学硕士学位论文5．1引言第五章利用废砖粉制备免烧压制砖砖粉含有大量的火山灰活性成分，而且经第四章试验结果可知，废砖粉的活性指数高达81％，在自然干燥的情况下，对试件的收缩又有较好的抑制作用。由于粉煤灰价格高涨，资源紧张，市场上假货充斥，各建筑材料生产厂家迫切希望能用其它相对廉价的材料取代或部分取代粉煤灰，降低产品成本。建筑废弃物中废弃烧结粘土砖占据很大部分。经过第四章有关对砖粉和粉煤灰化学成分及微观结构的分析，发现砖粉与粉煤灰有大量的相似特性，并且磨细后具备潜在化学活性，加以合理激发有望在特定产品中代替粉煤灰。利用废砖粉取代粉煤灰，对废弃物的资源利用更加拓宽加深，对改善生态环境，解决资源短缺等社会问题起到重要作用，具有探讨加深资源化联合利用的新颖之处。本章主要研究利用废砖粉取代粉煤灰，参照免蒸免烧粉煤灰砖制备工艺生产免蒸免烧压制砖。通过试验，找到合理的生产工艺和活性激发方案。、图5．1粉煤灰砖与砖粉压制砖Fi95-lFly．ashbrickandrecycled-brick-powdercompressionmouldingbrick 第五章利用废砖粉制备免烧压制砖5．2免烧压制砖制备方法5．2．1原材料及成型方法1．原材料本次研究制备的压制砖尺寸为240mm边长，115mm宽，53mm厚。制备原材料由80微米筛余率1．2％的废砖粉、生石灰、最大粒径为2．36mm的砂石骨料、石膏、FDN—A型减水剂和NaOH等材料组成。成型方法采用静压成型，实验试模设计图如图5．2所示。图5．2制砖试模设计图Fig．5—2Thedesignofbrickmould2．成型压力与用水量的选取用废砖粉制备压制砖时，因为初期强度和成型效果主要受成型压力影响，因此压力选取尤为重要。成型压力若取小了，由于常温下水化反应慢，较小的机械力下砖制品难以成型，而且会导致产品强度很低；成型压力若取大了，制砖时用水量难以选取，会出现较少用水量的同时仍然有液化的现象，如图5．3所示，大量有效水会被排出，对强度发展和材料的水化反应进程不利。用水量同样对成型效果有着显著的影响。用水量若小了，拌和时趋于干粉状，搅拌不够充分，再大的成型压力也难以成型，同时成型能耗太大；用水量若大了，虽然拌和起来容易，但是很快就容易发现结块现象， 广东工业大学硕士学位论文而且成型时，不能选取合理的压力，在较小的压力下拌和料就被排挤出试模，制备出来的产品强度也很低。经过多次试验，最终选定成型压力为20MPa，即560kN左右，用水量为14％--一18％。图5．3成型时“液化现象”Fig．5-3“Liquefactionphenomenon’’intheprocessofmoulding5．2．2压制砖配合比选用4因素3水平正交方案进行配比试验，四个因素分别为砖粉、生石灰、外加剂掺量和用水量，其中用水量以水的质量与固体混合料总质量的比值来表示。根据表5．1所列因素水平设计配合比方案。外加剂是FDN．A减水剂与NaOH的固体混合物，外加剂掺量的三个水平分别以A、B、C表示，A代表0．5％FDN．A减水剂+O．4％NaOH、B代表1．25％FDN．A减水剂+0．6％NaOH、C代表2．0％FDN．A减水剂+O．8％NaOH，每组实验所加石膏按2％定量称取，骨料的百分比按固体混合料总量减去其余固体用料所得，制作每块砖时称取的固体混合料总质量为3kg。压制砖配合比方案见表5．2。 表5．1正交试验因素水平表Table5．1Thevariouslevelsoforthogonalfactorsl260％65％8％12％AB16％18％370％16％C14％表5-2压制砖配合比Table5-2ThemixproportionofcompressionmoIlldmgbrick固体混合料配比编号一用水量砖粉生石灰外加剂石膏骨料A2％29．10％16％2％24．15％19．20％23．15％18．20％16．10％17．20％15．10％970％16％B2％10．15％16％5．3制备工艺与养护试验中，分开称取原材料，其中外加剂称量好后先行倒入称取好的水中进行溶解，将称取好的固体料混合后并充分搅拌至均匀。采用人工搅拌。搅拌过程中，分多次均匀加水并保持拌和及轻辗，保证搅拌后物料松散、不结块，搅拌效果如图5—4所示。47％彤掣4684■I■Il1lBCBCACA蹴麟胁鼢麟M言暑麟％嘶涨泓涨僦础碱l2345678 广东工业大学硕士学位论文图5-4混合料搅拌效果Fig．5-4Thestiringeffectofmixture成型采用一次成型工艺进行，装料前安装好试模，由于成型压力大，拆模时避免砖料会被试模摩擦力破坏，将试模内部涂刷矿物油，然后把搅拌好的混合料装入试模并适当人力挤压捣实，用抹刀抚平上表面。最后盖上压板，静压成型，加载速度为10kN／s，成型压力为20MPa，静压时达到成型压力保持5s后即开始回油减压。制备工艺见图5．5。图5．5砖粉压制砖制备工艺Fig．5—5Thepreparationprocessofrecycled—brick-powdercompressionmouldingbrick48 第五章利用废砖粉制备免烧压制砖成型后立即进行拆模，然后在养护箱中标准养护28天。养护的贡献在于提供合理的环境以保证混合料内部凝聚与硬化，使压制砖能获得所需要的物理力学性质和耐久性。由于主要原料废砖粉需水量较大，静压成型砖成型时用水量较少，水分一旦挥发过快会限制活性成分的水化反应，导致内部凝聚力缺失，进而出现干裂现象，因此该试验选择在湿度为95％、温度20℃条件下的标准养护箱中养护。图5-6标准养护箱中养护Fig．5-6Maintenanceinstandardcuringbox5．4产品性能测试方法抗折强度测试方法1．试验设备采用DDL．100电子万能试验机，如图5．7所示。2．用尺子测量每个砖样的宽度和厚度，分别测两个不同位置，取其平均值，记为b、h，精确到lmm。 图5．7DDL．100电子万能试验机Fig．5-7DDL·100Electronicuniversaltestingmachine3．按图5．8方法，将试验机的支座跨距L调整为200mm，保证砖边缘离两侧支座中心都为20mm，并对加压棒几何对中调整，然后把砖样放在支座上。F20mm200mm20mm图5．8试件位置示意图Fig．5-8Diagramoftestpieceplaced4．电动调整加压棒至接近加载面为止，启动试验机，加载速度选为0．3mm／min，直至砖样折断，记录破坏荷载。抗折强度按下式计算：t％-—3F—L(5．1)_，2bh2⋯17式中：力一试件抗折强度(Ⅷa)； 第五章利用废砖粉制备免烧压制砖F一最大破坏荷载(N)；三一支座间跨距(mm)：b一试件截面宽度(mm)；h—试件厚度(mm)。抗压强度测试方法1．试验测定设备采用意大利MATEST系列抗压抗折试验机，如图5-9所示，试验方法按照GB／T2542．2012砌墙砖试验方法【621进行。2．将折断后的两半截砖叠放，叠放时断口位置相反，抗压试样叠放方法如图5．10所示。3．用钢尺测量每个砖样的长(L)、宽(B)尺寸各两个，取其平均值，精确至lmm。4．将试样放在压板中央，启动试验机，使其均匀并垂直于受压面加荷，加载速度为0．3MPa／s，直至试样破坏为止，记录最大破坏荷载P。图5-9意大利MATEST系列抗压抗折试验机Fig．5—9ItalyMATESTseriescompressionandbendingtestingmachine抗压强度按下式计算：％=去(5．2)式中：B一试件抗压强度(御a)：尸一最大破坏荷载(N)； 广东工业大学硕士学位论文三一受压面长度(ram)；B一受压面宽度(mm)。图5．10抗压试样叠放示意图Fig．5·10Smckmgdiagramofthecompressionspecimens体积密度测定方法1．将试样的表面清理干净，然后经过(105+5)0C的烘箱中烘干至恒重，称得质量m，并检查外观，若有破损情况，更换备用试样重新试验。2．测量干燥后试样的尺寸，测量位置如图5-11所示，长、宽、高分别在对称面上各测一次，取算术平均值。体积密度按下式计算：p=mxl09(5．3)1，式中：p—体积密度(kg／m3)；m—干燥后试样质量(蚝)；v—试样体积(mm3)。 图5-11尺寸量法Fig．5·11Methodofmeasuringsize吸水率测试方法1．将试样的表面清理干净，然后经过(105±5)℃的烘箱中烘干至恒重，称得质lm。a2．把干燥后的试样放入常温水中浸泡24h，取出后用潮湿的毛巾擦拭掉面层水分，立即称得质量碍。吸水率按下式计算：w：m1-mo×100(5．4)mo式中：w一吸水率(％)；m。一干燥后试样质量(蚝)：％一吸水24h后质量(埏)。5．5压制砖试验结果与分析1．抗折抗压强度试验结果压制砖的抗折抗压强度试验结果如表5—3所示。表5-3各配比下砖的抗折抗压强度Table5-3Flexuralandcompressivestrengthofeachmixproportion 2．正交试验结果极差分析表5．4极差分析表Table5-4Rangeanalysis比较表5．4中各因素的极差大小，可知对压制砖抗折强度影响主次顺序为：用水量>砖粉>外加剂>生石灰。对压制砖抗压强度影响主次顺序为：用水量>砖粉>生石灰>外加剂。3．正交试验结果方差分析1。(∑xi)2各列偏差平方和：ssj2{著K日2一』t-一，‘j=l，2，一k’‘5·5’试验总次数为n，每个因素水平数为m个，每个水平作r次重复r=n／m，这里r=3。54 第五章利用废砖粉制备免烧压制砖总自由度：诉=力一扛8。因素自由度：奶=勿一J=2，m为因素水平个数。航巧=鲁构造嗡计量汀2盖y．(5．6)(5．7)与临界值F。比较有以下几种情况：①F>Fo．ol，表明影响特别显著，记为“★士，'；②Fo．ol>F>Fo．05，表明影响显著，记为“★’’；③F砖粉>外加剂>生石灰；对压制砖抗压强度影响主次顺序为：用水量>砖粉>生石灰>外加剂。总体可看出方差分析的结果基本与极差分析结果是一致的。4．各因素与强度之间效应分析联系各配比具体情况，见表5．2，综合各因素(砖粉、生石灰、外加剂、用水量)在各水平掺量条件下力学性能的平均值，并用散点折线表示，即得到各因素与强度之间的效应曲线关系图，如图5．12和图5．13。60％65％70％砖粉掺量(a)ABC外加剂掺量(c)8％12％16％生石灰掺量图5．12各因素对试件抗折强度效应曲线Fig．5-12Variousfactorseffectcurvetoflexuralstrengthofspecimen5S5453525432时自苣越隈辖辗5453S25432时自苣越嘿辖蟮5S453525432暗自苣越黑辖擐5453525432母自∈毯慧辖辗％掩僦糙④●用％H 第五章利用废砖粉制备免烧压制砖60％65％70％砖粉掺量(a)8％12％16％生石灰掺量(b)ABC14％16％18％外加剂掺量用水量(c)(d)图5．13各因素对试件抗压强度效应曲线Fig．5-13Variousfactorseffectcurvetocompressivestrengthofspecimen从图5．12(a)中，可以看出，砖粉用量占固体用料60％时，抗折强度最低，砖粉掺量65％时抗折强度最高，而砖粉掺量提高至70％时，抗折强度略有降低。即各水平下抗折强度：砖粉掺量65％>砖粉掺量70％>砖粉掺量60％。从图5．12(b)、(c)、(d)中，每个因素在各水平的抗折强度平均值大小情况：生石灰掺量16％>生石灰掺量12％>生石灰掺量8％、外加剂C>外加剂B>外加剂A、用水量16％>用水量14％>用水量18％。根据图5．13，抗压强度与抗折强度变化趋势基本一致，各水平下抗压强度平均值大小情况也是：砖粉掺量65％>砖粉掺量70％>砖粉掺量60％，生石灰掺量16％>生石灰掺量12％>生石灰掺量8，外加剂C>外加剂B>外加剂，用水量16％>用水量14％>用水量18％。随着生石灰掺量的增加，抗折、抗压强度均在提升。生石灰在体系中贡献十分显著，由于本次实验所用的砖粉不含Ca元素，因此生石灰不仅在水化反应中补充了硬化结晶所需的钙，起到明显的增钙效果，同时提供了反应的碱性环境。从而生成C．S．H勰拍M挖加掩坫M一皇＼越想出堰勰拍M挖加媳坫M矗莹＼谜爆出堰勰拍M挖加鸲坫M时皇＼巡骤幽辗勰筋M挖加他坫M一宝＼谜骥蹬堰 广东工业大学硕士学位论文凝胶、水化硅酸钙、水化铝酸钙等一系列水化产物删，进而硬化后产生强度。这一过程从反应式中可以清晰看出。反应式如下：m(×O均2+Si02+(n一1)H20-->mCaO·Si02·nH20(5．8)mCa(OH)2+础203+(n一1)H20专mCaO·A1203·nH20(5．9)Fe203+2Ca(OH)2-->CaO·Fe203·H20(5．10)外加剂用量分别是A(0．5％FDN．A减水剂+0．4％NaOH)、B(1．25％FDN．A减水剂+0．6％NaOH)、C(2％FDN一减水剂+0．8％NaOH)三个水平，随着FDN．A减水剂与NaOH掺量增加，抗折、抗压强度增长较为明显，选用2％FDN．A减水剂+0．8％NaOH时效果最好。减水剂不具有激发效果，在这里主要贡献是以表面活性剂参与的，它吸附在砖粉颗粒上显示电性能，颗粒相互之间带电相斥，使砖粉颗粒分散而释放出颗粒间包裹的水分，具有减水和增强作用。NaOH是以激发剂参与作用的，适当的范围内增加NaOH掺量，能增加液相中游离的OH-，pH值降低，在强碱的作用下，砖粉结晶体聚合度降低，达到结构解体条件，产生更多的活性A1203与Si021551。用水量的大小对抗折、抗压强度影响甚大，用水量在16％时，效果最好。水是CaO．Si02．A1203．H20体系发生水热反应的必要成分，硅铝酸盐反应是放水脱水的过程，反应以水作为媒介，石灰的消解也需要消耗水。用水量不宜过多，否则会降低碱的浓度，抑制水化反应速度，而且成型时水分过多，成型压力一旦选定，压型时混合料大部分被排挤出试模，会大大降低产品质量。用水量过低，不利于水热反应配合物的分散与迁移，而且无法保证体系内水分的均匀性，从而不利于聚合反应及聚合产物的均匀度，会大大地不利于材料的强度发展。力学性能最好的一组是第5组。该组固体混合料成分为：65％砖粉+12％生石灰+2％FDN-A减水剂+0．8％NaOH+2％石膏+18．2％骨料，用水量占固体混合料比例为16％。该组抗压强度到34．98MPa，抗折强度达到6．36MPa，力学性能良好。按照5．4节测试方法对第5组压制砖吸水率、体积密度进行测试，取其平均值。结果见表5．7。图5．14为砖粉压制砖。表5．7压制砖吸水率和体积密度Table5-7Waterabsorptionandvolumedensityofcompressionmoulding喇ck 第五章利用废砖粉制备免烧压制砖图5．14废砖粉压制砖Fig．5-14Compressionmouldingbrickmadeofrecycledbrickpowder5．6压制砖耐高温性能浅探砖的耐高温性能是砖在实际工程应用中非常重要的一个技术性指标，也是砖能否在特殊温度环境下维持正常工作的安全标志。砖粉压制砖耐高温耐火性试验主要通过高温电阻炉进行实验测试，见图5．15。按照编号为3的配比方案制作6块试件，试件分两组各3块，标准养护到28d龄期，分别测试试件在600℃和1000。C两种高温下的强度质量损失情况。图5-15高温电阻炉Fig．5·15Hightemperatureelectricresistancefurnace59 广东工业大学硕士学位论文首先将第一组试件移入高温电阻炉中，先在105℃下烘烤12h，再将试件置于600℃高温下保持5h，然后把试件取出冷却。同样将第二组试件于105℃恒温下烘烤12h。之后再放入高温炉中，升温制度调整为2小时升至1000℃，并保温3h，试件取出冷却。按照5．4节方法完成抗压实验，并测其残余强度、质量损失。观察高温砖体试块的表面，并记录试块表面特征。对比灼烧前后试件的质量变化以及抗压强度损失，以此来衡量砖粉压制砖的耐火性能。灼烧前后的质量损失、抗压强度损失如表5．8、表5-9所示。表5—8灼烧前后质量T{出le5．8Massbeforeandaltercalcination注：括号内的数据表示第二组试样的情况，因为压力成型时手动控制静压力的加载速度略不相同，不同组的三个试样质量有一定差异。表5．9灼烧前后抗压强度Table5-9Compressivestrengthbeforeandaltercalcination由以上结果可知，经过600℃温度下灼烧5h，压制砖试块质量损失率不大，仅为3．3％，经过1000℃高温度下保持3h，压制砖试块质量损失率为7．O％，这与其固液比较高、成型压力较大、结构致密有关；但试块抗压强度损失较大，600"C下强度损失平均值达9．5％，而在1000℃高温下压制砖抗压强度损失严重，强度损失值达79．3％，压碎的试块较为酥脆，掉落的碎片用手捏即散落呈粉末状，这主要是因为高温条件下水化产物发生变化导致的，如氢氧化钙脱去结合水变成氧化钙或碳酸钙等，且随着温度的增高而脱水越发严重。灼烧前，试块表面光滑无裂纹，呈褐红色，色泽较暗；600l℃灼烧后，试块表面基本无变化，颜色依然呈现褐红色，但色泽明显变亮；1000。C灼烧后，试块表面出现不同程度的微细裂纹，颜色变为浅红色，边角有少量剥落。可见，砖粉压制砖具有一定的耐高温耐火性能，且随温度升高强度和质量的损失随之增大。 第五章利用废砖粉制备免烧压制砖5．7本章小结本章主要研究了砖粉压制砖的制备工艺、物理力学性能和耐高温性能，并得到以下结论：1．研究了砖粉压制砖成型压力与用水量的选取，经过多次试验，最终成型压力为20MPa，即560kN左右，用水量为14％～18％时效果较好。2．研究了不同配比下砖粉压制砖抗压抗折性能，力学性能良好，效果最好的一组抗压强度达到34．98MPa，抗折强度达到6．36MPa，该组固体混合料成分为：65％砖粉+12％生石灰+2％FDN．A减水剂+O．8％NaOH+2％石膏+18．2％骨料，用水量占固体混合料的比例为16％。3．研究了砖粉压制砖的吸水率和体积密度，吸水率为13．4％，体积密度为1980kg／m3。4．研究了压制砖耐高温耐火性能，分别测试了试件在600。C和1000。C两种高温下的强度质量损失情况，结果表明，砖粉压制砖具有一定的耐高温耐火性能，且随温度升高强度和质量的损失随之增大。6l 广东工业大学硕士学位论文全文总结结论及展望本文主要为寻求废砖的资源化利用为目的。在对废砖研究和利用现状以及免烧压制砖工艺的相关文献查阅后，认为废砖磨细后活性高，能够高效进行综合利用，制备水泥混合材以及生产压制砖产品是一个很好的途径。因此本课题着重研究了废砖磨细后的基本性能以及废砖粉制备的压制砖性能及工艺，主要研究成果如下：1．通过废砖粉物理特性和结构特征研究，并考虑其主要化学成分，对废砖粉的活性进行分析，得到以下结论：(1)砖粉磨细程度较高，能在机械强化上大大提升废砖的活性。(2)砖粉含有大量的无定形晶体结构，而且二氧化硅和三氧化铝的含量高达85％，具有优质混合材的潜质。2．较为集中地通过试验研究了废砖粉对水泥和水泥胶砂性能的影响，主要结论有：(1)废砖粉的细度对需水量、活性指数影响显著，砖粉越细，需水量越大，活性越高，细砖粉最高活性可达81％，并得到了砖粉细度与活性指数的关系曲线，回归曲线方程为：Y=．0．0088x3+0．2672x2．2．7745x+84．666(R2=0．9879)(2)废砖粉可有效改善水泥胶砂的自然干燥收缩，并能提升材料的延性。(3)最佳复合激发组合为：0．25％FDN．A型减水剂+1．5％聚羧酸类碱水剂+2％氯化钙+1％硅酸钠+0．8％烧碱。胶砂28天抗压强度达到45．6MPa。3．确定了压制砖制备工艺，通过试验选取了最佳成型压力和用水量范围，成型压力20MPa，用水量范围14％'---"18％，根据试验方案成功制备了废砖粉压制砖。4．对砖粉压制砖进行了力学性能试验，力学性能良好，效果最好的一组抗压强度达到34．98MPa，抗折强度达到6．36MPa，该组固体混合料成分为：65％砖粉+12％生石灰+2％FDN．A减水剂+O．8％NaOH+2％石膏+18．2％骨料，用水量占固体混合料的比例为16％。5．简单初步地对压制砖产品进行了耐高温耐火性能研究，产品耐高温性能良好。 结论及展望研究展望本课题对废砖粉用作水泥混合材及制作压制成型砖的研究取得了一定的成果，但是研究方法比较局限，不够全面与系统，而且相关的研究问题也可进一步进行加深探讨和拓展分析，在此作者对本文研究的不足之处和今后的进一步研究设想提出以下建议：1．全国各地的砖粉成分不一，化学成分对试验结果影响较大，本文的研究成果只是该地域分选的废砖的代表，为了加快废砖资源化进程，需要加强各种不同地区不同类别的废砖的研究。2．本文研究废砖粉用作水泥混合材时选取的水灰比为0．5，研究得到的废砖粉水泥胶砂性能并不能全面代表它在实际工程中的性能表现。应进一步利用废砖粉混合添加研究适用于实践工程的水泥砂浆，指导建设生产。3．研究更高效的激发剂，争取掺入砖粉也不降低胶砂力学性能，从产品性能上促进废砖的再生利用率。4．本文因为周期的限制没有对废砖粉压制砖进行全面的耐久性试验研究，有些性能也比较重要，比如说产品的收缩性能及抗冻性能，这些都有待日后进一步的研究。5．本次研究中制作出来的压制砖虽然力学性能较好，但产品容重较大，不利于市场广泛接受，下一步应加强废砖粉砖制品的轻质化方向的研究。6．由废砖粉制备的压制砖力学性能较好，可用作承重结构，未来可以研究该砖的砌体性能或者在小规模工程实例当中实践检验。 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学位论文独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。本人依法享有和承担由此论文所产生的权利和责任。论文储虢簇炜吼砂厂学位论文版权使用授权声明本学位论文作者完全了解学校有关保存、使用学位论文的规定，同意授权广东工业大学保留并向国家有关部门或机构送交该论文的印刷本和电子版本，允许该论文被查阅和借阅。同意授权广东工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印、扫描或数字化等其他复制手段保存和汇编本学位论文。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：鹰辩日期：乃／嗲指导教燧名：挣蛹眺仂／炒69 广东工业大学硕士学位论文致谢时光荏苒，白驹过隙，研究生三年的青春时光有许许多多令我感动的人和事，怀揣着对岁月的珍惜和对知识的尊重，谨向那些曾经指导我、帮助我、关怀我的老师和同学们致以诚挚的谢意。首先，真诚感谢我的导师孙南屏教授在这三年里给了我人生重要的指引。本文是在导师的悉心指导下完成的。本文研究工作从选题、试验方案、具体实验问题以至论文的完成，都得到了导师的精心指导与帮助。三年来，导师严谨的治学作风、渊博的知识、谦虚随和的品格以及为人师表的风范有如烙印一般深深影响地着我，将令我受益终身。在论文即将完成之际，谨向孙老师表示我崇高的敬意和衷心的感谢。同时感谢土木学院各位老师的帮助和教导，特别感谢李支群老师对本文研究工作相关实验的指导与支持。此外，还要感谢同学黄莉根、兰成、李松、李云雷、陈运贵、黄耀洪、范轶和师弟何健恒、刘飞在实验阶段给予我的支持与帮助!同时，感谢自2011年到2014年间各位同学的陪伴与帮助，祝大家未来工作顺利，事业辉煌!最后，感谢担任本文评审的各位专家教授，感谢你们提出的宝贵的建议和意见!李炜2014年5月于广州