粘土结合水化硅酸钙凝胶烧结工艺研究.doc

粘土结合水化硅酸钙凝胶烧结工艺研究摘要废弃混凝土再生利用技术是发展绿色混凝土，实现建筑、资源、环境可持续发展的必然要求和主流趋势,是推动建筑垃圾资源化进程的有效途径。本论文主要用从建筑渣料里面分离出来的水化硅酸钙（C-S-H）凝胶作为混合骨料，粘结剂为硅酸铝粘土，从样品的成型，干燥，烧结，以及性能测试各实验环节入手，寻找主要影响因素，及主要工艺参数，得出的结论为纯粘土砖随烧结温度的升高抗压抗折强度有所增加。掺入混合粘土砖的C-S-H凝胶最佳工艺含量为6%，此外在1000下含6%C-S-H凝胶的粘土砖强度大于纯粘土砖的强度。这是因为在烧结的过程中C-S-H凝胶在粘土砖的内部产生熔融物质，填补了粘土砖空隙，使其致密性增大，故强度有所增加。关键词废弃混凝土；水化硅酸钙凝胶；抗压强度；抗折强度；粘结剂。AbstractsAbandoned concrete recycling technology is developing green concrete, realize building, resources and environment is the inevitable requirement of sustainable development tendency, and the mainstream is promote construction waste recycling process in an effective way. This thesis mainly used from building slag separated material inside the hydration calcium silicate (C - S - H) as mixed aggregate, binder for guisuanlu: clay, the samples from forming, dry, sintering and performance testing of each experimental links to search the main influencing factors, and the main process parameters and conclude with the sintering temperature for pure clay brick increase compressive flexural strength increases. Adding mixed the C - S H clay for optimum technology content, which, in addition in 1000 6% next contain 6% C - S - H clay bricks strength greater than pure fireclay brick intensity. This is because in sintering process C - S - H in the molten material generated inside clay bricks to fill the void, clay, make its density increases, so intensity increased.key words abandoned concrete; Hydration calcium silicate gel; Compressive strength; The flexural strength; Binder.目录 摘要IAbstractsII第一章 前言11.1概述11.1.1 墙体材料生产对土地资源的影响11.1.2墙体产业的现状21.2 建筑渣料的产生和组成31.2.1建筑渣料的产生和分类31.2.2建筑渣料的组成41.2.3国内外建筑渣料综合利用的发展动态41.3粘土砖产品61.3.1粘土砖概述61.3.2生产工艺71.3.3主要技术性能指标81.4课题思想9第二章 研究思路、内容及技术路线112.1研究目标112.2研究内容及技术路线112.2.1样品成型的工艺参数研究112.2.2 建筑渣料的分级配比和粒径级配研究122.2.3 制品制备技术路线12第三章 实验143.1实验设备143.2实验原料143.2.1 样品前期加工143.2.2 试样的制备143.3不同温度下纯粘土砖性能测试153.4建筑渣料163.4.1 废弃混凝土分离试验163.4.2 样品的制备173.4.3 烧结工艺183.5不同温度下含相同比例的C-S-H凝胶粘土砖性能测试183.5.1含3%C-S-H凝胶混合砖的性能183.5.2含6%C-S-H凝胶混合砖的性能193.5.3含9%C-S-H凝胶混合砖的性能213.5.4含12%C-S-H凝胶混合砖的性能223.5.5含15%C-S-H凝胶混合砖的性能243.5.6含18%C-S-H凝胶混合砖的性能253.6相同温度下不同比例C-S-H的抗压、抗折强度数据关系273.6.1烧结温度700 不同比例的C-S-H凝胶与抗压、抗折强度的关系273.6.2烧结温度750 不同比例的C-S-H凝胶与抗压、抗折强度的关系283.6.3 烧结温度800 不同比例的C-S-H凝胶与抗压、抗折强度的关系293.6.4 烧结温度900 不同比例的C-S-H凝胶与抗压、抗折强度的关系303.6.5烧结温度1000不同比例的C-S-H凝胶与抗压、抗折强度的关系313.6.6 烧结温度1100不同比例C-S-H凝胶与抗压、抗折强度的关系32第四章 理论分析334.1纯硅酸铝粘土砖烧结工艺分析334.2掺有C-S-H凝胶混合粘土砖烧结工艺分析33第五章 结论355.1小结355.2今后工作建议355.3今后研究方向35参考文献37致谢3839第一章 前言1.1概述我国的水泥、陶瓷、墙体材料等建材产品的产量均居世界第一，大大高于世界其他国家的产量，每年各类建材产品消耗的资源总量高达50亿吨。此外，建材产品的生产对环境造成的污染也很大。目前，建材行业烟尘和粉尘的年排放总量达800万吨，占我国全年工业烟粉尘排放总量的40%左右，CO2的排放量约66亿吨，SO2和NOx的排放量也很高。要实现我国墙体材料工业的可持续发展，必须从实际出发，有长远的战略目标，从资源、人口、环境和经济发展多方面考虑，选择和发展适宜我国的墙体材料主导产品，取代粘土实心砖。墙体材料的发展要抛弃只注重数量增长、不考虑资源持续利用的发展模式，而应当采取资源能源减量化、性能质量优质化和回收利用多元化的循环经济发展模式。1.1.1 墙体材料生产对土地资源的影响目前，我国是世界上人均耕地面积最少的国家之一，人均耕地面积为1070m2，不到世界平均水平(2400m2)的一半。我国是一个农业大国，耕地在经济和社会发展中一直占有举足轻重的地位。人多地少的格局对经济和环境的影响很大，更为严重的是；耕地的减少愈演愈烈。近20年来，全国年平均耕地减少面积约31010m2，而近年来耕地减少的数量更是达到了惊人的程度。据国土资源部公布的数字，2003年全国耕地锐减2531011m2，大大超出了往年的数量1。改革开放以来，耕地减少的原因之一是经济利益的驱动，盲目和违法占地，粗放性经营，大量的乡镇砖厂生产粘土砖，对土地的占用和毁地现象表现尤为突出。20世纪80年代以后，我国的城乡建设发展迅猛，对建筑材料的需求量大增，乡镇粘土砖厂得到空前的发展，成为我国砖瓦企业的主力军。由于粘土资源几乎无偿获得，便加剧了砖瓦厂对土资源的掠夺，粘土砖成了占市场比重非常大的墙体材料产品。实心粘土砖的产量从1980年的1500亿块增加到1997年的7000亿块，近年来实心粘土砖的产量虽有所下降，但年产量仍维持在5500亿块左右。生产如此多的粘土砖，每年用土量约10亿m3，耗用土地11010m2。按照国土资源部的有关研究，要保证我国粮食生产的安全，保证未来达到中等国家的生活水平和保持人口增长和经济增长的平衡，今后我国耕地面积必须年增加31010m2以上。而大量生产粘土实心砖，占用耕地和破坏耕地，造成耕地面积减少，这与可持续发展的目标相违背，并加剧我国人多地少的紧张关系，这种局面必须尽快扭转。1.1.2墙体产业的现状我国是世界上为数不多的仍然以实心粘土砖为主要墙体材料的国家之一。粘土砖在我国已经有几千年的生产和使用历史，是最早的人造建材产品之一。其原料易得、制作简单、砌筑方便、耐久性好，我国民间有很深的发展基础。直到今天，粘土砖仍然是我国墙体材料的最主要产品。粘土砖产品在全国各地均有生产和使用，并且在墙体材料产品构成中占有主导地位。我国的烧结砖制品无论从产品质量、花色品种，还是从生产工艺、施工应用方面来看，在最近的几十年间，技术水平的提高并不大。相对来讲，我国古代的砖瓦产品更加考究，质量更上乘。总体来说，以粘土砖为主的我国墙体材料工业的发展十分缓慢，技术水平非常落后，与发达国家相比，不可同日而语。即使与国内的其他建材行业相比，墙体材料行业也是非常落后的一个行业。由于墙体材料被认为是地方材料，国家对该行业的投资很少，加之其门坎低、技术含量低，因此，大量投资规模小的乡镇砖厂成了我国墙体材料行业的主力军。这些企业设备简陋、工艺技术水平低、生产规模小、产品质量差，对资源的浪费和破坏比较严重，生产过程中对环境造成的污染比较大。1988年，原国家建材局、建设部、农业部、国土资源部联合成立了墙材革新与建筑节能领导小组办公室，旨在通过行政、法律和经济等手段，推进我国墙体材料改革工作的进行。墙改的中心内容是节能、节约资源、保护土地、利用废渣和保护环境，具体而言就是限制粘土实心砖的大量生产和使用，推动节能利废的其他新型墙体材料的发展。经过十几年的努力，新型墙体材料的发展取得了定的进展，新墙材产品所占墙体材料的比重已从1988年的5%增加到目前的大约35%。但是，粘土砖仍然是我国墙体材料的最主要产品，粘土砖独大的局面尚未从根本上得到动摇。而各种新型墙体材料的发展水平也是参差不齐，大多数新墙材生产企业投资规模小、生产技术水平低、工艺装备简单、产品的档次不高，新墙材的施工配套技术不完善，推广应用难度大。虽然新型墙体材料的产品种类较多，但质量上乘、性能可靠、被社会认可、可大面积推广的主导产品却不多。除了粘土实心砖以外，目前生产和使用量较大的墙体材料产品包括：砖类产品有粘土空心砖、粉煤灰砖、煤矸石砖、页岩砖、灰砂砖、废渣砖等；砌块类产品中最主要的是普通混凝土空心砌块，其他产品有轻集料混凝土空心砌块、加气混凝土砌块、粉煤灰砌块、石膏砌块等；墙体板材的种类非常多，生产和使用量比较大的有轻集料混凝土配筋墙板、纸面石膏板、GRC板和挤压成型的混凝土空心条板，其他板材有石膏纤维板、石膏空心条板、硅酸钙板、加气混凝土板、石膏刨花板、纸面草板等；复合类墙板主要有钢筋混凝土类夹心复合板、钢丝网水泥类夹芯复合板、彩钢泡沫塑料夹芯复合板、CBC夹芯复合板等。 从产量上来看，粘土实心砖在我国墙体材料中占绝对统治的地位，生产量最高峰在20世纪90年代中期，年产量多达7000亿块；近年来实心粘土砖产量有所下降，但仍高达5000亿块左右。1.2 建筑渣料的产生和组成1.2.1建筑渣料的产生和分类建筑渣料是在建筑物建设、维修或拆除过程中产生的，大多为固体废弃物。不同结构类型的建筑产生的渣料量及组成也不同，基本有以下几种物质构成；废旧混凝土、废砖瓦、散落的砂浆、渣土及各种装饰材料等。其主要来源有：(1)旧的建筑物拆除渣料。是建筑物在拆除过程中产生的，如房屋拆迁、装修，旧的建筑物改造等。在拆除过程中产生的渣料主要有混凝土、砖块、瓦块、砂浆片、陶瓷片，还有少量的木材及金属材料等。(2)建筑施工渣料。主要为剩余混凝土(工程中没有完全使用而剩余下来的混凝土)、建筑碎料(由凿除、抹灰等产生的旧混凝土、灰浆等矿物材料)、木材、纸、金属和其它渣料等类型。(3)道路开挖。混凝土道路开挖和沥青道路的开挖。(4)土地开挖。分为表层土及深层土。前者可用于种植，后者用于回填、造景等。1.2.2建筑渣料的组成建筑渣料的含义没有明确的定义，不同结构类型的建筑物所产生的渣料各种成分及组成比例虽不相同，但其基本组成是一致的2，主要由土、渣土、散落的砂浆和混凝土、剔凿产生的砖石和混凝土碎块、打桩截下的钢筋混凝土桩头、金属、沥青、竹木材、装饰装修产生的渣料、各种包装材料和其它废弃物等组成。 (1)拆除渣料的组成一般来说，旧建筑物的拆除原因主要是:旧城、旧房改造;旧建筑物服役期满;拆除各种建筑物而产生的建筑渣料其组成基本相似3，主要是各种碎砖块(混有砂浆)、混凝土块、废旧木料(主要是门窗)、房瓦、废金属等如钢筋、铝合金等及少量装饰装修材料如:陶瓷片、玻片等。从近年拆毁建筑物的组成上看，具体组成如下图。(2) 施工建筑渣料的组成建筑施工渣料产生量与施工管理人员的管理水平、施工人员的素质、房屋结构形式及特点、施工质量、施工技术等多方面因素有关，并牵扯到业主、设计、承包商等各方面。1.2.3国内外建筑渣料综合利用的发展动态(1)国外建筑渣料综合利用的发展动态 政策扶持、法律保障 发达国家制定了产业政策扶持和国家的法律法规保障来确保建筑渣料的再生利用。日本政府在1977年和1991年先后颁布了再生骨料和再生混凝土使用规范和资源重新利用促进法，以法律的形式规范了建筑渣料的处理和重新利用。而且在观念上将建筑渣料定义建筑副产物。目前日本对于建筑渣料的重新利用率就已达到了50%以上。日本的建筑渣料采用机械和人工方法，按木材、纸片、混凝土、塑料、金属等分类，分粗选和细选2个过程。美国的沥青路面现场热再生技术已经相当成熟，在美国的路建设中，50%采用沥青混凝土再生料，平均直接建设成本下降20%以上，对能源和环保等产生的间接社会效益巨大。 技术的发展 日本的清水建设公司和东京电力公司研究开发了废旧混凝土砂浆和石子的分离技术，使这些废弃材料得到合理有效的利用。然后，在特殊机械作用下使这些渣料相互碰撞、摩擦，达到水泥砂浆与石子的分离。石子分离后又恢复到天然骨料的状态，可生产新混凝土。分离出的砂浆则可用于路基的稳定化处理。韩国一家装修公司最近开发成功从废弃的混凝土中分离水泥，并使这种水泥能再生利用的技术。这项技术目前已经在韩国申请专利。该公司将从明年下半年开始批量生产这种再生水泥。这家名为“利福姆系统”的公司说，他们首先把废弃混凝土中的水泥与石子、钢筋等分离开来，然后在700的高温下对水泥进行加热处理，并添加特殊的物质，就能生产出再生水泥。据称每100t废弃混凝土就能够获得30t左右的再生水泥，这种再生水泥的强度与普通水泥几乎一样，有些甚至更好，符合韩国的施工标准。而且这种再生水泥的生产成本仅为普通水泥的一半，而且在生产过程中不产生二氧化碳，有利于环保。韩国平均每天都产生5万多t废弃混凝土，而且水泥的原料石灰石资源也正在枯竭，因此，这项技术不仅有利于解决建设中的废弃物问题，还能解决大理石等资源短缺问题。德国的干馏燃烧渣料处理工艺，可以使渣料中各种再生材料干净地分离出来，再回收利用4。 (2)国内建筑渣料的利用现状 近些年来，上海、北京等地区的一些建筑公司对建筑渣料的回收利用作了一些有益的尝试。1990年7月，上海市第二建筑工程公司在市中心的“华亭”和“霍兰”两项工程的7幢高层建筑(总建筑面积13万m2，均为剪力墙或框剪结构)的施工过程中，将结构施工阶段产生的建筑渣料，经分拣、剔除并把有用的废渣碎块粉碎后，与标准砂按1:1的比例拌合作为细骨料，用于抹灰砂浆和砌筑砂浆，砂浆强度可达SMPa以上。共计回收利用建筑废渣480t，节约砂子材料费1.44万元和渣料清运费3360元，扣除粉碎设备等购置费，净收益1.24余万元。通过建筑渣料的综合利用，这两家建筑施工企业不仅获得了可观的经济收益，同时还促进了施工现场的文明化、规范化和标准化管理。在施工现场只需配置1台或数台粉碎机，即可将建筑渣料中的废渣就地处理、就地使用完，大大减轻了外运负担5。实践研究，同诸多的科研院所、大专院校联手技术合作、研究，成功地解决了建筑渣料废物再用项目利用建筑渣料生产标砖、多孔砖、空心板、空心砌块等产品的成套设备及技术。与传统粘土砖相比，具有无可比拟的优势，符合新型“绿色建材”墙体产品6。钢集团公司曾先后试点利用粉煤灰，废钢渣生产空心砌块和承重砖，产品经山东省建筑检测中心测定符合国家标准，实际应用情况良好。北京瑞图科技发展有限公司在鄂东南也成功的利用粉煤灰和钢渣开发了混凝土路面砖的生产7。其中，工业废渣掺量达30%以上，产品强度等级达cC30-cC60。大连轻工学院材料科学与工程系的高文元对利用工业废渣生产蒸压灰砂砖进行了应用研究。通过实验研究和生产实践，确定了蒸压砖的配方，其生产的蒸压砖能够满足建筑行业的需要，这为工业废渣的利用提供了一种应用途径8。1.3粘土砖产品1.3.1粘土砖概述粘土砖是最古老的人造建筑材料，它的生产和应用历史大概可以追溯到一万年以前。由于制作简单、使用方便、有较高的强度和耐久性能良好，粘土砖问世以来，就受到人们的欢迎，使用量不断扩大，常胜不衰。目前，世界上大部分国家仍然是以烧结粘土砖作为最主要的墙体材料。 砌墙砖按生产工艺不同分成烧结砖和非烧结砖。烧结砖在我国已经有两千多年的历史，现在仍是一种很广泛的墙体材料。 砖的种类很多，按所用原材料分为粘土砖、页岩砖、矸石砖煤、粉煤灰砖、灰砂砖和炉渣砖等； （1）按生产工艺可分为烧结砖和非烧结砖，其中非烧结砖又可分为压制砖、蒸养砖和蒸压砖等； （2）按有无孔洞可分为空心砖和实心砖。 烧结砖：凡以粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为原料，经成型和高温焙烧而制得的用于砌筑承重和非承重墙体的砖统称为烧结砖9。 根据原料不同分为烧结粘土砖、烧结粉煤灰砖、烧结页岩砖等。 1.3.2生产工艺 1原料： 普通粘土砖的主要原料为粉质或砂质粘土，其主要化学成分为SiO2、Al2O3和Fe2O3和结晶水，由于地质生成条件的不同，可能还含有少量的碱金属和碱土金属氧化物等。粘土砖的生产工艺主要包括取土、炼泥、制坯、干燥、焙烧等。 除粘土外，还可利用页岩、煤矸石、粉煤灰等为原料来制造烧结砖，这是因为它们的化学成分与粘土相似。但由于它们的可塑性不及粘土，所以制砖时常常需要加入一定量的粘土，以满足制坯时对可塑性的需要。另外，砖坯中的煤矸石和粉煤灰属可燃性工业废料，含有未燃尽的碳，随砖的焙烧也在坯体中燃烧，因而节约大量焙烧用外投煤。这类砖也称内燃砖或半内燃砖。 原料中杂质的含量对粘土砖的焙烧温度及成品的颜色等也产生较大的影响10。 2焙烧：是制砖工艺的关键环节。一般是将焙烧温度控制在9001100之间，使砖坯烧至部分熔融而烧结。 如果焙烧温度过高或时间过长，则易产生过火砖。 过火砖的特点为色深、敲击声脆、变形大等。 如果焙烧温度过低或时间不足，则易产生欠火砖。 欠火砖的特点为色浅、敲击声哑，强度低、吸水率大、耐久性差等。 1.3.3主要技术性能指标1. 形状尺寸。普通粘土砖为长方体，其标准尺寸240mm115mm53mm，加上砌筑用灰缝的厚度，则4块砖长，8块砖宽，16块砖厚分别恰好为1m，故每一立方米砖砌体需用砖512块。 2. 强度等级。普通粘土砖的强度等级根据10块砖的抗压强度平均值、标准值或最小值划分，共分为MU30、MU25、MU20、MU15、MU10五个等级，在评定强度等级时，若强度变异系数0.21时，采用平均值标准值方法；若强度变异系数0.21时，则采用平均值最小值方法。各等级的强度标准应符合下表规定值。 其具体要求如下表所示11。 普通粘土砖的强度等级（MPa）强度等级抗压强度平均值变异系数0.21变异系数0.21强度标准值单块最小值MU3030.022.022.5MU2525.018.022.0MU2020.014.016.0MU1515.010.012.0MU1010.06.57.53.抗风化性能。抗风化性能是普通粘土砖重要的耐久性指标之一，对砖的抗风化性能要求应根据各地区的风化程度而定（风化程度的地区划分详见GB/T5101-1998）。砖的抗风化性能通常用抗冻性、吸水率及饱和系数三项指标划分。抗冻性是指经15次冻融循环后不产生裂纹、分层、掉皮、缺棱、掉角等冻坏现象；且重量损失率小于2%，强度损失率小于规定值。吸水率是指常温泡水24h的重量吸水率。饱和系数是指常温24h吸水率与5h沸煮吸水率之比。 4.石灰爆裂。原料中若夹带石灰或内燃料（粉煤灰、炉渣）中带入CaO，在高温熔烧过程中生成过火石灰。过火石灰在砖体内吸水膨胀，导致砖体膨胀破坏，这种现象称为石灰爆裂。GB/T5101-1998规定，优等品不允许出现最大破坏尺寸大于2mm的爆裂区域；一等品不允许出现最大破坏尺寸大于10mm的爆裂区域；合格品中每组砖样215mm的爆裂区不得大于15处，其中10mm以上的区域不多于7处，且不得出现大于15mm的爆裂区。 5.质量等级。 根据国家标准GB/T5101-1998烧结普通砖的规定，普通粘土砖的技术要求包括形状、尺寸、外观质量、强度等级和耐久性等方面。根据尺寸偏差和外观质量、泛霜和石灰爆裂分为优等品（A）、一等品（B）和合格品（C）3个等级12。 普通粘土砖的孔隙率约为30%，吸水率18%20%左右，表观密度为1800kg/m左右。 1.4课题思想本课题亦在发展绿色建材，所谓绿色建材，是指无毒或低毒的健康型建材、防火或阻燃的安全型建材、耗能低的节能型建材及各类新型多功能建材。 绿色建筑是运用生态学的基本原理和遵循生态平衡及可持续发展的原则，从建筑所利用材料的生产开始，按照系统工程的方法，综合建筑物内外空间中的全部影响因素组织设计，使物质、能源在建筑系统内有序地循环转换，从而获得一种高效、低能耗、无渣料、无污染、生态平衡的、舒适的、健康的建筑环境。该建筑环境不仅涉及到建筑物所处区域的自然环境，也涉及到建筑物所处区域的人文环境、经济和社会环境。 近几年来对绿色建材的呼声愈来愈高，无论是生产企业还是建设单位贯彻节能减排战略目标将会促进我国绿色墙材工业的发展。首先，贯彻节能减排战略目标将会促进我国绿色墙材工业利用废渣。还有利用煤矸石生产的烧结实心砖和空心砖、蒸压养护而成的煤矸石砖、煤矸石空心砌块、煤矸石轻集料混凝土小型空心砌块。其次，贯彻节能减排战略目标将会促进农业废渣类墙体材料的应用。我国是一个农业大国，农业废弃物来源广泛、资源丰富、价廉易得、成本低，有很强的市场竞争力，并且节省能源、减少污染、保护环境，生产的墙体板材具有重量轻、强度好、安装方便等特点，符合绿色建材的指标要求。第三，贯彻节能减排战略目标将会促进建筑渣料、石膏类墙体材料和复合墙体的应用。利用建筑渣料生产墙体产品是可行的，是节约资源、保护环境、实现绿色墙材的有效途径。第二章 研究思路、内容及技术路线2.1研究目标千百年来一直使用的砖瓦浪费了大量土地，消耗了大量资源，因此寻找一种粘土砖的替代品已迫在眉睫。建筑渣料是建筑施工及旧建筑物拆除时产生的废弃物，其中含有大量水化硅酸钙凝胶、石子、沙子及其他可利用成分，近几年，国内外对建筑渣料的研究主要集中在以建筑渣料作为再生混凝土骨料上，建筑渣料制砖较少报道。本文以建筑渣料中的无机材料(废弃混凝土)为主要研究对象。研制一种新型墙体材料，使其建筑渣料各组分具备较好的相容性且成本低廉。以硅酸铝作为结合剂，粘结建筑渣料组分，成型；干燥并烧结，探讨其工艺条件、性能特点以及相关工艺参数。通过实验得到较为合理的工艺参数，研究样品按照国家标准进行检测，进行理论分析。2.2研究内容及技术路线本实验粘结剂是硅酸铝粘土，掺入从建筑渣料里面分离出来的水化硅酸钙凝胶作混合骨料。从样品的成型，干燥，烧结，性能测试各实验环节入手，寻找主要影响因素，及主要工艺参数。重点是烧结工艺参数，及对制品的力学性能的影响。粘结剂与水化硅酸钙凝胶的相容性应引起必要的重视。2.2.1样品成型的工艺参数研究：(1) 粘结剂的细度和掺入量 粘结剂的细度和掺入量是影响粘结剂的重要因素，从而影响到制品的强度性能。因此，是工艺中必须控制的参数。(2) 建筑渣料种类与粒径的级配 建筑渣料种类与粒径的级配是影响建筑渣料与粘结剂相容性的一个因素，也是工艺中需要确定的参数。(3) 成型压力 在试样制备过程中，成型压力的大小与试样的强度、体积密度等性质密切相关，压力过大或过小都会对试样的物理性质产生不良的影响。(4) 试样的体积密度 对砖制品而言，外观质量是一项重要的检测指标。实验所用试样的尺寸与成品砖尺寸不同，在此情况下，可通过检测试样的体积密度并使其符合标准要求。试样的体积密度计算方法见式(2一1): =M/V，V=LBD (2一1)式中: -试样的密度;M-试样的质量;V-试样的体积;L-试样的长度; B-试样的宽度;D-试样的高度。（5）干燥养护研究 采用自然条件下干燥养护的方法，这种方法与工厂里的养护制度一致，既能保证强度，又等节约能源。（6）烧结工艺研究本实验采用马沸炉烧结模块和水化硅酸钙凝胶，烧结模块温度为700，750，800，900，1000，1100。2.2.2 建筑渣料的分级配比和粒径级配研究(1) 分类及组成依据调研统计数据，把取得的建筑渣料按组成分类。(2) 粒径级配研究 建筑渣料通过破碎、筛分可分为粒径为2-3mm132.2.3 制品制备技术路线(1) 加压成型在本实验中，原料配料拌水混合均匀后填入模块成型。(2)烧结通过对粘土砖的烧结分析分析，主要研究不同烧结温度下粘土砖强度有何变化。 (3)强度测试 通过测试制品的抗压、抗折强度确定制品的工艺参数，对测定的数据进行研究，探讨砖的强度形成机理及加入C-S-H凝胶后对强度的影响。 第三章 实验3.1实验设备01-2型 电热鼓风数显恒温干燥箱，生产厂家为上海天缘试验仪器厂。国家新标准砂石筛，生产厂家为浙江上虞市宏边恒温仪器厂。ACS-15S电子计价秤，生产厂家为上海大衡有限公司。NYL-600型 压力试验机，无锡市建筑材料仪器机械厂。DKZ-500型 电动抗折仪。球磨机马沸炉3.2实验原料本实验的粘结剂采用的是硅酸铝粘土等，填充物为水化硅酸钙凝胶。3.2.1 样品前期加工本实验采用的粘结剂是硅酸铝粘土。球磨，使得硅酸铝粘土细化成粉末状。细化的粘土有利于与渣料相容。建筑渣料破碎后，筛分，按不同的粒径分类，清洗烘干。3.2.2 试样的制备成型，干燥本实验即是用硅酸铝粘土制备纯硅酸铝粘土砖。把细化的粘土粉末加水拌匀，填入三连模样式的模块(160mm35mm35mm)，并在自然状态下进行干燥。等待干燥完全后进行烧结。把揉制成型的纯硅酸铝粘土砖标号，1-10号 ，分别放置高温炉内烧结，炉子标号1-10号。调节高温炉内温度： 1号高温炉 样品1号炉内初始温度C1=18 加热T1=240min 温度达到C2=700 保持T2=180min后关掉马沸炉，待自然冷却后取出。 2 号高温炉 样品2号炉内初始温度C1=18 加热T1=270min 温度达到C2=750 保持T2=180min后关掉马沸炉，待自然冷却后取出。 3号高温炉 样品3号炉内初始温度C1=19 加热T1=300min温度达到C2=800保持T2=120min后关掉马沸炉，待自然冷却后取出。 4 号高温炉 样品4号炉内初始温度C1=17 加热T1 =360min温度达到C2=900保持T2=120min后关掉马沸炉，待自然冷却后取出。 5 号高温炉 样品5号炉内初始温度C1=19 加热T1=420min温度达到C2=1000保持T2=120min后关掉马沸炉，待自然冷却后取出。 6 号高温炉 样品6号炉内初始温度C1=18加热T1=480min温度达到C2=1100保持T2=120min后关掉马沸炉，待自然冷却后取出。3.3不同温度下纯硅酸铝粘土砖性能测试 表3-1 纯硅酸铝粘土砖在各温度下的抗压抗折强度 温度()试样标号受压面长L(mm)受压面宽B(mm)受压面积(mm2)最大破坏载荷P(KN)抗压强度(MPa)RP=1000P/LB抗折强度（N）70013535122515.9313.008.89126575023535122516.7213.65129680033535122517.7714.51145990043535122520.6816.881900100053535122523.4319.132513110063535122524.0719.652635图3-1纯硅酸铝粘土砖烧结温度与抗折强度的关系图3-2 纯硅酸铝粘土砖烧结温度与抗压强度的关系3.4建筑渣料本实验采用的建筑渣料是学校附近的旧楼拆除物，废弃混凝土(混凝土为块状及拆除中破碎的粉状颗粒)。由于实验的要求，建筑渣料必须进行分类处理，对各种物料分别进行实验。3.4.1 废弃混凝土分离试验：1. 粗骨料分离试验在废弃混凝土碎块加热过程中，由于集料与水泥石 的热膨胀系数不一致，在界面过渡区将产生较大的热应力 ，从而引发微裂纹的扩展。 因此 ，通过加热、粉磨破碎处理 ，可以将废弃混凝土中的集料与水泥石完全分离。 随着加热温度升高，粗集料 一水泥石剥离率上升，但到 750后剥离率上升趋于平缓。在 750 之前 ，随加热温度提高，再生集料的干表观密度明显提高，而吸水率却明显降低。这是由于集料上粘附的水泥石其干表观密度和吸水率均高于天然集料 ，而加热温度的提高促使粘附的水泥砂浆脱离所。750后由于水泥石剥离率的上升趋于平缓 故它们随温度升高的变化不大 ，可以确定 750是较佳的热处理温度14。具体操作方法如下：将选定好的大块建筑渣料放入马沸炉内加热到750后取出，立即放入振动筛内进行震动，约十分钟后取出，由于集料与水泥石热膨胀系数不一样，故加热经振动筛震动后集料与水泥石分离。2.细骨料分离试验：把事先选定好的小块建筑渣料（目测里面没有石子等粗骨料）放入实验室的球磨机内进行破碎，然后在用沙石筛筛成径级配为2-3mm的颗粒。经粉磨后的石英砂其粒径分布变细，但5min的粉 磨时间对石英砂粒径分布影响较小。 当粉磨时间达30min时，大部分石英砂被磨成了细粉。因此,需要控制好水泥石的粉磨时间， 使石英砂和水泥石的粒径分布处于适宜范围， 以利于两者的相互分离及分离后的再生利用。事实上 ,由于石英砂和水泥石之间易磨性的较大差异而造成的粒径不同,以及两者在密度上的差别 ，可以通过用水沉淀的方法将两者分离出来15。具体操作方法如下：将筛后的集料放入球磨机内磨5分钟左右取出，放入盛有水的大盆中，由于砂的密度比水泥石密度大，故砂沉入水底，上面的即为水泥石，分离出来的水泥石即为实验所用的水化硅酸钙凝胶。3.4.2 样品的制备把事先从学校附近工地挖来的硅酸铝粘土放进实验室的球磨机进行球磨，使得硅酸铝粘土细化成粉末状,细化的粘土有利于与渣料相容。取少量分离出来的水化硅酸钙凝胶和粘土粉末，按C-S-H凝胶占混合砖的比例为3%、6%、9%、12%、15%、18%、依次填入三连模(160mmmm40mm)，每个比例揉制6块，并在自然状态下进行干燥。等待干燥完全后进行烧结。3.4.3 烧结工艺把预先制好的成型样品分好类，C-S-H凝胶所占比例分别为3%、6%、9%、12%、15%、18%。标定C-S-H凝胶占3%的样品标号为 A1-A6；C-S-H凝胶占6%的样品标号为B1-B6；C-S-H凝胶占9%的样品标号为C1-C6；C-S-H凝胶占12%的样品的标号为D1-D6；C-S-H凝胶占15%的样品的标号为E1-E6；C-S-H凝胶占18%的样品的标号为F1-F6。调节马沸炉内温度进行烧结，马沸炉温度与烧结纯硅酸铝粘土砖相同。3.5不同温度下含相同比例的C-S-H 凝胶粘土砖性能测试3.5.1含3%C-S-H 凝胶混合砖的性能 表3-2含3C-S-H凝胶混合砖在各烧结温度下的抗压抗折强度温度()试样标号受压面长L(mm)受压面宽B(mm)受压面积(mm2)最大破坏载荷P(KN)抗压强度(MPa)RP=1000P/LB抗折强度（N）7003311.451289750A23533115511.5613.351302800A33533115512.6214.581467900A43533115518.4115.9419081000A53532112020.4818.2925381100A63533115521.7418.822647图3-3 含3%C-S-H凝胶混合砖烧结温度与抗压强度关系图3-4 含3%C-S-H凝胶混合砖烧结温度与抗折强度关系3.5.2含6%C-S-H凝胶混合砖的性能 表3-3含6%C-S-H凝胶混合砖在各烧结温度下的抗压抗折强度温度()试样标号受压面长L(mm)受压面宽B(mm)受压面积(mm2)最大破坏载荷P(KN)抗压强度(MPa)RP=1000P/LB抗折强度（N）7000813.061292 续表3-3温度()试样标号受压面长L(mm)受压面宽B(mm)受压面积(mm2)最大破坏载荷P(KN)抗压强度(MPa)RP=1000P/LB抗折强度（N）750B23533115515.8313.711332800B33532112016.4514.691539900B43534119020.1916.9720481000B53534119022.9019.2525621100B63534119023.4419.702655图3-5 含6C-S-H凝胶混合砖烧结温度与抗压强度关系图3-6 含6%C-S-H凝胶混合砖烧结温度与抗折强度关系3.5.3含9%C-S-H凝胶混合砖的性能表3-4 含9%C-S-H凝胶混合砖在各烧结温度下的抗压抗折强度温度()试样标号受压面长L(mm)受压面宽B(mm)受压面积(mm2)最大破坏载荷P(KN)抗压强度(MPa)RP=1000P/LB抗折强度（N）700198.821096750C23533115511.409.871162800C33532112012.0710.781223900C43532112013.5212.0721141000C53533115518.3515.8922271100C63534119019.2316.162360 图3-7 含9%C-S-H凝胶混合砖烧结温度与抗压强度关系 图3-8 含9%C-S-H凝胶混合砖烧结温度与抗折强度关系3.5.4含12%C-S-H凝胶混合砖的性能 表3-5含12%C-S-H凝胶混合砖在各烧结温度下的抗压抗折强度温度()试样标号受压面长L(mm)受压面宽B(mm)受压面积(mm2)最大破坏载荷P(KN)抗压强度(MPa)RP=1000P/LB抗折强度（N）700D1353311558.527.381002 续表3-5温度()试样标号受压面长L(mm)受压面宽B(mm)受压面积(mm2)最大破坏载荷P(KN)抗压强度(MPa)RP=1000P/LB抗折强度（N）750D2353311559.968.221110800D33533115510.398.991136900D43534119013.0310.9518081000D53532112014.0712.5719841100D63533115515.6513.552199 图3-9 含12%C-S-H凝胶混合砖烧结温度与抗压强度关系图3-10 含12%C-S-H凝胶混合砖烧结温度与抗折强度关系3.5.5含15%C-S-H凝胶混合砖的性能表3-6含15%C-S-H凝胶混合砖在各烧结温度下的抗压强度温度()试样标号受压面长L(mm)受压面宽B(mm)受压面积(mm2)最大破坏载荷P(KN)抗压强度(MPa)RP=1000P/LB抗折强度（N）700E1353211207.636.81998750E2353311558.327.201008800E3353211209.028.551095900E43533115511.9210.3216881000E53532112013.4211.9817661100E63532112013.8712.381858 图3-11 含15%C-S-H凝胶混合砖烧结温度与抗压强度关系 图3-12 含15%C-S-H凝胶混合砖烧结温度与抗折强度关系3.5.6含18%C-S-H凝胶混合砖的性能表3-7 含18%C-S-H凝胶混合砖在各烧结温度下的抗压强度温度()试样标号受压面长L(mm)受压面宽B(mm)受压面积(mm2)最大破坏载荷P(KN)抗压强度(MPa)RP=1000P/LB抗折强度（N）700F1353311557.586.56907750F2353311557.996.92955续表3-7温度()试样标号受压面长L(mm)受压面宽B(mm)受压面积(mm2)最大破坏载荷P(KN)抗压强度(MPa)RP=1000P/LB抗折强度（N）800F3353211208.998.021004900F43534119010.799.0711991000F53533115512.4410.7713351100F63532112013.3411.911437 图3-13 含18%C-S-H凝胶混合砖烧结温度与抗压强度关系 图3-14 含18%C-S-H凝胶混合砖烧结温度与抗折强度关系3.6相同温度下不同比例C-S-H凝胶的抗压、抗折强度数据关系3.6.1烧结温度700不同比例的C-S-H凝胶与抗压、抗折强度关系 表3-8烧结温度700不同比例的C-S-