铸造水玻璃废砂在混凝土中的应用.doc

铸造水玻璃废砂在混凝土中的应用NOV.2006VOI.55NO.11铸造F0UNDRY?1203?铸造水玻璃废砂在混凝土中的应用刘日鑫,孙可伟,林志伟,张记市(昆明理工大学废弃物资源化国家工程研究中心,云南昆明650093)摘要:对铸造废砂取代天然细集料制成水泥混凝土的性能进行了初步探讨,对处理后和未经过处理的铸造废砂对混凝土性能(抗压强度和抗折强度)的影响进行了对比.试验结果表明,铸造废砂经过处理后对混凝土的抗压和抗折强度的提高,具有明显的效果.并对其作用机理也进行了初步的探讨.关键词:废砂;废砂利用;混凝土中图分类号:TG221文献标识码:A文章编号:10014977(2006)ll一120303ApplicationofUsedSandinConcreteLlUR_xin,SUNKewei,LINZhiwei,ZHANGJishi(NationalEngineeringResearchCentreofSolidWasteResourceRecovery,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650093,China)Abstract:ThearticlepresentsanexperimentaIstudyontheapplicationofusedsandinconcretetoreplacemineralfineaggregatesandcomparestheeffectoftheusedsandwithprocessinginconcreteandwithoutprocessing.Thetestresultsshowanoticeableenhancement,inbothcompressivestrengthandflexuralstrengthofconcretealongwithincreaseofthereplacementbyusedsandwithprocessing,incomparisontowithoutprocessing.Thearticlediscussesreasonofthephenomenonabove-mentioned.KeyWOrds:usedsand:reusing;concrete砂型铸造占铸造生产的绝大部分(80%90%).我国铸件年产量在1000万吨以上,循环用砂量也高达10000万吨.一般废砂的回收率可达80%90%,循环废砂的10%20%要不断废弃.全国每年废弃的废砂大约有1000万吨,即生产一吨铸件需要补充一吨新砂,又要废弃一吨废砂.目前,除了少量废砂再生回用外,大部分任以丢弃为主.对有限的资源是极大的浪费,而且会造成严重的环境污染.因此,废砂的处理和利用已成为我国亟待解决的问题.现有废砂主要的再利用方法就是再生,再生以后废砂可作为新的造型材料,但再生成本较高,能耗大,且再生砂的各项性能有较大的降低.国外利用废砂作为水泥原材料或建筑填料的研究已有十多年的历史,而我国在这方面基本上是空白.本研究中,就水玻璃废砂作为水泥混凝土的集料来取代天然集料的研究作了初步探讨.1试验原材料及方法1.1原材料旧砂:采用昆明重型机械厂铸钢车间废弃的水玻璃废砂,饱和面干状态的吸水率为0.05%.其化学成分如表1所示,其微观表面形态的SEM图如图1所示.水泥:P?S(矿渣硅酸盐水泥)32.5,滇蛾牌,产地玉溪,实测强度为35MPa.细焦料:河砂,最大粒径5111113,饱和面干状态时的吸水率为1.55%,产地云南.粗集料:碎石,最大粒径16mn-i,饱和面干状态时的吸水率为0.7%,产地云南.表l水玻璃旧砂的化学成分Table1Chemiccomponentsofsodiumsilicate-bondedusedsand(%)AI203SiO2Fe203K20Na20CaOMgOZnO烧失量2279644l450370.370.270.100.08O.57图1水玻璃废砂的SEM图(1OOx)Fig.1SEMofsodiumsilicatebondedusedsand收稿日期:200604一ll收到初稿,20060818收到修订稿.作者简介:刘日鑫(1975一),男,内蒙古乌盟人,博士研究生,主要研究方向为固体废弃物资源化.Email:FoUNDRYNOV.2OO6VOI.55NO.111.2试验方法本试验是用铸造废砂按一定比例取代混凝土细集料中的细砂部分,制成新的混凝土材料.铸造废砂分为两类,一类是用助剂A进行处理的废砂(以下简称AS),另一类是没有经过任何处理的水玻璃废砂(以下简称s).用这两类铸造废砂分别取代混凝土中的天然细集料.取代比率为100%,70%,50%,30%,20%和10%.用s制成的混凝土试件有下面六个系列:SC20100,SC2070,SC2050,SC2030,SC2020和SC2010,每个系列分别制成3组试样用以测试.用AS制成的混凝土试件与上面相应(用ASCxx一表示).基准试件为C207凝土,用Jz表示.养护28天,试件尺寸为100mmx1O0mmx100mm,配合比为C:S:G:W(水泥:细集料:粗集料:水的)=1:2.11:3.16:0.42.助剂A的主要作用是促进水玻璃废砂表面的水玻璃胶体溶解,形成新的钠水玻璃新溶液,以便使这些新溶液与混凝土中的Ca(OH)反应.因此,在制备试件时,经助剂处理后的水玻璃废砂(即As)及其处理液一并按混凝土的配合比加入到混凝土之中,制成ASCxx一试件.2结果讨论2.1对混凝土抗压强度的影响从表2或图2,图3中可以看出,随着未经任何处理的铸造废砂在混凝土中掺量的增加,对提高混凝土的抗压强度效果不佳.铸造水玻璃废砂经过助剂处理以后,对提高混凝土抗压强度具有明显的效果.水玻璃铸造废砂的表面包裹着一层惰性膜,其主要成分为水玻璃胶体,惰性膜表面含有碳酸钠和碳酸氢钠.用助剂A对废砂进行浸泡24h以后,加入混凝土中,废砂外部水玻璃胶体一部分溶解在水中,形成高模数钠水玻璃新溶液,而这种钠水玻璃可以与水泥水化反应的产物氢氧化钙发生反应,生成硅酸钙胶体.其反应式如下:Ca(OH)2+Na2O?nSiO2=2NaOH+(n一1)SiO2+CaSiO3反应过程中生成的NaOH进一步促进水泥的水化.使混凝土的最终抗压强度得到进一步提高.另外,水玻璃铸造废砂的加入,同时也带入了NaCO和NaHCO,这两种物质,这两种物质会消耗水泥中的CaSO?2HO(石膏),在水化反应的初期,促使3CaO?A1O3?FeO3(铝酸三钙)迅速进入溶液,形成大量的强度不高的铝酸盐,影响混凝土的强度.为了消除这种不利影响,还需在混凝土中加入另一种助剂.图3是废砂加入混凝土中,且同时用两种助剂处理以后的混凝土抗压强度.从图3可以看出,混凝土的抗压强度明显高于图2中混凝土的抗压强度.表2废砂掺量对抗压强度的影响Table2Influenceofusedsandoncompressivestrength323O毫萋282624O2o4o6080100废砂掺量(%)图2未处理铸造废砂对混凝土抗压强度的影响Fig.2Influenceofuntreatedusedsandoncompressivestrengthofconcrete废砂掺量(%)图3处理后的废砂对混凝土抗压强度的影响Fig.3Influenceoftreatedusedsandoncompressivestrengthofconcrete2_2对混凝土抗折强度的影响从表3和图4中可以看到,未经任何处理的铸造废砂对混凝的抗折强度有所影响,随着铸造废砂的加入,混凝土的抗折强度有所上升,但上升的幅度较小.当对铸造废砂进行过处理以后,混凝土的抗折强度有明显的上升.原因同上面相似,铸造废砂的加入,不仅与混凝土中形成的Ca(OH)发生反应,形成新的水玻璃胶体,使混凝土的抗折强度有所提高,但提高的幅度不大,也就是说铸造废砂对混凝土抗折强度的影响不大3结论(1)未经过任何处理的水玻璃铸造废砂加入混凝土中,对混凝土的抗压强度影响不明显;当铸造水玻璃废砂经过处理以后,加入混凝土中使混凝土的抗压铸造刘日鑫等:铸造水玻璃废砂在混凝土中的应用?1205?表3废砂掺量对混凝土抗折强度的影响Table3Influenceofusedsandonflexuralstrength02040608O100废砂掺量(%)图4废砂对混凝土抗折强度的影响Fig.4Influenceofusedsandonflexuralstrengthofconcrete强度明显上升.(2)加入未经处理的铸造水玻璃废砂,对混凝土的抗折强度影响较小,当对废砂经过处理以后,混凝土的抗折强度有所上升.本研究只对铸造废砂影响混凝土的抗压强度,抗折强度进行了初步分析和探讨,其深度和广度比较有限.铸造废砂对混凝土的其他性能的影响,以及加入混凝土中形成的复合材料,其具体微观作用机理和分析,建立量化的铸造废砂加入量与混凝土性能之间的数学模型还有待进一步探讨.参考文献:I】THOMAS,SUSANP.Foundrysandbeneficialreusemanual(SpecialReport)【R.AFSfoundrysandreclamation&reusecommittee4s,1996.2】WOLLFH,HAENSELP.Constructiveuseofspentfoundryexpertsandregulatorsdiscusssolutions【J.Giesserei,1991(4):l19.【3】朱纯熙,卢晨,等.水玻璃砂基础理论【M】.上海:上海交通大学出版社,2000.【4】曹文龙.铸造工艺学【M】.北京:机械工业出版社,1990.【5】张召述,杨月红,普庆贵.利用铸造废砂制造蒸压砖的研究【J.中国物资再生,1999,(7):2-4.【6】刘仲礼,陈秋玲,吴勇生,铸造旧砂的综合利用综述【J.中国资源综合利用,2003,(7):3637.【7】郭景纯,郭思福.铸造旧砂再生利用及污染治理M】,广州:中山大学出版社,2001.【8】何芝梅.水玻璃物理特性分析及在旧砂回用研究中的应用【Jl铸造,2002(51)3:l73176.9】西德尼一明德思,J.弗朗西斯?杨,戴维?达尔文,着.混凝土I.吴科如,张雄,姚武,张东,译.北京:化学工业出版社,2005.(编辑:曲学良,)(上接第1202页)3结论(a)空冷(b)油冷(c)水玻璃冷(d)水冷图5不同冷却介质冲击断口SEM形貌(600x)Fig.5TheSEMmicrographsofimpacttounessfracturesurfaceofZG30CrMn2Si2Moatdifferentcoolingmedium(1)试验材料空冷后的组织是由贝氏体铁素体和