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利用陶瓷廢料制備加氣混凝土的研究

文檔作者：徐志輝韋江雄李方賢高品海陳陽(yáng) 余其俊文檔來(lái)源：華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年04月07日
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中國(guó)科技核心期刊 新鬼 建魄
利用陶瓷廢料制備加氣混凝土的研究
徐志輝，韋江雄，李方賢，高品海，陳陽(yáng)，余其俊
(華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東廣州510640)
摘要：以陶瓷廢料、粉煤灰、石灰、水泥等為原料，采用化學(xué)發(fā)氣方法制備加氣混凝土。研究了各原材料組分、工藝參數(shù)對(duì)加氣
混凝土漿體流變性能及砌塊力學(xué)性能的影響，并采用SEM和XRD對(duì)其微觀形貌進(jìn)行分析。結(jié)果表明，當(dāng)m(水泥)：m(石灰)：m(陶瓷
廢料)：m(粉煤灰)：m(石膏)=20：17：39：21：3，水料比為0．56，鋁粉用量為干基物料的0．1％時(shí)，制備的加氣混凝土砌塊表觀密度達(dá)到
B06等級(jí)的要求。經(jīng)蒸壓養(yǎng)護(hù)后，形成的主要水化產(chǎn)物有C—S—H(I)凝膠、柳葉狀托勃莫來(lái)石及少量的水化石榴子石。
關(guān)鍵詞：加氣混凝土；陶瓷廢料；蒸壓養(yǎng)護(hù)；水化產(chǎn)物
中圖分類(lèi)號(hào)：TU528．2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001—702X(2013)01—0048—04
Util~ing ceramic waste for autoclaved aerated concrete
XU Zhihui，WEl Jiangxiong，LI Fangxian，GA0 Pinhai，CHEN Yang，YU Qijun
(School of Materials Science and Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 51064 0，Guangdong，China)
Abstract：In this article，we used the ceramic wastes．fly ash，lime and Poaland cement as the raw materials for the production
of Autoclaved Aerated Concrete (AAC)with the chemical aerating method．The effects of mix proportion and some technologi—
cal parameters to the rheological properties and mechanical properties of aerated concrete slurry were studied．At last，we studied
the microstructure through SEM analysis and XRD analysis． nle result is that when the specimen was made with the cementitious
material [m(cement)：m(1ime)：m(wastes)：m(fly ash)：m(gypsum)=20：17：39：21：3]，water—binder ratio ( ，B)is O．56，the dosage of alu一
_
minum paste is 0．1％ relative to the raw materials，and the surface density of the prepared aerated concrete block reached the
standard request to a B06 leve1．After being autoclaved cured，the major hydration products is C-S-H(1)gel，tobermorite and a small
amount of hydrogarnet．
Key words：aerated concrete；ceramic waste；autoclaved cure；hydration products
O 前言
陶瓷廢料主要包括坯體廢料、廢釉料和燒成廢料，其主
要來(lái)源于陶瓷生產(chǎn)及儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中。據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年產(chǎn)
生陶瓷拋光廢料多達(dá)1000萬(wàn) 。如此大量的固體廢料對(duì)環(huán)
境和人的危害很大，所以對(duì)陶瓷廢料的再利用研究具有重要
的意義。目前，有人利用陶瓷廢料生產(chǎn)多孔陶瓷，將陶瓷廢料
加入到配方d~[3-5]，但這種處理方法能耗大、成本高，且產(chǎn)量
基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51208209)；
廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項(xiàng)目(2O10AO9020o073)
收稿日期：2012一l1—02
作者簡(jiǎn)介：徐志輝 男，1988年生，廣西桂平人，碩士研究生。地址：廣
州市天河區(qū)381號(hào)華南理工大學(xué)材料學(xué)院麟鴻樓104室，E—mail：
daxuuezhihuai@】63．com。
·48· 新型建筑材料 2013．1
小、處理量有限，并不適合推廣借鑒。萬(wàn)冬梅和彭剛[句利用陶
瓷廢料開(kāi)發(fā)固體混凝土材料，但這種方法需要使用較多的高
強(qiáng)粘結(jié)劑且成型比較復(fù)雜，也并不適合廣泛應(yīng)用。在國(guó)外，
40％以上的陶瓷廢料會(huì)再循環(huán)利用，余下的會(huì)制備成陶瓷廢
料粉提供給其它能使用的工廠使用[71。而我國(guó)企業(yè)最主要的
方法還是填埋，大量堆積的陶瓷廢料擠占土地，嚴(yán)重污染人類(lèi)
賴以生存的水、空氣和土壤環(huán)境，這與生態(tài)環(huán)境的矛盾越來(lái)越
尖銳，急切尋求更為合理有效的處理方法。
加氣混凝土具有質(zhì)輕、隔熱、絕熱、隔聲性能良好等優(yōu)點(diǎn)
而廣泛應(yīng)用于非承重內(nèi)外墻體中。并且，加氣混凝土的生產(chǎn)
能綜合利用大量的工業(yè)廢料，具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。在
本文中，探討了利用陶瓷廢料制備加氣混凝土的研究。
本研究以陶瓷廢料、粉煤灰、石灰、水泥等為原料，采用化
學(xué)發(fā)氣方法制備加氣混凝土。研究了各原材料組分、工藝參
擻對(duì)加氣混凝土性能的影響，并對(duì)其微觀形貌進(jìn)行分析。為
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徐志輝，等：利用陶瓷廢料制備加氣混凝土的研究
企業(yè)合理處理陶瓷廢料提供理論依據(jù)。
1 原材料與試驗(yàn)方法
1．1 原材料
水泥選用廣州珠江水泥廠的粵秀牌P·042．5水泥；粉煤
灰使用南威Ⅱ級(jí)粉煤灰；生石灰取自惠州恒豐灰粉廠；陶瓷廢
料取自佛山地區(qū)的陶瓷廠；鋁粉膏取自佛山市駿力加氣鋁粉
膏廠生產(chǎn)的GLS一65鋁粉膏；石膏選用廣州珠江電廠生產(chǎn)的
脫硫石膏；減水劑取自巴斯夫公司。水泥、粉煤灰和陶瓷廢料
的化學(xué)組成見(jiàn)表1。
表1 原材料的化學(xué)組成 ％
原材料 SiO2 A1203 Fe203 CaO MgO SO3 K20 Na20 loss
水泥 21．20 5．40 5．03 64．84 1．45 1．02 1．06
粉煤灰 55．43 34．36 5．20 1．23 O．86 0．92 0．23 0．36 1．20
陶瓷廢料69．27 15．90 1．07 0．59 1．05 1．78 2．72 7．62
1．2 試驗(yàn)方法
(1)實(shí)驗(yàn)室制各加氣混凝土工藝流程如圖1所示。
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一
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圖1 實(shí)驗(yàn)室制備加氣混凝土工藝流程
(2)發(fā)氣試驗(yàn)：將120 ml料漿倒入200ml量筒中，記錄發(fā)
氣高度及時(shí)間。
(3)加氣混凝土砌塊物理性能與力學(xué)性能分別參照GB
11970---1997《加氣混凝土容重、含水率和吸水率試驗(yàn)方法》和
GB／T 1 1969～1 1975--1997《力口氣混凝土性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)
試。
(4)孔結(jié)構(gòu)觀察與微觀分析：采用XRD和SEM分析觀測(cè)
經(jīng)蒸壓后的陶瓷廢料加氣混凝土的水化產(chǎn)物及其形貌。
2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
2．1 水料比對(duì)發(fā)氣及流變性能的影響
試驗(yàn)中固定水泥用量為15％、石灰17％、陶瓷廢料32．5％、
粉煤灰32．5％、石膏3％、鋁粉為干基料的0．1％，水料比分別
為0．50、0．56和0．60。測(cè)試結(jié)果如圖2和圖3所示。
由圖2、圖3可見(jiàn)，隨著水料比的增加，漿體擴(kuò)展度增大，
在水料比為0．50時(shí)，擴(kuò)展度為130 mm，發(fā)氣時(shí)間45 min，發(fā)
圖2 水料比對(duì)擴(kuò)展度的影響
0 1O 2O 30 40 50 6O
時(shí)間／min
圖3 水料比對(duì)發(fā)氣的影晌
氣高度增長(zhǎng)率60％左右；水料比為0．56時(shí)，擴(kuò)展度達(dá)到160
mm，發(fā)氣時(shí)間35 rain，發(fā)氣高度增長(zhǎng)率達(dá)85％；水料比0．60
時(shí)，擴(kuò)展度高達(dá)180 mm，發(fā)氣時(shí)間最短為20 min左右，發(fā)氣
高度增長(zhǎng)率只有60％。由以上分析可知，漿體過(guò)稠和過(guò)稀對(duì)
發(fā)氣效果均不利。這是因?yàn)?，漿體太稠時(shí)，漿體內(nèi)產(chǎn)生的氣體
不足以克服漿體黏度使?jié){體膨脹，即發(fā)生憋氣；漿體太稀時(shí)，
鋁粉早期反應(yīng)迅速，產(chǎn)生的氣體也很容易逸出，不能使?jié){體膨
脹。因此，控制漿體擴(kuò)展度對(duì)發(fā)氣有重要意義。在本試驗(yàn)中，控
制擴(kuò)展度在160 illm左右，因而選擇水料比為0．56。
2．2 陶瓷廢料摻量的影響
試驗(yàn)中固定水泥用量為15％，石灰17％，石膏3％，鋁粉
為干基料的0．1％，水料比為0．56，陶瓷廢料摻量分別為干基
料的19．5％、26．0％、32．5％、39．0％和45．5％，其余部分用粉煤
灰代替，研究漿體的流變性及擴(kuò)展度，結(jié)果見(jiàn)圖4、圖5。
圖4 陶瓷廢料摻量對(duì)漿體流變性能的影響
NEW BUI LDlNG MATERIALS ·49·
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徐志輝，等：利用陶瓷廢料制備加氣混凝土的研究
220
200
180
160
婆140
l20
15 20 25 3O 35 40 45 5O
陶瓷廢料摻量／％
圖5 陶瓷廢料摻量對(duì)漿體擴(kuò)展度的影響
由圖4可見(jiàn)，摻入陶瓷廢料后漿體黏度均隨著剪切應(yīng)力
增加急劇降低，屈服應(yīng)力則隨著摻量的增加而增大。由圖5
可見(jiàn)，隨著陶瓷廢料摻量的增加，漿料的擴(kuò)展度急劇下降，從
19．5％時(shí)的218 mm下降到45．5％時(shí)的137 mm。這是因?yàn)樘?
瓷廢料含有較多黏土質(zhì)礦物，且顆粒粒徑小，表面積大，故吸
水較多，這使?jié){體變稠，加入的陶瓷廢料越多，漿體越稠，擴(kuò)展
度就越小。
圖6為陶瓷廢料摻量對(duì)漿體發(fā)氣的影響。
0 5 10 15 20 25 30 35 40
時(shí)間／min
圖6 陶瓷廢料摻量對(duì)漿體發(fā)氣的影響
由圖6可以看出，漿體的發(fā)氣高度增加率均在60％以
上，并隨著陶瓷廢料摻量的增加而降低，從19．5％時(shí)的110％
到45．5％時(shí)的81％。這是因?yàn)椋环矫嫣沾蓮U料摻量的增加，
吸收了更多的水，使?jié){料變得更稠，引起部分憋氣，膨脹減少；
另一方面，是因?yàn)闈{體中與鋁粉反應(yīng)的水更少，發(fā)氣不充分。
表2為各陶瓷廢料摻量下加氣混凝土的性能測(cè)試結(jié)果。
表2 各陶瓷廢料摻量下加氣混凝土的性能
由表2可以看出，按實(shí)驗(yàn)配比所制得的加氣混凝土試塊
的表觀密度為551—619 kg／m ，隨著陶瓷廢料摻量的增加其表
觀密度相應(yīng)增大。這是由于陶瓷廢料的增加使?jié){體黏度增大，
·50· 新型建筑材料 2013．1
而不利于發(fā)氣。試件的抗壓強(qiáng)度(絕干條件下)在2．9—3．8 MPa，
并隨著陶瓷拋光廢料摻量的增加有增大的趨勢(shì)，但并不明顯。
當(dāng)陶瓷廢料摻量為39％時(shí)，壓強(qiáng)密度比最大。
綜合以上分析，本試驗(yàn)確定陶瓷廢料的摻量為干基料的
39％。
2．3 水泥摻量對(duì)加氣混凝土性能的影響
水泥是生產(chǎn)加氣混凝土的重要鈣質(zhì)材料之一，對(duì)加氣混
凝土制品性能有很大的影響。試驗(yàn)中固定石灰用量為27％、
陶瓷廢料為31．5％、石膏3％，鋁粉用量為干基料的0．1％，水
料比0．56，擴(kuò)展度控制在140 170 mm，水泥用量分別為1O％、
15％、20％和25％，其余部分用粉煤灰代替。水泥摻量對(duì)加氣
混凝土抗壓強(qiáng)度的影響如圖7所示。
圖7 水泥摻量對(duì)加氣混凝土抗壓強(qiáng)度的影響
由圖7可見(jiàn)，隨水泥用量的增加，試件抗壓強(qiáng)度增大，在
水泥用量為20％時(shí)達(dá)到最大值，隨后再減小。這是因?yàn)椋?
是凝膠材料，是賦予加氣混凝土強(qiáng)度主要成分，在較低用量
時(shí)，隨著水泥用量的增加，強(qiáng)度會(huì)增大；另一方面，ca(OH)
與粉煤灰中的活性SiO 反應(yīng)生成堿度較高的水化硅酸鈣，并
最終形成結(jié)晶度較好的托勃莫來(lái)石，這對(duì)強(qiáng)度是有利的，而在
水泥用量較大時(shí)，系統(tǒng)中活性的SiO 較少，形成的托勃莫來(lái)
石也較少，這使得加氣混凝土的強(qiáng)度并沒(méi)有繼續(xù)提高。所以本
實(shí)驗(yàn)確定水泥摻量為干基料的20％。
2．4 加氣混凝土的形貌觀察與微區(qū)分析
根據(jù)前面研究得到陶瓷廢料制備加氣混凝土最佳配比
為m(水泥)：m(石灰)：m(陶瓷廢料)：m(粉煤灰)：m(石膏)：
20：17：39：21：3，水料比為O．56。本試驗(yàn)按以上配比，鋁粉用量
為干基料的0．1％，制備表觀密度在600 kg／m 左右的砌塊，
對(duì)陶瓷廢料加氣混凝土的水化產(chǎn)物和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分
析，見(jiàn)圖8、圖9。
圖8(a)中，試樣斷面上的氣孔孔結(jié)構(gòu)為閉口孔，近似圓
形為主，連通孔少，且孔徑分布較均勻，而連通孔的孔徑較小[]。
從圖8(b)并結(jié)合圖9水化產(chǎn)物XRD衍射結(jié)果可知：(1)水化
產(chǎn)物以結(jié)晶較完整的葉片狀、縐箔狀托貝莫來(lái)石為主，沒(méi)有發(fā)
現(xiàn)結(jié)晶較好的六方片狀和板狀Ca(0H)：晶體及針棒狀鈣礬
∞ ∞ ∞ ∞ 如 ∞ 0
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徐志輝，等：利用陶瓷廢料制備加氣混凝土的研究
一一 (a)×25 (b)×5000
圖8 最佳配比加氣混凝土試樣的SEM照片
U lU 2U 30 4U bU bU ／U
2e／(。)
圖9 最佳配比加氣混凝土試樣水化產(chǎn)物的XRD圖譜
石晶體。這可能是由于Ca(Q~-I)：晶體在蒸壓條件下-q粉煤灰
中的活性SiO：和活性A120，反窿生成了托勃莫來(lái)石和水化石
榴子石；(2)在氣孔內(nèi)壁，產(chǎn)物多為一簇簇的柳葉狀托勃莫來(lái)
石及少量的水化石榴子石，水化產(chǎn)物晶體相互交插連接密集
叢生，晶形發(fā)育良好，形成致密的網(wǎng)絡(luò)狀微觀結(jié)構(gòu)。
3 結(jié)語(yǔ)
(1)陶瓷廢料對(duì)漿體流變性有重要影響，摻量越多，漿體
的屈服應(yīng)力越大，稠度越大，流變性能越差，對(duì)發(fā)氣及其氣孔
結(jié)構(gòu)不利。
(2)陶瓷廢料制備加氣混凝土的最佳配比為m(水泥)：
m(石灰)：m(陶瓷廢料)：m(粉煤灰)：m(石膏)=20：17：39：21：3，
水料比為0．56，鋁粉用量為干基料的0．1％，加氣混凝土表觀
密度達(dá)到B06等級(jí)的要求。
(3)蒸養(yǎng)后，形成的主要水化產(chǎn)物有c—S—H(I)凝膠、柳葉
狀托勃莫來(lái)石及少量的水化石榴子石，水化產(chǎn)物晶體相互交
插連接密集叢生，晶形發(fā)育良好，形成致密的網(wǎng)絡(luò)狀微觀結(jié)
構(gòu)。
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(7)：l1—12．
A
(上接第33頁(yè))
3 結(jié)論
(1)影響脲醛樹(shù)脂游離甲醛含量因素的主次順序?yàn)榫垡?
烯醇加入量>F／U終摩爾L~>-聚氰胺加入時(shí)間>縮聚階段pH
值：影響脲醛樹(shù)脂膠粘劑膠合強(qiáng)度因素的主次順序?yàn)镕／U終
摩爾比>聚乙烯醇加入量比>縮聚階段pH值>-聚氰胺加入
時(shí)間。
(2)通過(guò)降低F／U終摩爾比為1．2，加入一定量的聚乙烯
醇(占尿素總量的3％)，縮聚時(shí)pH值控制在5．0和選擇第l
批尿素加入后加入1％三聚氰胺，可以使游離甲萑含量從
0．83％降低到了0．19％，膠合強(qiáng)度也比未改性的脲醛樹(shù)脂提高
了近5倍(從1．32 MPa提高到6．31 MPa)，而且耐水性也有很
大的提高。膠粘劑性能符合GBf 14732-2006標(biāo)準(zhǔn)要求。
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A
N EW BUILDING MATERIALS ·51·
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