陶瓷廢料制備輕質混凝土及其性能探討

張國濤

摘 要：以發泡陶瓷加工廢料（細粉、顆粒）作為主材，代替陶粒和河沙制備輕質混凝土。經過試驗，輕質發泡陶瓷顆?；炷馏w積密度≤750kg/m3，軟化系數0.82，抗壓強度≥6.2MPa，基本性能符合輕質條板國家標準GB/T 23415-2009要求。

關鍵詞：發泡陶瓷;廢料 ;輕質混凝土 ;性能指標

1 引言

發泡陶瓷是以陶土尾礦、陶瓷廢料、河道淤泥、礦山尾料、煤矸石、粉煤灰、赤泥等作為主要原料，采用先進的生產工藝和發泡技術經高溫焙燒而成的高氣孔率的閉孔陶瓷材料。密度一般在200-450KG/M3，抗壓強度2.5MPa-8.5MPa，導熱系數0.08-0.25W/（m·K），干燥收縮≤0.2，軟化系數≥0.90，產品性能優異目前逐步被市場接受進入建筑內隔墻體系應用。

在發泡陶瓷窯爐高溫燒成后，要對板材切割去皮加工成為目標規格，這樣切割產生的表皮顆粒和粉末除部分進入粉料配方制備成為發泡陶瓷粉料外，剩余部分難于處理。原因有二：首先，發泡陶瓷本身含有未高溫發泡反應的SiC粉末，具有較高硬度，破碎加工成本高;其次，以顆粒形式存在的邊角料回球制備發泡陶瓷粉末可行，但顆粒較大回球球磨效率不高，且部分顆粒同球磨機球石大小相當，無法磨削為漿料，可能會影響粉料成分的穩定。

鑒于此，考慮以發泡顆粒作為骨料，粉末替代河沙制備輕質混凝土板材，這樣就可以讓發泡陶瓷生產加工形成閉環，固廢資源充分利用。

2試驗

2.1原料

（1）水泥：水泥在試驗中作為無機膠凝材料，自然養護提升產品強度，水泥選用采取就近原則。采用佛山三水區本地水泥P.O52.5普通硅酸鹽水泥，28d強度56.6MPa。

（2）粗骨料：發泡陶瓷板在去皮切割加工產生的邊角料進行破碎處理成為輕質發泡顆粒，顆粒粒徑≤15mm，其中10mm以內顆粒占70%以上;

（3）細骨料1：發泡陶瓷顆粒加工過程中產生的粉末，粉末過8目篩;

（4）細骨料2：發泡陶瓷板材表面去皮磨盤磨削產生的細粉，粉末顆粒度如下（圖1）：平均粒徑85.535μm，D50=76.686μm，D97=205.900μm，骨料成分分析如表1所示。

減水劑：所選高效減水劑執行GB8076-2008《混凝土外加劑》標準，各項性能指標均達到或者超過標準要求，適用于素混凝土、鋼筋混凝土、預應力混凝土、高強高性能混凝土，產量控制在0.1%-0.3%，減水率18-25%，細度0.315mm小于10%。

粉煤灰：粉煤灰使用山西晉城Ⅰ級粉煤灰，細度43微米（即320目左右，密度2.4g/cm3）， 粉煤灰細度穩定，28天活性較好，成分分析如表2所示：

2.2試樣制備

將水泥、粉煤灰、減水劑、細骨料1 和骨料2按照配比加入試驗低速混凝土攪拌機內勻速攪拌5-10min后，按照加水總量的50%與上述原料攪拌混合均勻，之后加入粗骨料以及剩余50%水，攪拌均勻后備用。

將制備好的混凝土漿料灌入事先備好的模具中并編號，常溫靜置12h后拆模，得到輕質高強發泡陶瓷顆?；炷翗涌?，常規養護28d，切割成為標準測試樣塊，晾干測試體積密度和抗壓強度。

為研究粉煤灰、粗骨料、細骨料1和細骨料2對輕質發泡顆?；炷恋目箟簭姸刃阅?，做如下（表3）配比試驗：

2.3測試依據

采用YES-2000數顯液壓抗壓強度測試儀測試試件抗壓強度;數顯電子秤和數顯電子卡尺測試試件的體積密度。參照GB/T 23451-2009《建筑用輕質條板》標準中抗壓強度測試方法。

2.4性能測試

試件經過28養護后，切割為測試要求試樣測試抗壓強度和體積密度，具體數據如下（表4）：

3結果與討論

3.1密度與抗壓強度的變化

經過不同配比的混凝土密度和抗壓強度性能測試可以看出，以發泡陶瓷顆粒和細分作為粗細骨料制備輕質混凝土墻板是可行的，抗壓強度都達到輕質條板性能要求，但密度和抗壓強度變化，不隨著密度增加強度增強，其中水泥對強度的影響較大。

經過試驗，輕質發泡陶瓷顆?；炷馏w積密度≤750KG/m3，軟化系數0.82，抗壓強度≥6.2MPa，基本性能符合輕質條板國家標準GB/T 23415-2009要求。

3.2水泥加入量對輕質混凝土強度的影響

在制備輕質混凝土的過程中，不難看出水泥作為粘合膠合劑對產品的抗壓強度起決定性作用。過多使用水泥就會增加生產成本，產品出現部分性能過剩情況。因此，需在針對不同目標需求的產品制定合理的水泥用量標準，通過外加劑和其他輔材相互配合，保證產品品質，控制產品生產成本，達到效益最大化。

3.3細骨料用量對輕質混凝土強度的影響

細骨料引入輕質混凝土，替代細沙石（河沙或者機制砂等），混凝土中起骨架或填充作用的是粒狀松散材料，但細骨料2粒徑過細，需控制用量，細骨料1存在一定的級配，可應用于輕質混凝土中，但細骨料加入量過多，水泥用量有限的情況下，混凝土的抗壓強度明顯下降，密度升高，值得應用注意。

3.4粗骨料對密度的影響

粗骨料如圖2所示，并非鵝卵石擁有圓滑的外觀，粗骨料外表多為不規則的棱角狀，在混凝土澆筑過程中易出現顆粒間的“拱橋效應”。所以，顆粒的選擇不能過大，粒徑應在5mm-15mm范圍內，否則容易造成空谷，影響混凝土外觀和強度。但是，粗骨料的引入可以明顯降低混凝土的體積密度，需要平衡密度與強度間的關系，合理使用粗骨料控制好粗骨料的顆粒大小和顆粒形狀。

3.5粉煤灰對輕質混凝土性能的影響

在配方中引入粉煤灰可以節約水泥和細骨料的用量，提高混凝土的活性，減少水的用量，改善混凝土易和性，重點是減少水化熱、熱能膨脹等。粉煤灰的粒徑很小，相當于未水化的水泥顆粒，細小的微珠作為活潑的納米材料，能夠明顯改善和增強混凝土及其制品的結構強度，提升產品勻質性和致密性。

3.6輕質混凝土配方設計的思考

（1）粗顆粒、細骨料以及水泥標號和用量對輕質混凝土的強度影響值較大，要對骨料的顆粒度、水泥性能作嚴格管控;

（2）發泡顆粒不同于輕質陶粒，氣孔為閉氣孔本身不吸水，為了避免發泡顆粒無法表面快速浸潤吸水，導致混凝土中顆粒和其他混合料的結合性變差，需要提前對粗骨料顆粒做預濕處理，讓表面開口孔含水;

（3）在輕質發泡顆?；炷磷{過程中，應避免過度振搗，以免在振搗過程中粗骨料上浮，導致混凝土試件粗骨料分布不均，從而影響抗壓強度;

（4）以發泡顆粒作為骨料制備的輕質混凝土板抗壓強度可以達到輕質條板要求，如需要改善其產品性能可以考慮引入纖維（有機纖維、鋼纖維或玻璃纖維）、鋼筋和高性能添加劑等;

（5）發泡陶瓷板加工過程中發泡顆粒粗細骨料是經過高溫燒結后的制品，燒失量在1%以內，其含泥量和有機物含量都很低，可增加骨料與砂漿界面的粘結力，增強混凝土的力學性能。

4總結

（1）經過試驗，輕質發泡陶瓷顆?；炷馏w積密度≤750kg/m3，抗壓強度≥6.2MPa，符合輕質條板國家標準GB/T 23415-2009基本性能要求;

（2）以發泡陶瓷墻板切割廢料粉碎成一定大小后，粒徑應在5mm-15mm范圍內，經過顆粒搭配作為混凝土骨料代替砂石粉粒，可有效減少混凝土的整體重量，減輕負荷;

（3）輕質混凝土的廢料利用率較高，可以將發泡陶瓷墻板生產產生的顆粒細粉料循環利用提高附加值，讓發泡陶瓷墻板生產形成固廢利用閉環。

試驗方案提供了輕質混凝土和輕質混凝土條板的制備思路，若改善產品性能和提升產品品質需要深化研究，粗細骨料配比、混凝土使用以及添加劑的設計等。

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Preparation of Lightweight Concrete from Ceramic Scrap

ZHANG Guo-tao

（Foshan KITO Green Energy New Material Technology CO.，LTD.，Foshan，528031;

Guangdong King Green Energy Technology Co.， Ltd.， Foshan ， 528031）

Abstract：? using foamed ceramic processing waste （fine powder， particle） as the main material， instead of ceramsite and river sand to prepare lightweight concrete. After the test， the bulk density of lightweight foamed ceramic granular concrete is ≤750KG/m3，， the compressive strength is ≥6.2Mpa， and the basic performance meets the requirements of the national standard GB/T23415-2009 for lightweight strip plates.

Keywords： ： performance index ;foamed ceramic;waste;lightweight concrete