解毒飞灰资源化制备混凝土自保温砌块的试验研究_张磊蕾.pdf

新型建筑材料2023020引言垃圾焚烧飞灰（简称飞灰）是垃圾焚烧烟气净化系统中收集所得的残余物，它不仅富集大量的汞、镉、铅、锌等有毒重金属，而且也富集了大量的二噁英类物质，GB 184852014 生活垃圾焚烧污染控制标准 明确列为危险废弃物。现今各国对飞灰的处置方法主要采用水泥固化后的直接填埋，但是还有大约 50%的飞灰没有得到妥善处置，况且这种固化填埋方式还要占用大量的土地资源，对土壤和地下水产生污染。混凝土自保温砌块（简称自保温砌块）符合建筑业重点发展方向，是我国新型墙体砌筑材料的重点发展方向。若对飞灰解毒处理再用于制备自保温砌块，变废为宝，既缓解了飞灰对环境的压力，又对推进墙材革新与建筑节能工作产生积极作用，具有良好的经济、社会和环境效益。本文探讨了解毒飞灰资源化制备自保温砌块的可行性。1利用化学、物理发泡工艺制备解毒飞灰泡沫混凝土泡沫混凝土中含有大量均匀分布的孔隙，因而表现出良好的物理力学性能，即轻质、保温隔热、耐火、隔声等。化学发泡工艺制备解毒飞灰泡沫混凝土即采用水泥、粉煤灰、解毒飞解毒飞灰资源化制备混凝土自保温砌块的试验研究张磊蕾1，王武祥1，张旭2，王爱军1，廖礼平1，石然1（1.中国建筑材料科学研究总院有限公司，北京100024；2.中投咨询有限公司，北京100035）基金项目：国家重点研发计划项目（2019YFC1906905）收稿日期：2022-09-21；修订日期：2022-12-04作者简介：张磊蕾，女，1986 年生，硕士，E-mail：zhangleilei_。通讯作者：王武祥，教授级高工，E-mail：。摘要：解毒飞灰用于制备混凝土自保温砌块，既缓解了飞灰对环境的压力，又对推进墙材革新与建筑节能工作产生积极作用。通过化学发泡、物理发泡制备混凝土自保温砌块基材技术路线均不可行。而在解毒飞灰中掺加超轻集料玻化微珠制备干表观密度7001000 级解毒飞灰轻质砂浆用于自保温砌块基材，抗压强度分别达到 A3.5 级、A5.0 级和 A7.5 级；可以制备密度等级 600800级、强度等级 MU3.5、MU5.0 的实心自保温砌块和复合自保温砌块。关键词：解毒飞灰；轻质砂浆；实心自保温砌块；复合自保温砌块；抗压强度中图分类号：TU522.3+2文献标识码：A文章编号：1001-702X（2023）02-0110-04Experimental research on preparation of self-insulation concrete block with detoxificated fly ashZHANG Leilei1，WANG Wuxiang1，ZHANG Xu2，WANG Aijun1，LIAO Liping1，SHI Ran1（1.China Building Materials Academy，Beijing 100024，China；2.China National Investment Consulting Co.Ltd.，Beijing 100035，China）Abstract：Using detoxicated fly ash to prepare self-insulation concrete blocks not only relieves the pressure of fly ash on environment，but also promotes the innovation of wall materials and energy saving of buildings.The research shows that the method ofpreparing foamed concrete used as self-insulation block by chemical foaming or physical foaming is not feasible.The detoxificatedfly ash lightweight mortar with dry apparent density of 7001000 grade made by adding ultra-light aggregate vitrified beads intothe detoxicated fly ash can be used as the base material of self-insulation block，and its compressive strength reaches A3.5 grade，A5.0 grade and A7.5 grade，the solid self-insulating block and composite self-insulating block with density grade 600800，strengthgrade MU3.5 and Mu5.0 can be prepared.Key words：detoxificated fly ash，lightweight mortar，solid self-insulation block，composite self-insulation block，compressivestrength中国科技核心期刊110NEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALS表 1不同密度等级飞灰轻质砂浆的配合比及性能测试结果灰、复合改性剂、双氧水、水为原材料体系，其多孔结构通过浓度为 27.5%的双氧水化学发泡形成。前期研究表明：掺加解毒飞灰后，由于解毒飞灰中含有过多的氯离子，浆体缓凝明显，硬化慢，发泡非常不稳定，易下沉甚至塌模，因此，采用化学发泡工艺制备泡沫混凝土的技术路线不可行。物理发泡工艺制备解毒飞灰泡沫混凝土即采用水泥、粉煤灰、解毒飞灰、改性剂、水为原材料体系，其多孔结构通过泡沫剂物理发泡形成。前期研究表明：掺加解毒飞灰后，浆体缓凝明显，硬化慢，长达 24 h 才硬化，有沉降现象。显然，物理发泡工艺亦不适用于解毒飞灰泡沫混凝土的制备。鉴于此，本文改变技术方案，通过掺加超轻集料玻化微珠来制备解毒飞灰轻质砂浆用作自保温砌块基材，玻化微珠起骨架支撑作用，可显著提高浆体稳定性。2掺加超轻集料玻化微珠制备解毒飞灰轻质砂浆以普通硅酸盐水泥、解毒飞灰、粉煤灰、超轻集料（玻化微珠）、细砂、水为主要原料，添加复合改性剂，通过搅拌、浇筑成型制备的解毒飞灰轻质砂浆为水泥基轻质保温材料，其燃烧性能为 A 级。具有高耐火性、高保温隔热性、比强度高、不易碎裂、无毒无害、寿命长等特点。2.1原材料及试验方法2.1.1原材料水泥：P O42.5R 水泥，唐山冀东水泥股份有限公司；玻化微珠：堆积密度为 5080 kg/m3；解毒飞灰：低温热解飞灰，浙江锦森再生资源开发有限公司；粉煤灰：级干排粉煤灰，北京石景山发电厂，用于改善材料浆体稠度和稳定性，提高后期强度；砂：粉细砂，细度为 3060 目；专用外加剂：中国建筑材料科学研究总院有限公司研制，灰色粉末，型号为 WWX-2012，含有增强、防水、引气、增黏和早强等组分，用于改善浆体黏度和结构稳定性、提高复合胶凝材料基体与玻化微珠间的粘结强度、改善材料保温性能、降低吸水率；减水剂：聚羧酸高效减水剂 101A。2.1.2试样制备先将水泥、活性混合材、解毒飞灰、砂和专用外加剂使用胶砂搅拌机干拌 30 s，加水和减水剂后再搅拌 120 s，最后加玻化微珠再搅拌 30 s，制成轻质、粘稠状浆料，此时即可浇注成型试块。除玻化微珠采用体积计量外，其它材料均采用质量计量。成型 24 h 后脱模，自然养护 28 d 后进行性能测试。2.1.3性能测试本研究主要测试 28 d 龄期时解毒飞灰轻质砂浆的干表观密度和抗压强度，试件尺寸为 100 mm100 mm100 mm，按 GB/T 119692020 蒸压加气混凝土性能试验方法 进行测试。2.2试验结果与分析2.2.1解毒飞灰轻质砂浆的抗压强度目标不同密度等级解毒飞灰轻质砂浆立方体试块抗压强度等级需达到 A3.5（立方体抗压强度3.5 MPa）、A5.0（立方体抗压强度5.0 MPa）和 A7.5（立方体抗压强度7.5 MPa）。干表观密度 600 级（630 kg/m3）、700 级（730 kg/m3）和 800 级（830 kg/m3）的试块强度等级达到 A3.5 级；干表观密度 800级（830 kg/m3）、900 级（930 kg/m3）的试块强度等级达到A5.0 级；干表观密度 900 级（930 kg/m3）、1000 级（1030kg/m3）的试块强度等级达到 A7.5 级。2.2.2密度等级为 6001000 级的解毒飞灰轻质砂浆配合比优化设计密度等级为 6001000 级解毒飞灰配合比及性能测试结果见表 1。编号水泥/%粉细砂/%解毒飞灰/%粉煤灰/%玻化微珠减水剂/%专用外加剂/%水/%抗压强度/MPa干表观密度/（kg/m3）用量/（m3/m3）堆积密度/（kg/m3）600-135203015105099.00.210.31470.61.5584700-135203015105089.50.210.22557.92.3646800-135203015105091.90.210.16649.94.1756900-135203015105097.10.210.12244.05.89011000-135203015100086.00.210.04336.37.61012600-24520305105083.30.270.11561.12.2619700-24520305105090.50.270.13051.73.6691800-24520305105079.50.270.08243.85.2801900-24520305105078.10.270.04839.66.88711000-24520305100071.50.270.07436.09.41043张磊蕾，等：解毒飞灰资源化制备混凝土自保温砌块的试验研究111新型建筑材料202302由表 1 可以发现，相同密度等级时，解毒飞灰轻质砂浆抗压强度随着水泥用量增加而大幅度提高。干表观密度 600 级的解毒飞灰轻质砂浆抗压强度偏低，低于 A3.5 级，不满足制备免烧砌块的要求。7001000 级解毒飞灰轻质砂浆可以达到试验目标。3解毒飞灰轻质砂浆制备自保温砌块3.1解毒飞灰轻质砂浆制备自保温砌块结构设计针对解毒飞灰资源化制备以下 2 种类型的自保温砌块进行结构设计和性能研究：（1）解毒飞灰实心自保温砌块：采用强度等级为 A3.5 级或 A5.0 级的解毒飞灰轻质砂浆为基材制成的、其所砌筑墙体具有自保温功能的实心砌块，见图 1。（2）解毒飞灰复合自保温砌块：采用强度等级为 A5.0 级或 A7.5 级的解毒飞灰轻质砂浆为内外叶块基材、中间复合绝热材料，并通过拉结件将内外叶块和保温层组合为一体的复合自保温砌块，见图 2。图 1解毒飞灰实心自保温砌块图 2解毒飞灰复合自保温砌块3.2解毒飞灰实心自保温砌块性能计算利用 700 级、A3.5 级解毒飞灰轻质砂浆，800 级、A3.5 级或 A5.0 级解毒飞灰轻质砂浆制备实心自保温砌块，砌块基本尺寸 390 mm260 mm190 mm，根据文献1，实心自保温砌块强度计算结果见表 2。可以发现，B07 级、B08 级实心自保温砌块强度等级可以达到 MU3.5 和 MU5.0。表 2解毒飞灰实心自保温砌块结构及强度计算结果3.3解毒飞灰复合自保温砌块性能计算为进一步提高实心自保温砌块的热工性能，组合复合高效保温材料技术措施，即在其中充填干密度为 30 kg/m3、导热系数为 0.040 W/（m2 K）的高效保温层 EPS/XPS 板，可使复合自保温砌块的热工性能满足建筑节能 75%的指标。复合自保温砌块基本尺寸为 390 mm260 mm190 mm，根据文献1