粘土结合粗骨料烧结工艺研究.docx
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粘土结合粗骨料烧结工艺研究
摘要
利用从废弃混凝土中分离出的粗骨料作为原料再结合粘土进行烧结。
通过实验研究粗骨料加入到粘土砖中的最佳配比，利用试验研究与理论分析相结合的方法，对废弃混凝土的分离技术、粘土砖的烧结工艺及其基本性能分别进行研究。
根据我国建筑业的实际情况，参考国外的经验，得出经济实用的粘土结合粗骨料烧结工艺研究方法。
将废弃混凝土作为再生骨料生产粘土砖应用到生产实践中为最终目的，多次对混合砖性能进行研究，反复加入不同比例的粗骨料，得出粘土结合粗骨料烧结的最佳配比范围为6%～8%。
再通过废弃混凝土的处理费用、国家鼓励发展新型墙体材料的政策、粘土砖产生的环保效益以及社会效益等因素最后对粘土结合粗骨料混合砖的经济性作出分析。
关键词：
废弃混凝土；粘土砖；粗骨料；烧结
ABSTRACT
Usingwasteconcreteseparatedfromthecoarseaggregateincombinationwithclayasrawmaterialforsintering.Experimentalstudyinthecoarseaggregatetothebestratioofclaybrick,theuseofexperimentalstudyandtheoreticalanalysisofacombinationofmethods,theseparationofwasteconcrete,claybricksandthebasicpropertiesofthesinteringprocesswerestudied.AccordingtotheactualsituationofChina'sconstructionindustry,refertotheexperienceofforeigncountries,cometoeconomicalandpracticalcombinationofcoarseaggregateofclaysinteringprocessresearchmethod.Thewasteconcreteasrecycledaggregatesusedintheproductionofclaybrickproductionpracticefortheultimategoalofmanystudiesofmixedbrickandrepeatedlywithdifferentproportionofcoarseaggregate,obtainedsinteredclaycombinedwiththebestratioofcoarseaggregaterangeof6%to8%.Andthroughthecostofprocessingwasteconcrete,thestateencouragesthedevelopmentofnewwallmaterialspolicies,claybrick,andsocialbenefitsarisingfromsuchfactorsasenvironmentalbenefitsofthefinalontheclaymixedwithcoarseaggregatetoanalyzetheeconomicsofbricks.
Keyword：
Abandonedconcrete;claybricks;thecoarseaggregate;sintering
目录
摘要I
目录III
第一章绪论1
1.1本课题的意义1
1.2本课题研究的技术指标2
1.3废弃混凝土的产生和组成2
1.4建筑废弃混凝土对环境的影响2
1.5废弃混凝土的治理与回收利用3
1.5.1废弃混凝土的回收与利用3
1.5.2国内外研究动态4
1.6墙体材料的现状5
1.7砖类产品7
1.7.1空心粘土砖7
1.7.2实心粘土砖7
1.7.3标准粘土砖的工艺参数8
1.7.4烧结砖的生态评价8
1.8绿色建材的发展9
第二章实验11
2.1实验目的11
2.2实验条件11
2.2.1实验设备11
2.2.2实验原料11
2.3分离实验13
2.3.1 原材料13
2.3.2实验方法13
2.3.3实验结果14
2.3.4本课题的分离试验15
2.4实验样品前期加工16
2.5试样的制备成型、干燥16
2.5.1试样的烧结16
2.6纯粘土砖性能测试17
2.7粘土结合粗骨料烧结工艺19
2.8混合砖性能测试20
2.8.1含5%粗骨料混合砖的性能20
2.8.2含10%粗骨料混合砖的性能21
2.8.3含15%粗骨料混合砖的性能21
2.8.4含20%粗骨料混合砖的性能22
2.8.5含25%粗骨料混合砖的性能23
2.9数据与图像关系24
2.9.1总结烧结温度1050℃不同比例的粗骨料与抗压、抗折强度的数据24
2.10优化实验研究25
2.10.1含6%粗骨料混合砖的性能25
2.10.2含7%粗骨料混合砖的性能26
2.10.3含8%粗骨料混合砖的性能27
2.10.4含9%粗骨料混合砖的性能28
2.10.5配比在6%、7%、8%、9%的数据抗压、抗折与图像关系28
第三章理论分析31
3.1纯硅酸铝粘土砖烧结工艺分析31
3.2掺有粗骨料混合砖烧结工艺分析31
第四章结论与展望33
4.1本课题小结33
4.2今后工作展望33
4.3今后研究方向33
参考文献35
致谢37
第一章绪论
1.1本课题的意义
进入21世纪以来，我国基础设施建设事业得到了飞速发展。
伴随着道路、桥梁、楼房的建设，产生了大量废弃水泥混凝土。
据不完全统计，2007年我国建筑物拆除和施工过程中产生废混凝土总量达1.5亿t左右；预计到2020年我国将产生20亿t废弃水泥混凝土[1]。
目前，我国绝大部分废弃水泥混凝土是作为垃圾处理的，这不仅对环境造成了巨大影响，也浪费了大量可再生利用的资源。
随着建筑业和现代工业的迅速发展，建筑垃圾的产量和工业废渣的排放量也空前增加。
一方面巨量的废弃混凝土不仅占用大量土地，由此引发的环境问题和社会公害也很多;另一方面国家按照可持续发展的战略部署制定了鼓励发展新型墙体材料限制生产实心粘土砖的政策。
将废弃混凝土当作再生资源生产新型墙体材料不仅可以减少其排放量和对环境的污染，还能节约其处理费用，充分利用再生资源和节省建筑原材料的消耗，从而产生了良好的经济效益、社会效益和环保效益。
通过对废弃水泥混凝土的整理与分类，采用一定的工艺生产再生集料，是废弃水泥混凝土的主要利用途径。
随着人们保护环境、节约资源、发展循环经济意识的增强，再生集料的推广应用逐渐成为一种趋势，再生集料的应用范围也越来越广[2]。
我国是一个能源短缺、土地资源贫乏、经济相对落后的人口大国，且随着社会经济的迅速发展，自然环境不断恶化、资源承载能力继续下降。
而我国现有的墙体材料工业又是一个资源、能源消耗大，环境污染严重的产业。
为使建筑与生态环境的关系协调以促进社会和谐发展，在建筑业中，大力发展节土利废、节约能源、节省资源、新型墙体材料显得尤为重要。
近年来，国内对废弃混凝土再利用做再生骨料生产砖方面的研究还处于起步阶段。
普通粘土砖的生产和使用，在我国已有3000多年历史。
现今，建设工程中使用的墙体材料中，普通粘土砖仍占主导地位。
虽然普通粘土砖存在诸多不足，但由于价格低廉、工艺简单、设计和施工技术成熟以及人们的使用惯性等原因，普通粘土砖在今后相当长的时间内，特别是在农村，仍然是主要的墙体材料之一[3]。
本课题是把废弃混凝土中的粗骨料按照一定的比例加入到粘土中进行烧结，然后研究其性能。
一方面，对废弃水泥混凝土回收利用，另一方面，改变了粘土砖的性能。
1.2本课题研究的技术指标
本课题的研究工作是以能将废弃混凝土再生骨料中的粗骨料加入到粘土砖应用到生产实践中为目的，采用试验研究与理论分析相结合的方法，对废弃混凝土循环再生骨料的技术和砖的基本性能分别进行研究。
根据我国建筑业的实际情况，参考国外的经验，研究出经济实用的粘土结合粗骨料烧结工艺方法。
主要过程为首先找出此粘土砖的最佳强度下的温度，再用此温度烧结加入粗骨料的式样，再分别对不同温度下的粗骨料及试样进行x衍射分析，最后再进行结果分析。
找出最佳配比。
1.3废弃混凝土的产生和组成
由于当前社会的建筑材料主导是钢筋混凝土，理所当然的会产生很多废弃混凝土。
废弃混凝土是在建筑物建设、维修或拆除过程中产生的，其主要来源[4]有：
（1）旧的建筑物拆除。
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。
（2）建筑施工剩余混凝土（工程中没有完全使用而剩余下来的混凝土）。
如混凝土搅拌站在生产、运输及施工现场等场所剩余的。
（3）道路开挖。
混凝土道路开挖。
1.4建筑废弃混凝土对环境的影响
废弃混凝土对生态地质环境的影响主要表现[5]在如下几方面。
（1）占用土地，降低土壤质量
废弃混凝土以固体非可燃性物质为主，在处理上不同于一般的生活渣料。
目前还没有专门的厂家或行业来对其进行处理，许多城市废弃混凝土未经处理就被转移到郊区堆放。
随着城市废弃混凝土的增加，堆放点也在增加，堆放场的面积也逐渐扩大。
此外，露天堆放的城市废弃混凝土在种种外力作用下，较小的碎石块也会进入附近的土壤，改变土壤的物质组成，破坏土壤的结构，降低土壤的生产力。
（2）破坏市容、恶化市区环境卫生
城市废弃混凝土占用空间大，堆放杂乱无章，与城市整体现象极不协调。
城市内部空间有限。
城市废弃混凝土已成为损害城市绿地的重要因素。
建设过程中未能及时转移的废弃混凝土往往成为城市的卫生死角。
混有生活渣料的城市废弃混凝土如不能进行适当的处理，将会给城市的发展有着消极的影响。
1.5废弃混凝土的治理与回收利用
1.5.1废弃混凝土的回收与利用
（1）作为回填材料直接应用
利用废弃混凝土替代耕地用土作回填材料。
废弃混凝土可以用做工程回填，如修筑建设用地、城市造景、填海、筑堤坝、构件的回填材料或铺设道路等。
因此利用建筑渣料作生活渣料覆土可保护大量的耕地。
（2）作为建材产品直接利用[6]
用废弃混凝土加固软土地基。
其原理是利用废弃混凝土形成散状材料桩，通过重锤冲击使桩与桩间土相互作用，形成复合地基，进而达到提高地基承载力的作用。
（3）废弃混凝土的再利用
简单易行且研究较多的废旧普通混凝土再生利用途径是作再生混凝土骨料。
利用废弃混凝土块作为原料生产的再生骨料代替天然砂石骨料配制再生混凝土，经破碎筛选后，骨料分成两类:
一类为废混凝土类（I类），另一类为废砖类（II类）。
研究表明[7]:
仅采用再生粗骨料制成的再生混凝土，其性能同普通混凝土相比几乎不下降。
为扩大再生混凝土的应用范围，可以采用再生粗骨料和天然砂组合，或者再生粗骨料和部分再生细骨料、部分天然砂组合，制成强度相对较高的再生混凝土;再生细骨料和破碎过程中产生的微粉、含有未水化的水泥颗粒，具有活性性质，且比重低、导热系数小，可用来生产砌块、空心砖、墙板，用以取代传统的粘土砖，经济环境效益较高。
目前再生骨料制作的混凝土一般用于基础、路面和非承重结构的低强度混凝土。
实践证明[8]:
利用再生混凝土具有明显的经济效益，较好的环境效益。
要提高混凝土强度，就要从原材料配合比上考虑:
一是采用高效减水剂，降低水灰比;二是采用高标号水泥，并适当增大水泥用量，提高水泥浆的胶结作用;三是掺用高活性超细矿物质掺合料，缩小水泥浆中的空隙，改善混凝土的工作性和耐久性;四是利用塑化剂来提高再生骨料混凝土的强度。
通过选择和严格控制配合比及再生骨料的掺合量，也可满足承重结构混凝土的要求。
对于再生混凝土，通过掺加活性超细矿物粉（如粉煤灰、高炉矿渣、硅粉、氟石粉等）和高效减水剂等外加剂，制成强度高、耐久性好的高性能绿色混凝土，这是今后应进一步研究的课题。
技术含量较高但经济效益也高的再生技术途径是:
将废旧普通混凝土作添加料，可取代一定量的水泥。
将废旧混凝土全部或筛除再生粗骨料后的筛下物磨细，用其取代10%-30%水泥同时取代30%的砂子，既发挥了废旧混凝土的剩余活性，又使混凝土水化热有所降低，容重约降低150kg/m3，因此，具有较好的前景。
1.5.2国内外研究动态
（1）欧洲一些国家状况
在欧洲许多国家，再生集料的应用已经具有相当规模。
2006年欧洲集料协会对20个国家的集料生产状况进行了统计，其结果为：
再生集料总产量达1.9亿t，其中英国、荷兰、比利时、瑞士等国再生集料应用最为广泛。
早在20世纪80年代，荷兰就制定了利用再生骨料生产混凝土、钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土的规范，规定骨料中再生骨料含量（重量）不超过20％，混凝土的生产可按普通天然骨料混凝土的设计和制备方法进行。
荷兰内阁环境政策计划书中显示，2000年建筑废料计划回收率高达90%（约1400万t）。
德国1998年8月提出了“在混凝土中采用再生骨料的应用指南”，要求采用再生骨料的混凝土必须完全符合天然骨料混凝土的国家标准。
德国目前将再生水泥混凝土主要应用于公路路面。
2004年发布的欧洲EN14227系列标准，进一步将再生集料和原生集料纳入统一的分级评价体系，这种评价分级方法淡化了“再生”的概念，更有利于再生集料的推广使用。
欧洲许多国家均认为，在结构物拆除的现场，采取适当的措施，减少不同材料的混杂，可以有效提高再生集料等级和使用效益；一些国家出台了相应的财税政策，鼓励在拆除结构物时对固体废物进行归类；有的国家要求在拆除成本中计入归类的费用，支付给承包商。
对再生集料进行清洗也是常用的提高再生集料质量的措施。
（2）美国的状况
自1982年起，美国在ASTMC-33-82“混凝土骨料标准”中，将破碎的水硬性水泥混凝土纳入粗骨料中。
大约在同一时间，美国工程兵团也在有关规范和指南中鼓励使用再生混凝土骨料。
据估计，美国仅建筑物拆除产生的垃圾每年可达1.23亿t。
为了解水泥混凝土再生利用情况，2004年联邦公路局进行了全国调查，50个州中，有41个州利用废弃混凝土生产再生集料，有38个州在路面基层（无结合料粒料基层中使用再生集料，有11个州在水泥混凝土中使用再生集料。
德克萨斯州、弗吉尼亚、密歇根、明尼苏达和犹他州是生产和消耗再生集料最多的几个州。
（3）国内的状况
我国是一个人口众多、人均可耕地面积很少的国家，人均耕地面积仅为世界人均耕地面积的1/3，而且呈快速下滑的态势，耕地过少的形势十分严峻。
我国现有的墙体材料工业是一个资源、能源消耗大，环境污染严重的产业。
在现实产业结构、技术水平条件下，每年生产5000多亿块实心粘土砖要耗用粘土10亿m3左右，毁田几十万亩[9]。
我国对再生骨料的开发研究晚于工业发达国家，因此我们可以借鉴发达国家的先进经验如下：
一、我国废弃水泥混凝土再生利用缺乏质量控制的技术规范和标准。
现行普通混凝土的规范和标准并不适合再生混凝土，需要制定一套专门针对再生材料性能及施工特点的技术规范指导生产。
二、在对废弃水泥混凝土的管理上，我国的管理体系尚不健全，管理体制也存在一些问题，尚需对管理体系进行统筹规划。
三、目前我国促进建筑垃圾利用的政策法规措施还不健全，政府在政策层面上如何支持废弃水泥混凝土利用工作，制定什么样的政策支持促进废弃水泥混凝土利用，已有的政策怎么落实等，都需要认真的研究和探讨。
1.6墙体材料的现状
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[10]。
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。
1.7砖类产品
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[11]。
1.7.1空心粘土砖
我国的粘土空心砖主要包括承重的多孔砖和非承重的空心砖。
从20世纪60年代起我国就开始生产和应用空心砖，但长期以来，空心砖的发展非常缓慢。
与实心砖相比，空心砖具有明显的优点，保温性能好，导热系数比实心砖可降低一半以上，有利于建筑节能，空心砖还可节约原料、节省燃料。
世界各国在粘土砖发展的历程中，研究方向的重点均转向空心砖的生产工艺、性能改进和施工应用方面。
近20年来，空心砖的发展呈现起伏状态。
20世纪80年代产量徘徊在20亿块左右，90年代中期全国的产量上升到50亿块左右。
近年来，由于“禁实”工作的推动，空心砖的产量急速上升，全国各类烧结空心砖年产量已达800亿块左右，但存在的问题很多，如产品的孔洞率偏低，质量差，破损率高，缺乏对空心砖热工性能的深入研究，施工应用经验不成熟。
然而我国空心砖的发展潜力很大，与实心砖相比，空心砖更符合循环经济理论中的“减量比”原则。
1.7.2实心粘土砖
我国80年代中期，小块实心粘土砖在墙体材料中占绝对统治地位。
因为小块实心粘土砖生产能耗大，自重大，不能用于高层建筑；砌筑劳动生产率低，不能实现机械化；湿作业多，工人劳动强度大，以小块实心粘土砖作墙体材料是难以实现建筑业现代化的。
另外，生产粘土砖会毁坏大量的可耕地。
我国是个人口众多的，可耕地面积相对较少的国家，保护耕地关系到子孙后代。
墙体材料改革系统工程，主要目标之一就是如何尽量限制小块实心粘土砖的发展，加速采用及开发新型墙体材料并改造建筑物的功能。
2005年，国务院办公厅发出《关于进一步推进墙体材料革新和推广节能建筑的通知》，提出了进一步推进墙体材料革新和推广节能建筑的工作目标和具体措施。
通知提出：
到2010年底，所有城市都要禁止使用实心粘土砖，全国实心粘土砖年产量要控制在4000亿块以下，任务相当艰巨。
提出逐步禁止使用和生产实心粘土砖分步实施要求。
西部地区要推广发展粘土空心制品，限制使用和生产实心粘土砖；在新型墙体材料基本能够满足工程建设需要的地区，禁止生产粘土砖。
1.7.3标准粘土砖的工艺参数
表1-1尺寸允许偏差[12]
公称尺寸
优等品
一等品
合格品
样品平均偏差
样品极差
样品平均偏差
样品极差
样品平均偏差
样品极差
240
±2.0
6
±2.5
7
±3.0
8
115
±1.5
5
±2.0
6
±2.5
7
53
±1.5
4
±1.6
5
±2.0
6
表1-2强度
强度等级
抗压强度平均值г≥
变异系数б0.21≤
变异系数0.21≤
强度标准值fn≥
单块最小抗压强度值≥
MU30
30
22.0
25.0
MU25
25
18.0
23
MU20
20
14.0
16
MU15
15
10.0
12
MU10
10
5.5
7.5
1.7.4烧结砖的生态评价
烧结墙体材料产品，主要指烧结砖和砌块。
从建筑使用功能上讲，烧结墙体材料产品（包括烧结粘土砖产品）有着许多其他墙体材料不可替代的优点。
从生态角度来讲，烧结墙体材料产品也有着其他墙体材料不可比拟的优点，特别是发展中的新型烧结墙体材料产品不论从产品结构（高孔洞率），还是从所用的原材料方面（以工业废渣为主要原料）与传统的粘土实心砖大不相同，更具有可持续发展的生态性能。
烧结墙体材料产品在历史的发展中经久不衰，档次愈来愈高，门类愈来愈丰富，变化愈来愈快，用途也愈来愈广。
烧结墙体材料产品可以建造环境优美、居住条件舒适的建筑物；在处理轻质高强与承重方面，在蓄热和导热方面（夏季混凝土墙体的房屋热，砖瓦房屋凉快；冬季反之），在孔洞排列与微孔形成[可做出导热系数非常低的产品，如λ=0．11w/m·K）]等方面有其独到之处。
从建筑文化的发展和生态住宅上讲，烧结砖产品仍有着强大的生命力。
烧结砖性能上的不可模仿性，使得砖瓦建筑创造出了辉煌的史绩，并将决定着它的将来。
在欧洲、北美等发达国家，砖瓦房屋通常是高档的住宅，因砖瓦建筑物可提供舒适的居住环境，并始终保持着一种和谐的美。
1.8绿色建材的发展
所谓绿色建材[13]，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
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