从化学成分探讨三种固废物掺入页岩烧结砖可行性

陈 剑 李碧雄 梁鑫晓

（1浙江同济科技职业学院 建筑工程系，浙江 杭州 311231；2四川大学 建筑与环境学院 能源工程安全与灾害力学教育部重点实验室，四川 成都 610065）

1 前 言

我国墙体材料在长期发展过程中，由于烧结砖具有取材方便、施工便捷、造价低廉等优点，因此形成了以实心烧结砖为主导地位的局面。但有资料显示[1]，我国生产烧结砖每年耗用黏土等资源达10多亿立方米，相当于毁田50万亩，消耗标准煤约7000多万吨。如果烧结砖产量继续增长，不仅增加生产耗能，浪费能源，更会严重毁坏耕地，导致我国耕地面积急剧减少，这显然与可持续发展战略背道而驰[2]。此外，烧结砖墙体自重大、保温隔热性能差[3]的缺点使其无法适应“绿色建筑”的发展要求。因此，我国发改委在《“十二五”墙体材料革新指导意见》中提出进一步限制实心烧结砖的使用，鼓励发展轻质、节能保温、利废环保的新型墙体材料。

利用某些固体废弃物作为制砖掺料是目前制备新型墙体材料的研发新方向。Bánhidi V[4]等学者将锯屑、稻壳、甘蔗渣等与粘土拌和制成烧结砖，在减轻砖体自重的同时，由于这些固体废弃物有机质含量高，在燃烧过程中不仅能释放气体提高砖体内孔洞率，改善烧结砖的保温隔热性能，还能将固体废弃物中的热值利用起来，减少制砖的能耗。基于此，本文选用我国目前体量较大的淤泥、污泥及秸秆三种固体废弃物，通过X射线衍射分析仪（XRD）及查阅相关资料，确定制砖原料的化学组分，评价原材料的基本物性，进而探讨三种固废物用于制砖的可行性，为后续研究提供物料性能的数据。

2 原料化学成分分析

制砖原料所含化合物的含量极大地影响着烧成制品的性能。传统的制砖粘性土原料通常属于铝硅酸盐质原料，化学组成主要有二氧化硅（SiO2）和三氧化二铝（Al2O3），同时含有少量的碱金属及碱土金属化合物，如氧化铁（Fe2O3）、氧化钙（CaO）、氧化镁（MgO）、氧化钠（Na2O）、氧化钾（K2O）等。文献[5]将化合物对制成品性能的影响及各化合物的含量控制范围进行了汇总，如表1所示。

由于制砖原料中的主要化学成分的类型及含量对烧结成品的质量至关重要，因此，本文通过查阅文献和XRD测试，探讨淤泥、污泥及秸秆掺入页岩烧结砖的可行性。其中，对照用的页岩取自成都黄龙溪一带，与文献[6]相似，因此，引用文献[6]的测定结果作为本文的参考。

表2 页岩、淤泥、污泥的主要化学成分及烧失量（%）

表3 小麦秸秆的主要矿物元素含量及烧失量

2.1 淤泥及污泥的化学成分分析

淤泥的化学成分受周边环境影响较大，本文选用四川大学江安河内淤泥作为样本，并由XRD测试获得。污泥的化学成分随污水处理方式及所在地方而有所不同，但主要的化学成分种类及含量变动不大，本文所用污泥处理方式为脱氮除磷工艺，机械压滤脱水污水污泥，因此，引用文献[7]的D污泥化学成分作为参考。此外，各物质的有机质含量与烧失量密切相关，因此通过测定各物质的烧失量来反映有机质含量。页岩、淤泥及污泥测定结果见表2。

由表2可知，页岩、淤泥的无机化学组成相似，主要都是硅、铝、铁的氧化物，含量范围都满足表2要求。与页岩相比，淤泥中的SiO2、Al2O3及Fe2O3含量较低，而助熔氧化物如CaO、Na2O及K2O的含量较高，根据烧失量推断，淤泥的有机物含量也略高于页岩。总的来说，淤泥与页岩的成分极为相似，各主要化学成分含量也相差不多，且淤泥中较高的助熔氧化物和有机物能提高砖体保温隔热性能，降低烧砖能耗，因此，从化学成分分析，淤泥可较大掺量用于烧结砖中。

污泥的无机化学组成类型与页岩相似，但含量相差较多，特别是SiO2，污泥较页岩的含量减少了29.12%。且与页岩成分相比，污泥的烧失量较高，有机质含量较大。因此，从化学成分分析，污泥只适合作为添加料，少量掺入烧结砖中使用。

2.2 秸秆的化学成分分析

本文选用的秸秆为取自成都黄龙溪一带的小麦秸秆，所以也采用文献[6]的化学成分作为探讨，如表3所示。

从表3可以看出，小麦秸秆的有机质成分非常高，烧失量达到96.16%。因此，可利用小麦秸秆易燃且烧失量大的特点，将小麦秸秆作为造孔剂掺入制作烧结砖。

3 结 语

本文通过XRD测试及查阅文献的方法，分析了三种固废物的化学成分，通过与页岩的化学成分相比较发现，淤泥的主要无机化学成分类型及含量与页岩的相似，淤泥的有机质含量较低，可在制砖原料中较大量地掺入，取代部分页岩；污泥的主要无机化学成分类型与页岩类似，但含量有所差异，其中二氧化硅的含量相差较大，掺入过量的污泥对烧结砖强度的形成有很大影响，并且污泥的有机质含量较大，适合作为小掺量制砖造孔剂。秸秆主要成分为有机质，烧失量达96.16%，可作为制砖造孔剂，适合小掺量加入。

[1]国务院办公厅.关于进一步推进墙体材料革新和推广节能建筑的通知[Z].2005.

[2]吴本英.黄河淤泥承重多孔砖砌体的基本力学试验研究[D].郑州:郑州大学,2004.

[3]周云,张超,邹征敏.汶川地震砌体结构的震害与改进砌体结构抗震性能的途径和方法[J].防灾减灾工程学报,2009,29(1):109-113.

[4]Bánhidi V, Gömze L A.Improvement of Insulation Properties of Conventional Brick Products[J]. Materials Science Forum,2008,589:1-6.

[5]曹世璞.烧结砖实用生产技术[J].砖瓦世界,2012(04):36-49.

[6]李冰.秸秆页岩保温烧结砖的实验研究[D].四川大学,2013.

[7]罗晖.污水污泥页岩建筑材料制备与性能研究[D].重庆大学,2010.