工程泥浆干化泥在蒸压加气混凝土砌块中的应用研究

钱耀丽，陈宁，夏月辉

（1.上海市建筑科学研究院有限公司，上海 200032；2.上海市工业固废废弃物资源化利用工程技术研究中心，上海 200032）

0 引言

工程泥浆来源较广，包括各类建（构）筑物桩基础、基坑围护桩以及泥水盾构、管网暗挖等施工产生的废置和剩余泥浆等[1]。据不完全统计，上海市每年工程泥浆产生量超500万t，处置方式以市内低洼处回填为主，但消纳能力有限，由此泥浆非法倾倒现象频发，造成河道污染、市政管道堵塞等问题。

工程泥浆脱水干化后，体积减少2/3，运输能耗降低明显，且泥浆脱水后的上清水可用于场地、车辆清洗，干化泥可用于土方填筑、建筑材料生产等。因此，工程泥浆脱水干化具有显著的社会、环境和经济效益。工程泥浆添加适量絮凝剂使其絮凝成团，再通过机械压榨成干化泥外运[2]，但因缺乏规模化的利用技术，干化泥以堆放为主，既占用大量土地，又造成资源闲置浪费。本项目在工程泥浆干化泥物性分析的基础上，开展干化泥用于蒸压加气混凝土砌块的应用技术研究，为干化泥的资源化利用提供参考。

1 试验

1.1 试验原料

（1）干化泥：取自上海某工程泥浆处理企业，烘干后用球磨机粉磨30 min。其化学成分如表1所示，内照射指数为0.2，外照射指数为0.5，符合GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限值》中建筑主体材料对放射性的指标要求。（2）水泥：海螺P·O42.5水泥，其化学成分见表1，物理力学性能见表2。（3）粉煤灰：上海宝田Ⅱ级灰，其化学成分见表1。（4）生石灰：市售，消化时间为11min，消化温度为80℃，其化学成分见表1。（5）石膏、铝粉、稳泡剂：上海某蒸压加气混凝土生产企业提供。

表1 原材料的主要化学成分 %

表2 水泥的主要物理力学性能

1.2 试验方法

（1）试验室制备蒸压加气混凝土方法

参考蒸压加气混凝土工厂生产工艺，在试验室设计干化泥用于蒸压加气混凝土砌块的制备工艺流程：①将水泥、干化泥、生石灰、粉煤灰、石膏等干物料进行混合；②将铝粉膏、稳泡剂加入50℃水搅拌1min，形成铝膏悬浮液；③将干料加入铝膏悬浮液进行慢搅45s、快搅30s形成料浆；④将搅拌好的料浆快速倒入已预热的70.7mm×70.7mm×70.7mm模具中，经45℃烘箱覆膜静停养护4h后，切割去发气后高出的试件，脱模，放入蒸压釜进行蒸压养护（1.25MPa，升压2h+恒压6h+降压2h）。

（2）性能测试方法

料浆的流动度测试参照GB/T 17669.4—1999《建筑石膏净浆物理性能的测定》中建筑石膏流动度测试方法进行；蒸压加气混凝土砌块的干密度、抗压强度按照GB/T 11969—2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》进行测试；利用扫描电镜进行微观结构分析。

2 结果与讨论

2.1 干化泥取代率对蒸压加气混凝土料浆用水量的影响

干化泥化学成分与粉煤灰较为接近，利用干化泥部分取代粉煤灰进行蒸压加气混凝土的试验研究，配合比设计见表3（其中铝膏按干物料的质量百分比称取）。控制料浆流动性为（220±10）mm，拌合水温度50℃，静停养护温度45℃。干化泥取代率为5%、25%时的蒸压加气混凝土砌块的发气状态如图1所示。

表3 干化泥用于蒸压加气混凝土砌块试验配合比

图1 干化泥用于生产蒸压加气混凝土砌块的发气状态

从表3和图1可以看出，当干化泥取代率逐渐增加时，水料比逐渐增大；当干化泥取代粉煤灰的取代率达到25%时，坯体稠化较快，铝粉发气受到抑制，未形成良好的发气效果，使得制品的孔结构发气不良[3]，将最终对蒸压加气混凝土的密度产生影响。

2.2 干化泥取代率对蒸压加气混凝土性能的影响

干化泥取代率对蒸压加气混凝土干密度与抗压强度的影响如图2所示，蒸压后的加气混凝土试块如图3所示。

图2 干化泥取代率对蒸压加气混凝土干密度与抗压强度的影响

图3 蒸压后的加气混凝土制品

从图2和图3可以看出：（1）随着干化泥取代率的不断提高，蒸压加气混凝土的干密度也随之增大；当干化泥取代率达到15%时，砌块的干密度达635 kg/m3，不符合GB/T 11968—2006《蒸压加气混凝土砌块》中对于B06级蒸压加气混凝土砌块的要求，主要是因为干化泥与黏土类似，当取代率提高时，料浆的稠化较快，料浆内铝粉发气产生的氢气不能形成良好的孔隙结构。（2）随着干化泥取代率的提高，蒸压加气混凝土的强度逐渐降低，当干化泥取代率达到15%时，经蒸压后的加气混凝土砌块发生开裂现象；当干化泥取代率达到25%时，蒸压后的加气混凝土砌块出现断裂。主要是因为掺干化泥的料浆极限剪切应变较大，且在蒸压降温过程中，毛细孔表面张力急剧增大，出现贯通裂缝，从而使砌块发生断裂。因此，建议干化泥取代粉煤灰用于蒸压加气混凝土的掺量不宜超过10%。

2.3 微观形貌分析

2.3.1 原材料的微观形貌分析

对粉煤灰和干化泥的微观形貌进行对比分析，结果如图4所示。

图4 干化泥和粉煤灰的微观形貌

从图4可见，尽管干化泥和粉煤灰的化学成分较相近，但在微观形貌上差异较大；干化泥微观结构呈板状结构，而粉煤灰颗粒大小不一、大部分为光滑球形，粉煤灰在料浆中同时具有填充和润滑的作用，能够改善体系的流动性，降低料浆的极限剪切应变，以获得良好的发气效果。

2.3.2 蒸压加气混凝土砌块的微观形貌分析

选取掺10%干化泥和25%干化泥的蒸压加气混凝土砌块进行微观形貌分析，结果如图5所示。

图5 蒸压加气混凝土的微观形貌

从图5可见，掺10%干化泥蒸压加气混凝土与掺25%干化泥蒸压加气混凝土的微观形貌差别较大，掺10%干化泥蒸压加气混凝土内部形成大量的水化产物（托勃莫来石和水石榴石），组成致密的网状结构，能同时提高砌块的强度和孔隙率；掺25%干化泥的蒸压加气混凝土内部空隙较少，孔隙率较低，水化产物数量少，宏观上表现为干密度大、强度低，难以达到GB/T11968—2006对A3.5、B06级砌块的要求。

3 结论

（1）随着干化泥取代粉煤灰比例的增大，蒸压加气砌块料浆用水量增加，坯体稠化较快，导致制品发气不良，最终影响其干密度与抗压强度。

（2）随着干化泥取代率的提高，蒸压加气混凝土砌块的干密度提高、抗压强度降低；要使开发的干化泥蒸压加气混凝土砌块干密度和抗压强度符合GB/T 11968—2006对A3.5、B06级砌块的要求，干化泥取代粉煤灰比例建议不超过10%。

（3）干化泥虽然与粉煤灰化学成分相近，但其微观形貌差别较大，干化泥的微观结构呈板状结构，粉煤灰的微观结构以光滑球形为主；干化泥少量（≤10%）取代粉煤灰制备的蒸压加气混凝土内部水化产物较多，结构较致密。