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本文以固体废弃物东湖淤泥、粉煤灰、煤矸石及钾长石、硅灰石为原料,采用压制成型和挤出成型,制备了性能优良的陶瓷清水砖,实现了对固体废弃物的综合利用。采用现代测试技术TG-DTA、XRD、SEM等分析了各种原料在加热过程中的变化、相组成及显微结构,依此设计了“Ca-Al-Si”及“K(Na)-Al-Si”两个系列的样品配方组成,研究了样品的组成、性能及结构的关系。分析了影响样品性能的因素,探讨了制备机理。
对固体废弃物东湖淤泥的测试和分析结果表明,东湖淤泥的化学、矿物组成与粘土相似,含SiO257.77%、Al2O315.09%,由石英、钠长石、白云母组成。其可用于代替烧结砖中宝贵的天然粘土原料。
东湖淤泥添加量为60%~80%之间,烧成样品的吸水率,抗折强度、抗压强度和抗冻融性能均能符合国标GB13544-2000《烧结多孔砖》标准,且性能稳定,烧成温度范围较宽(1040℃~1120℃)。样品配方“Ca-Al-Si”系最佳配方为“C-1”,东湖淤泥添加量为80%,最佳烧成温度为1100℃,吸水率为7.24%、气孔率为15.82%、体积密度为2.19g.cm-3,抗折强度为45.57MPa,抗压强度为88.14MPa。“K(Na)-Al-Si”系列最佳配方为“K-2”,东湖淤泥添加量为70%,最佳烧成温度为1060℃,吸水率为7.62%、气孔率为16.37%、体积密度为2.15g.cm-3,抗折强度为39.26MPa,抗压强度为77.80MPa。中试研究表明,两个系列组成均适合工业化生产。
为满足不同的建筑需求,本研究设计了两个系列的东湖淤泥质轻质清水砖配方,LC系列中,最佳配方为LC-4,其最佳烧成温度1100℃是的体积密度为1.58g·cm-3,吸水率为26.40%,气孔率为41.76%,抗折强度为23.48MPa,抗压强度为57.38MPa;LK系列最佳配方为LK-3,其最佳烧成温度1080℃时的体积密度为1.65g·cm-3,吸水率23.11%,气孔率为38.08%。抗折强度为26.85MPa,抗压强度为57.31MPa。
中试研究表明,产品的配方东湖淤泥的添加量为80%、粉煤灰为10%、硅灰石为10%,外加10%的熟料。当加水量为25%,陈腐3天后坯料可塑性指标达到3.46cm·kg;最佳烧成温度为1080℃,其吸水率为7.32%,饱和系数为0.62,冻融前后的抗压强度分别为29.8MPa、26.5MPa,强度损失率为11.07%。产品的性能达到GB13544-2000《烧结多孔砖》要求对清水砖表面进行了装饰效果研究,在东湖淤泥清水砖表面实现了拉毛、辊花、压砂、施釉等装饰技术。设计了低温一次烧成釉的配方,研究了釉与清水砖坯体的适应性、显微结构,探讨了坯釉结合机理。
此外,本研究探讨了陶瓷清水砖的应用途径,对清水砖节能复合墙体的构筑方式及其保温和力学性能进行了研究,这种复合墙体能满足节能65%的最高建筑节能要求,抗震性能良好,能满足6层以下建筑承重墙体的需要。