建筑垃圾烧结多孔空心砖的研制与中试生产

0 引言

本研究是珲春吕佳建材有限公司与吉林省建筑材料工业设计研究院合作完成的吉林省2016年科技攻关/重大科技招标专项项目。按任务书要求，利用烧结类建筑垃圾资源化处理后废粉料，研制烧结多孔砖与空心砖。但珲春市尚未做建筑垃圾资源化处理，没有该废粉料。为完成本研究，主要利用拆迁建筑的红砖类建筑垃圾。按红砖类建筑垃圾掺量≥30%，再和≤70%掺量的煤矸石原料混合形成配方料；混合料经原料处理→挤出成型→切码运系统→余热干燥→以隧道窑煤矸石内燃工艺烧结多孔（空心）砖；经试验室小试试验研究、工厂中试生产证明配方和工艺可行，产品均达到GB -2011[1]《烧结多孔砖和多孔砌块》标准指标、GB/T -2014[2]《烧结空心砖和空心砌块》标准指标。

1 建筑垃圾烧结墙体砖基体形成原理

以建筑垃圾为瘠性料，以煤矸石（黑矸）为塑性材料混合形成墙材砖，即烧结多孔砖与空心砖配方料，经搅拌、成型干燥后，在950℃～1 000℃析出液相、固相、气相。气相被排除，固相被液相包裹，使颗粒间粘结，即烧结，形成硅酸铝钠钙镁烧结体。

2 原料特性的研究

2.1 原料的基本性能

煤矸石（黑矸）：珲春市八连城煤矿产，黑色，细碎块状，松散干密度1 420 kg/m3，自然含水率5.41%。发热量818 cal/g，塑性指数9.7，作为内燃、塑性料加入。化学成分详见表1。

表1 原料化学成分分析%名称 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3 烧失量煤矸石（黑矸） 56.22 19.36 3.90 0.48 1.62 2.51 1.92 0.28 13.60烧结类建筑垃圾 63.60 19.08 5.54 2.20 2.13 2.92 2.24 0.52 1.80

烧结类建筑垃圾：主要是红砖瓷砖拆迁垃圾，红色，细碎块状，松散干密度1 360 kg/m3，无发热量，无塑性，作为瘠性料加入。化学成分详见表1。

2.2 原料的发热量

根据对原料的检测，珲春市八连城煤矿产煤矸石（黑矸）发热量 3 419 J/g（818 cal/g）。

2.3 原料化学成分

由于制砖原料多属于铝硅酸盐质原料[3]。因此，化学组成主要有二氧化硅（SiO2）及三氧化二铝（Al2O3），另根据生成条件不同，同时含有少量的碱金属及碱土金属氧化物，如：氧化铁（Fe2O3）、氧化钙（CaO）、氧化镁（MgO）、氧化钾（K2O）、氧化钠（Na2O）等。

由表1可知，珲春市八连城煤矿产煤矸石（黑矸）、当地烧结类建筑垃圾原料的化学成分基本满足要求。

2.4 原料的物理性能

将以破碎好的原料，分别加水搅拌，陈化24 h后进行物理性能测试。

混合料的物理性能：普氏含水率24%、可塑性10.6、干燥敏感性系数1.1、干燥线收缩率3.5%。

可塑性指数是反映原料成型性能的重要指标，通常原料可塑性指数在7～15，混合料的塑性均较好。

随着干燥过程的进行，坯体中的水分逐渐排除，坯体原料颗粒之间彼此靠拢而产生体积收缩，这种变化以干燥线收缩率表示。干燥敏感性系数表示泥料在干燥过程中发生开裂产生干燥裂纹等干燥缺陷的倾向性程度。干燥敏感性系数高的原料对干燥条件的适应性差，易产生干燥缺陷；而干燥敏感性系数低的原料对干燥条件的适应性好适宜于快速干燥。通常要求原料的干燥敏感性系数＜1.5。

混合料料的干燥敏感性均较低，试样在干燥过程中不易产生裂纹，适宜于快速干燥。

3 试验室小试研究

挤出成型机，采用国产实验室小型真空挤出成型机，模拟成型试验。挤出机由上方喂料系统和下方挤出系统组成。可连续挤出29%空心率泥条和实心泥条。真空压力0.03 MPa～0.05 MPa。

根据任务书规定建筑垃圾掺量≥30%，所以小试配方范围按质量配比确定为：建筑垃圾35%～45%，煤矸石（黑矸）55%～65%。试验 Q1#，Q2#，Q3#配方三组进行。具体配方比例与发热量见表2。

表2 配方比例与发热量名称 Q1#配方 Q2#配方 Q3#配方配比/% 配比质量/kg 配比/% 配比质量/kg 配比/% 配比质量/kg煤矸石（黑矸） 65 9.1 60 8.4 55 7.7建筑垃圾 35 4.9 40 5.6 45 6.3合计 100 14 100 14 100 14热量/cal·g-1 532 491 450

3.1 原料处理及挤出成型

挤出成型。先将配方所需原料烘干，均破碎10 mm以下，按总量14 kg配制，其中：Q1#号配方：建筑垃圾 4.9 kg、煤矸石（黑矸）9.1 kg；Q2#号配方：建筑垃圾5.6 kg、煤矸石（黑矸）8.4 kg；Q3#号配方建筑垃圾6.3 kg、煤矸石（黑矸）7.7 kg。按工作进度，将称量好的配方料入试验用球磨机，粉磨15 min，出磨检测颗粒度≤1 mm，按含水18%加水，用搅拌机搅拌均匀后，陈化约24 h以上，进行挤出试验；首先将挤出嘴卸下，混合料在挤出机内搅拌捻炼1次，再将挤出嘴安装上，挤出空心条，再挤出实心条，因塑性较好，泥条均光滑无裂纹。经测定泥含水17%～17.5%。

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