第42卷第6期2023年6月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETYVol.42㊀No.6June,2023工程泥浆脱水泥饼制备烧结陶粒及其性能研究沈益航1,陈㊀萍1,楼洪海2,沈云扬1,王子昂3,詹良通3(1.浙江理工大学建筑工程学院,杭州㊀310018;2.申能环境科技有限公司,杭州㊀310000;3.浙江大学建筑工程学院,杭州㊀310058)摘要:为了寻求工程泥浆的高值资源化利用有效途径,以经机械脱水泥饼为主要原料,掺加不同比例的粉煤灰和钢渣制备陶粒,设计了高含水率泥饼制备陶粒的成型设备和工艺流程,探究了化学组成对陶粒性能的影响,测试了陶粒混凝土和易性及强度性能,并与普通混凝土进行了对比㊂研究表明:掺入适量钢渣能有效提升陶粒的强度,降低吸水率;而粉煤灰则反之,主要原因是钢渣的掺入优化了黏土的SA/R(难熔成分与助熔成分质量比),而粉煤灰的掺入则劣化了该比值㊂当钢渣掺入量为10%(质量分数)时,烧结陶粒的筒压强度为5.8MPa,吸水率为10.4%,堆积密度为1076kg㊃m-3,表观密度为2010kg㊃m-3,满足‘陶粒混凝土技术规程“(DBJ/T15-62 2021)中关于高强陶粒的使用要求,可以应用于陶粒混凝土㊂按C45设计的陶粒混凝土抗压强度为23.49MPa,流动性较好,表观密度较低,能降低其12.4%的自重,适用于非承重结构㊂关键词:脱水泥饼;陶粒;成型设备;工艺流程;化学组成;陶粒混凝土;工程泥浆;筒压强度中图分类号:TU521;TU528.2㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)06-2062-09 Preparation and Properties of Sintered Ceramsite Preparedby Engineering Slurry Dehydrated Slurry CakeSHEN Yihang1,CHEN Ping1,LOU Honghai2,SHEN Yunyang1,WANG Ziang3,ZHAN Liangtong3(1.School of Civil Engineering and Architecture,Zhejiang Sci-Tech University,Hangzhou310018,China;2.Shenergy Environmental Technology Co.,Ltd.,Hangzhou310000,China;3.College of Civil Engineering and Architecture,Zhejiang University,Hangzhou310058,China)Abstract:In order to seek an effective way for the high-value resource utilization of engineering slurry,ceramsite was prepared by adding different proportions of fly ash and steel slag with mechanically dehydrated slurry cake as the main raw material,and the molding equipment and process flow for preparing ceramsite with high water content slurry cake were designed.The influence of chemical composition on the properties of ceramsite was investigated.The workability and strength properties of ceramsite concrete were tested and compared with ordinary concrete.The results show that adding the appropriate amount of steel slag can effectively improve the strength of ceramsite and reduce the water absorption,however fly ash is opposite.The main reason is that the adding of steel slag optimizes the SA/R(mass ratio of refractory component to fluxing component)of clay,while the adding of fly ash deteriorates SA/R.When the content of steel slag is10%(mass fraction),the compressive strength of the sintered ceramsites is5.8MPa,the water absorption rate is10.4%,the bulk density is1076kg㊃m-3,and the apparent density is2010kg㊃m-3,which meets the requirements of the Technical specification for ceramsite concrete(DBJ/T15-62 2021)for the use of high-strength ceramsite and can be applied to ceramsite concrete.The compressive strength of ceramsite concrete designed according to C45is23.49MPa.The fluidity of ceramsite concrete is good,the apparent density is low,and the self-weight can be reduced by12.4%,which is suitable for non-load-bearing structures.Key words:dehydrated slurry cake;ceramsite;molding device;technological process;chemical composition;ceramsite concrete;engineering slurry;cylinder compressive strength收稿日期:2023-02-15;修订日期:2023-04-12基金项目:国家自然科学基金面上项目(41977250);浙江省重点研发项目(2023C04033);工程咨询项目(2021-KYY-512103-0001)作者简介:沈益航(1995 ),男,硕士研究生㊂主要从事建筑废弃物资源化利用方面的研究㊂E-mail:954487823@通信作者:陈㊀萍,教授㊂E-mail:chenp@第6期沈益航等:工程泥浆脱水泥饼制备烧结陶粒及其性能研究2063㊀0㊀引㊀言我国东部沿海地区在建筑物基础㊁基坑围护及泥水盾构等施工过程中产生大量工程泥浆[1-2],在较长一段时间内,就近弃土(陆上堆放或近海抛弃)成为国内处置工程泥浆的主要途径[3]㊂近年来,由于土地资源的日益紧缺和大众环保意识不断提升,就近弃土的安全隐患和环境污染风险受到越来越多的关注[3-4]㊂随着我国城市化进程加快,工程泥浆的产量也在逐年增加㊂以温州为例,2021 2025年全市工程泥浆预测总产量可达8200万立方米[5]㊂因此,众多岩土工程学者积极寻求经济和技术可行的资源化利用技术,力图解决这一问题㊂目前,针对工程泥浆的相关研究主要集中在脱水减量方面[2],而脱水后的资源化利用和工程实践仍相对较少㊂工程泥浆中黏土矿物含量较高,富含活性Si 2O 3㊁Al 2O 3等组分[4,6],用来制备混凝土骨料(陶粒)有望成为高值资源化利用的有效途径㊂近几十年来,学者们针对黏土烧制陶粒的理论和应用展开了相关研究㊂然而,由于黏土颗粒细㊁含水率高以及配料搅拌和成型难度较大,通常将原料经干燥㊁磨粉[7-8]等预处理后再进行配料㊁洒水㊁搅拌和成型,但这会导致耗能大㊁耗时长㊁占用晾晒场地等问题㊂对于陶粒成形,一般采用机械搅拌[9]或手工成球[10]工艺㊂例如陈美娅等[11]将原料干燥㊁磨粉㊁配料后置于成球机内加水搅拌,通过机械滚动进行成球;刘晨等[12]和朱哲等[13]将原料干燥磨粉后再按比例配料㊁加水和手搓造球㊂上述两种工艺的效率和成型质量都不够理想㊂另有研究[14-16]表明合理的化学组成有助于提高陶粒性能,Zheng 等[17]利用河道污泥制备陶粒,并掺入粉煤灰调节化学组成,从而提高了陶粒的强度;徐雪丽等[18]使用城市污泥制备陶粒,掺入钢渣后提高了陶粒的强度㊂钢渣和粉煤灰是两种常见的工业固废,钢渣中CaO 含量较高,而粉煤灰中SiO 2和Al 2O 3含量较高,两者组分不同,对陶粒性能的影响有待研究㊂鉴于上述原因,本文开展了将工程泥浆脱水后直接制备烧结陶粒的试验研究㊂为了探究化学组成对陶粒性能的影响,掺加了不同比例的粉煤灰和钢渣来研制和设计了脱水泥饼直接制备陶粒的成型设备和工艺流程,探索了粉煤灰和钢渣及其掺量对烧结陶粒筒压强度㊁吸水率㊁堆积密度和表观密度的影响规律,制备了陶粒混凝土,并测试了其和易性及抗压强度,最后与普通混凝土进行了对比㊂1㊀实㊀验1.1㊀试验材料工程泥浆取自温州某钻孔灌注桩工地,经板框压滤机脱水获得脱水泥饼,含水率为141.56%~174.80%(质量分数),如图1所示,脱水泥饼含水率为32.01%,颜色呈灰色,如图2所示㊂图1㊀工程泥浆Fig.1㊀Engineeringslurry 图2㊀脱水泥饼Fig.2㊀Dehydrated slurry cake ㊀㊀脱水泥饼的力学性质如表1所示,黏粒含量高达43.3%(质量分数),塑性指数为15.5,属于粉质黏土;颗粒分布曲线如图3所示,平均粒径d 50为0.0084mm,不均匀系数C u =30(C u >5),曲率系数C c =1.54(1<C c <3),级配良好㊂脱水泥饼的化学组成如表2所示,SiO 2和Al 2O 3含量分别高达62.1%和21.0%;SA /R (难熔成分与助熔成分[13]的质量比,即(Si 2O 3+Al 2O 3)/(CaO +Fe 2O 3+MgO +K 2O +Na 2O))为8.6㊂试验所用辅料:粉煤灰,产自巩义市铂润耐火材料有限公司,Ⅲ级灰,主要化学组成如表2所示,其化学2064㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷组成主要为SiO 2和Al 2O 3,分别占51.2%和36.3%,其SA /R 为10.5,加入粉煤灰会提高脱水泥饼的SA /R ;钢渣,产自上海宝钢集团某工厂,粒度为100目(150μm),由表2可知,其化学组成主要为CaO㊁Fe 2O 3㊁K 2O 和Na 2O,其中CaO 和Fe 2O 3分别占58.4%和10.1%,其SA /R 为0.1,加入钢渣会降低脱水泥饼的SA /R ㊂表1㊀脱水泥饼的力学性质Table 1㊀Mechanical properties of dehydrated slurry cakeSpecific gravity Liquid limit W L /%Plastic limit W P /%Plasticity index I P /%Mass fraction /%Sand Silt Clay 2.7334.919.415.521.135.643.3表2㊀原材料主要化学组成Table 2㊀Main chemical composition of raw materialsMaterial Mass fraction /%SiO 2Al 2O 3K 2O Fe 2O 3MgO Na 2O CaO SA /R Dehydrated slurry cake 62.121.0 3.9 3.5 1.40.50.48.6Fly ash 51.236.3 2.7 5.610.5Steel slag 9.82.79.710.1 9.358.40.1图3㊀脱水泥饼颗粒分布曲线Fig.3㊀Particle distribution curve of dehydrated slurry cake 1.2㊀试验方案及方法1.2.1㊀陶粒制备及性能测试为了研究化学组成对陶粒性能的影响,将粉煤灰(B)和钢渣(C)分别以10%㊁20%㊁30%㊁40%(质量分数)掺入到脱水泥饼中,分别编号为B-1㊁B-2㊁B-3㊁B-4㊁C-1㊁C-2㊁C-3㊁C-4;同时设置对照组A-1,原料为纯脱水泥饼㊂按‘轻集料及其试验方法第一部分:轻集料“(GB /T 17431.1 2010)对烧结陶粒的筒压强度㊁1h 吸水率㊁表观密度和堆积密度进行测试㊂为使脱水泥饼无需干燥磨粉而能直接进行陶粒成型,本试验自制了三个成型装置,脱水泥饼烧结陶粒的制备工艺流程图如图4所示㊂成型装置一(挤出装置):如图4(e)所示,挤出装置由一个进料口,两个出料口和挤出棒组成㊂挤出棒装有密封圈,作用为排空原料和装置内的空气,使挤出物料密实㊂挤出装置通过挤压将原料制成长条,并排出内部气体,原料由松散状态变为密实㊂成型装置二(切割装置):如图4(f)所示,切割装置由14根切割线组成(可根据切割效率要求自主增减),切割线为直径为0.3mm 的软钢丝,可保证切割面光滑,无锯齿状㊂切割装置将长条物料切割成等尺寸圆柱体坯料㊂成型装置三(改造成球机):如图4(g)所示,改造成球机由滚筒式混凝土搅拌机改造而成,帮助陶粒通过滚动成球㊂由图4可知,脱水泥饼烧结陶粒的制备工艺主要包括工程泥浆压滤脱水㊁配料及搅拌㊁原料陈化㊁陶粒成型㊁陶粒干燥㊁陶粒焙烧6个步骤㊂1)工程泥浆压滤脱水:工程泥浆经絮凝沉淀后通过板框压滤机压滤脱水㊂2)配料及搅拌:先将脱水泥饼置于水泥胶砂搅拌机搅碎,搅拌频率为(62ʃ5)r /min,再添加粉煤灰(或钢渣)进行搅拌,时间为10min,最后用手持搅拌机进行二次搅拌,以确保原料搅拌均匀㊂3)原料陈化:将混合物料放置密封袋陈化3d,陈化结束后,原料表面有水分泌出,通过手持搅拌机再次搅拌均匀㊂4)陶粒成型:将挤出装置放置于台虎钳,利用台虎钳和挤出装置挤出ϕ15mm 左右的长条物料(长度可第6期沈益航等:工程泥浆脱水泥饼制备烧结陶粒及其性能研究2065㊀调);利用切割装置将长条物料制成圆柱状坯料(ϕ15mm ˑh 15mm),小部分尺寸偏差较大的坯料分别用孔径19和16mm 筛网筛除;将坯料置于改造成球机中滚动至圆球状,同时均匀撒入干粉,避免陶粒粘连,滚动时间约为15min㊂干粉由脱水泥饼烘干㊁磨粉并过0.6mm 筛后获得,干粉撒入量一般不超过陶粒质量的1%(质量分数)㊂5)陶粒干燥:将陶粒置于烘箱进行干燥,温度为(95ʃ5)ħ,干燥时间为4h㊂6)陶粒焙烧:先将干燥后的陶粒置于马弗炉中进行预热,预热时长为20min,温度为400ħ㊂之后继续加热焙烧,时间为30min,温度为1050ħ,焙烧完成后于马弗炉内自然冷却㊂图4㊀脱水泥饼烧结陶粒的制备工艺流程Fig.4㊀Flow chart of preparation process of sintered ceramsite from dehydrated slurry cake 为了保证陶粒的成型质量,需要对以下四个关键方面进行控制:1)定期检查密封圈和切割线㊂密封圈和切割线属于易损件,在挤出过程中,如果密封不严,挤出的物料中极易混入空气,导致切割面不平滑,且物料密实度降低,因此需定期检查密封圈,如发生破损则及时更换;另外,频繁的切割工作会导致切割线松弛或断裂,使其无法工作或使切割面粗糙,影响成球质量,因此需定期检查进行拧紧或更换㊂2)控制挤出速度㊂当挤出速度过快时,无法充分排出空气,影响挤出物料的密实度;而挤出速度过慢时会影响生产效率㊂3)控制成球机转速㊂成球机转速对陶粒成型具有明显影响,转速过慢或过快均不利于陶粒成球,成球机转速设置为30r /min 为宜㊂4)提高挤出和切割效率,减少物料暴露时间㊂物料于露天环境中极易发生水分蒸发,影响成球质量㊂图5是按上述工艺成型的陶粒,粒径均匀,粒型饱满;图6中的陶粒未按照上述四个关键点进行控制,部分陶粒呈圆柱形,粒形差异性较大㊂图5㊀制备工艺控制严格的陶粒Fig.5㊀Ceramsite with strictly controlledprocess 图6㊀制备工艺控制不严的陶粒Fig.6㊀Ceramsite without strictly controlled process2066㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷㊀㊀本试验设计㊁研制的成型装置和工艺流程具有以下优势:1)能直接利用高含水率(25%~42%)的脱水泥饼制备陶粒,无需对脱水泥饼干燥㊁粉磨,提高了生产效率,并减低了能耗;2)能控制陶粒尺寸,按需求生产不同粒径的陶粒㊂1.2.2㊀陶粒混凝土成型及性能测试参照‘普通混凝土配合比设计规程“(JGJ55 2011)按体积法设计普通混凝土配合比,具体如表3所示,设计强度等级为C45,将粗骨料用陶粒等体积取代,即为陶粒混凝土的配合比㊂按照‘普通混凝土拌合物性能试验方法标准“(GB/T50080 2016)进行混凝土拌和㊁和易性测试和表观密度测试㊂混凝土试件成型尺寸为100mmˑ100mmˑ100mm,试件制作㊁养护和强度测试严格按照‘混凝土物理力学性能试验方法标准“(GB/T50081 2019)规定进行,养护龄期为7和28d㊂混凝土成型所用原材料如下:水泥,P㊃O42.5,产自诸城市杨春水泥有限公司,其主要技术指标如表4所示;细骨料为河砂,产自诸城市九七建材有限公司,连续级配,细度模数为3.5,表观密度为2580kg/m3;粗骨料为人工碎石,产自诸城市九七建材有限公司,5~20mm 连续级配,表观密度为2701kg/m3,饱和吸水率为0.7%;拌合水为自来水㊂表3㊀混凝土配合比Table3㊀Mix ratio of concreteMaterial Mix ratio/(kg㊃m-3)Water Cement Ceramsite Stone Sand Ceramsite concrete195453944 463 Ordinary concrete195453 1268463㊀㊀注:河砂于烘箱中烘干备用;碎石和陶粒进行饱水处理;陶粒选自本次试验的最佳配比,即钢渣掺入量为10%(质量分数),连续级配,粒径为5~20mm㊂表4㊀水泥基本性质指标Table4㊀Basic property index of cementFlexural Strength/MPa Compressive strength/MPa 3d28d3d28d Specific surface area/(m2㊃kg-1)Initial settingtime/minFinal settingtime/min Stability5.58.727.250.145.1172234Conformity 2㊀结果与讨论2.1㊀粉煤灰和钢渣掺量对烧结陶粒性能的影响图7为粉煤灰和钢渣掺入对陶粒筒压强度的影响㊂由图7可见,粉煤灰和钢渣对陶粒筒压强度的影响规律不同㊂钢渣掺入量在10%(质量分数)以内时,提升了陶粒的筒压强度,之后随着掺量的增加,筒压强度逐渐降低,掺入量为10%时筒压强度达到5.8MPa㊂而粉煤灰的掺入降低了筒压强度,掺入量小于10%时降低的幅度较大,掺入量大于20%后趋于稳定㊂图8为粉煤灰和钢渣掺量对陶粒SA/R的影响㊂随着钢渣的掺入,SA/R的下降幅度较大,SA/R从8.6降到2.0;随着粉煤灰的掺入,SA/R的上升幅度较小,SA/R从8.6升到9.1㊂SA/R为原料中难熔成分(Al2O3+SiO2)与助熔成分的质量比,难熔成分为陶粒提供骨架作用,而助熔成分熔解为液相,起到黏结及填充孔隙作用,同时能降低共晶温度[19],促进陶粒烧结㊂本试验所用脱水泥饼中Si2O3和Al2O3难熔成分高达62.1%和21.0%,而助熔成分K2O㊁Fe2O3㊁MgO㊁TiO2㊁Na2O㊁CaO等含量只有9.7%㊂所用钢渣主要化学组成为助熔成分CaO㊁Fe2O3㊁K2O㊁Na2O等,其总含量高达87.5%,其中Fe2O3又为产气成分[20],其含量高达10.1%,在陶粒烧结过程中具有产气作用㊂可见钢渣的掺入将降低脱水泥饼的SA/R,当钢渣掺入量为10%时,SA/R为4.5,筒压强度达到5.8MPa㊂之后随着钢渣掺入量的提高,筒压强度逐渐降低,这是因为除了SA/R影响之外,随着产气成分Fe2O3增多,产气量增加,导致陶粒内部孔隙率提高,筒压强度降低㊂而粉煤灰以Si2O3和Al2O3难熔成分为主,随着粉煤灰的掺入,SA/R从8.6增大到9.1,难熔物质过多,而助熔物质过少,烧结生成的液相量减少,液相填充孔隙效果减弱,陶粒密实度下降,从而使陶粒强度下降㊂另外,Xu等[19]研究发现SA/R在3.6~5.7时,有助于提高陶粒的强度,这与本文SA/R为第6期沈益航等:工程泥浆脱水泥饼制备烧结陶粒及其性能研究2067㊀4.5(钢渣掺入量10%)时筒压强度最高的试验结果相吻合㊂图7㊀粉煤灰和钢渣掺量对陶粒筒压强度的影响Fig.7㊀Effects of fly ash content and steel slag content on cylinder compressive strength ofceramsite 图8㊀粉煤灰和钢渣掺量对陶粒SA /R 的影响Fig.8㊀Effects of fly ash content and steel slag content on SA /R ofceramsite 图9㊀粉煤灰和钢渣掺量对陶粒吸水率的影响Fig.9㊀Effects of fly ash content and steel slag content on water absorption ㊀㊀图9为粉煤灰和钢渣掺入对烧结陶粒吸水率的影响㊂结果表明粉煤灰和钢渣对陶粒吸水率影响呈现不同的规律,钢渣陶粒的吸水率整体低于粉煤灰陶粒㊂随着钢渣的掺入,吸水率呈先下降再上升的趋势,当钢渣掺入量为10%时,陶粒吸水率达到最小值10.4%㊂而随着粉煤灰的掺入,吸水率呈缓慢上升的趋势㊂当钢渣掺入量为10%时,吸水率达到最小值㊂分析认为此时助熔成分和难熔成分适量,产生的液相量可以较好地填充骨架孔隙,陶粒密实度较高,因而吸水率低㊂随着钢渣掺入量增大,产气成分Fe 2O 3增多,陶粒孔隙率增加,导致吸水率上升㊂而粉煤灰的掺入使难熔物质含量过高,助熔物质含量过低,液相量填充孔隙效果减弱,孔隙率增加,导致吸水率上升㊂图10和图11为钢渣和粉煤灰的掺入对陶粒堆积密度和表观密度的影响㊂钢渣掺入量在10%以内时能提高陶粒的堆积密度和表观密度,而当掺入量大于10%时,堆积密度和表观密度逐渐降低;当钢渣掺入量为10%时,陶粒的堆积密度和表观密度分别为1076kg㊃m -3和2010kg㊃m -3㊂而随着粉煤灰的掺入,表观密度和堆积密度呈先小幅上升后下降的趋势㊂分析认为,钢渣掺入导致堆积密度和表观密度先上升后下降同样是由助熔成分和产气成分增多所引起㊂图10㊀钢渣和粉煤灰掺量对陶粒堆积密度的影响Fig.10㊀Effects of steel slag content and fly ash content on bulkdensity 图11㊀钢渣和粉煤灰掺量对陶粒表观密度的影响Fig.11㊀Effects of steel slag content and fly ash content on apparent density2068㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷㊀㊀综上可知,无论掺入粉煤灰还是钢渣,筒压强度㊁吸水率㊁堆积密度和表观密度均呈很好的相关性,即筒压强度越高,吸水率越低,表观密度和堆积密度越高,反之亦然㊂钢渣的掺入有利于提升陶粒性能,而粉煤灰的掺入不利于提升陶粒性能,这主要是因为黏土中难熔成分含量较高,而助熔成分含量较少,钢渣的掺入有效改善了难熔成分和助熔成分的比例㊂因此以黏土为原料制备烧结陶粒或砌块时,建议首先测试黏土的化学组成,再确定辅料的种类和掺加比例,从而获得良好品质的烧结制品㊂试验结果表明当钢渣掺入量为10%时,烧结陶粒的性能最优,其筒压强度为5.8MPa,堆积密度为1076kg㊃m-3,吸水率为10.4%,表观密度为2010kg㊃m-3,达到‘陶粒混凝土技术规程“(DBJ/T15-62 2021)中关于高强陶粒的要求,即堆积密度为900~1200kg㊃m-3,筒压强度为5~12MPa㊂因此可以将其作为骨料应用于混凝土中,有助于混凝土降低自重㊁提升保温隔热等性能㊂2.2㊀陶粒混凝土制备及性能表5为陶粒混凝土和普通混凝土的抗压强度㊁表观密度㊁坍落度㊁黏聚性和保水性的测试结果㊂陶粒混凝土的7和28d抗压强度分别为15.11和23.49MPa,仅为普通混凝土的44.9%和52.1%(根据相关文献,陶粒混凝土28d抗压强度基本在20~30MPa)㊂陶粒混凝土抗压强度远低于普通混凝土,主要原因是陶粒的强度低于混凝土的设计强度,所以陶粒混凝土的强度受制于陶粒本身,而非陶粒和水泥的胶结面,这从陶粒混凝土的断裂面中有众多陶粒被破碎可见㊂另外陶粒和碎石均经过饱水处理,陶粒吸水率远高于碎石,这导致陶粒混凝土水灰比高于普通混凝土㊂陶粒混凝土表观密度为2148kg㊃m-3,普通混凝土表观密度为2415kg㊃m-3,两种混凝土相比,陶粒混凝土减轻了12.4%的自重㊂表5㊀陶粒混凝土与普通混凝土性能测试结果Table5㊀Test results of performance of ceramsite concrete and ordinary concretePerformance Ceramsite concrete Ordinary concrete 7d compressive strength/MPa15.1133.6228d compressive strength/MPa23.4945.12Slump/mm835 Apparent density of mixed concrete/(kg㊃m-3)21482415图12为陶粒混凝土和普通混凝土拌合物的和易性试验结果㊂陶粒混凝土坍落度为83mm(见表5),远大于普通混凝土的5mm;两者保水性均良好;但陶粒混凝土的黏聚性不如普通混凝土,其主要原因是陶粒外形圆润且表面无棱角,而碎石表面粗糙且外形多棱角㊂图13为陶粒混凝土和普通混凝土的破坏截面㊂如图13(a)所示,陶粒混凝土的破坏多发生在陶粒本身或与水泥砂浆胶结面处,分析认为陶粒强度低于水泥砂浆基体,成为陶粒混凝土中的薄弱环节,因此试件破坏首先发生在陶粒本身(即骨料破坏),再延展到水泥砂浆基体处,这与普通混凝土的破坏主要发生在石和水泥砂浆基体的胶结面处不同,如图13(b)所示㊂由此可见,陶粒混凝土强度的决定性因素是陶粒自身强度,而非水泥强度和水灰比,实践工程中应注意这一点,配合比设计时选择合理的水泥强度和水灰比㊂图12㊀陶粒混凝土和普通混凝土和易性试验Fig.12㊀Workability test of ceramsite concrete and ordinary concrete第6期沈益航等:工程泥浆脱水泥饼制备烧结陶粒及其性能研究2069㊀图13㊀陶粒混凝土和普通混凝土的破坏截面Fig.13㊀Damage cross section of ceramsite concrete and ordinary concrete ㊀㊀鉴于陶粒混凝土流动性大的特点,配合比设计时可以适当降低用水量,从而减少水泥用量;对于黏聚性差的问题,可以通过适当提高砂率的方式进行弥补㊂根据陶粒混凝土的轻质保温(强度等级可达C20)的特点,可制成砌块㊁内隔墙板等应用于有保温性能要求的非承重结构㊂3㊀结㊀论1)本文开展了工程泥浆脱水后直接制备烧结陶粒的试验研究,研制和设计了脱水泥饼制备陶粒的成型设备和工艺流程㊂该流程能直接利用高含水率脱水泥饼制备陶粒,无需干燥和粉磨,可有效降低能耗㊂2)适量添加钢渣能有效提高陶粒性能,而添加粉煤灰反而降低陶粒性能㊂这主要是因为钢渣的掺入改善了脱水泥饼中难熔成分和助熔成分的比例,而粉煤灰掺入则起到相反的效果㊂3)当钢渣掺入量为10%(质量分数)时,烧结陶粒的性能最优,其筒压强度为5.8MPa,堆积密度为1076kg㊃m -3,达到‘陶粒混凝土技术规程“(DBJ /T 15-62 2021)中关于高强陶粒的使用要求㊂该陶粒可作为骨料应用于混凝土㊂4)陶粒混凝土的强度取决于陶粒的筒压强度,而非水泥强度和水灰比㊂用陶粒等体积取代粗骨料制备的陶粒混凝土抗压强度仅为23.49MPa,大约是普通混凝土(抗压强度为45.12MPa)抗压强度的一半,但其流动性较好,表观密度较低,能降低12.4%的自重,适用于建筑砌块㊁内隔墙板等非承重结构中㊂利用工程泥浆脱水泥饼或淤泥质渣土制备烧结制品时,建议首先进行化学成分鉴定,再根据合理的SA /R 确定辅料种类和配比,从而确保获得良好品质的烧结制品㊂参考文献[1]㊀门㊀本,马㊀强.关于废弃工程泥浆的水凝胶固结方法的研究[J].山西建筑,2021,47(18):154-156+161.MEN B,MA Q.Research on the solid connection method of hydrogel of waste engineering mud[J].Shanxi Architecture,2021,47(18):154-156+161(in Chinese).[2]㊀尹昭宇.工程泥浆脱水性能及用于制备流动化回填材料试验研究[D].杭州:浙江大学,2022.YIN Z Y.Experimental study on dewatering performance of engineering mud and its application in 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