寧波寧海建筑陶粒二次開發(fā)應(yīng)用項目

隨著我國城市化進程的快速發(fā)展，城市建設(shè)速度也在不斷加快，然而建設(shè)過程中產(chǎn)生的寧波寧海建筑垃圾數(shù)量逐年劇增，當(dāng)前我們正面臨著垃圾包圍城市的嚴(yán)重局面。我國的寧波寧海建筑垃圾占到城市垃圾總量的30%～40%

E－mail:778518009qq．現(xiàn)存量已超20億噸，每年新產(chǎn)生寧波寧海建筑垃圾超過數(shù)億噸，預(yù)計到2020年將達到50億噸左右。

傳統(tǒng)的寧波寧海建筑垃圾處理方式只是簡單的露天堆放或者就地掩埋，由于寧波寧海建筑垃圾的數(shù)量龐大，成分組成復(fù)雜，簡單的處理方式不僅污染環(huán)境、占用寶貴土地，而且大量堆放也會產(chǎn)生安全隱患。2015年，深圳光明新區(qū)“12·20”特大滑坡事故就是由于寧波寧海建筑［2］再生資源，我國寧波寧海建筑垃圾現(xiàn)存量極大，應(yīng)科學(xué)地將寧波寧海建筑垃圾進行資源化利用，提高其附加值，完善資源配置。寧波陶粒廠家用于建筑、回填、保溫多彩陶粒云中石送寧海、奉化、鎮(zhèn)海、慈溪杭州灣

目前，實現(xiàn)寧波寧海建筑垃圾的再生資源化利用，成為備受關(guān)注的研究課題。一些研究人員利用寧波寧海建筑垃圾制備再生泡沫混凝土，對其配合比和基本性能進行了［35］朱萬旭，張瑞東，周紅梅，高逸豪比，最佳配合比條件下免燒寧波寧海建筑高強度陶粒的筒壓強度為7.2MPa，堆積密度為910kg·m。并以自制寧波寧海建筑高強度陶粒為輕骨料，水泥為垃圾大量堆放引起的。寧波寧海建筑垃圾是一種寶貴的研究，實現(xiàn)了寧波寧海建筑垃圾的再生資源化利用。劉12018No.6朱萬旭，等:寧波寧海建筑垃圾免燒型寧波寧海建筑高強度陶粒的研制及其應(yīng)用研究83富業(yè)［6］利用寧波寧海建筑垃圾制作生態(tài)透水磚，研究了生態(tài)透水磚的物理力學(xué)性能和使用功能。然而，我國對寧波寧海建筑垃圾的資源化利用率相對較低，僅僅是將寧波寧海建筑［79］［1011］對較少。

為實現(xiàn)寧波寧海建筑垃圾的再生資源化，本文以寧波寧海建筑垃圾粉碎細(xì)化得到的再生微粉料作為寧波寧海建筑高強度陶粒制備的原材料，通過免燒成球工藝研制出一種綠色環(huán)保的免燒型寧波寧海建筑高強度陶粒，并制備出一種吸聲性能良好的水泥基寧波寧海建筑高強度陶粒吸聲材料，應(yīng)用于軌道交通噪聲治理，為寧波寧海建筑垃圾再生利用探尋新的途徑。

1試驗1．1原材料1)寧波寧海建筑垃圾:取自廣西科技大學(xué)附近某小區(qū)新拆除的框架結(jié)構(gòu)舊寧波寧海建筑物，以廢棄混凝土碎塊為主，同時含有少量的燒結(jié)黏土磚和廢瓷磚碎片。采用顎式破碎機破碎，過200目方孔篩得到寧波寧海建筑垃圾再生微粉，篩余量小于5%。寧波寧海建筑垃圾再生微粉的粒度分布和XＲD譜分析如1、2所示。由譜分析可知，再生微粉的主要成分是SiO2和CaCO3。

1寧波寧海建筑垃圾再生微粉的粒度分布Fig．1Particlesizedistributionoftheconstructionwasterecycledfinepower2寧波寧海建筑垃圾再生微粉的XＲD譜Fig．2XＲDpatternsofconstructionwastewasterecycledfinepower2)粉煤灰:選用廣西柳州發(fā)電有限責(zé)任公司的Ⅰ級粉煤灰，細(xì)度為45um，篩余量為11.5%。3)水泥:本試驗選用柳州魚峰水泥集團生產(chǎn)的42．5級普通硅酸鹽水泥。

4)外加劑:生石灰、石膏粉作為堿性激發(fā)劑，固體硅酸鈉作為黏結(jié)劑。

5)水:普通自來水。1．2寧波寧海建筑高強度陶粒制備工藝1．2．1制備工藝流程寧波寧海建筑垃圾再生微粉制備免燒寧波寧海建筑高強度陶粒的工藝流程如3所示。寧波陶粒廠家用于建筑、回填、保溫多彩陶粒云中石送寧海、奉化、鎮(zhèn)海、慈溪杭州灣

3免燒寧波寧海建筑高強度陶粒制備工藝流程Fig．3Processchartofpreparingnonsinteringceramsite1．2．2造粒機成球原理寧波寧海建筑高強度陶粒制備采用鄭州實錦機械設(shè)備有限公司的ZL5500×160型圓盤造粒機，調(diào)整造粒機圓盤傾角在35°左右為宜。造粒機成球原理主要是依靠造粒機轉(zhuǎn)動時提供的機械外力和物料水化反應(yīng)產(chǎn)生的凝聚力來共同完成。

首先，混合物料在激發(fā)劑和水的作用下進行水化反應(yīng)，產(chǎn)生具有粘結(jié)作用的凝膠體，隨著造粒機圓盤的轉(zhuǎn)動，在機械摩擦力的作用下粉料凝結(jié)成核。然后，隨著水化反應(yīng)的繼續(xù)，出現(xiàn)球狀顆粒，造粒進入第二個階段，即小球粒的長大階段。這個階段小球粒受到的機械力明顯增大，隨著球粒的不斷長大出現(xiàn)分級現(xiàn)象，不同粒徑的球粒按照各自的軌跡在盤內(nèi)進行不規(guī)則的螺旋線運動。此時，造粒進入密實階段也稱作強度提高階段，在機械離心力的作用下球粒運動速度很快，球粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加密實，強度得到提高，球粒外層不斷包裹粉料，當(dāng)粒徑增大到目標(biāo)球粒的粒徑時便完成造粒。1．3正交試驗設(shè)計在確定寧波寧海建筑垃圾再生微粉制備寧波寧海建筑高強度陶粒的最佳物料配合比時，以寧波寧海建筑垃圾、粉煤灰和水泥3種主要原材料為影響因素，進行3水平3因素正交試驗設(shè)計，每組試驗中生石灰用量為15g，石膏粉為30g，硅酸鈉為5g，正交試驗因素水平見表1。

垃圾粉碎得到的粗集料用于再生混凝土和再生磚，對于寧波寧海建筑垃圾再生微粉的再生利用研究相284四川寧波寧海建筑科學(xué)研究第44卷表1正交試驗因素水平Table1Orthogonaltestfactorlevelsg水平因素寧波寧海建筑垃圾A粉煤灰B水泥C1751755021002007531252251001．4性能測試本試驗制備的寧波寧海建筑高強度陶粒屬于輕集料范疇，根據(jù)國標(biāo)《輕集料及其試驗方法第2部分:輕集料試驗方法》(GB/T17341．2—2010)，對寧波寧海建筑高強度陶粒的筒壓強度、堆積密度和吸水率進行測試。

2試驗結(jié)果與分析按照正交設(shè)計換算得到9組物料配合比試驗方案，以28d筒壓強度和堆積密度為考查指標(biāo)進行寧波寧海建筑高強度陶粒物料制備最佳配合比確定。2．1正交試驗結(jié)果正交試驗方案結(jié)果與極差分析見表2、3。

表2正交試驗方案及結(jié)果Table2Orthogonaltestprogramandresults堆積密度/MPa/(kg·m－3)S1A1B1C16．3899S2A1B2C28．3915S3A1B3C38．6924S4A2B1C26．1900S5A2B2C310．2939S6A2B3C16．6889S7A3B1C311．9949S8A3B2C16．2914S9A3B3C27．9917表3正交試驗極差分析Table3Therangeanalysisoforthogonaltest項目筒壓強度/MPa堆積密度/(kg·m－3)ABCABCk17．78．16．4913916901k27．68．27．4909923911k38．77．710．2927910937Ｒi1．10．53．8181336活性更低，因而對寧波寧海建筑高強度陶粒的性能影響更加明顯。2)若是以筒壓強度較大值作為考查指標(biāo)來確定物料配合比，此時物料的最優(yōu)水平組合方案為A3B2C3，此方案在正交試驗中并未出現(xiàn)，但從此方案組合配合比中可以看出，寧波寧海建筑垃圾的利用率較高，能夠達到26.3%，但是水泥的使用量占到物料配合比21.1%，水泥消耗量較大，同時會增加寧波寧海建筑高強度陶粒的密度，所以此方案不能作為最優(yōu)水平組合。若是以最小筒壓強度作為組合方案，此時的組合方案為A2B3C1，此方案是正交試驗組S6，寧波寧海建筑垃圾的利用率為23.5%，而且水泥的消耗量只占物料的11.8%，此時寧波寧海建筑高強度陶粒的筒壓強度為6.6MPa，已經(jīng)達到［12］3)選取寧波寧海建筑高強度陶粒堆積密度的最小k值作為物料配合比確定依據(jù)，此時所對應(yīng)的組合方案為A2B3C1，也是正交試驗組S6，此時寧波寧海建筑高強度陶粒的堆積密度為889kg·m－3。從寧波寧海建筑垃圾的利用率以及水泥的消耗量來綜合考慮，可以選擇A2B3C1為最優(yōu)配合比方案。2．2寧波寧海建筑高強度陶?；疚锢硇阅芡ㄟ^正交試驗得到制備寧波寧海建筑高強度陶粒物料的最佳配合比為:寧波寧海建筑垃圾100g、粉煤灰225g、水泥50g、生石灰15g、石膏30g、硅酸鈉5g。根據(jù)最佳配合比制備出粒徑為1～8mm的寧波寧海建筑高強度陶粒，寧波寧海建筑高強度陶粒樣品如4所示。

4寧波寧海建筑高強度陶粒樣品Fig．4Ceramsitespecimens根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17341．2—2010對批量制備的寧波寧海建筑高強度陶粒進行基本的物理性能測試，測試結(jié)果見1)從表3極差計算結(jié)果可以看出，水泥用量對表4。

表4寧波寧海建筑高強度陶粒的基本物理性能寧波寧海建筑高強度陶粒的筒壓強度和堆積密度這兩個指標(biāo)影響最大，而粉煤灰用量對寧波寧海建筑高強度陶粒的筒壓強度和堆積密度影響相對較小。出現(xiàn)這種結(jié)果的原因可能是因為水泥作為一種特殊的凝膠體，其自身密度較大，對寧波寧海建筑高強度陶粒的孔隙結(jié)構(gòu)以及密實度影響比較大，因此水泥用量變化會對寧波寧海建筑高強度陶粒的筒壓強度和堆積密度的影響特別明顯。而寧波寧海建筑垃圾和粉煤灰兩者相比，雖然同屬固體廢棄物范疇，但是寧波寧海建筑垃圾的組成更加復(fù)雜，且再生微粉的Table4Thebasicphysicalpropertiesofceramsite筒壓強度堆積密度表觀密度/MPa/(kg·m－3)/%7．2910163917．5由表4可以看出，制備的寧波寧海建筑高強度陶粒密度等級為900級，筒壓強度為7.2MPa，基本物理性能指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)GB/T17341．1—2010中規(guī)定的高強人造輕集料技術(shù)指標(biāo)。

了高強人造輕集料最低標(biāo)準(zhǔn)值6.5MPa。

試驗編號ABC筒壓強度/(kg·m－3)1h吸水率32018No.6朱萬旭，等:寧波寧海建筑垃圾免燒型寧波寧海建筑高強度陶粒的研制及其應(yīng)用研究853應(yīng)用研究本文以寧波寧海建筑垃圾寧波寧海建筑高強度陶粒為骨料制成的多孔水泥基寧波寧海建筑高強度陶粒吸聲降噪材料，其抗折強度為2.5～3.3MPa、抗壓強度為10～12MPa，能夠滿足水泥基寧波寧海建筑高強度陶粒吸聲材料抗折強度大于2MPa、抗壓強度大于8MPa的力學(xué)性能要求。經(jīng)過試驗得到地鐵軌道交通吸聲降噪材料的配合比為:粒徑范圍為1～8mm寧波寧海建筑高強度陶粒為60%～65%、水泥為30%～35%、水灰比為0.24～0.28、外加劑為0.5%～1.5%。將各材料組分進行混合拌制，制作出直徑為96mm，高度分別為100mm、120mm、150mm的圓柱體吸聲試件，如5所示。采用杭州愛華AWA6128型駐波管吸聲系數(shù)測試儀進行材料吸聲系數(shù)測試，測試儀如6所示。

采用聲學(xué)駐波管法測試出寧波寧海建筑高強度陶粒吸聲材料的吸聲系數(shù)曲線，如7所示。寧波陶粒廠家用于建筑、回填、保溫多彩陶粒云中石送寧海、奉化、鎮(zhèn)海、慈溪杭州灣

根據(jù)測試結(jié)果可以得到吸聲試件的平均吸聲系數(shù)都在0.55以上，具有較好的吸聲性能，而100mm高度的試件在630Hz的吸聲系數(shù)達到了0.92。由7中吸聲系數(shù)曲線可以看出，3種不同高度的吸聲曲線變化趨勢相近，但是隨著試件高度的增加，峰值吸聲系數(shù)有向低頻移動的趨勢。

在試驗研究的基礎(chǔ)上，廣西科技大學(xué)與柳州漢西鳴建材發(fā)展有限公司合作，研制出鋪設(shè)于地鐵道床的寧波寧海建筑高強度陶?；炷廖暟?，如8所示。并通過上海寧波寧海建筑科學(xué)研究院對吸聲板的降噪性能進行了檢測，得到吸聲板的降噪系數(shù)(NＲC)為0.8，吸聲降噪性能達到了國家Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)，具有理想的吸聲降噪效果。寧波寧海建筑高強度陶粒混凝土吸聲板在南寧地鐵2號線的應(yīng)用如9所示。

8寧波寧海建筑高強度陶?；炷廖暟錐ig．8Ceramsiteconcreteacousticpanels5不同厚度吸聲試件Fig．5Differentthicknesssoundabsorbingspecimens6AWA6128型駐波管吸聲系數(shù)測試儀Fig．6SoundabsorptioncoefficienttesterofAWA6128standingwavetube7不同厚度試件的吸聲系數(shù)曲線Fig．7Differentthicknessspecimensofthesoundabsorptioncoefficientcurves9吸聲板地鐵降噪應(yīng)用Fig．寧波陶粒廠家用于建筑、回填、保溫多彩陶粒云中石送寧海、奉化、鎮(zhèn)海、慈溪杭州灣9Applicationofacousticpanelsforthemetronoisereduction4結(jié)論1)以寧波寧海建筑垃圾再生微粉料、粉煤灰和水泥為原料制備完全免燒型寧波寧海建筑高強度陶粒的最佳物料配合比為:m(再生微粉)∶m(粉煤灰)∶m(水泥)∶m(生石灰)∶m(石膏)∶m(硅酸鈉)=20∶45∶10∶3∶6∶1，寧波寧海建筑垃圾的利用率能夠達到23.5%，能夠有效地實現(xiàn)寧波寧海建筑垃圾再生資源化利用。

2)以最佳物料配合比試驗方案制備得到的寧波寧海建筑高強度陶粒，其筒壓強度為7.2MPa、堆積密度為910kg·m－3、表觀密度為1639kg·m－3、1h吸水率為486四川寧波寧海建筑科學(xué)研究第44卷17.5%，能夠滿足GB/T17431．1—2010中規(guī)定的高強人造輕集料900級的技術(shù)要求。寧波寧海建筑垃圾寧波寧海建筑高強度陶粒制備工藝簡單、耗能低，能變廢為寶，可以進行批量生產(chǎn)，符合我國寧波寧海建筑高強度陶粒的發(fā)展方向。

3)利用寧波寧海建筑垃圾免燒寧波寧海建筑高強度陶粒制備的水泥基吸聲材料，平均吸聲系數(shù)為0.55，630Hz處的峰值吸聲系數(shù)達到0.92，應(yīng)用于地鐵噪聲治理的吸聲板降噪系數(shù)(NＲC)達到了0.8，是一種較為理想的吸聲降噪材料，具有廣闊的工程應(yīng)前景。