花岗岩石粉在加气混凝土中的应用研究

1 前言

近十年来．我国建筑石材加工行业发展迅速，已成为世界最大的石材生产、消费和出El大国，全国装饰板材年消耗量超过2.5亿平方米，与此同时，石材加工企业每年产生的废料也日益增多，给环境带来很大的影响。福建省具有丰富的花岗岩石材资源，石材加工行业快速发展，产生的大量石材边角料和石泥也基本上被直接丢弃，未能得到很好的资源化利用，造成资源的严重浪费和环境污染。有效地综合利用石材废料，变废为宝，已刻不容缓。花岗岩中含有石英，是生产加气混凝土的理想材料 本文对利用花岗岩石粉生产的加气混凝土砌块进行性能测试分析，探讨以石粉制备产品的性能特点、存在问题及相应的解决方法。

2 试验原材料和试验方法

采用三类不同原材料体系生产的B06A3.5级粉煤灰加气、砂加气、石粉加气混凝土砌块，试件加工和性能试验按照GB／T 11969—2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》要求进行。取破型后少量样品，用无水乙醇终止水化块状样品经真空干燥后用于扫描电镜分析；部分样品研磨成粉状，经干燥后用于X射线衍射分析

3 结果与讨论

3．1 力学性能与含水率关系

三种加气混凝土砌块力学性能随含水率变化的结果如图1和图2所示。

由图1可知．含水率对砂加气蒸压加气混凝土的抗压强度有显著影响，绝干状态时抗压强度最高，随着含水率的增加，其抗压强度不断降低，且在

含水率较低的情况下，强度下降较快，三种原材料体系制备的加气混凝土砌块的抗压强度相差不大。由图 2 可知，劈裂抗拉强度与含水率的关系存在着类似的规律。 随着含水率的增大，劈裂抗拉强度降低，当达到一定的含水率时，增长趋势变缓，最后趋于稳定。 砌块经过长期干燥后，平衡含水率大致在6%以内，砌块的抗压强度在 4.3MPa~4.5MPa，劈裂抗拉强度在 0.54MPa~0.6MPa， 三者的力学性能差异不大。

3.2 收缩与含水率关系

采用快速测试法测试加气混凝土的收缩值随含水率的变化，结果如图 3 所示。 从图 3 可以看出，三种原材料体系加气混凝土砌块的干燥收缩值随含水率的变化具有相似规律，大致可分为三个阶段：（1）从饱水状态到含水率约为 15%，干燥收缩随含水率的降低基本呈线性。（2）含水率 15%到收缩突变拐点（含水率 3%左右）区间，随着含水率的减少，干燥收缩至上升区域平缓。 （3）在收缩突变拐点至绝干状态这一区间内的收缩值较大。

3.3 微观分析

蒸压加气混凝土的产物组成和宏观、 细观结构是决定其性能的最终因素。 为了探讨加气混凝土在蒸压养护条件下进行的水化反应及其生成产物，通过对不同原材料体系制备的加气混凝土进行 X 射线衍射分析和 SEM 形貌观察，结果如图 4~图 7 所示。

由电镜照片可以发现，在加气混凝土中，不同部位的托勃莫来石晶体， 其形貌和大小也不相同。一般来说，在气孔的内壁上，托勃莫来石的结晶多，在砂浆硬化体内，多数为 C-S-H 凝胶，托勃莫来石晶体很少。 这种现象的产生，可能与不同部位的结晶条件有关。 因为从托勃莫来石的整个结晶过程来看，其结晶速度主要受 SiO2的溶解速度或扩散速度控制，由于气孔特别是一些微孔或裂缝中能保持较多的水分，有利于 SiO2的溶解和扩散，因此其结晶较好。

由图 5~图 7 可知， 粉煤灰加气混凝土的水化产物以托勃莫来石、水化石榴石为主，其中托勃莫来石的量较多，水化石榴石则相对较少，此外还有石英晶相；砂加气混凝土晶相组成以石英、托勃莫来石为主，其中石英量最多，砂加气混凝土的石英相晶型完整；石粉加气混凝土的晶相组成与砂加气混凝土类似。

4 存在问题及解决方法

4.1 生产存在问题

在使用石粉生产加气混凝土砌块也存在一些问题：（1） 不同采石场或不同石材加工厂采集的石粉往往是混合物，而且不同石材厂加工的石材类型可能不同，即使是同一个厂使用的石材类型也存在不断变化的可能性，所以采集的石粉化学成分波动大，这将直接影响到产品浇注并造成产品质量不稳定。 因此，使用石粉时要特别注意，要通过适当方法解决原料成分稳定性的问题：寻找只采用花岗岩进行加工的石材厂，找稳定厂家供应石粉；（2）石粉中经常混有石材边角料容易积聚造成搅拌叶搅不动或设备故障，需经常人工清理。 采用石粉浆直接生产或寻找采用压滤后再堆积的石粉作为主要材料，而不选择未经过压滤处理过堆积的石粉，可避免边

角料造成的影响。

4.2 产品存在问题

石粉加气混凝土在自然条件下放置一段时间后发现， 其表面会被一层细小的白色结晶体覆盖，产生“泛白”现象。 泛白后的砌块不仅影响外观，而且会影响砌筑及抹灰质量。 为了进一步了解产生泛白的物质，刮下试样表面的白色晶体，利用 X 射线衍射对其晶体进行分析，见图 8。

从 XRD 图谱可以看出， 析出物的衍射峰与Na2SO4完全吻合，可以判定为 Na2SO4。 石粉加气混凝土砌块泛白主要是由Na2SO4结晶引起的。 采用火焰光度计法对加气混凝土砌块进行碱含量测试，测试结果如表 1。

从表 1 可以看出，石粉加气混凝土的Na2O含量较高，从析出物为Na2SO4可以基本判定为原料中的Na2O 含量高所致。粉煤灰的碱含量为各样品中最低的，所以粉煤灰加气混凝土基本无泛霜现象发生。

硫酸钠和硫酸钾在水中的溶解度见表2，溶解度与温度的关系见图 9。

从表2中数据和图9可以看出，Na2SO4的溶解度比K2SO4高， 随着水分的蒸发， 溶解在水中的Na2SO4晶体就容易析出。 原料中所含的Na2O和K2O分离出来，成为强碱性的 NaOH 和 KOH，并与水泥和石膏中所含的 CaSO4

等硫酸盐反应，生成Na2SO4和K2SO4，它们是水溶性盐类，随着砌块的干燥，加气混凝土中的水分逐渐沿着内部的毛细孔向外迁移，随着水分迁移到加气混凝土表面，水分蒸发后留下白色硫酸钠或硫酸钾晶体，且硫酸钠在低温下溶解度较低，明显地增大加气混凝土表面析出白霜的可能性。

通过分析泛霜的原因可知，可溶性盐或碱是泛霜的内因，温湿差、干湿循环和冷热交替是泛霜的外因，水是介质，毛细管（孔）是泛霜的管道。 所以，根据泛霜产生原因和影响因素，提出以下预防泛霜的措施：（1）降低建材内部可溶性盐的含量：应尽量选用质量好、含碱量低的原材料。 事先可以进行氧化钠、氧化钾含量测试，控制可溶性盐的含量，特别是K+

和 Na+的含量，这是预防泛霜的关键。 尽量选用碱金属氧化物含量低的水泥。 配制加气混凝土时，掺加适量活性硅质掺合料，如粉煤灰、硅灰等，因为它们都含有一定量的 SiO2，可降低加气混凝土中的游离碱含量。 （2）基层表面的憎水处理：用有机硅憎水剂处理加气混凝土表面后，水无法渗入基材内部，可阻止泛霜。

5 经济和环境效益分析

采用花岗岩石粉生产加气混凝土的经济效益十分显著： 需增加石粉地坑搅拌和杂质过滤设施，利用铲车将石粉直接卸到地坑搅拌池中，加水进行搅拌即可制备料浆，无需经过球磨机球磨，减少用电，且减少钢锻损耗，可降低制造成本约 12~22 元/m³，按年产20万m³计算， 年可节约成本 240 万~440万元，利用石粉量8万吨。如在石材厂周边投资建厂，石粉的成本可忽略不计，且若能直接利用石粉浆，电耗也能降低，经济和环境效益将更加显著。经济效益分析见表 3。

6 结论

目前，利用石材加工粉体废弃物来生产建筑材料的企业日益增多， 而福建省是我国石材开采、加工和出口销售的重要基地，如何妥善处理该产业所形成的堆积如山的固体废弃物已刻不容缓。 通过资源回收再生利用技术，不但降低了成本，带来了良好的经济效益，而且也解决了传统原材料面临的枯竭问题，解决了严重破坏环境的污染源，节约大量处理废弃物所需耗费的物力和财力，体现了循环经济理念，为石料加工企业产生废料的资源化利用提供了可行的解决方法

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