宁波宁海建筑陶粒二次开发应用项目

随着我国城市化进程的快速发展，城市建设速度也在不断加快，然而建设过程中产生的宁波宁海建筑垃圾数量逐年剧增，当前我们正面临着垃圾包围城市的严重局面。我国的宁波宁海建筑垃圾占到城市垃圾总量的30%～40%

E－mail:778518009qq．现存量已超20亿吨，每年新产生宁波宁海建筑垃圾超过数亿吨，预计到2020年将达到50亿吨左右。

传统的宁波宁海建筑垃圾处理方式只是简单的露天堆放或者就地掩埋，由于宁波宁海建筑垃圾的数量庞大，成分组成复杂，简单的处理方式不仅污染环境、占用宝贵土地，而且大量堆放也会产生安全隐患。2015年，深圳光明新区“12·20”特大滑坡事故就是由于宁波宁海建筑［2］再生资源，我国宁波宁海建筑垃圾现存量极大，应科学地将宁波宁海建筑垃圾进行资源化利用，提高其附加值，完善资源配置。宁波陶粒厂家用于建筑、回填、保温多彩陶粒云中石送宁海、奉化、镇海、慈溪杭州湾

目前，实现宁波宁海建筑垃圾的再生资源化利用，成为备受关注的研究课题。一些研究人员利用宁波宁海建筑垃圾制备再生泡沫混凝土，对其配合比和基本性能进行了［35］朱万旭，张瑞东，周红梅，高逸豪比，最佳配合比条件下免烧宁波宁海建筑高强度陶粒的筒压强度为7.2MPa，堆积密度为910kg·m。并以自制宁波宁海建筑高强度陶粒为轻骨料，水泥为垃圾大量堆放引起的。宁波宁海建筑垃圾是一种宝贵的研究，实现了宁波宁海建筑垃圾的再生资源化利用。刘12018No.6朱万旭，等:宁波宁海建筑垃圾免烧型宁波宁海建筑高强度陶粒的研制及其应用研究83富业［6］利用宁波宁海建筑垃圾制作生态透水砖，研究了生态透水砖的物理力学性能和使用功能。然而，我国对宁波宁海建筑垃圾的资源化利用率相对较低，仅仅是将宁波宁海建筑［79］［1011］对较少。

为实现宁波宁海建筑垃圾的再生资源化，本文以宁波宁海建筑垃圾粉碎细化得到的再生微粉料作为宁波宁海建筑高强度陶粒制备的原材料，通过免烧成球工艺研制出一种绿色环保的免烧型宁波宁海建筑高强度陶粒，并制备出一种吸声性能良好的水泥基宁波宁海建筑高强度陶粒吸声材料，应用于轨道交通噪声治理，为宁波宁海建筑垃圾再生利用探寻新的途径。

1试验1．1原材料1)宁波宁海建筑垃圾:取自广西科技大学附近某小区新拆除的框架结构旧宁波宁海建筑物，以废弃混凝土碎块为主，同时含有少量的烧结黏土砖和废瓷砖碎片。采用颚式破碎机破碎，过200目方孔筛得到宁波宁海建筑垃圾再生微粉，筛余量小于5%。宁波宁海建筑垃圾再生微粉的粒度分布和XＲD谱分析如1、2所示。由谱分析可知，再生微粉的主要成分是SiO2和CaCO3。

1宁波宁海建筑垃圾再生微粉的粒度分布Fig．1Particlesizedistributionoftheconstructionwasterecycledfinepower2宁波宁海建筑垃圾再生微粉的XＲD谱Fig．2XＲDpatternsofconstructionwastewasterecycledfinepower2)粉煤灰:选用广西柳州发电有限责任公司的Ⅰ级粉煤灰，细度为45um，筛余量为11.5%。3)水泥:本试验选用柳州鱼峰水泥集团生产的42．5级普通硅酸盐水泥。

4)外加剂:生石灰、石膏粉作为碱性激发剂，固体硅酸钠作为黏结剂。

5)水:普通自来水。1．2宁波宁海建筑高强度陶粒制备工艺1．2．1制备工艺流程宁波宁海建筑垃圾再生微粉制备免烧宁波宁海建筑高强度陶粒的工艺流程如3所示。宁波陶粒厂家用于建筑、回填、保温多彩陶粒云中石送宁海、奉化、镇海、慈溪杭州湾

3免烧宁波宁海建筑高强度陶粒制备工艺流程Fig．3Processchartofpreparingnonsinteringceramsite1．2．2造粒机成球原理宁波宁海建筑高强度陶粒制备采用郑州实锦机械设备有限公司的ZL5500×160型圆盘造粒机，调整造粒机圆盘倾角在35°左右为宜。造粒机成球原理主要是依靠造粒机转动时提供的机械外力和物料水化反应产生的凝聚力来共同完成。

首先，混合物料在激发剂和水的作用下进行水化反应，产生具有粘结作用的凝胶体，随着造粒机圆盘的转动，在机械摩擦力的作用下粉料凝结成核。然后，随着水化反应的继续，出现球状颗粒，造粒进入第二个阶段，即小球粒的长大阶段。这个阶段小球粒受到的机械力明显增大，随着球粒的不断长大出现分级现象，不同粒径的球粒按照各自的轨迹在盘内进行不规则的螺旋线运动。此时，造粒进入密实阶段也称作强度提高阶段，在机械离心力的作用下球粒运动速度很快，球粒内部结构更加密实，强度得到提高，球粒外层不断包裹粉料，当粒径增大到目标球粒的粒径时便完成造粒。1．3正交试验设计在确定宁波宁海建筑垃圾再生微粉制备宁波宁海建筑高强度陶粒的最佳物料配合比时，以宁波宁海建筑垃圾、粉煤灰和水泥3种主要原材料为影响因素，进行3水平3因素正交试验设计，每组试验中生石灰用量为15g，石膏粉为30g，硅酸钠为5g，正交试验因素水平见表1。

垃圾粉碎得到的粗集料用于再生混凝土和再生砖，对于宁波宁海建筑垃圾再生微粉的再生利用研究相284四川宁波宁海建筑科学研究第44卷表1正交试验因素水平Table1Orthogonaltestfactorlevelsg水平因素宁波宁海建筑垃圾A粉煤灰B水泥C1751755021002007531252251001．4性能测试本试验制备的宁波宁海建筑高强度陶粒属于轻集料范畴，根据国标《轻集料及其试验方法第2部分:轻集料试验方法》(GB/T17341．2—2010)，对宁波宁海建筑高强度陶粒的筒压强度、堆积密度和吸水率进行测试。

2试验结果与分析按照正交设计换算得到9组物料配合比试验方案，以28d筒压强度和堆积密度为考查指标进行宁波宁海建筑高强度陶粒物料制备最佳配合比确定。2．1正交试验结果正交试验方案结果与极差分析见表2、3。

表2正交试验方案及结果Table2Orthogonaltestprogramandresults堆积密度/MPa/(kg·m－3)S1A1B1C16．3899S2A1B2C28．3915S3A1B3C38．6924S4A2B1C26．1900S5A2B2C310．2939S6A2B3C16．6889S7A3B1C311．9949S8A3B2C16．2914S9A3B3C27．9917表3正交试验极差分析Table3Therangeanalysisoforthogonaltest项目筒压强度/MPa堆积密度/(kg·m－3)ABCABCk17．78．16．4913916901k27．68．27．4909923911k38．77．710．2927910937Ｒi1．10．53．8181336活性更低，因而对宁波宁海建筑高强度陶粒的性能影响更加明显。2)若是以筒压强度较大值作为考查指标来确定物料配合比，此时物料的最优水平组合方案为A3B2C3，此方案在正交试验中并未出现，但从此方案组合配合比中可以看出，宁波宁海建筑垃圾的利用率较高，能够达到26.3%，但是水泥的使用量占到物料配合比21.1%，水泥消耗量较大，同时会增加宁波宁海建筑高强度陶粒的密度，所以此方案不能作为最优水平组合。若是以最小筒压强度作为组合方案，此时的组合方案为A2B3C1，此方案是正交试验组S6，宁波宁海建筑垃圾的利用率为23.5%，而且水泥的消耗量只占物料的11.8%，此时宁波宁海建筑高强度陶粒的筒压强度为6.6MPa，已经达到［12］3)选取宁波宁海建筑高强度陶粒堆积密度的最小k值作为物料配合比确定依据，此时所对应的组合方案为A2B3C1，也是正交试验组S6，此时宁波宁海建筑高强度陶粒的堆积密度为889kg·m－3。从宁波宁海建筑垃圾的利用率以及水泥的消耗量来综合考虑，可以选择A2B3C1为最优配合比方案。2．2宁波宁海建筑高强度陶粒基本物理性能通过正交试验得到制备宁波宁海建筑高强度陶粒物料的最佳配合比为:宁波宁海建筑垃圾100g、粉煤灰225g、水泥50g、生石灰15g、石膏30g、硅酸钠5g。根据最佳配合比制备出粒径为1～8mm的宁波宁海建筑高强度陶粒，宁波宁海建筑高强度陶粒样品如4所示。

4宁波宁海建筑高强度陶粒样品Fig．4Ceramsitespecimens根据国家标准GB/T17341．2—2010对批量制备的宁波宁海建筑高强度陶粒进行基本的物理性能测试，测试结果见1)从表3极差计算结果可以看出，水泥用量对表4。

表4宁波宁海建筑高强度陶粒的基本物理性能宁波宁海建筑高强度陶粒的筒压强度和堆积密度这两个指标影响最大，而粉煤灰用量对宁波宁海建筑高强度陶粒的筒压强度和堆积密度影响相对较小。出现这种结果的原因可能是因为水泥作为一种特殊的凝胶体，其自身密度较大，对宁波宁海建筑高强度陶粒的孔隙结构以及密实度影响比较大，因此水泥用量变化会对宁波宁海建筑高强度陶粒的筒压强度和堆积密度的影响特别明显。而宁波宁海建筑垃圾和粉煤灰两者相比，虽然同属固体废弃物范畴，但是宁波宁海建筑垃圾的组成更加复杂，且再生微粉的Table4Thebasicphysicalpropertiesofceramsite筒压强度堆积密度表观密度/MPa/(kg·m－3)/%7．2910163917．5由表4可以看出，制备的宁波宁海建筑高强度陶粒密度等级为900级，筒压强度为7.2MPa，基本物理性能指标满足标准GB/T17341．1—2010中规定的高强人造轻集料技术指标。

了高强人造轻集料最低标准值6.5MPa。

试验编号ABC筒压强度/(kg·m－3)1h吸水率32018No.6朱万旭，等:宁波宁海建筑垃圾免烧型宁波宁海建筑高强度陶粒的研制及其应用研究853应用研究本文以宁波宁海建筑垃圾宁波宁海建筑高强度陶粒为骨料制成的多孔水泥基宁波宁海建筑高强度陶粒吸声降噪材料，其抗折强度为2.5～3.3MPa、抗压强度为10～12MPa，能够满足水泥基宁波宁海建筑高强度陶粒吸声材料抗折强度大于2MPa、抗压强度大于8MPa的力学性能要求。经过试验得到地铁轨道交通吸声降噪材料的配合比为:粒径范围为1～8mm宁波宁海建筑高强度陶粒为60%～65%、水泥为30%～35%、水灰比为0.24～0.28、外加剂为0.5%～1.5%。将各材料组分进行混合拌制，制作出直径为96mm，高度分别为100mm、120mm、150mm的圆柱体吸声试件，如5所示。采用杭州爱华AWA6128型驻波管吸声系数测试仪进行材料吸声系数测试，测试仪如6所示。

采用声学驻波管法测试出宁波宁海建筑高强度陶粒吸声材料的吸声系数曲线，如7所示。宁波陶粒厂家用于建筑、回填、保温多彩陶粒云中石送宁海、奉化、镇海、慈溪杭州湾

根据测试结果可以得到吸声试件的平均吸声系数都在0.55以上，具有较好的吸声性能，而100mm高度的试件在630Hz的吸声系数达到了0.92。由7中吸声系数曲线可以看出，3种不同高度的吸声曲线变化趋势相近，但是随着试件高度的增加，峰值吸声系数有向低频移动的趋势。

在试验研究的基础上，广西科技大学与柳州汉西鸣建材发展有限公司合作，研制出铺设于地铁道床的宁波宁海建筑高强度陶粒混凝土吸声板，如8所示。并通过上海宁波宁海建筑科学研究院对吸声板的降噪性能进行了检测，得到吸声板的降噪系数(NＲC)为0.8，吸声降噪性能达到了国家Ⅰ级标准，具有理想的吸声降噪效果。宁波宁海建筑高强度陶粒混凝土吸声板在南宁地铁2号线的应用如9所示。

8宁波宁海建筑高强度陶粒混凝土吸声板Fig．8Ceramsiteconcreteacousticpanels5不同厚度吸声试件Fig．5Differentthicknesssoundabsorbingspecimens6AWA6128型驻波管吸声系数测试仪Fig．6SoundabsorptioncoefficienttesterofAWA6128standingwavetube7不同厚度试件的吸声系数曲线Fig．7Differentthicknessspecimensofthesoundabsorptioncoefficientcurves9吸声板地铁降噪应用Fig．宁波陶粒厂家用于建筑、回填、保温多彩陶粒云中石送宁海、奉化、镇海、慈溪杭州湾9Applicationofacousticpanelsforthemetronoisereduction4结论1)以宁波宁海建筑垃圾再生微粉料、粉煤灰和水泥为原料制备完全免烧型宁波宁海建筑高强度陶粒的最佳物料配合比为:m(再生微粉)∶m(粉煤灰)∶m(水泥)∶m(生石灰)∶m(石膏)∶m(硅酸钠)=20∶45∶10∶3∶6∶1，宁波宁海建筑垃圾的利用率能够达到23.5%，能够有效地实现宁波宁海建筑垃圾再生资源化利用。

2)以最佳物料配合比试验方案制备得到的宁波宁海建筑高强度陶粒，其筒压强度为7.2MPa、堆积密度为910kg·m－3、表观密度为1639kg·m－3、1h吸水率为486四川宁波宁海建筑科学研究第44卷17.5%，能够满足GB/T17431．1—2010中规定的高强人造轻集料900级的技术要求。宁波宁海建筑垃圾宁波宁海建筑高强度陶粒制备工艺简单、耗能低，能变废为宝，可以进行批量生产，符合我国宁波宁海建筑高强度陶粒的发展方向。

3)利用宁波宁海建筑垃圾免烧宁波宁海建筑高强度陶粒制备的水泥基吸声材料，平均吸声系数为0.55，630Hz处的峰值吸声系数达到0.92，应用于地铁噪声治理的吸声板降噪系数(NＲC)达到了0.8，是一种较为理想的吸声降噪材料，具有广阔的工程应前景。