第47卷第6期
2021年6月水力发电
邵勇，刘小丽，朱进军
(连云港职业技术学院，江苏连云港222006)
摘要：工业碱渣为制碱过程中产生的废弃物，目前常见的处理方式为堆放，不仅耗费了土地资源，且对环境造成一定的影响。为了实现工业碱渣的资源化再利用，利用工业碱渣与海相软土混合料进行烧结砖试验。试验表明，海相淤泥单烧后抗压强度仅为14.28MPa，随着碱渣掺量的提高，其强度随之增大。碱渣含量为15%时，烧结砖抗压强度可达21.42MPa，碱渣的掺入能大幅度提高烧结强度，且线缩率、烧失率、吸水率等技术指标都能满足普通烧结砖的规范要求。 关键词：工业碱渣；海相淤泥；再利用；烧结砖
Experimental Sthdy on Smtered Brick with Alkali Slag Marine Soft Soil Mixthre
厦门鼓浪屿日光岩简介SHAO Yong,LIU Xiaoli,ZHU Jinjun
(Lianyungang Technical Col W ae,Lianyungang222006,Jiangsu,China)
Abstrach：Industrial alkali slay is the waste produced in the process of soda production.The current cemmon treatment method is stacking,which not only censumes land resources but also has a certain impact on the e nvironment.-n order to realize the recycling of industrial alkali slay,the mixture of industrial alkali slay and marine soft soil is used to test sinWred bricks.The test shows that the cempressive strength of marine silt after single firing is only14.28MPa,and with the increase of alkali slay centent,its strength increases.When the alkali slay centent is15%,the cempressive strength of the sintered brick can reach
21.42MPa.The incerporation of alkali slay can greatly improve the sintering strength.Moreever,the indexes such as the
linear shrinkaye rate,the burnout rate and the water absorption rate can meet the specification requirement of ordinary sintered bricks.
Key Words：industrial alkali slay;marine silt;reuse;sintered brick
中图分类号：P642.16文献标识码：A文章编号：0559-9342(2021)06-0115-05
0引言
固体废物污染防治是生态环境保护的重要内容，我国大力提倡对固体废弃物进行减量化、资源化、无害化的“三化”原则，因此对固体废弃物的处理及应用具有重大意义。利用固体废弃物制作烧结砖是实现固体废物资源化的有效途径之一，不仅解决了固体废物的处理问题，且烧结砖作为一种常用的建筑材料，利用固体废弃物来制作可节省大量资源"目前对固体废弃物烧结砖已有一定的研究，袁永兵等（1：以干化太湖淤泥为主要原料进行烧结制砖研究表明，干化淤泥直接制成砖坯干燥线收缩率为7.6%，粉煤灰的掺入可进一步降低砖坯的总线收缩率，且并不会对制品的抗压强度产生较大影响。耿飞等（2：以太湖淤泥和粉煤灰为原料进行烧结砖试验表明，增加粉煤灰掺量，砖体吸水率增大，抗压强度降低。贾鲁涛等（：以湖泊淤泥为主要原材料、煤渣为瘠性料、生活污泥为成孔剂，在试验室采用真空挤压塑性成型技术制备并烧结得到烧结砖试样，当湖泊淤泥、煤渣和生活污泥的比重分别为85%、10%和5%时，可制备出干燥线性收缩为5.35%、吸水率为16.5%、抗压强度为20.5MPa的烧结砖试样。通过对已有研究的总结，目前对淤泥类烧结砖的研究有如下几个特点：（1）一般不以淤泥为单独原材料烧结制砖，掺合料有石灰、粉煤灰、煤矸石、页岩、铁尾矿等，其中粉煤灰较为常见⑸。通过这些掺合料的加入， 收稿日期:2020-10-01
基金项目：江苏省高校自然科学基金资助项目（17KJD56000-1）；连云港市科技计划资助项目（SH1513）
作者简介：邵勇（1982-），男，江苏连云港人，副教授，博士，主要从事岩土工程教学与科研工作.
Watrr Powrr Vol.67No.6
广州九龙湖度假区好玩吗水力发电
2021年6月
能够有效改善烧结砖的物理化学性质，使其各项技
术指标达到规范要求。
%2）淤泥类烧结砖有海相淤泥、河相淤泥、湖 相淤泥、生活污泥等（6：，其中生活污泥烧结砖还应 注意重金属的浸出问题，防止烧结砖使用过程中产 生环境污染。
% 3 ）烧结砖的烧成温度一般在900〜1 100七之 间，主要控制指标有线缩率、吸水率、抗压强度等, 其中最佳烧成温度并不是唯一值，因淤泥材料性质
和掺合材料性质不同，最佳烧成温度也存在差异。
根据已有的研究，直接采用淤泥制作烧结砖的 案例较少，一般均掺合石灰、粉煤灰等外加材料，
但是掺入工业碱渣的案例未见报道，因此针对海相 淤泥掺入工业碱渣制作烧结砖有待研究，工业碱渣 在高温环境下其性质有所提高（7：，故淤泥碱渣烧结
砖存在理论上的可行性。
1试验设计
淤泥与碱渣的配合比见表1 o 首先，将原料混
合均匀，根据质量计算加入适量自来水使混合物含 水率为40%，充分搅拌5 min ，拌合完成的原料装入 塑料袋闷料24 h o 设计砖块试样干密度为1.50
g/cm 3，将原料分3层压样成型，模具尺寸为7 cm b
7 cm b7 cm 。试样入模见图1。
图3 o 最后，烘干后的试样在高温炉进行烧结
图2试样脱模
图3烘干后试样
表1原材料配合比
%
试样标号
淤泥
碱渣
Z11000Z2
97
3
Z3946
Z4
919Z58812Z6
85
15
图1试样入模
试样在自然条件下风干48 h 拆模，试样脱模见
图2o 放入105 的烘箱内烘干24 h ，烘干后试样见
烧结温度分别为950、1 000、1 050七o 一般情
况下，在焙烧过程中，0〜200七为胚体剩余水分蒸 发阶段，400〜600七为粘土矿物分解阶段，800 ~ 900七为碳酸盐矿物分解阶段°因此，本次试验采 用3段焙烧制，即温度达200七后保持1h ，温度达
600七时保持2 h ，在相应烧结温度下保温烧结2 h ，
最后关闭加热装置让试样自然冷却，烧制完成。图 4为电阻炉，最高烧结温度为1 200弋，功率5 kW ，
电压220 V ，炉膛尺寸为300 mm X 200 mm b 150 mm o 烧 结 过程见 图 5 o 烧结 完 成见图 6 o
图4 电阻炉
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6
第47卷第6期邵勇，等：碱渣海相软土混合料烧结砖试验研究
图5烧结过程
1.30
35
电
。.
too/
翅
粥
属
浪
3
36912
碱渣含量/%
1.25
图7表观密度与碱渣含量的关系
图6烧结完成
2试验结果分析
本次试验设置3种烧结温度，分别为950、1000、1050弋，测试指标有表观密度、烧失率、线收缩率、吸水率及抗压强度。通过对样品的测试，当温度达1050时试样出现轻微过烧现象，对比试样各项指标发现，1000弋为最佳烧结温度。
2.1表观密度
图7为不同烧结温度下试样表观密度与碱渣含量的关系。从图7可以看出，随着碱渣含量的增加，试样表观密度略有降低，这是由于碱渣密度要小于淤泥质土，碱渣含量增大，试样密度降低。普通黏土砖表观密度为1.7〜1.9g/cm3，与普通黏土砖相比试样表观密度降低约17%。在不同烧结温度条件下，试样表观密度略有不同，烧结温度为1000
时表观密度最大，烧结温度1050时最小，这是由于过烧导致试样体积轻微膨胀，致使表观密度降低，而烧结温度为950弋时烧结不够充分，质量损失小，致使其表观密度略小。
2.2烧失率
图8为不同烧结温度下试样烧失率与碱渣含量的关系。从图8可以看出，随着碱渣含量的增加，试样烧失率逐渐降低，因为碱渣的增加导致淤泥质土含量相对减少，有机质的烧失量减少。不同烧结温度条件下，样品烧失率差别不大，均在10%附近。
14
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8:
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4
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碱渣含量/%
图8烧失率与碱渣含量的关系
2.3线收缩率
图9为干燥线收缩率与碱渣含量的关系。从图9可以看出，碱渣的掺入能够降低试样干燥收缩率，碱渣掺量由0增加至15%时，试样干燥线收缩率由9.1%降低至7.2%。图10为不同烧结温度下试样烧成线收缩率与碱渣含量的关系。从图10可以看出，随着碱渣含量的增加，试样烧成线收缩率逐渐降低，因为
碱渣在高温条件不仅没有收缩，相反有轻微的膨胀。不同烧结温度条件下，试样烧成线收缩率均在3%附近。
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碱渣含量/%
图9干燥线收缩率与碱渣含量的关系
2.4吸水率
图11为不同烧结温度下试样吸水率与碱渣含量的关系。从图11可以看出，随着碱渣含量的增加，试样吸水率逐渐降低。不同烧结温度条件下，样品
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69 12碱渣含量/%
15 18
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3
图112.5抗压强度
图10烧成线收缩率与碱渣含量的关系
吸水率在15%〜25%之间°
25
首：mH
1 050
6
9
12 15
18
碱渣含量/%
吸水率与碱渣含量的关系
图12为不同烧结温度下试样抗压强度与碱渣含 量的关系°从图12可以看出，随着碱渣含量的增 加，试样抗压强度逐渐增大°其中，烧结温度为
1 000 时抗压强度最大, 烧结温度 950 次之, 烧
结温度为 1 050 时最小 ， 且烧结温度为 1 050 时
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有轻微过烧现象°烧结温度为1 000 时，不掺入
碱渣的试样抗压强度为14.28 MPa ，随着碱渣的增 加，试样抗压强度逐渐增大，当碱渣含量为15%
时，试样抗压强度为21.42 MPa ，说明碱渣能够有 效改善烧结砖的强度°
9
12
15
碱渣含量/%
江南旅游景点大全图12抗压强度与碱渣含量的关系
2. 6碱渣烧结砖与粘土砖对比分析
图13为碱渣淤泥砖与普通粘土砖对比° 2种砖
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的烧结温度均为1 000弋，且制备及烧结条件一致°
普通粘土砖的抗压强度为18.23 MPa °从图13可以 看出，随着碱渣的掺入量达6%时，碱渣淤泥烧结 砖的抗压强度与普通粘土砖基本相当，碱渣掺量继
续增加后 , 碱渣 淤泥 砖 的 抗 压 强 度 要 明 显 高 于 普 通
粘土砖°
5
15
0 3 6 9 12碱渣含量/%
图13碱渣淤泥砖与普通黏土砖对比
2.7冻融试验结果分析
本次试验参照GBT 2542—2012《砌墙砖试验方
法》进行冻融试验，共进行了 125次冻融循环。图
14为冻融试验结果°从图14可以看出，在冻融循环 次数分别为25、50、75、100次和125次时，不掺 碱渣的淤泥烧结砖质量损失率分别为0. 13%、
0.17%、0.28%、0.34%、0.45% , 随着碱渣含量 的增加，冻融循环质量损失率略有增加；当碱渣含 量为15%时，质量损失分别为0.21%、0.32%、
0.41%、0.8%、0.69% ，均未超过规范要求的 2% °说明各试样均满足烧结普通砖的技术要求，具
有良好的抗冻性能。
鼓浪屿一日游最佳路线%/<；水密*無
0 3 6 9 12 15
碱渣含量/%
图14冻融试验结果
3结语
通过本文烧结试验，在海相淤泥中掺入工业碱
渣后，烧结砖的性能得到了明显提高，各项指标均
能满足普通烧结砖的规范要求。在冻融循环试验中, 各试样质量损失率均未超过2% °在本文试验条件
下，掺入工业碱渣15%时，烧结砖的抗压强度可达
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第47卷第6期邵勇，等：碱渣海相软土混合料烧结砖试验研究
21.42MPa，而普通粘土砖为18.23MPa，抗压强度提高约17.5%，说明工业碱渣的掺入有效提高了淤泥烧结砖的强度。为了保护耕地节约资源，我国大部分城市禁用粘土烧结制砖，因此利用工业碱渣及淤泥这种固体废物烧结制砖是一举多得之举。
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%责任编辑焦雪梅)
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
(上接第114页)沉降量中间小，两侧大，不均匀沉降最小，约为2.00mm。整个施工安装过程中，由于升压站上部组块荷载所导致的承台不均匀沉降在2〜13mm之间。
5结论
采用ABAQUS数值模拟方法，开展江苏岸外辐射沙洲区域某海上升压站上部组块平移安装过程中高桩承台沉降和桩受力分析，得到了以下主要结论：
%1)在海上升压站上部组块平移安装过程中，当上部组块移动到高桩承台1/2处，承台的两侧的不均匀沉降达12.43mm，为最危险工况，在实际安装施工过程中，应监测承台不均匀沉降的情况。整个施工安装过程中，由于升压站上部组块荷载所导致的承台不均匀沉降在2〜13mm之间。
%2)承台下表面与斜桩相连接附近，最大等效应力出现在承台下表面与斜桩连接附近，最大拉应力为3.11MPa，发生于工况1；最大压应力8.02 MPa，发生于工况2。桩身最大等效应力为8.40 MPa，发生于工况4，桩身应力主要集中在各桩身上部，泥面以下桩身由于受到土体的摩擦力及土体抗力作用，所受应力迅速减小。
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Wa#厂Power Vo*.,7No./
