粉煤灰与水库淤泥制备烧结砖及性能研究

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0972

摘要/Abstract

摘要：

为解决水库淤泥与粉煤灰堆存造成的环境污染与资源浪费问题，本研究以夹河子水库淤泥为原料、粉煤灰为调质剂，采用模压成型法制备烧结砖试件，研究粉煤灰掺量和烧结温度对烧结砖体积密度、体积变化率、吸水率和抗压强度的影响，并结合TG-DSC、XRD及SEM分析其作用机理。结果表明：烧结温度的升高使所有烧结砖试件的抗压强度和体积密度增大、吸水率减小；粉煤灰掺量的增加使烧结试件的体积密度降低、吸水率升高。所有烧结砖试件的体积随烧结温度的升高均呈先膨胀后收缩的趋势，但其体积变化率与粉煤灰掺量呈负相关。随粉煤灰掺量增加，烧结砖试件的抗压强度在1 000 ℃时持续下降，在1 050~1 100 ℃时则呈先升后降趋势。微观分析表明：烧结温度的升高促进了熔融玻璃相的生成并形成更致密的微观结构，同时促进钠长石、钙长石及透辉石晶相的形成，从而提高烧结砖试件的抗压强度并降低吸水率。研究成果为高强、低成本的全固废基烧结砖工业化生产提供理论依据。

关键词: 水库淤泥, 粉煤灰, 烧结砖, 烧结温度, 微观分析, 体积变化率

Abstract:

To address environmental pollution and resource waste caused by reservoir sediment and fly ash stockpiling， this study used Jiahezi reservoir sediment as the raw material and fly ash as an modifier to fabricate sintered brick specimens by compression molding. The influences of fly ash content and sintering temperature on bulk density， volumetric change rate， water absorption and compressive strength were investigated， while the underlying mechanisms were elucidated by TG-DSC， XRD， and SEM analyses. Results show that increasing sintering temperature enhances compressive strength and bulk density while reducing water absorption across all sintered brick specimens. Conversely， higher fly ash content decreases the bulk density but increases the water absorption of sintered brick specimens. All sintered brick specimens exhibit an initial expansion followed by contraction as the sintering temperature increases. The volumetric change rate is negatively correlated with the fly ash content. At 1 000 ℃， compressive strength of sintered brick specimens continuously decreases with increasing fly ash content. In the range of 1 050~1 100 ℃， however， compressive strength increases first and then decreases. Microstructural analysis reveals that elevated sintering temperatures promote the formation of molten glass phase， resulting in a denser microstructure and facilitating crystallization of albite， anorthite， and diopside minerals， thereby enhancing compressive strength and reducing water absorption. These findings provide theoretical foundations for the industrial production of high-strength， low-cost sintered bricks entirely based on solid wastes.

Key words: reservoir sediment, fly ash, sintered brick, sintering temperature, microstructural analysis, volumetric change rate

中图分类号:

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图/表 12

表1 水库淤泥和粉煤灰的主要化学组成

Table 1 Main chemical composition of reservoir sediment and fly ash

Material	Mass fraction/%
Material	SiO₂	Fe₂O₃	Al₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	SO₃	Other	LOI
Reservoir sediment	53.79	4.52	14.48	8.76	3.10	2.44	1.89	0.19	10.83	9.60
Fly ash	44.30	5.00	32.77	6.89	0.63	0.93	0.54	2.13	6.81	4.47

图1 水库淤泥的XRD谱

Fig.1 XRD pattern of reservoir sediment

图2 粉煤灰的XRD谱

Fig.2 XRD pattern of fly ash

表2 试件的配合比

Table 2 Mix proportion of specimens

Sample No.	Fly ash mass/g	Reservoir sediment mass/g	Water mass/g
FA0	0	200	10
FA1	20	180	10
FA2	40	160	10

图3 水库淤泥烧结砖试件的制备过程

Fig.3 Preparation process for reservoir sediment sintered brick specimens

图4 水库淤泥的TG-DSC曲线

Fig.4 TG-DSC curves of reservoir sediment

图5 水库淤泥烧结砖试件的XRD谱

Fig.5 XRD patterns of reservoir sediment sintered brick specimens

图6 水库淤泥烧结砖试件的SEM照片

Fig.6 SEM images of reservoir sediment sintered brick specimens

图7 水库淤泥烧结砖试件的体积密度

Fig.7 Bulk density of reservoir sediment sintered brick specimens

图8 水库淤泥烧结砖试件的体积变化率

Fig.8 Volumetric change rate of reservoir sediment sintered brick specimens

图9 水库淤泥烧结砖试件的吸水率

Fig.9 Water absorption of reservoir sediment sintered brick specimens

图10 水库淤泥烧结砖试件的抗压强度

Fig.10 Compressive strength of reservoir sediment sintered brick specimens

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