礦渣磚

礦渣磚是以石灰和粒化高爐礦渣或重礦渣為主要原料製成的蒸汽養護磚。為激發礦渣活性可加入少量石膏。以粒化高爐礦渣為硅質材料製成的稱為粒化高爐礦渣磚，簡稱礦渣磚；以重礦渣為硅質材料製成的稱為重礦渣磚 ^[2]  。

礦渣磚是以鍊鐵礦渣、生石灰為主要原料，經過機械粉碎、拌合、輸送、擠壓、成型的免燒磚。它的規格尺寸與黏土磚一致，即：240 mm×115 mm×53 mm。目前，已廣泛運用，主要用於渠道防滲、水工建築物配套、工業及民用建築等領域 ^[3]  。

礦渣磚以高爐水渣和石灰為主要原料、必要時加入集料和適量石膏，經壓制成型、蒸壓養護或自然養護而製成的建築用磚。礦渣磚的容重為2000kg/m³—2100kg/m³、吸水率為7—10%、抗壓強度達9.8MPa—19.6MPa。抗凍性能良好。適用於地下和水下建築，不適用250℃以上的部分。還可應用在一般工業與民用建築的牆體 ^[4]  。

1.礦渣磚的質量高、強度大。礦渣免燒磚顏色為灰白色，外觀光潔、稜角分明、十分整齊，比黏土磚漂亮。

2.抗凍性強，後期強度大。礦渣磚在乾燥狀態下，讓其充分吸水飽和後，吸水率僅為2.8%~5.3%，經25次凍融循環，抗折強度、抗壓強度僅降低5%~8%，而且不起皮、不炸裂、不變形，表現了優異的抗凍性，經過多次觀察和試驗，礦渣磚的強度隨時間的延長而不斷增長，在濕潤狀態下，其強度增長較快 ^[3]  。

3.與水泥結合性好。無論在新的還是舊的磚砌體表面進行水泥砂漿抹面或澆築砼，結合面都相當緊密，經過多年的風吹日曬、雨雪侵蝕、凍融考驗，結合面依然完整無損。礦渣磚加水泥砂漿抹面防滲渠道，經過五年的冬季過水考驗，抹面無裂縫、無剝落現象 ^[3]  。

4.成本低。礦渣作為廢棄物，價格低廉、制磚工藝簡單，建廠投資較低，生產出的礦渣產品價格與黏土磚接近，一般為100元/千塊~115元/千塊，市場競爭力較強 ^[3]  。

5.利於環保。生產礦渣磚首先是保護耕地、避免毀田。以年產500萬塊的磚廠計算，每年可保護耕地0.33hm²~0.53hm²，臨汾市堯都區目前共有30餘座礦渣磚廠，年可保護耕地17hm²~27hm²。其次是節約能源，降低能耗。每生產1萬塊黏土磚平均耗標準煤1.3t，1座年產500萬塊的礦渣磚廠可節約標準煤達650t。生產礦渣磚既無“三廢排放”，又能消化大量廢渣，同時能保護大量耕地，所以礦渣磚是一種環保型的新型產品 ^[3]  。

礦渣免燒磚生產工藝包括三大部分：原料製備工藝、成型工藝、養護工藝。原料製備工藝包括:各種塊狀礦渣、石灰粉碎處理、篩選、磁選、細磨加工、配製、注水、攪拌。成型工藝包括：傳輸、喂料、機械成型、搬運。養護工藝包括：碼放、灑水、覆蓋等，下面逐一介紹 ^[3]  ：

(1)粉碎石灰。將生石灰放入粉碎機進行粉碎，過篩粉碎粒度小於3mm。

(2)礦渣篩選、磁選。礦渣要經過三道皮帶運輸機進行篩選與磁選，每一道皮帶運輸機的高端都安裝有磁選機篩選的鐵篩，三道皮帶輸送機的篩選孔直徑分別為:30mm，10mm，3mm。磁選的作用主要是防止礦渣中的鐵粒對模具造成損壞。

(3)原料配製。將粉碎後的石灰、篩選後的礦渣，按1∶8~1∶9(重量比)的比例進行調配配合，翻攪均勻。

(4)灑水悶制。根據原料的濕度進行補充灑水，粗略的控制含水量方法是“手握成團、落地鬆散”。原料含水量經實測為12%~16%。春秋季稍低，夏季應稍高些。灑水悶制3h~6h便可進行混碾。

(5)原料混碾。用皮帶輸送機將混合均勻的原料送入混碾機中進行細磨，以便使活性物質在養護期間充分反應化合。

(6)喂料、壓制成型。混碾後的原料通過喂料斗送入制磚機，然後在規定的壓力下壓制成磚型。

(7)磚坯轉移、碼垛。磚坯成型後，人工裝入平車推送至養護場地進行碼垛養護。

(8)養護。磚坯堆放整齊後最好是用塑料布遮蓋養護。在常温自然養護下，在最初三天磚坯需水量較大，須3h灑水一次，以後每天三次即可，灑水養護10d後可自然晾乾至28d出廠，養護的作用就是讓磚中的活性物質充分反應、凝固，以增強磚體的早期強度 ^[3]  。

礦渣磚渠道主要是採用礦渣磚和M8水泥砂漿砌築而成的一種新型襯砌渠道。該渠道適宜流量為0.05m³/s~1.0m³/s。渠道過水斷面為矩形，規格有：40cm×40cm，50cm×50cm，60cm×70cm，80cm×90cm，90cm×100cm，100cm×120cm等6種，渠深60cm以下，側牆厚24cm；渠深60cm以上，側牆厚37cm。側牆頂部磚層採用立砌型式(虎頭磚)，其餘採用平砌型式(若凍脹條件允許，可採用變截面型式以節省投資)，對於灌排兩用渠道，側牆內側的磚砌體表面採用M10砂漿勾縫；對於灌溉渠道，牆體內側表面採用M10砂漿抹面，厚度1.0cm。為減少凍土壓力，填方渠段的側牆外側一般最多隻填土至渠深的1/2，挖方地段的側牆外側(特別是陰坡段)需換填砂礫土或黑質礦渣，厚度一般為0.4m~0.6m。渠底一般採用現澆C20混凝土澆築，厚度10cm。在地下水位較高的地段，渠基採用黑質礦渣或砂礫石夯壓密實，厚度不小於35cm；在地下水位較低渠段，渠基採用3∶7灰土夯實，厚度20cm ^[5]  。

防滲渠道的使用壽命主要取決於渠道的穩定性，而渠道的穩定性在渠基堅實的情況下主要取決於側牆所受的水平壓力。在北方地區，水平壓力主要是凍土壓力，決定凍土壓力的主要因素是温度、濕度及土質。從實際觀測情況看，土體温度及濕度是關鍵因素 ^[5]  。

對處於陰坡或含水量較大的土體，由於壤土的水分遷移和冰晶凝析作用較大，應採用砂礫土或雜填土更換壤土的方法來減少凍害。

與薄壁混凝土渠道相比，礦渣磚防滲渠道具有側牆壁厚、土體保温性好、剛性大、抗傾覆力強的特點。矩形礦渣磚渠道側牆不依靠牆后土體支撐，獨立性強，因此當牆后土體發生濕陷和缺失時，渠道側牆依然完好，這一點與U型或梯形混凝土渠道有着本質的區別，這是礦渣磚渠道穩定性較好的主要原因。此外，礦渣磚渠道厚實的側牆還可抵禦較大外荷載的衝擊 ^[5]  。

礦渣磚被當作混凝土預製塊用於渠道襯砌，它在渠道工程中以較強的抗凍性和較高的力學強度維護着渠道的穩定與安全。

礦渣磚防滲渠道與砌石、混凝土及其他防滲渠道相比:一是施工簡便。礦渣磚襯砌渠道時，從襯砌到抹面一次完成，不需機械設備、模板、支撐架等，技術易於掌握，施工速度快、工效高。二是價格低廉。斷面60cm×60cm礦渣磚渠道綜合造價為80元左右，比同型號砌石渠道低5%，比混凝土渠道低10%。三是結實耐用。礦渣磚與水泥化學成分基本相同，結構緊密，不會出現脱皮、剝落現象。四是維修方便。礦渣磚渠道損壞後修復或變更出水口等建築物位置較其他渠道容易方便 ^[5]  。