燒結(jié)磚“鎂膨脹”危害及原因研究
燒結(jié)磚"鎂膨脹"是一個(gè)待定詞，之所以待定是因?yàn)榻刂鼓壳埃u瓦行業(yè)還沒有相應(yīng)的確切數(shù)據(jù)來支持，所以才借用水泥行業(yè)用詞來暫且代用，并且只是觀察到"現(xiàn)象"，并未涉及到其實(shí)質(zhì)，更深層次的論證還請磚瓦同行一起探討。
1．燒結(jié)磚"鎂膨脹"現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)
"鎂膨脹"雖然是一個(gè)新詞，但其現(xiàn)象很多人已經(jīng)見到過，幾乎和"石灰爆裂"現(xiàn)象一致，在沒有相關(guān)資料的情況下，都被其發(fā)生的表象蒙騙了。所以，在談"鎂膨脹"之前，我們還是來看看容易被混淆的另一種現(xiàn)象"石灰爆裂"。石灰爆裂是影響燒結(jié)磚質(zhì)量的一種現(xiàn)象，當(dāng)制磚原料中有石灰石存在，經(jīng)燒結(jié)后產(chǎn)品出現(xiàn)的質(zhì)量問題。行業(yè)為解決"石灰爆裂"現(xiàn)象，總結(jié)了很多方法，其中"人工揀選、降低粒徑、加強(qiáng)燒結(jié)、水淋消解"十六字方針最為典型，這種將解決"石灰爆裂"方法納入生產(chǎn)工藝的每個(gè)環(huán)節(jié)，很好地解決或減少了此危害發(fā)生，是比較成功的。如果生產(chǎn)線嚴(yán)格執(zhí)行了治理"石灰爆裂"的十六字方針，而產(chǎn)品依然出現(xiàn)嚴(yán)重的"石灰爆裂"現(xiàn)象，就令人百思不得其解了。下面筆者以自身經(jīng)歷簡單介紹這種現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程。
2010年河南省墻改辦組織全省隧道窯燒結(jié)技術(shù)培訓(xùn)講座，會(huì)后組織參觀了某生產(chǎn)線。該廠以煤矸石為原料生產(chǎn)燒結(jié)磚，由于原料中有一定量的石灰石，為確保產(chǎn)品質(zhì)量，在生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)、建設(shè)和實(shí)際生產(chǎn)中，嚴(yán)格了遵循了治理"石灰爆裂"的十六字方針，但產(chǎn)品堆放一段時(shí)間（幾個(gè)月甚至一年）后，發(fā)現(xiàn)部分產(chǎn)品依然出現(xiàn)嚴(yán)重的爆裂，且持續(xù)發(fā)展，導(dǎo)致出窯磚不敢直接銷售，必須經(jīng)過長時(shí)間堆放后，再揀選沒有發(fā)生爆裂的產(chǎn)品銷售，企業(yè)因產(chǎn)品質(zhì)量問題導(dǎo)致場地、成本壓力苦不堪言。
參觀期間，磚廠生產(chǎn)技術(shù)負(fù)責(zé)人與我探討成品"石灰爆裂"難題，了解了其生產(chǎn)工藝和相關(guān)數(shù)據(jù)。從該廠生產(chǎn)工藝總體來看，原料經(jīng)過格篩篩分，剔除了大塊石灰石，粉碎后的原料粒徑控制在2mm以下，焙燒窯燒結(jié)溫度960°-1000o，保溫時(shí)間合理，出窯磚及時(shí)水浸消解，其控制產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)、管理均在合理范圍內(nèi)。出窯產(chǎn)品外觀、質(zhì)量檢測等均合格，但存放幾個(gè)月或更長時(shí)間，成品磚緩慢出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象。從原料化驗(yàn)的數(shù)據(jù)來看，氧化鈣含量雖高，但由于采用了解決"石灰爆裂"的所有方法，從理論上講不會(huì)造成如此大的危害。特別是將出窯產(chǎn)品"水淋消解"工藝，改"水淋"為"水浸","水浸"時(shí)間不低于5min，確保石灰消解反應(yīng)充分。該廠從2008年投產(chǎn)到現(xiàn)在已經(jīng)三年之久，期間對此現(xiàn)象有很多專家提出不同看法，例如：浸泡出窯磚的水由于長時(shí)間重復(fù)使用，水中氧化鈣含量很高，達(dá)到飽和，不再消解反應(yīng)了。但通過換水后的效果來看，該現(xiàn)象沒有得到解決。
我當(dāng)時(shí)的觀點(diǎn)為"二次石灰爆裂"。由于燒結(jié)過程產(chǎn)生的液相量較多，包裹石灰石，冷卻后形成"鎧甲"，遇水后水分不能快速反應(yīng)，但隨著時(shí)間的推移，空氣中的水分通過"鎧甲"細(xì)微縫隙慢慢產(chǎn)生反應(yīng)，生石灰開始反應(yīng)導(dǎo)致"石灰爆裂"現(xiàn)象延遲出現(xiàn)。出現(xiàn)的時(shí)間和"鎧甲"形成的厚度、強(qiáng)度以及燒結(jié)時(shí)的窯爐溫度、保溫時(shí)間、液相量等有關(guān)。當(dāng)"鎧甲"較厚，強(qiáng)度高時(shí)，反應(yīng)較慢，反之則快。"二次石灰爆裂"雖然客觀存在，但危害很輕微，可以說是個(gè)別現(xiàn)象，這么嚴(yán)重的爆裂現(xiàn)象以此解釋，很是牽強(qiáng)。
2011年鄭州出現(xiàn)了"樓脆脆"事件，八幢已經(jīng)主體完工的樓體最終全部拆除。經(jīng)質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)檢測，認(rèn)為砌筑主體的燒結(jié)磚出現(xiàn)嚴(yán)重的"石灰爆裂"導(dǎo)致。從這個(gè)事件的燒結(jié)磚生產(chǎn)廠家來看，均出自鄭州周邊以煤矸石為原料的磚廠，與去年現(xiàn)場交流的磚廠屬同一地域，且原料和生產(chǎn)工藝相同。雖然有監(jiān)督機(jī)構(gòu)檢測和專家定論，但對磚廠生產(chǎn)工藝和采取的解決"石灰爆裂"措施來分析，我認(rèn)為這個(gè)結(jié)論難以自圓其說。
2012年，在安徽某地我又遇到了這類現(xiàn)象，雖然不是很嚴(yán)重，但由于用戶不斷的索賠，磚廠壓力很大，幾乎倒閉。
2."鎂膨脹"現(xiàn)象的發(fā)展過程"鎂膨脹"幾乎和"石灰爆裂"現(xiàn)象的表象一樣，都有著同樣的破壞磚體強(qiáng)度的共性。從外觀來看，磚體出現(xiàn)白色或灰白色爆裂點(diǎn)，檢測為強(qiáng)堿性，原料檢測一般為鈣的含量較高。唯一不同點(diǎn)是發(fā)生破壞的時(shí)間不同，石灰爆裂由于受水分因素影響，爆裂的時(shí)間很迅速，短的幾分鐘，慢的可為幾天到幾個(gè)月，一旦發(fā)生就會(huì)迅速造成危害。如果在"石灰爆裂"發(fā)生前或發(fā)生初期采取水淋消解的辦法，能控制危害的延續(xù)發(fā)生。而"鎂膨脹"發(fā)生的時(shí)間較晚且緩慢，可從月到年延續(xù)當(dāng)危害發(fā)生時(shí)，即使采用水淋、水浸都無法阻止其危害的繼續(xù)發(fā)展。
3."鎂膨脹"的理論借鑒和原理研究
這種類似"石灰爆裂"的現(xiàn)象對磚體強(qiáng)度造成的危害極大，而單單以"石灰爆裂"解決辦法卻阻止不了其發(fā)展，這一現(xiàn)象一直困擾著我。
筆者所在的鶴壁地區(qū)生產(chǎn)金屬鎂企業(yè)較多，其生產(chǎn)廢棄物金屬鎂渣（渣中金屬鎂含量6%~10%）曾替代石灰在建筑砂漿中使用，其建筑物一年之內(nèi)全部報(bào)廢，究其原因就是砌筑砂漿中的金屬鎂廢渣膨脹導(dǎo)致墻體坍塌。對這一現(xiàn)象的親身經(jīng)歷，使我聯(lián)想到這種類似"石灰爆裂"的現(xiàn)象，再查詢金屬鎂渣膨脹相關(guān)資料時(shí)，在水泥行業(yè)利用金屬鎂廢渣作為混凝土膨脹劑的一些論文資料得到了印證。
氧化鎂主要來源為白云巖，白云巖的主要成分是碳酸鈣鎂。白云巖煅燒至700~900℃時(shí)失去二氧化碳，成為氧化鈣和氧化鎂的混合物。氧化鈣和氧化鎂與水反應(yīng)可生成膨脹性的產(chǎn)物氫氧化鈣和氫氧化鎂，體積分別膨脹97.9％和148%。氧化鎂也可存在于石灰石中，在煅燒過程中會(huì)形成游離氧鎂（即方鎂石）。
原料中氧化鎂總量與游離氧化鎂沒有一定的比例關(guān)系，兩者隨原料成分和工藝條件不同比例變化很大。
氧化鈣和氧化鎂與水反應(yīng)可生成膨脹性的產(chǎn)物氫氧化鈣和氫氧化鎂，這是它們的共性，但其與水反應(yīng)所需要的時(shí)間相差很大。氧化鈣可快速反應(yīng)，其反應(yīng)速度是檢驗(yàn)石灰活性重要指標(biāo)，根據(jù)煅燒工藝、時(shí)間、溫度、原料純凈度等因素，一般在幾分鐘內(nèi)完成（當(dāng)出現(xiàn)"死燒"現(xiàn)象時(shí)，反應(yīng)較慢）。而氧化鎂反應(yīng)時(shí)間很慢，
從水泥生產(chǎn)企業(yè)利用氧化鎂渣作為混凝土膨脹劑資料來看，檢測時(shí)間最長為28天（混凝土最長養(yǎng)護(hù)期），但28天后氧化鎂依然膨脹，為使氧化鎂在28天內(nèi)達(dá)到指標(biāo)。采用細(xì)磨和添加石膏的辦法，激發(fā)氧化鎂前期膨脹。從氧化鎂這一特性中，可得到其膨脹反應(yīng)是緩慢的。
水泥行業(yè)利用氧化鎂的這種延遲膨脹性來彌補(bǔ)混凝土收縮的難題，取得了很多的經(jīng)驗(yàn)。
煤矸石中含有一定量的氧化鎂，其含量根據(jù)地區(qū)礦物組成和巖理構(gòu)造高低不等。以煤矸石為原料生產(chǎn)燒結(jié)磚時(shí)，氧化鎂為有害質(zhì)，主要表現(xiàn)為制品泛霜，嚴(yán)重時(shí)可在磚體內(nèi)膨脹，破壞其結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致產(chǎn)品強(qiáng)度下降，甚至出現(xiàn)廢品。從現(xiàn)有的磚瓦資料來看，氧化鎂對燒結(jié)磚的危害主要為泛霜，對其膨脹導(dǎo)致的嚴(yán)重后果幾乎無資料可查，究其原因應(yīng)為其主要出現(xiàn)在個(gè)別地區(qū)和少數(shù)磚廠。并且當(dāng)該現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，往往被認(rèn)為是"石灰爆裂",或者由于燒結(jié)導(dǎo)致的石灰石"死燒"出現(xiàn)的延遲爆裂，還有專家認(rèn)為是浸泡磚的水由于氧化鈣濃度較高導(dǎo)致不反應(yīng)等理論，但都無法解釋這一現(xiàn)象。之所以一直圍繞氧化鈣作文章，這主要是其膨脹后的表象和后果和"石灰爆裂"幾乎一樣。
針對燒結(jié)磚類似"石灰爆裂"這一現(xiàn)象，從氧化鎂渣膨脹原理來解釋較為合理。
這個(gè)現(xiàn)象之所以"難"以解釋，我認(rèn)為有幾方面的原因：一是不是普遍問題，地域性很強(qiáng)，目前來看只在少數(shù)以煤砰石為原料燒制磚瓦的生產(chǎn)線出現(xiàn)：二是利用煤矸石為原料燒結(jié)磚瓦在國內(nèi)普及的時(shí)間很短，只有不到二十年的時(shí)間，缺少相關(guān)的資料和研究；三是這個(gè)現(xiàn)象極具欺騙性，不但現(xiàn)象類似"石灰爆裂"，且化驗(yàn)結(jié)果都具有強(qiáng)堿性等，導(dǎo)致兩者難以區(qū)分，很容易將"鎂膨脹"誤導(dǎo)為"石灰爆裂"。
4．結(jié)束語
從以上發(fā)現(xiàn)到理論借鑒，可以看到燒結(jié)磚"鎂膨脹"現(xiàn)象是客觀存在的。由于其發(fā)展是一個(gè)漫長的過程，也是本文將其描述為"膨脹"而不是"爆裂"的原因。
