碱回收白泥建材资源化利用的研究进展

刘来宝等人^[25]对碱回收白泥进行化学改性后，利用水泥熟料冷却产生的余热快速干燥白泥，并将其用于制备水泥熟料。当白泥掺量不超过6%时，所生产的水泥各项指标均能满足国家标准的要求。Buruberri等人^[26]以碱回收白泥、市政污泥、粉煤灰为原料，在1350℃下成功制备出水泥熟料。相比于当地工业制备熟料的温度（1450℃），该工艺的制备温度下降了100℃。Xu等人^[27]研究干碱回收白泥为原料代替石灰石制备水泥，探究水泥窑协同处理碱回收白泥的可行性及其对水泥的影响。结果表明，添加质量分数小于15%的碱回收白泥可提高熟料的易燃性，并降低碳酸钙分解和液相形成的温度。此外，碱回收白泥中磷等微量元素能降低熔融物的黏度，有利于水泥熟料中C₃S形成。Simão等人^[28]以碱回收白泥、生物质灰和城市污泥为原料制备生态水泥熟料，与少量石膏制备的水泥砂浆强度达21 MPa。

综上所述，在水泥生料中掺入碱回收白泥可降低熟料的制备温度，降低能耗；同时，碱回收白泥含有的微量元素有利于熟料中C₃S的形成。因此，碱回收白泥作为水泥生料之一制备熟料具有一定的可行性。

Oliveira等人^[29]在用碱回收白泥、粉煤灰和硅酸盐水泥制备水泥砂浆时发现，粉煤灰与碱回收白泥会增加浆体的屈服应力和黏度。在水泥浆中使用10％白泥和10％粉煤灰，其抗压强度最佳。冯乃谦^[30]利用碱回收白泥替代部分石灰膏和粉煤灰，制备建筑砂浆。研究表明，白泥可起到微集料效应，碱回收白泥砂浆的抗冻性能符合规范要求，其抗碳化性能、干缩性性能均优于石灰砂浆。Borinaga等人^[31]发现使用20%碱回收白泥替代制备地板辐射供暖系统使用的砂浆，可有效降低了砂浆的导热性和热惯性。碱回收白泥砂浆具有较高的孔隙率，超声脉冲速度随着碱回收白泥用量的增加而降低。碱回收白泥的掺入使板坯温度较好、较快分布。Sun等人^[32]将碱回收白泥作为填充材料，与作为前驱体的矿渣、粉煤灰碱活化黏合剂系统混合制备砂浆。研究表明，碱回收白泥的掺入会产生稀释效应，砂浆抗压强度随碱回收白泥掺量的增加而降低。图1为添加50%碱回收白泥糊状混合物断裂表面SEM图。如图1所示，未添加碱回收白泥的糊状混合物比掺入碱回收白泥的糊状混合物具有更致密的微观结构、更低的孔隙率和更小的毛细孔；而添加碱回收白泥得到的结构更松散。但当掺入50%的白泥时，砂浆抗压强度为普通硅酸盐水泥42.5倍的强度。图2为添加50%碱回收白泥糊状混合物固化后的背散射电子像。由图2可知，砂浆的主要反应产物为C-(N)-A-S-H型凝胶。随着白泥掺量的增加，水滑石形成量提升。

图 1  未添加和添加50%碱回收白泥的糊状混合物断裂表面的SEM图^[32]

Fig. 1  SEM images of fracture surfaces of paste mixtures with white mud dosage of 0 and 50%^[32]

图2  未添加和添加50%碱回收白泥的糊状混合物固化后的背散射电子像^[32]

Fig. 2  Back scattered electron images of cured paste mixtures with white mud dosage of 0 and 50%^[32]

碱回收白泥可作为掺料制备普通水泥砂浆和碱激发砂浆。碱回收白泥代替部分胶凝材料作为填充材料能产生微集料效应；与粉煤灰、矿渣复掺时能发挥良好的协同作用。目前，重点研究了碱回收白泥制备砂浆的抗压强度、抗冻性、抗碳化、干缩等性能及水化产物的形成。

关力维^[33]以碱回收白泥作为掺料与粉煤灰陶粒复合制备混凝土，利用正交实验考虑不同水胶比、碱回收白泥、粉煤灰、硅灰掺量等因素，对混凝土的配合比、力学性能及耐盐蚀性能进行研究。研究发现，少量碱回收白泥可提高陶粒混凝土的力学性能，最优掺量为3%；碱回收白泥和硅灰的适量加入使混凝土形成较密实的微观结构，有效地提升了混凝土的中、后期抗压强度与抗氯盐、硫酸盐腐蚀的能力；混凝土的氯离子迁移系数随龄期的增长而降低；推导的混凝土的氯离子扩散模型与实际情况相符。

冯乃谦^[30]利用碱回收白泥代替部分水泥及矿粉配制混凝土，用于多功能C30、C60强度等级混凝土的试验及生产应用，重点研究了混凝土工作性能、抗压强度、水化热、收缩、抗氯离子渗透性等。研究发现碱回收白泥掺量的增大使混凝土黏性增大，流动性降低，配制多功能混凝土具有可行性。

一方面，少量碱回收白泥在混凝土基体中可以产生微集料效应，促进水化的进行，提高基体的密实度与强度；而碱回收白泥与硅粉、矿粉的其他掺料复合则能发生明显的协同效应，提升混凝土的耐久性能。另一方面，混凝土的流动性能会因碱回收白泥掺量而受到较大的影响，这与碱回收白泥的自身物理特性有关。因此，碱回收白泥的掺量受到一定限制。

Qin等人^[34]采用脱水煅烧的碱回收白泥代替普通石灰制备蒸压砖和蒸压加气混凝土砌块，评估了混合物的脱水效率、有效石灰含量与结晶相。研究发现，在碱回收白泥脱水过程中，同时加入粉煤灰和水泥能获得最高的脱水效率。水泥、粉煤灰与碱回收白泥混合物脱水锻烧可制备出强度满足MU15、MU25和B07要求的蒸压制品。周茂贤^[35]在研究碱回收白泥制备蒸压灰砂砖的过程中指出，要使碱回收白泥在砖坯中能均匀分散且保证耐久性合格，白泥掺量应不超过15%。

Khunton等人^[36]利用10%碱回收白泥代替黏土制备烧结黏土砖。相较于普通烧结砖，在高温900、1000℃下烧结的碱回收白泥砖吸水率更大、抗弯性能更弱。黄榜彪等人^[37]研究了不同碱回收白泥掺量和烧结工艺对烧结页岩砖的性能影响，并对烧结温度为1050℃，碱回收白泥掺量为0、10%、15%、20%的样品分别进行了扫描电子显微镜分析（见图3）。图3（a）为纯页岩试块，表面平整，结构致密；图3（b）~图3（d）显示，随碱回收白泥掺量增多，试块内部产生大量的孔隙，且不连接的部位增多，呈现松散状态，这是因为碱回收白泥烧失量大，烧结后在砖中留下大量的孔隙。这些孔隙的形成可提高页岩砖的保温隔热性能。当烧结温度为950~1050℃时，相较于普通页岩烧结砖，碱回收白泥页岩烧结砖具有更高的孔隙率与更优异的保温隔热性能。研究指出，制备页岩烧结砖的碱回收白泥掺量控制在15%内可严格满足规范的各项要求。后续研究表明，当碱回收白泥掺量控制在10%内时，制备的页岩砖的石灰爆裂现象较少，抗压强度符合规范要^[38]。随着碱回收白泥掺量的增加，烧结页岩砖的抗压强度呈现先升后降的趋势；白泥掺量为10%时，抗压强度最高，同时抗冻能力较好^[39]。当碱回收白泥掺量20%时，在1050℃、保温时间7 h的条件下，成品砖的抗压强度及吸水率仍可符合《砌体结构设计规范》要求^[21]，尽管泛霜和石灰爆裂性能表现方面比普通烧结页岩砖差^[40]，但均符合GB 5101—2003要求。

图 3  不同碱回收白泥掺量制备的烧结页岩砖试块的SEM图^[37]

Fig. 3  SEM images of test block of sintering shale bricks recovered from white mud with different dosage of alkali^[37]

Madrid等人^[41]以水泥体积15%的碱回收白泥与水泥复合制备出的混凝土砌块具有优异的抗压强度。刘来宝等人^[42]将40%含水率的碱回收白泥与分散剂、促凝早强剂及表面活性剂等混合，经蒸汽养护制备成碱回收白泥-锂渣-水泥复合发泡保温墙体材料，并针对碱回收白泥的理化性质，在新型墙体材料方面开展应用研究^[43]，利用粉煤灰、水泥与碱回收白泥制备标准砖，产品抗压性能和耐久性满足规范要求。通过添加自制的改性剂，充分释放包裹于碱回收白泥颗粒中的水分，目的在于无需通过烘干碱回收白泥提高其掺量。

碱回收白泥可用于制备蒸压砖、烧结砖、混凝土砌块等墙体材料。墙体材料注重轻质、保温、隔热、隔音等性能，利用碱回收白泥制备的页岩砖具有更优异的保温隔热性能，但要限制白泥掺量，以减少石灰岩爆裂的现象。此外，掺入15%的白泥可制备混凝土砌块，但目前尚未对砌块的其他性能展开更多研究。

张旭东等人^[44]将碱回收白泥应用于陶瓷材料的制备，并对其开展低成本、无害化的研究。Qin等人^[45]将碱回收白泥、粉煤灰和不同的添加剂（页岩、珍珠岩、硅藻土、锯末）混合，制粒烧结制备陶粒。该陶粒具有较高的吸水率、孔隙率和筒体抗压强度。同时，通过碱回收白泥和粉煤灰等在低温烧结条件下制备斜长岩陶瓷^[46]，该陶瓷具有质量轻、吸水率高、化学稳定性好等特性。