烧结砖“镁膨胀”危害及原因研究

烧结砖“镁膨胀”危害及原因研究

烧结砖"镁膨胀"是一个待定词，之所以待定是因为截止目前，砖瓦行业还没有相应的确切数据来支持，所以才借用水泥行业用词来暂且代用，并且只是观察到"现象"，并未涉及到其实质，更深层次的论证还请砖瓦同行一起探讨。

1．烧结砖"镁膨胀"现象的发现

"镁膨胀"虽然是一个新词，但其现象很多人已经见到过，几乎和"石灰爆裂"现象一致，在没有相关资料的情况下，都被其发生的表象蒙骗了。所以，在谈"镁膨胀"之前，我们还是来看看容易被混淆的另一种现象"石灰爆裂"。石灰爆裂是影响烧结砖质量的一种现象，当制砖原料中有石灰石存在，经烧结后产品出现的质量问题。行业为解决"石灰爆裂"现象，总结了很多方法，其中"人工拣选、降低粒径、加强烧结、水淋消解"十六字方针最为典型，这种将解决"石灰爆裂"方法纳入生产工艺的每个环节，很好地解决或减少了此危害发生，是比较成功的。如果生产线严格执行了治理"石灰爆裂"的十六字方针，而产品依然出现严重的"石灰爆裂"现象，就令人百思不得其解了。下面笔者以自身经历简单介绍这种现象的发现过程。

2010年河南省墙改办组织全省隧道窑烧结技术培训讲座，会后组织参观了某生产线。该厂以煤矸石为原料生产烧结砖，由于原料中有一定量的石灰石，为确保产品质量，在生产工艺的设计、建设和实际生产中，严格了遵循了治理"石灰爆裂"的十六字方针，但产品堆放一段时间（几个月甚至一年）后，发现部分产品依然出现严重的爆裂，且持续发展，导致出窑砖不敢直接销售，必须经过长时间堆放后，再拣选没有发生爆裂的产品销售，企业因产品质量问题导致场地、成本压力苦不堪言。

参观期间，砖厂生产技术负责人与我探讨成品"石灰爆裂"难题，了解了其生产工艺和相关数据。从该厂生产工艺总体来看，原料经过格筛筛分，剔除了大块石灰石，粉碎后的原料粒径控制在2mm以下，焙烧窑烧结温度960°-1000^o，保温时间合理，出窑砖及时水浸消解，其控制产品质量的技术、管理均在合理范围内。出窑产品外观、质量检测等均合格，但存放几个月或更长时间，成品砖缓慢出现爆裂现象。从原料化验的数据来看，氧化钙含量虽高，但由于采用了解决"石灰爆裂"的所有方法，从理论上讲不会造成如此大的危害。特别是将出窑产品"水淋消解"工艺，改"水淋"为"水浸","水浸"时间不低于5min，确保石灰消解反应充分。该厂从2008年投产到现在已经三年之久，期间对此现象有很多专家提出不同看法，例如：浸泡出窑砖的水由于长时间重复使用，水中氧化钙含量很高，达到饱和，不再消解反应了。但通过换水后的效果来看，该现象没有得到解决。

我当时的观点为"二次石灰爆裂"。由于烧结过程产生的液相量较多，包裹石灰石，冷却后形成"铠甲"，遇水后水分不能快速反应，但随着时间的推移，空气中的水分通过"铠甲"细微缝隙慢慢产生反应，生石灰开始反应导致"石灰爆裂"现象延迟出现。出现的时间和"铠甲"形成的厚度、强度以及烧结时的窑炉温度、保温时间、液相量等有关。当"铠甲"较厚，强度高时，反应较慢，反之则快。"二次石灰爆裂"虽然客观存在，但危害很轻微，可以说是个别现象，这么严重的爆裂现象以此解释，很是牵强。

2011年郑州出现了"楼脆脆"事件，八幢已经主体完工的楼体最终全部拆除。经质量监督机构检测，认为砌筑主体的烧结砖出现严重的"石灰爆裂"导致。从这个事件的烧结砖生产厂家来看，均出自郑州周边以煤矸石为原料的砖厂，与去年现场交流的砖厂属同一地域，且原料和生产工艺相同。虽然有监督机构检测和专家定论，但对砖厂生产工艺和采取的解决"石灰爆裂"措施来分析，我认为这个结论难以自圆其说。

2012年，在安徽某地我又遇到了这类现象，虽然不是很严重，但由于用户不断的索赔，砖厂压力很大，几乎倒闭。

2."镁膨胀"现象的发展过程"镁膨胀"几乎和"石灰爆裂"现象的表象一样，都有着同样的破坏砖体强度的共性。从外观来看，砖体出现白色或灰白色爆裂点，检测为强碱性，原料检测一般为钙的含量较高。唯一不同点是发生破坏的时间不同，石灰爆裂由于受水分因素影响，爆裂的时间很迅速，短的几分钟，慢的可为几天到几个月，一旦发生就会迅速造成危害。如果在"石灰爆裂"发生前或发生初期采取水淋消解的办法，能控制危害的延续发生。而"镁膨胀"发生的时间较晚且缓慢，可从月到年延续当危害发生时，即使采用水淋、水浸都无法阻止其危害的继续发展。

3."镁膨胀"的理论借鉴和原理研究

这种类似"石灰爆裂"的现象对砖体强度造成的危害极大，而单单以"石灰爆裂"解决办法却阻止不了其发展，这一现象一直困扰着我。

笔者所在的鹤壁地区生产金属镁企业较多，其生产废弃物金属镁渣（渣中金属镁含量6%~10%）曾替代石灰在建筑砂浆中使用，其建筑物一年之内全部报废，究其原因就是砌筑砂浆中的金属镁废渣膨胀导致墙体坍塌。对这一现象的亲身经历，使我联想到这种类似"石灰爆裂"的现象，再查询金属镁渣膨胀相关资料时，在水泥行业利用金属镁废渣作为混凝土膨胀剂的一些论文资料得到了印证。

氧化镁主要来源为白云岩，白云岩的主要成分是碳酸钙镁。白云岩煅烧至700~900℃时失去二氧化碳，成为氧化钙和氧化镁的混合物。氧化钙和氧化镁与水反应可生成膨胀性的产物氢氧化钙和氢氧化镁，体积分别膨胀97.9％和148%。氧化镁也可存在于石灰石中，在煅烧过程中会形成游离氧镁（即方镁石）。

原料中氧化镁总量与游离氧化镁没有一定的比例关系，两者随原料成分和工艺条件不同比例变化很大。

氧化钙和氧化镁与水反应可生成膨胀性的产物氢氧化钙和氢氧化镁，这是它们的共性，但其与水反应所需要的时间相差很大。氧化钙可快速反应，其反应速度是检验石灰活性重要指标，根据煅烧工艺、时间、温度、原料纯净度等因素，一般在几分钟内完成（当出现"死烧"现象时，反应较慢）。而氧化镁反应时间很慢，

从水泥生产企业利用氧化镁渣作为混凝土膨胀剂资料来看，检测时间最长为28天（混凝土最长养护期），但28天后氧化镁依然膨胀，为使氧化镁在28天内达到指标。采用细磨和添加石膏的办法，激发氧化镁前期膨胀。从氧化镁这一特性中，可得到其膨胀反应是缓慢的。

水泥行业利用氧化镁的这种延迟膨胀性来弥补混凝土收缩的难题，取得了很多的经验。

煤矸石中含有一定量的氧化镁，其含量根据地区矿物组成和岩理构造高低不等。以煤矸石为原料生产烧结砖时，氧化镁为有害质，主要表现为制品泛霜，严重时可在砖体内膨胀，破坏其结构，导致产品强度下降，甚至出现废品。从现有的砖瓦资料来看，氧化镁对烧结砖的危害主要为泛霜，对其膨胀导致的严重后果几乎无资料可查，究其原因应为其主要出现在个别地区和少数砖厂。并且当该现象出现时，往往被认为是"石灰爆裂",或者由于烧结导致的石灰石"死烧"出现的延迟爆裂，还有专家认为是浸泡砖的水由于氧化钙浓度较高导致不反应等理论，但都无法解释这一现象。之所以一直围绕氧化钙作文章，这主要是其膨胀后的表象和后果和"石灰爆裂"几乎一样。

针对烧结砖类似"石灰爆裂"这一现象，从氧化镁渣膨胀原理来解释较为合理。

这个现象之所以"难"以解释，我认为有几方面的原因：一是不是普遍问题，地域性很强，目前来看只在少数以煤砰石为原料烧制砖瓦的生产线出现：二是利用煤矸石为原料烧结砖瓦在国内普及的时间很短，只有不到二十年的时间，缺少相关的资料和研究；三是这个现象极具欺骗性，不但现象类似"石灰爆裂"，且化验结果都具有强碱性等，导致两者难以区分，很容易将"镁膨胀"误导为"石灰爆裂"。

4．结束语

从以上发现到理论借鉴，可以看到烧结砖"镁膨胀"现象是客观存在的。由于其发展是一个漫长的过程，也是本文将其描述为"膨胀"而不是"爆裂"的原因。