燒結磚“鎂膨脹”危害及原因研究
燒結磚"鎂膨脹"是一個待定詞，之所以待定是因為截止目前，磚瓦行業(yè)還沒有相應的確切數據來支持，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"，并未涉及到其實質，更深層次的論證還請磚瓦同行一起探討。
1．燒結磚"鎂膨脹"現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)
"鎂膨脹"雖然是一個新詞，但其現(xiàn)象很多人已經見到過，幾乎和"石灰爆裂"現(xiàn)象一致，在沒有相關資料的情況下，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磚質量的一種現(xiàn)象，當制磚原料中有石灰石存在，經燒結后產品出現(xiàn)的質量問題。行業(yè)為解決"石灰爆裂"現(xiàn)象，總結了很多方法，其中"人工揀選、降低粒徑、加強燒結、水淋消解"十六字方針最為典型，這種將解決"石灰爆裂"方法納入生產工藝的每個環(huán)節(jié)，很好地解決或減少了此危害發(fā)生，是比較成功的。如果生產線嚴格執(zhí)行了治理"石灰爆裂"的十六字方針，而產品依然出現(xiàn)嚴重的"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技術培訓講座，會后組織參觀了某生產線。該廠以煤矸石為原料生產燒結磚，由于原料中有一定量的石灰石，為確保產品質量，在生產工藝的設計、建設和實際生產中，嚴格了遵循了治理"石灰爆裂"的十六字方針，但產品堆放一段時間（幾個月甚至一年）后，發(fā)現(xiàn)部分產品依然出現(xiàn)嚴重的爆裂，且持續(xù)發(fā)展，導致出窯磚不敢直接銷售，必須經過長時間堆放后，再揀選沒有發(fā)生爆裂的產品銷售，企業(yè)因產品質量問題導致場地、成本壓力苦不堪言。
參觀期間，磚廠生產技術負責人與我探討成品"石灰爆裂"難題，了解了其生產工藝和相關數據。從該廠生產工藝總體來看，原料經過格篩篩分，剔除了大塊石灰石，粉碎后的原料粒徑控制在2mm以下，焙燒窯燒結溫度960°-1000o，保溫時間合理，出窯磚及時水浸消解，其控制產品質量的技術、管理均在合理范圍內。出窯產品外觀、質量檢測等均合格，但存放幾個月或更長時間，成品磚緩慢出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象。從原料化驗的數據來看，氧化鈣含量雖高，但由于采用了解決"石灰爆裂"的所有方法，從理論上講不會造成如此大的危害。特別是將出窯產品"水淋消解"工藝，改"水淋"為"水浸","水浸"時間不低于5min，確保石灰消解反應充分。該廠從2008年投產到現(xiàn)在已經三年之久，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間重復使用，水中氧化鈣含量很高，達到飽和，不再消解反應了。但通過換水后的效果來看，該現(xiàn)象沒有得到解決。
我當時的觀點為"二次石灰爆裂"。由于燒結過程產生的液相量較多，包裹石灰石，冷卻后形成"鎧甲"，遇水后水分不能快速反應，但隨著時間的推移，空氣中的水分通過"鎧甲"細微縫隙慢慢產生反應，生石灰開始反應導致"石灰爆裂"現(xiàn)象延遲出現(xiàn)。出現(xiàn)的時間和"鎧甲"形成的厚度、強度以及燒結時的窯爐溫度、保溫時間、液相量等有關。當"鎧甲"較厚，強度高時，反應較慢，反之則快。"二次石灰爆裂"雖然客觀存在，但危害很輕微，可以說是個別現(xiàn)象，這么嚴重的爆裂現(xiàn)象以此解釋，很是牽強。
2011年鄭州出現(xiàn)了"樓脆脆"事件，八幢已經主體完工的樓體最終全部拆除。經質量監(jiān)督機構檢測，認為砌筑主體的燒結磚出現(xiàn)嚴重的"石灰爆裂"導致。從這個事件的燒結磚生產廠家來看，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，且原料和生產工藝相同。雖然有監(jiān)督機構檢測和專家定論，但對磚廠生產工藝和采取的解決"石灰爆裂"措施來分析，我認為這個結論難以自圓其說。
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度的共性。從外觀來看，磚體出現(xiàn)白色或灰白色爆裂點，檢測為強堿性，原料檢測一般為鈣的含量較高。唯一不同點是發(fā)生破壞的時間不同，石灰爆裂由于受水分因素影響，爆裂的時間很迅速，短的幾分鐘，慢的可為幾天到幾個月，一旦發(fā)生就會迅速造成危害。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)生的時間較晚且緩慢，可從月到年延續(xù)當危害發(fā)生時，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)生產金屬鎂企業(yè)較多，其生產廢棄物金屬鎂渣（渣中金屬鎂含量6%~10%）曾替代石灰在建筑砂漿中使用，其建筑物一年之內全部報廢，究其原因就是砌筑砂漿中的金屬鎂廢渣膨脹導致墻體坍塌。對這一現(xiàn)象的親身經歷，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資料時，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可生成膨脹性的產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可生成膨脹性的產物氫氧化鈣和氫氧化鎂，這是它們的共性，但其與水反應所需要的時間相差很大。氧化鈣可快速反應，其反應速度是檢驗石灰活性重要指標，根據煅燒工藝、時間、溫度、原料純凈度等因素，一般在幾分鐘內完成（當出現(xiàn)"死燒"現(xiàn)象時，反應較慢）。而氧化鎂反應時間很慢，
從水泥生產企業(yè)利用氧化鎂渣作為混凝土膨脹劑資料來看，檢測時間最長為28天（混凝土最長養(yǎng)護期），但28天后氧化鎂依然膨脹，為使氧化鎂在28天內達到指標。采用細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混凝土收縮的難題，取得了很多的經驗。
煤矸石中含有一定量的氧化鎂，其含量根據地區(qū)礦物組成和巖理構造高低不等。以煤矸石為原料生產燒結磚時，氧化鎂為有害質，主要表現(xiàn)為制品泛霜，嚴重時可在磚體內膨脹，破壞其結構，導致產品強度下降，甚至出現(xiàn)廢品。從現(xiàn)有的磚瓦資料來看，氧化鎂對燒結磚的危害主要為泛霜，對其膨脹導致的嚴重后果幾乎無資料可查，究其原因應為其主要出現(xiàn)在個別地區(qū)和少數磚廠。并且當該現(xiàn)象出現(xiàn)時，往往被認為是"石灰爆裂",或者由于燒結導致的石灰石"死燒"出現(xiàn)的延遲爆裂，還有專家認為是浸泡磚的水由于氧化鈣濃度較高導致不反應等理論，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。
這個現(xiàn)象之所以"難"以解釋，我認為有幾方面的原因：一是不是普遍問題，地域性很強，目前來看只在少數以煤砰石為原料燒制磚瓦的生產線出現(xiàn)：二是利用煤矸石為原料燒結磚瓦在國內普及的時間很短，只有不到二十年的時間，缺少相關的資料和研究；三是這個現(xiàn)象極具欺騙性，不但現(xiàn)象類似"石灰爆裂"，且化驗結果都具有強堿性等，導致兩者難以區(qū)分，很容易將"鎂膨脹"誤導為"石灰爆裂"。
4．結束語
從以上發(fā)現(xiàn)到理論借鑒，可以看到燒結磚"鎂膨脹"現(xiàn)象是客觀存在的。由于其發(fā)展是一個漫長的過程，也是本文將其描述為"膨脹"而不是"爆裂"的原因。
