工業廢渣免燒免蒸磚（以下簡稱免燒磚）是以工業廢渣為集科，水泥、石灰等為膠結料，配以外劑壓制成型后，經自然養護而成的。近年來，工業廢渣免燒磚在我國發展很快，已成為重要的新型墻體材料之一。
工業廢渣免燒磚與燒結磚相比因其利用工業廢渣，又不需燒結和蒸養，生產成本比燒結磚低等;吃渣量大，社會、環境效益突出;棱角整齊，尺寸準確，抗壓強度高于7.5MPａ;密實度在，吸水性小，耐久性能好。
1、生產工業廢渣免燒磚的原材料
生產工業廢渣免燒磚的原材料一般包括3大部分：工業廢渣、固化劑和外加劑
1.1 工業廢渣
工業廢渣在免燒磚的生產中主要起集料作用。許多工業廢渣都可以用來生產免燒磚，包括：電廠粉煤灰，鋼廠礦渣，有色金屬治煉廠冶煉渣，各種礦業尾礦，電解銅潭，化學廢石膏及化學石灰，建筑廢磚，建筑垃圾等。
各種工業廢渣的化學成分、礦物成分、有害物質及在利用時的正副作用都不盡相同，因此利用工業廢渣生產免燒磚時，應在分析各種廢渣的特性之后，根 據其強度形成機理，制定出合理的配方。有的工業廢渣，在加入適量的固化劑和外加劑后，可以單獨用來制造免燒磚：如利用粉煤灰，加入河砂和石灰、石膏、水泥 及復合的外加劑，生產出28ｄ強度達到31MPａ的工業廢渣免燒磚;又如，在經過預處理的鉛鋅尾礦中，加入適量水泥和外加劑，制造出不低于MU10的工業 廢渣免燒磚。而大部分研究是將幾種工業廢渣相互搭配，優劣互補或優勢協同來進行利用：例如現在秦晉之好較多的，是將粉煤灰和鋼渣結合起來制造免燒磚，粉煤 灰和鋼渣中的活性成分在固化劑和外加劑的作用下得以激發，滿足磚的強度要求。粉煤灰料徑比較小，單獨制磚缺少大顆粒的骨料作用。而具有較大粒徑分布的鋼 渣，就可以滿足此條件，由此生產的免燒磚性能較優，如利用包鋼的粉煤灰和鋼渣制造出MU10－MU15的免燒磚。
在確定工業廢渣免燒磚配方時，不但要盡可能地提高廢渣的摻量，同時應盡可能地利用各種廢渣本身有利于生產免燒磚的特性，從而盡可能地降低劑和外加劑的加入量，以有效降低磚的生產成本。生產工業廢渣免燒磚較常用廢渣的主要化學、礦物分見表1。
此外，有些工業廢渣因具有放射性，不宜或不能大量地用于制磚，使用前應先對其進行放射性檢測。有些工業廢渣如粉煤灰，使用前必須先進行預處理， 除去草根及雜物，有的還需要研磨到需要的料徑后才能使用;又如轉爐排出的廢鋼渣，需先經過磁選，剔除塊狀鋼塊后，再通過濕法球磨磨到需要的粒徑。
廢渣粒徑的大小決定生產工業廢渣免燒磚時是否需要另外再加入骨料。在工業廢渣免燒磚的配合料中，摻加適量顆粒級配合適的骨料，可防止磚分層，減少收縮，改善成型時磚坯的排氣性能，增加密實度，從而提高磚的強度和耐久性，并可
節約膠結料用量，降低成本。
作為骨料的砂有河砂、山砂和海砂3種。因山砂具有銳利的棱角，能和水泥較好地結合，而使磚具有較高聽強度，所以選用山砂較好。不過一般能用于建材的砂，都可用于工業廢渣免燒磚的生產。事實上，有的廢渣本身就具有骨料的作用，如鋼廠產生
的鋼渣、煤矸石、礦業尾渣等。
1.2 固化劑
工業廢渣免燒磚的固化劑是指能將分散狀的各種原材料在物理、化學的作用下，固結成具有一定強度的膠結材料，如水泥、石灰、石膏等。
1.2.1 水泥
水泥在生產工業廢渣免燒磚時，既是膠結劑，又是活性激發劑。其有效硅酸二鈣和硅酸三鈣等成分對磚的初期強度和后期貢獻較大。一般選用高堿性的32.5普通硅酸鹽水泥。
水泥的加入量越多，對工業廢渣免燒磚的耐久性越有益;可是隨著水泥加入量的增大，磚的成本會隨著提高。為了降低成本，許多生產廠家試圖采用適當的工業廢渣相互配合或是借助外加劑的作用，在保證磚強度的前提下，盡量少加以至于不加水泥。
如在利用赤泥和粉煤灰制造免燒磚時，只加入一些堿性激發劑和硫酸鹽激發劑，磚的強度能達到MU15以上。
1.2.2 石灰
石灰熟化生成氫氧化鈣，對水泥的早期強度和后期強度均有重要的作用，它同時是工業廢渣免燒磚成型的膠結劑的膠結劑和堿性激發劑。但是有些工藝，特別是后期需采用蒸汽養護的工業廢渣免燒磚，利用熟石灰可以簡化工藝，減少磚在廠里停留的時間，縮短
磚及資金的周轉時間。
1.2.3 石膏
石膏是生產工業廢渣免燒磚的硫酸鹽激發劑，同時它和石灰能力協同效應，起著促進劑的作用，對工業廢渣免燒磚的強度起著直接和間接的作用。一般使用天然石膏效果較好，當然，為了降低成本，也可以使用工業化學石膏，如工業磷石膏。
在工業廢渣免燒磚的生產中，固化劑可以單獨使用，如水泥。而大多數情況下，視具體情況可將幾種固化劑結合起來使用，如將石灰和石膏結合使用，或 是石膏、石灰、水泥一起使用，效果都不錯。當然，應用在工業廢渣免燒磚中的固化劑遠不止上面3種，還有一些硫酸鹽類等。同時，一些工業廢渣（如堿渣等）也 可以在磚的配合料中，充當激發劑的作用。
1.3 外加劑
工業廢渣免燒磚可以借助外劑來提高強度，改善性能，穩定質量。外加劑有很多種，用于工業廢渣免燒磚的主要有：塑化劑（即減水劑）、早強劑、抗凍劑等。
工業廢渣免燒磚配合料混合的均勻性會直接影響磚的最終強度。一般情況下，為了提高配合料的混合均勻度，除了加強攪拌外，加入減水劑能有效地增加 配合料的流動性，大幅度減少拌合用水量，從而提高磚的密實度、強度、抗凍、抗滲等性有也因此得到改善;另一方面，由于減水劑的分散作用，使得各物料接觸的 表面積增加，從而有利于提高反應機率。
生產工業廢渣免燒磚時，摻入的減水劑多是親水性的表面活性物質，常用的有木質素類，如木質素磺酸鈣等。早強劑是提高制品早期強度的外加劑，無論 是無機鹽類、有機鹽類，還是無機－－有機復合早強劑，他們都依靠加速配合料的水化速度來提高磚的早期強度。使用較多的早強劑有氯化鈉、氯化鈣、三乙醇胺、 乙酸胺硫鹽復合早強劑等。
另外，生產工業廢渣免燒磚時，幾種外加劑復合使用會產生協同效應，比單獨使用某種外加劑的效果更明顯。
2. 工業廢渣免燒磚的生產工藝
工業廢渣免燒磚的生產工藝流程見圖1。
生產時注意事項如下：
（1）如果用的是干料，需在輪碾時加入適量的水;如果料中本身已含有水分，視具體情況可不加或少加水。
（2）陳化與否應視具體情況而定，一般使用生石灰作固化劑就需要陳化，而使用熟石灰則可以免去陳化過程。
（3）如需要加水和水泥的，應在成型之前加入。
（4）加水量、成型壓力等工藝參數對磚強度的影響比較大，相應的參數均需要通過試驗確定。
3. 強度形成的機理分析
工業廢渣免燒磚的強度主要來源于以下4個方面：（1）物理機械作用;（2）水化反應; (3)顆粒表面的離子交換和團料化作用;(4）相間的界面作用。
3.1 物理機械作用
生產工業廢渣免燒磚時，攪拌機和輪碾機對配合料的充分混合，有利外加劑對物料活性的激發和物料之間的反應，對磚的強度提高起到更要作用。
工業廢渣免燒磚的初期強度是在磚坯壓力成型過程中獲得的。成型不僅使磚坯具有一定的強度，同時由于原材料顆粒間緊密接觸，保證了物料顆粒之間的物理化學作用能夠高效進行，為后期強度的形成提供了條件。一般工業廢渣免燒磚成型壓力要求不低于20MPａ。實驗結果表明
在其它條件相同時，工業廢渣免燒磚試件的強度隨成型壓力增加而提高;如果沒有高壓成型作用，即使加入水泥和石灰，也無法形成高強度。
3.2 水化反應
水泥、石灰等膠凝材料的水化產物提供工業廢渣免燒磚的早期強度，主要的水化反應如下：
3Ca0.SiO2＋ｍH2O—>xCaO.SiO2.yH2O+(3-x)CA(OH)2
2Ca0.SiO2＋ｍH2O—>xCaO.SiO2.yH2O+(2-x)CA(OH)2
4CaO.Al2O3.Fe2O3+7H2O—>3CaO.Al2O3.6H2O+CaO.Fe2O3.H2O
Ca0+H2O—>Ca(OH)2
生產工業廢渣免燒磚的原料（如粉煤灰、粘土、爐渣）中，含有的大量活性氧化硅和活件氧化鋁等，在外加劑的作用下與氫化鈣發生水化反應，生成類似于水泥水化產物的水硬性膠凝物質：水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等，從而不斷提高磚的強度。反應式如下：
xCa(OH)2+SiO2+mH2O—>xCaO.SiO2.nH2O(水化硅酸鈣）
xCa(OH)2+Al2O3+mH2O—>xCaO.Al2O3.nH2O(水化鋁酸鈣）
另外，Ca(OH)2吸收空氣中的CO2生成CaCO3晶體結構，即:
Ca(OH)2+CO2—>CaCo3+H2O
原料中如有石膏存在時，還有如下反應：
xCaO.AlO3.nH2O+CaSO2.2H2O—>xCaO.Al2O3.(n+2)H2O(鈣礬石）
3.3 顆粒表面的交換和團料化作用
工業廢渣免燒磚顆粒物料在水分子的作用下，表面形成1層薄薄的水化膜，2個帶有水化膜作用下，一部分化學鍵開始斷裂、電離，形成膠體顆粒體系。膠體顆粒大 多數表面帶有負電荷，可以吸附陽離子。而不同價、不同離子半徑的陽離子可以與反應生成的Cａ（OH）2中的Ca2+等當量吸附交換。
由于這些膠體顆粒表面的離子吸附與交換作用，改變了顆粒表面的帶電狀態，使顆粒形成了一個個小的聚集體，從而在后期反應中產生強度。
3.4 相間的界面反應
界面科學家認為一切化學都是從界面開始的。在工業廢渣免燒磚的強度形成過程中，有著液相與固相及氣相與固相之間的反應。比如加水后，水泥等發生的水化反 應，就是液相和固相之間的反應；而配合料中的Aｃ（OH）2被空氣中的CO2碳化生成CａCO3的反應，就是氣相與固相間的反應。這些反應都
是從兩相的界面開始，不斷地深入，使磚的強度不斷增強。
綜上所述，配合料的充分混合和成型過程中的加壓，為磚的后期強度奠定了堅實的基礎；通過顆粒表面的離子交換和團料化作用、水泥和石灰的水解和原料間的水化反應及各相間的界面作用，生成的各種晶體交叉搭接在一起，形成空間網格結構，使工業廢渣免燒磚的強度逐步增強。
4. 結語
據統計，日前利用工業廢渣生產免燒磚年產量正在以15%的速度增長。但是，在生產和使用中仍然存在不少問題。首先，一部分人的觀念中，始終不能 真正地接受免燒磚，覺得磚需要經過燒結其性能才可靠。其實不然，無數的實驗，如利用礦渣、粉煤灰制成的免燒磚，養護28ｄ后性能到GB11945要求的 MU25。
其次，現在許多生產工業廢渣免燒磚的廠家停產或倒閉，其大多是因為采用蒸養或者是沒有合適地利用廢渣，過多在加入外加劑，造成成本太高。為此，廣大的科研工作者應該幫助企業選擇合適的原料配比、工藝和設備，以提高企業的經濟效益。