CN103011733A

CN103011733A - 废弃物基地质聚合物砌块及其制备方法

Info

Publication number: CN103011733A
Application number: CN2012105652500A
Authority: CN
Inventors: 周宗辉; 程新; 黄凤会; 叶正茂; 芦令超; 黄世峰; 张秀芝
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2012-12-24
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明公开了一种废弃物基地质聚合物砌块，原料包括：固体颗粒物、碱激发剂和水，碱激发剂为固体颗粒物质量的3%～8%，水为固体颗粒物质量的8%～15%，所述固体颗粒物为下列重量百分比的成分：钢渣10%～50%，粉煤灰10%～50%，矿渣10%～50%，砂子0%～60%，钢渣、粉煤灰、矿渣和砂子的和为100%。本发明还公开了其制备方法，本发明以固体废弃物为主要原料，制备方法简单、易于操作，不需要高温煅烧，也不需要消耗大量的土地，保护和节约了土地，降低了能耗，节约了能源，减少了CO₂的排放，减轻了环境污染，为废弃物的综合利用开辟了一条有效的途径，具有很好的经济和社会效益。

Description

废弃物基地质聚合物砌块及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种以废弃物为原料的废弃物基地质聚合物砌块及其制备方法，属于无机非金属材料及工业固体废弃物回收利用技术领域。

背景技术

地质聚合物是以工业废渣、尾矿或粘土等为原料，经适当的工艺处理及化学反应得到的一类新型的、性能优异的无机非金属材料。制备地质聚合物的地质聚合反应原理分为三步：(1)在强碱作用下硅铝酸盐的溶解；(2)铝氧四面体和硅氧四面体缩聚，体系凝胶化；(3)凝胶结构重整、聚合，体系硬化。因为地质聚合物优异的性能，近年来在国内外研究非常活跃。

随着我国经济和城镇化的快速发展，砖的需求急速增加。传统的粘土砖在生产过程中占用大面积耕地、消耗大量能源和排放大量污染，国家和相关部门已颁布多项文件，要求禁止使用实心粘土砖，这使得传统粘土砖替代品的研究成为了热点。利用工业固体废弃物制备的地质聚合物性能能够满足砖的要求，将其制成砌块代替粘土砖不仅消耗大量废渣、保护土地、节约资源，在制备过程中还不需要高温煅烧和高温养护，节约了能源和成本，地质聚合物砌块的出现有望使传统的粘土砖退出市场。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种废弃物基地质聚合物砌块，该砌块以废弃物为原料，变废为宝，成本低，可以代替传统的粘土砖。

本发明还提供了该废弃物基地质聚合物砌块的制备方法，该方法利用地质聚合原理制备地质聚合物砌块，工艺简单，易于实施。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种废弃物基地质聚合物砌块，其特征是，原料包括：固体颗粒物、碱激发剂和水，碱激发剂为固体颗粒物质量的3%～8%，水为固体颗粒物质量的8%～15%，所述固体颗粒物为下列重量百分比的成分：钢渣10%～50%，粉煤灰10%～50%，矿渣10%～50%，砂子0%～60%，钢渣、粉煤灰、矿渣和砂子的和为100%。

上述废弃物基地质聚合物砌块中，所述固体颗粒物优选为下列重量百分比的成分：钢渣30%，粉煤灰10%，矿渣30%，砂子30%，钢渣、粉煤灰、矿渣和砂子的和为100%。

上述废弃物基地质聚合物砌块中，碱激发剂为固体颗粒物质量的5%，水为固体颗粒物质量的10%。

上述废弃物基地质聚合物砌块中，所述钢渣、粉煤灰、矿渣在使用时粉磨至比表面积分别为300～390m²/kg、400～500 m²/kg、 300～400 m²/kg。

上述废弃物基地质聚合物砌块中，所述碱激发剂为质量比为0.5-2:1的固体碱和水玻璃的混合物，所述固体碱为氢氧化钠或氢氧化钾。优选的固体碱和水玻璃的质量比为1.5:1。

本发明的废弃物基地质聚合物砌块的制备方法，步骤包括：将固体颗粒物粉磨、混合均匀，备用；将碱激发剂溶于水中，备用；将碱激发剂和水加入固体颗粒物中，混合均匀，然后倒入模具中，在25MPa～35MPa的压力下压制成型，成型后的试样在室温下自然洒水养护，得废弃物基地质聚合物砌块。

上述方法中，钢渣、粉煤灰、矿渣在使用时粉磨至比表面积分别为300～390m²/kg、400～500 m²/kg、 300～400 m²/kg。

上述方法中，固体颗粒物粉磨后，在105℃下烘干0.5-1.5h后再混合均匀。

上述方法中，优选在30MPa的压力下压制成型，压制时间不小于45s，一般45-70s。

上述方法中，原料倒入模具中后，在振动台上振动50-70下再压制成型。

本发明砌块以钢渣、粉煤灰、矿渣固体废弃物为主要原料，利用地质聚合原理，采用压制成型的方法制备地质聚合物砌块，有效的处理了工业固体废弃物，减轻了环境污染，为废弃物的综合利用开辟了一条有效的途径，具有很好的经济和社会效益。本发明制备方法免烧免蒸，工艺简单、易于操作，与传统的粘土砖相比，不需要高温煅烧，也不需要消耗大量的土地，保护和节约了土地，降低了能耗，节约了能源，减少了CO₂的排放，所得砌块性能优越、污染小、废弃物利用率高。本发明对节约能源、废物利用、保护资源意义重大，符合我国的可持续发展原则。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步阐述，应该明白的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

实施例1

按照下述配方进行实验：固体颗粒物组成为（重量百分数）：钢渣30%，粉煤灰10%，矿渣30%，普通河砂30%；碱激发剂为KOH和水玻璃（模数为3.1～3.4），KOH为固体颗粒物质量的3%，水玻璃为固体颗粒物质量的2%；水的量为固体颗粒物的10%。

地质聚合物砌块的制备方法是：

1、将钢渣、粉煤灰、矿渣粉磨至钢渣的比表面积为300～390m²/kg，粉煤灰的比表面积为400～500 m²/kg，矿渣的比表面积为300～400 m²/kg，然后将它们置于105℃的烘箱中烘1小时左右，备用。

2、按照配比准确称量钢渣、粉煤灰、矿渣粉和砂子，置于混料机搅拌均匀，将碱激发剂溶于水中，将碱激发剂和水的混合液加入搅拌均匀的钢渣、粉煤灰、矿渣粉和砂子的混合物中，继续搅拌使它们混合均匀。称量120g搅拌均匀的物料置于90mm×40mm×40mm的自制模具里，在振动台上振动60下左右，并在30MPa的压力下进行成型，压制时间不小于45秒，一般为60s。所得砌块为实心砌块，脱模后的砌块放到20℃室温下进行自然洒水养护至规定龄期，并对所得地质聚合物砌块养护28天的性能进行测试，试验结果见表1。

Figure 2012105652500100002DEST_PATH_IMAGE001

注：“——”表示该项目没有相应的技术要求；耐磨性试验仪器为气氛保护摩擦磨损试验机，参照《混凝土及其制品耐磨性试验方法》进行；耐酸性试验是在质量分数为5%的H₂SO₄溶液中浸泡28天测质量损失；耐碱性试验是在质量分数为5%的NaOH溶液中浸泡28天测质量损失。

实施例2

所制备的废弃物基地质聚合物砌块的固体颗粒物组成为：钢渣10%～50%，粉煤灰10%～50%，矿渣10%～50%，普通河砂0%～60%，和为100%；碱激发剂为KOH和水玻璃，KOH为固体颗粒物质量的3%，水玻璃为固体颗粒物质量的2%；水为固体颗粒物质量的10%。按照表2的配比分别制备地质聚合物砌块，方法为：

2、按照表2的配比准确称量钢渣、粉煤灰、矿渣粉和砂子，置于混料机搅拌均匀，将碱激发剂溶于水中，将碱激发剂和水的混合液加入搅拌均匀的钢渣、粉煤灰、矿渣粉和砂子的混合物中，继续搅拌使它们混合均匀。称量120g搅拌均匀的物料置于90mm×40mm×40mm的自制模具里，在振动台上振动60下左右，并在30MPa的压力下进行成型，压制时间不小于45秒，一般为60s。所得砌块为实心砌块，脱模后的砌块放到20℃室温下进行自然洒水养护至规定龄期测试其各项性能。

实施例3

固体颗粒物组成为（重量百分数）：钢渣30%，粉煤灰10%，矿渣30%，砂子30%；激发剂为氢氧化钠和水玻璃，氢氧化钠为固体颗粒物的2.5wt%，水玻璃为固体颗粒物的5wt%；水的量为固体颗粒物的15%。

将钢渣、粉煤灰、矿渣粉磨至钢渣的比表面积为300～390m²/kg，粉煤灰的比表面积为400～500 m²/kg，矿渣的比表面积为300～400 m²/kg，然后将它们置于105℃的烘箱中烘1小时左右，备用。

按配比准确称量钢渣、粉煤灰、矿渣粉和砂子，置于混料机搅拌均匀，将碱激发剂溶于水中，加入搅拌均匀的钢渣、粉煤灰、矿渣粉和砂子的混合物中，继续搅拌使它们混合均匀。称量120g搅拌均匀的物料置于90mm×40mm×40mm的自制模具里，在振动台上振动60下左右，并在25MPa的压力下进行成型，压制时间不小于45秒，一般为60s。脱模后的砌块放到20℃室温下进行自然洒水养护至规定龄期，得砌块。将所得砌块养护28天进行性能测定，其结果为：抗压强度100.5MPa，抗折强度为6.19MPa，吸水率为9.12%，软化系数0.87。

Claims

1.一种废弃物基地质聚合物砌块，其特征是，原料包括：固体颗粒物、碱激发剂和水，碱激发剂为固体颗粒物质量的3%～8%，水为固体颗粒物质量的8%～15%，所述固体颗粒物为下列重量百分比的成分：钢渣10%～50%，粉煤灰10%～50%，矿渣10%～50%，砂子0%～60%，钢渣、粉煤灰、矿渣和砂子的和为100%。

2.根据权利要求1所述的废弃物基地质聚合物砌块，其特征是：所述固体颗粒物为下列重量百分比的成分：钢渣30%，粉煤灰10%，矿渣30%，砂子30%，钢渣、粉煤灰、矿渣和砂子的和为100%。

3.根据权利要求1所述的废弃物基地质聚合物砌块，其特征是：碱激发剂为固体颗粒物质量的5%，水为固体颗粒物质量的10%。

4.根据权利要求1、2或3所述的废弃物基地质聚合物砌块，其特征是：所述钢渣、粉煤灰、矿渣粉磨至比表面积分别为300～390m²/kg、400～500 m²/kg、 300～400 m²/kg。

5.根据权利要求1、2或3所述的废弃物基地质聚合物砌块，其特征是：所述碱激发剂为质量比为0.5-2:1的固体碱和水玻璃的混合物，所述固体碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

6.根据权利要求5所述的废弃物基地质聚合物砌块，其特征是：固体碱和水玻璃的质量比为1.5:1。

7.一种权利要求1、2或3所述的废弃物基地质聚合物砌块的制备方法，其特征是步骤包括：将固体颗粒物粉磨、混合均匀，备用；将碱激发剂溶于水中，备用；将碱激发剂和水加入固体颗粒物中，混合均匀，然后倒入模具中，在25MPa～35MPa的压力下压制成型，成型后的试样在室温下自然洒水养护，得废弃物基地质聚合物砌块。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征是：固体颗粒物粉磨后，在105℃下烘干0.5-1.5h后再混合均匀。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征是：在30MPa的压力下压制成型，压制时间不小于45s。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征是：原料倒入模具中后，在振动台上振动50-70下再压制成型。