CN105152678B

CN105152678B - 一种生态陶瓷透水砖的制备方法

Info

Publication number: CN105152678B
Application number: CN201510406551.2A
Authority: CN
Inventors: 蹇守卫; 何桂海; 文斌; 马保国; 莫志胜; 郅真真
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2015-07-10
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2017-10-27
Anticipated expiration: 2035-07-10
Also published as: CN105152678A

Abstract

本发明提供一种生态陶瓷透水砖的制备方法，包括有以下步骤：1)取料：建筑垃圾微粉5％‑10％，建筑垃圾细集料5％‑15％，建筑垃圾粗集料30％‑45％，干化污泥15％‑20％，改性淤泥15％‑40％，明矾0.075％‑0.2％，硼砂0.5％‑1％；2)混合均匀后采用压力成型法成型为试块，成型压力为10‑20Mpa，成型后自然干燥、烘干，以2‑3℃/min的速度升温至300℃‑350℃，在300‑350℃下恒温2.5h‑3.5h后，再以3‑8℃/min的速度升温至1050℃‑1150℃，烧结3h‑4h后降温。本发明的效果。例如：1)利废率高；2)有效解决了力学性能和透水率两者间的矛盾。

Description

一种生态陶瓷透水砖的制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料类，提供一种利用废弃混凝土、干化污泥和改性淤泥制备生态陶瓷透水砖的方法。

背景技术

随着我国经济的迅速发展和城市化的大力发展，原来的绿地被大规模的地面铺装取代，形成的“城市荒漠”大大增加了不透水面积，使得城市雨水不能回归自然，其结果是城市地下水大量减少，有城市建筑下沉的危险；并且当城市突遇暴雨，其路面雨水无法快速渗漏，给城市排水设施造成了极大的负担并极易发成城市内涝。与此同时，其大面积的铺装路面弱化了城市的呼吸功能，会造成“热岛效应”，降低城市舒适度并造成城市生态系统失衡。因此，透水砖作为一种良好的透水性铺装材料开始被越来越受到关注。

另一方面，随着工业化、城市化进程的加速，建筑业也快速发展，与此相伴的是建筑垃圾日益增多，大量建筑垃圾不仅占用了土地，而且也给人类生活环境带来了严重污染。据统计，我国每年会新增建筑垃圾4000多万吨，建筑垃圾的数量已经占到城市垃圾总量的1/3以上，其中混凝土建筑垃圾又占到了建筑垃圾的40％以上。这种现象已经得到了全社会的广泛关注。建筑垃圾的长期堆存不仅浪费土地资源，容易产生安全隐患，不利于资源的可持续发展和资源的回收再利用；而且建筑垃圾的堆放还会对水资源造成污染，影响到空气质量，进而直接影响到人类的生活环境。

第三，我国地域幅员辽阔，河湖众多，淤泥排放量巨大。据有关部门统计，仅湖泊、河道淤泥每年的清淤量达到7000万t。并且近年来，随着我国城市化建设的大力发展随之产生的城市污水体量也不断增长。据估算，目前我国城市污水处理厂每年排放的污泥量(干重)大约为3000多万吨，预测到2020年我国污泥产量将突破6000万吨。如何妥善处理处置如此大量的污泥淤泥、化害为利、变废为宝、保护环境、实现污泥淤泥的资源化利用，已成为我们当前急需解决的问题。

如何合理有效的利用建筑废弃物已成为十分严峻的问题。在已有的文献中，对建筑废弃物的回收利用制备透水砖已有报道，分析这些文献，主要包括以下内容：

1.关于利用建筑废弃物制备陶瓷透水砖：从原料上看，在对现有的建筑废弃物制备陶瓷透水砖的报道中，研究应用较多的是废陶瓷、废玻璃或煤矸石等工业废料制备成陶瓷透水砖，主要使用粘土等作为粘结料，但由于粘土会对我国本已稀缺的耕地资源造成不可逆转的破坏，近年来关于粘土制备烧结多孔材料已经逐渐被禁止。而关于建筑废弃物(废弃红砖、废弃混凝土等)制备的透水砖则主要是制备成非陶瓷透水砖，即主要采用水泥或者树脂作为胶凝材料。其原因在于，建筑垃圾中含有大量的钙类氧化物，煅烧条件下形成氧化钙后，易形成石灰爆裂风险。

2.关于透水砖的透水性的实现途径。在现有的建筑废弃物烧制透水砖的研究中，通常是添加有机材料、碳酸盐等或者添加不同种类的骨料混合搭配来实现其孔隙率的要求，从而达到透水的目的。

3.关于透水砖的强度要求。在现有的建筑废弃物制备烧结砖的研究中，通常是通过改变烧结温度、改变原材料不同级配来实现制品的强度要求。但在对现有的资料研究中发现，制品的强度与透水率成反比关系，即强度提高所带来的就是孔隙率的下降。烧结温度越高，透水率会降低。

发明内容

本发明的目的在于实现一种利用废弃混凝土、干化污泥和改性淤泥制备生态陶瓷透水砖的方法，解决了如何利用高掺量固体废弃物制备抗压强度好、透水性能良好、耐磨等性能优良的生态陶瓷透水砖的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种生态陶瓷透水砖的制备方法，包括有以下步骤：

1)按以下组分及组分含量取料，重量百分比计：建筑垃圾微粉5％-10％，建筑垃圾细集料5％-15％，建筑垃圾粗集料30％-45％，干化污泥15％-20％，改性淤泥15％-40％，明矾0.075％-0.2％，硼砂0.5％-1％；

2)将各原料混合均匀后采用压力成型法成型为具有楔形结构的半盲孔试块，成型压力为10-20Mpa，成型后自然干燥48h再在80±20℃环境中烘干，以2-3℃/min的速度升温至300℃-350℃，在300-350℃下恒温2.5h-3.5h后，再以3-8℃/min的速度升温至1050℃-1150℃，烧结3h-4h后降温。

按上述方案，建筑垃圾微粉、建筑垃圾细集料和建筑垃圾粗集料是由含废弃混凝土的单一种类建筑垃圾或复合建筑垃圾破碎、筛分后获得，所述的建筑垃圾微粉细度0.1-0.2mm，建筑垃圾细集料细度0.3-0.75mm，建筑垃圾粗集料细度0.75mm-2mm，控制CaO的总含量为15-20％。

按上述方案，干化污泥为由水厂污泥经脱水、烘干获得的含水率不高于10％，经球磨至粒径为0.015-0.03mm的污泥。

按上述方案，改性淤泥是指来源于湖底或江河淤泥，经脱水至含水率＜40％后掺入明矾湿磨至粒径<0.1mm的改性淤泥料浆。

按上述方案，硼砂为市售五水硼砂，纯度为＞80％。

采用上述原材料和方法制备性能良好的陶瓷透水砖的技术原理主要如下：

1.关于陶瓷透水砖的强度要求：首先，建筑垃圾中有大量的混凝土结构废弃物，经分拣破碎筛分后分离为建筑垃圾微粉和建筑垃圾粗、细集料。不加入其他物质时，由于结点间摩擦阻力效应，密实性较差；本发明中加入湿磨处理的淤泥富含大量的微细粘土和有机质组分，将其加入材料体系中后可有效润滑粗骨料的接触点，在压力成型时，使粗骨料紧密接触，提高骨料的堆积强度，且在淤泥改性过程中加入适量明矾可以提高料浆稠度，从而保证淤泥研磨的均质性且后期还可一定程度上降低物相熔点，故可以提高试块强度。其次，在1050-1150℃情况下，建筑垃圾中的Al₂O₃、SiO₂等酸性氧化物为主的集料不会发生较大的物理化学变化而仍起到集料作用，含Ca的碱性物质会分解生成呈死烧状态的CaO以及部分具有潜在水化活性的物质；而干化污泥和干化淤泥在1050℃-1150℃即可形成液态的Al₂O₃-SiO₂-XO或托勃莫来石而形成强度(较普通透水砖烧结温度高100℃左右)，出现的液相可大量包裹住粗集料，从而为改善烧结制品因形成多孔而导致强度大幅下降的矛盾。为提高液态物质的数量，本发明中还加入了少量的硼砂以降低烧结温度，并形成较多数量的液相，从而进一步提高制品的强度。

2.关于陶瓷透水砖的透水性要求：透水砖本身对孔隙率有极大的要求，因此，在本体系中，首先是使用多种不同级配的原料进行混合，且粗骨料远多于细集料，这样有利于在烧结后形成不同的透水通道。其次，所选原料干化污泥和改性淤泥中有机物含量较多，烧结过后会产生大量的孔隙便于透水。众所周知，烧结过程中产生的气体会形成气孔，从而有利于水的渗透，提高透水砖的透水性，但同时应该注意的是，气体的大量、集中产生同时也会导致产品坯体膨胀变形，最终难以形成合格的产品。本发明将材料与工艺结合起来，在污泥和淤泥有机质分解过程和挥发分燃烧过程中控制很低的升温速度，使气体缓慢释放，大大提升了坯体的稳定性。同时，由于成型过程中使用的粗骨料在压力成型过程中形成稳定的骨架，也限制了坯体的变形，从而克服了烧结过程中的气体膨胀变形问题。

3.关于陶瓷透水砖的耐磨性要求：在原料中加入粗集料一方面是为增强强度和提供孔隙，另一方面，粗集料的加入在烧结砖的压制成型过程中会使表面略显粗糙，从而提高其耐磨性。其次，在原料中加入微量硼砂其一方面是降低烧结温度，达到助熔剂的作用，另一方面，加入硼砂可以提高砖体的耐磨性，从而使其达到透水砖的耐磨要求。

采用上述原材料和方法制备的陶瓷透水砖，具有良好的技术经济效果。例如：1)利废率高。由于原材料主要均为干化污泥、改性淤泥、建筑垃圾等固体废弃物，废弃物利用率可达到90％以上，其减排效益明显，可有效提高废弃物的使用率和使用量；2)有效解决了力学性能和透水率两者间的矛盾。在力学性能方面，在原料和成型阶段，采用对建筑垃圾进行不同级配，并采用宏观楔形的半盲孔结构，提高了坯体中骨架的力学性能，在烧结阶段，通过增加助熔物质和提高烧结温度，增加高温阶段液相的生成量，提高骨料各接触点的粘结强度，在使用阶段，由于含量丰富的CaO和其他具有水化活性的物质，在水分进入后还能进一步反应以提高强度。在增加透水率方面，多骨料的骨架结构和半盲孔的楔形孔结构为水分的渗入提供了通道，同时淤泥/污泥燃烧、CaCO₃分解成孔等微观孔为水分的进一步渗入提供了补充。因此，本方案不但能满足烧结制品的强度要求，还能满足其透水率的要求。

附图说明

图1为本发明实施例1所得产物微观扫描图；

图2为本发明实施例2所得产物微观扫描图；

图3为本发明实施例3所得产物微观扫描图。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本申请之发明，但实施例不应视作对本发明权利的限定。

本发明干化污泥为由水厂污泥经脱水、烘干获得的含水率不高于10％，经球磨至粒径为0.015-0.03mm的污泥，改性淤泥是指来源于湖底或江河淤泥，经脱水至含水率＜40％后掺入明矾湿磨至粒径<0.1mm的改性淤泥料浆。建筑垃圾微粉、建筑垃圾细集料和建筑垃圾粗集料是由含废弃混凝土的单一种类建筑垃圾或复合建筑垃圾破碎、筛分后获得，所述的建筑垃圾微粉细度0.1-0.2mm，建筑垃圾细集料细度0.3-0.75mm，建筑垃圾粗集料细度0.75mm-2mm，控制CaO的总含量为15-20％，硼砂为市售五水硼砂，纯度为＞80％。

实施例1：

一种利用废弃混凝土、干化污泥和改性淤泥制备生态陶瓷透水砖的方法，它的组份及含量(重量)为：干化淤泥15％，改性污泥19％，建筑垃圾微粉10％，建筑垃圾细集料10％，建筑垃圾粗集料45％，明矾0.2％，硼砂1％。制备过程为：将各种原材料按照要求预处理后分别计量，按照比例混合均匀后采用压力成型法成型试块，成型压力为20Mpa，成型后自然干燥48h再在100℃环境中烘干，以3℃/min的速度升温至300℃，在300℃下恒温3h后，再以5℃/min的速度升温至1050℃，烧结3h后降温。烧结出强度达到32.7Mpa，透水系数为0.0421cm/s，耐磨性磨坑长度为28.4cm。微观扫描如下图1所示。

实施例2：

一种利用废弃混凝土、干化污泥和改性淤泥制备生态陶瓷透水砖的方法，它的组份及含量(重量)为：干化淤泥20％，改性污泥29％，建筑垃圾微粉5％，建筑垃圾细集料10％，建筑垃圾粗集料35％，明矾0.15％，硼砂1％，制备过程为：将各种原材料按照要求预处理后分别计量，按照比例混合均匀后采用压力成型法成型试块，成型压力为20Mpa，成型后自然干燥48h再在100℃环境中烘干，以2℃/min的速度升温至300℃，在350℃下恒温3h后，再以4℃/min的速度升温至1100℃，烧结3h后降温。烧结出强度达到36.5Mpa，透水系数为0.0402cm/s，耐磨性磨坑长度为26.8cm。微观扫描如下图2所示。

实施例3：

一种利用废弃混凝土、干化污泥和改性淤泥制备生态陶瓷透水砖的方法，它的组份及含量(重量)为：干化淤泥20％，改性污泥24％，建筑垃圾微粉5％，建筑垃圾细集料5％，建筑垃圾粗集料45％，明矾0.1％，硼砂1％。制备过程为：将各种原材料按照要求预处理后分别计量，按照比例混合均匀后采用压力成型法成型试块，成型压力为18Mpa，成型后自然干燥48h再在100℃环境中烘干，以3℃/min的速度升温至300℃，在320℃下恒温3h后，再以6℃/min的速度升温至1150℃，烧结3h后随炉降温即可。烧结出强度达到39.6Mpa，透水系数为0.0386cm/s，耐磨性磨坑长度为25.6cm。微观扫描如下图3所示。

Claims

1.一种生态陶瓷透水砖的制备方法，包括有以下步骤：

1)按以下组分及组分含量取料，重量百分比计：建筑垃圾微粉5％-10％，建筑垃圾细集料5％-15％，建筑垃圾粗集料30％-45％，干化污泥15％-20％，改性淤泥15％-40％，明矾0.075％-0.2％，硼砂0.5％-1％；干化污泥为由水厂污泥经脱水、烘干获得的含水率不高于10％，经球磨至粒径为0.015-0.03mm的污泥；改性淤泥是指来源于湖底或江河淤泥，经脱水至含水率＜40％后掺入明矾湿磨至粒径<0.1mm的改性淤泥料浆；

2.根据权利要求1所述的生态陶瓷透水砖的制备方法，其特征在于建筑垃圾微粉、建筑垃圾细集料和建筑垃圾粗集料是由含废弃混凝土的单一种类建筑垃圾或复合建筑垃圾破碎、筛分后获得，所述的建筑垃圾微粉细度0.1-0.2mm，建筑垃圾细集料细度0.3-0.75mm，建筑垃圾粗集料细度0.75mm-2mm，控制CaO的总含量为15-20％。

3.根据权利要求1所述的生态陶瓷透水砖的制备方法，其特征在于硼砂为市售五水硼砂，纯度为＞80％。