CN107867806B - 污泥焚烧灰基地质聚合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污泥焚烧灰基地质聚合物，包含以下重量百分含量的各个组分：污泥焚烧灰30～50％，偏高岭土10～30％，Ca(OH)28～10％，脱硫石膏10～20％，KH2PO410～20％。本发明还公开了上述污泥焚烧灰基地质聚合物的制备方法。本发明利用低碱度的硫酸盐和KH2PO4共同激发，碱性较低，使得制备所得地质聚合物具有较强的抗酸腐蚀能力，可以延长使用寿命；为了预防低碱度降低产物强度，又通过将污泥焚烧灰、偏高岭土和Ca(OH)2经过焙烧活化，使SiO2和Al2O3表面形成不饱和的活性键，从而与Ca(OH)2反应生成水化硅酸钙(C‑S‑H)和水化铝酸钙(C‑A‑H)等胶凝性产物，确保所得地质聚合物在具有抗酸腐蚀能力的同时具有满足产品的强度要求。

Description

污泥焚烧灰基地质聚合物及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种污泥焚烧灰基地质聚合物及其制备方法。
背景技术
污泥处置的资源化路线有很多。污泥烧结砖可以直接处理污泥，污泥中的有机物可以在烧结过程中燃烧，提供能量[1]。另外，作为燃料、肥料、家禽饲料、土壤改良剂、制作陶粒和水泥等，均为污泥处置可行的资源化路线，相关的研究和专利报道也有很多，例如专利CN105110663A中利用污泥焚烧灰在强碱NaOH的激发下合成具有一定强度的地质聚合物。但我国的污泥有效处理率仅有33％左右，主要是污泥通过资源化路线所得到的产品没有特色。在农村修建水渠、小道和水泥地面等需要消耗大量的水泥产品，而地质聚合物作为水泥的替代品，通过强碱NaOH激发可以得到满足强度的产品，但固相成分易与SO4 2-反应，破坏结构，且NaOH激发产品碱性较强，容易受到酸性雨水的侵蚀[2]。污泥焚烧灰中含有大量的SiO2和Al2O3，完全可以作为合成地质聚合物的原料，但使用普通合成方法，通过强碱激发，其抗腐蚀能力太低，寿命有限。
参考文献：
[1]刘爽,白锡庆,张鹏宇,等.无粘土、高含量污泥烧结砖效果的影响因素研究[J].中国给水排水,2016(5):98-103.
[2]赵建伟,崔潮,戈娅萍,等.地质聚合物的土木工程耐久性能的研究进展[J].硅酸盐通报,2016,35(9):2832-2840.
发明内容
发明目的：针对现有技术中的上述问题，本申请提供了一种抗酸腐蚀能力强、使用寿命长的地质聚合物及其制备方法。
技术方案：本发明所述的一种污泥焚烧灰基地质聚合物，包含以下重量百分含量的各个组分：
Figure GDA0001559757680000011
其中，所述污泥焚烧灰为城市污泥焚烧灰，并不是工业污泥或者湖泊污泥；所述污泥焚烧灰和偏高岭土的主要化学组成如表1所示。
表1污泥灰和偏高岭土的主要化学组成(wt％)
Figure GDA0001559757680000021
上述污泥焚烧灰基地质聚合物的制备包含以下步骤：
(1)活化物料：分别称取配方量的污泥焚烧灰和偏高岭土，研磨过筛，然后与配方量的Ca(OH)2混合均匀，高温焙烧活化；
(2)准备碱激发剂：称取配方量的脱硫石膏和KH2PO4混合得到碱激发剂；
(3)将步骤(1)活化后的物料与步骤(2)准备的碱激发剂混合，加水并控制水灰比为0.27～0.48，然后填充在模具中压制成型，经过一次湿热养护后脱模，继续进行二次湿热养护即可。
步骤(1)中，所述污泥焚烧灰和偏高岭土研磨后过80μm～120μm方孔筛。
步骤(1)中，所述高温焙烧活化是指置于400～700℃下焙烧1～2h。优选置于600～700℃下焙烧1.2-1.8h。
所述焙烧活化的最佳温度应该在680～700℃，但是温度的升高带来巨大的能耗，效益却不高，所以选择600℃即可。
步骤(3)中，所述一次湿热养护为在标准养护箱内(温度约25℃，湿度约90％)养护24h；所述二次养护是指在25～80℃下湿热养护至7d。
有益效果：本发明利用低碱度的硫酸盐(脱硫石膏)和KH2PO4共同激发，碱性较低，使得制备所得地质聚合物具有较强的抗酸腐蚀能力，可以延长使用寿命；为了预防低碱度降低产物强度，又通过将污泥焚烧灰、偏高岭土和Ca(OH)2经过焙烧活化，使SiO2和Al2O3表面形成不饱和的活性键，从而与Ca(OH)2反应生成水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(C-A-H)等胶凝性产物，确保所得地质聚合物在具有抗酸腐蚀能力的同时具有满足产品的强度要求。
附图说明
图1是本发明制备方法流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本申请作出详细说明。
其中，所使用污泥灰为城市污泥焚烧所得，并不是工业污泥和湖泊、水渠污泥焚烧所得。所使用的其他偏高岭土、Ca(OH)2、脱硫石膏、KH2PO4均为市售购买所得。
所述污泥焚烧灰和偏高岭土的主要化学组成如下所示。
污泥灰和偏高岭土的主要化学组成(wt％)
Figure GDA0001559757680000031
实施例1
一种污泥焚烧灰基地质聚合物，其基本组成按质量百分数包括以下组分：
Figure GDA0001559757680000032
制备方法为：按照配方量称取污泥焚烧灰和偏高岭土，将两者分别研磨并通过80μm方孔筛，再与配方量的Ca(OH)2三者混合，在600℃的温度下焙烧活化1.5h，活化物料再混合由配方量的脱硫石膏(CaSO4·2H2O)和KH2PO4混合得到的碱激发剂激发，并将总混合物料的水灰比控制在0.28，将混合物料填充在40×40×160mm模具中，在15MP压力下压制50s成型，置于标准养护箱内(温度约25℃，湿度约90％)养护24h后脱模，继续在80℃下湿热养护7d，得到一定尺寸的抗酸腐蚀污泥焚烧灰地质聚合物试块。
实施例2
一种污泥焚烧灰基地质聚合物，其基本组成按质量百分数包括以下组分：
Figure GDA0001559757680000033
制备方法为：按照配方量称取污泥焚烧灰和偏高岭土，将两者分别研磨并通过80μm方孔筛，再与配方量的Ca(OH)2三者混合，在600℃的温度下焙烧活化1.5h，活化物料再混合由配方量的脱硫石膏(CaSO4·2H2O)和KH2PO4混合得到的碱激发剂激发，并将总混合物料的水灰比控制在0.28，将混合物料填充在40×40×160mm模具中，在15MP压力下压制50s成型，置于标准养护箱内(温度约25℃，湿度约90％)养护24h后脱模，继续在80℃下湿热养护7d，得到一定尺寸的抗酸腐蚀污泥焚烧灰地质聚合物试块。
实施例3
一种污泥焚烧灰基地质聚合物，其基本组成按质量百分数包括以下组分：
Figure GDA0001559757680000041
制备方法为：按照配方量称取污泥焚烧灰和偏高岭土，将两者分别研磨并通过80μm方孔筛，再与配方量的Ca(OH)2三者混合，在600℃的温度下焙烧活化2h，活化物料再混合由配方量的脱硫石膏(CaSO4·2H2O)和KH2PO4混合得到的碱激发剂激发，并将总混合物料的水灰比控制在0.28，将混合物料填充在40×40×160mm模具中，在15MP压力下压制50s成型，置于标准养护箱内(温度约25℃，湿度约90％)养护24h后脱模，继续在80℃下湿热养护7d，得到一定尺寸的抗酸腐蚀污泥焚烧灰地质聚合物试块。
实施例4
一种污泥焚烧灰基地质聚合物，其基本组成按质量百分数包括以下组分：
Figure GDA0001559757680000042
制备方法为：按照配方量称取污泥焚烧灰和偏高岭土，将两者分别研磨并通过80μm方孔筛，再与配方量的Ca(OH)2三者混合，在600℃的温度下焙烧活化1h，活化物料再混合由配方量的脱硫石膏(CaSO4·2H2O)和KH2PO4混合得到的碱激发剂激发，并将总混合物料的水灰比控制在0.28，将混合物料填充在40×40×160mm模具中，在15MP压力下压制50s成型，置于标准养护箱内(温度约25℃，湿度约90％)养护24h后脱模，继续在80℃下湿热养护7d，得到一定尺寸的抗酸腐蚀污泥焚烧灰地质聚合物试块。
实施例5
一种污泥焚烧灰基地质聚合物，其基本组成按质量百分数包括以下组分：
Figure GDA0001559757680000043
Figure GDA0001559757680000051
制备方法为：按照配方量称取污泥焚烧灰和偏高岭土，将两者分别研磨并通过80μm方孔筛，再与配方量的Ca(OH)2三者混合，在400℃的温度下焙烧活化2h，活化物料再混合由配方量的脱硫石膏(CaSO4·2H2O)和KH2PO4混合得到的碱激发剂激发，并将总混合物料的水灰比控制在0.45，将混合物料填充在40×40×160mm模具中，在15MP压力下压制50s成型，置于标准养护箱内(温度约25℃，湿度约90％)养护24h后脱模，继续在80℃下湿热养护7d，得到一定尺寸的抗酸腐蚀污泥焚烧灰地质聚合物试块。
实施例6
一种污泥焚烧灰基地质聚合物，其基本组成按质量百分数包括以下组分：
Figure GDA0001559757680000052
制备方法为：按照配方量称取污泥焚烧灰和偏高岭土，将两者分别研磨并通过80μm方孔筛，再与配方量的Ca(OH)2三者混合，在600℃的温度下焙烧活化1.5h，活化物料再混合由配方量的脱硫石膏(CaSO4·2H2O)和KH2PO4混合得到的碱激发剂激发，并将总混合物料的水灰比控制在0.35，将混合物料填充在40×40×160mm模具中，在15MP压力下压制50s成型，置于标准养护箱内(温度约25℃，湿度约90％)养护24h后脱模，继续在80℃下湿热养护7d，得到一定尺寸的抗酸腐蚀污泥焚烧灰地质聚合物试块。
实施例7
一种污泥焚烧灰基地质聚合物，其基本组成按质量百分数包括以下组分：
Figure GDA0001559757680000053
制备方法为：按照配方量称取污泥焚烧灰和偏高岭土，将两者分别研磨并通过80μm方孔筛，再与配方量的Ca(OH)2三者混合，在600℃的温度下焙烧活化1.5h，活化物料再混合由配方量的脱硫石膏(CaSO4·2H2O)和KH2PO4混合得到的碱激发剂激发，并将总混合物料的水灰比控制在0.45，将混合物料填充在40×40×160mm模具中，在15MP压力下压制50s成型，置于标准养护箱内(温度约25℃，湿度约90％)养护24h后脱模，继续在80℃下湿热养护7d，得到一定尺寸的抗酸腐蚀污泥焚烧灰地质聚合物试块。
实施例8
一种污泥焚烧灰基地质聚合物，其基本组成按质量百分数包括以下组分：
Figure GDA0001559757680000061
制备方法为：按照配方量称取污泥焚烧灰和偏高岭土，将两者分别研磨并通过80μm方孔筛，再与配方量的Ca(OH)2三者混合，在600℃的温度下焙烧活化1.5h，活化物料再混合由配方量的脱硫石膏(CaSO4·2H2O)和KH2PO4混合得到的碱激发剂激发，并将总混合物料的水灰比控制在0.28，将混合物料填充在40×40×160mm模具中，在15MP压力下压制50s成型，置于标准养护箱内(温度约25℃，湿度约90％)养护24h后脱模，继续在50℃下湿热养护7d，得到一定尺寸的抗酸腐蚀污泥焚烧灰地质聚合物试块。
性能测试
采用YAW-300D型水泥电子压力试验机对实施例1-8制备所得试块进行强度测试，并按《GB/T 749-2008水泥抗硫酸盐侵蚀实验方法》测定其抗腐蚀能力。测定结果见表2所示。
表2：养护7天后试块的抗压强度和抗腐蚀系数
Figure GDA0001559757680000062
Figure GDA0001559757680000071

Claims (1)

1.一种污泥焚烧灰基地质聚合物，其特征在于，包含以下重量百分含量的各个组分：
污泥焚烧灰 30~50%，
偏高岭土 10~30%，
Ca(OH)2 8~10%，
脱硫石膏 10~15%，
KH2PO4 10~15%；
其中，脱硫石膏和KH2PO4混合得到碱激发剂；
所述污泥焚烧灰基地质聚合物的制备方法包含以下步骤：
（1）活化物料：分别称取配方量的污泥焚烧灰和偏高岭土，研磨过筛，然后与配方量的Ca(OH)2混合均匀，置于600~700℃下焙烧1.2-1.8h活化；
（2）准备碱激发剂：称取配方量的脱硫石膏和KH2PO4混合得到碱激发剂；
（3）将步骤（1）活化后的物料与步骤（2）准备的碱激发剂混合，加水并控制总混合物料的水灰比为0.27～0.48，然后填充在模具中压制成型，经过一次湿热养护后脱模，继续进行二次湿热养护即可；
步骤（1）中，所述污泥焚烧灰为城市污泥焚烧灰，所述污泥焚烧灰和偏高岭土研磨后过80μm~120μm方孔筛；
步骤（3）中，所述一次湿热养护为在标准养护箱内，即温度25℃、湿度90%条件下养护24h；所述二次养护是指在25～80℃下湿热养护7d。
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