CN108516765A - 一种河道淤泥免烧砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河道淤泥免烧砖及其制备方法，本发明的河道淤泥免烧砖由以下按质量分数计的原料制成：碱激发水泥15%～35%、河道淤泥40%~75%、骨料0%～40%、水0%～25%、外加剂0%～3%，各原料质量分数之和为100%。本发明的河道淤泥免烧砖具有保温隔热性好、环保节能、易制备投产等特点，具有较好的市场应用化前景。并且，本发明利用淤泥作为主要原材料制备的淤泥免烧砖，不仅能够较好地实现对淤泥资源的再次利用，有效解决淤泥排放对环境污染问题，还能大大提高淤泥的利用率，实现淤泥工业化、规模化制砖。

Description

一种河道淤泥免烧砖及其制备方法

技术领域

本发明属于工程建筑免烧砖领域，具体涉及一种河道淤泥免烧砖及其制备方法。

背景技术

我国每年河道清淤所产出的淤泥量在10亿m³以上，仅2015年全国於泥产生量达3000多万吨。这些淤泥通常弃置于城市或市郊，不仅占用大量宝贵土地，还产生干天粉尘、雨天泥水、臭气、重金属等二次污染问题。对淤泥的处理、处置与资源化，及淤泥的循环利用问题受到越来越广泛的关注，已成为生产、生活中难以回避的话题。

淤泥的资源化处置方法包括脱水、烧结、固化、充当建筑材料、土地利用等。土地利用是将淤泥用于农田和园林绿化等。利用淤泥做农业肥料对农作物的类型有非常严格的要求，并且运输成本高；利用淤泥进行园林绿化，也存在病原菌扩散和重金属污染的危险。为此，各国政府对单位面积土地内的游泥应用量作了严格的限制。脱水和烧结仅适用于对小批量、高含水量淤泥的处理，这些都限制了淤泥的利用率，不利于淤泥的规模化处理。

在我国国民经济体系中，建筑行业是一大支柱性产业，每年都会消耗大量的建筑材料。建筑材料生产需消耗大量粘土，造成耕地破坏，各级政府出台了很多文件禁止采取耕地粘土生产砖，建筑材料生产急需替代耕地粘土的材料。淤泥与粘土有较大的相似之处，利用淤泥可以替代粘土进行建材产品的生产，逐步成为建筑材料的重要发展方向。目前，淤泥做建筑材料的方式主要有制陶粒、制烧结砖和水泥熟料等。利用淤泥制生态水泥，由于生态水泥含氯盐较高，会造成钢筋锈蚀，因此在应用上受到局限；利用河道淤泥生产烧结砖，有以下缺点：①耗资耗能巨大；②烧结过程中会释放SO₂等有毒气体，对大气造成二次污染；③烧结砖对温度敏感性强，在烧结过程中需严格控制温度。

目前，国内已申请的多个发明专利提出利用淤泥制砖，如申请号CN201110102403.3专利文献中利用淤泥和电石渣等制备的免烧砖，制备过程较为复杂，需将淤泥晾置2~3天，同时每天还需要人工进行翻搅，既占地方，又增加人工成本，而本发明可直接利用从河道清理出的淤泥进行免烧砖的制备；如申请号CN201310032970.5专利文献中利用淤泥和粉煤灰等制备的免烧砖，一是砖坯原料中淤泥含量比较低，仅25%～40%，本发明河道淤泥免烧砖可达75%；二是制砖成本较高，养护条件较为严苛，需要在蒸汽烘干室内（温度需严格控制在90℃～110℃）进行养护，增加成本，而本发明只需在自然条件下养护即可，大大减少成本。

发明内容

针对上述背景技术中存在的缺陷与问题，本发明提供了一种河道淤泥免烧砖及其制备方法。本发明的河道淤泥免烧砖具有保温隔热性好、环保节能、易制备投产等特点，具有较好的市场应用化前景。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种河道淤泥免烧砖：由以下按质量分数计的原料制成：碱激发水泥15%～35%、河道淤泥40%~75%、骨料0%～40%、水0%～25%和外加剂0%～3%，各原料质量分数之和为100%。

进一步，所述的碱激发水泥由激发剂和硅铝酸盐类物质组成；以质量百分比计，激发剂占2%～10%，硅铝酸盐类物质占90%～98%。激发剂包括水玻璃、NaOH、Na₂CO₃、CaO和MgO等中的一种或几种。硅铝酸盐类物质包括普通硅酸盐水泥、矿渣、偏高岭土、蒙脱土、粉煤灰、硅灰、花岗岩石粉和石灰石粉等中的一种或几种。

进一步，所述的河道淤泥是指河道清淤过程产生的淤泥，含水率为20wt%～70wt%。所述的骨料包括河砂、天然石子、再生骨料、废陶瓷粒等中的一种或几种。所述的外加剂包括高效减水剂、早强剂、缓凝剂和防冻剂等中的一种或几种。

进一步，其制备过程为：

1）去除河道淤泥中的塑料和金属杂质；

2）先将碱激发水泥倒入搅拌机中，进行混合搅拌2~3分钟；

3）再将骨料倒入搅拌机中，混合搅拌2~3分钟；

4）再将河道淤泥倒入搅拌机中，混合搅拌2~3分钟；

5）最后将外加剂和水倒入搅拌机中进行搅拌；

6）将步骤5）搅拌均匀的混合料送入制砖机；压制成型后，用塑料薄膜覆盖，12h后进行浇水养护，即得到河道淤泥免烧砖成品。

本发明河道淤泥免烧砖，其机理为：

（1）普通硅酸盐水泥水化生成Ca(OH)₂和C-S-H，CaO水解也生成Ca(OH)₂，Ca(OH)₂与Na₂CO₃反应生成NaOH和CaCO₃，NaOH为强碱，可以使矿渣、偏高岭土、粉煤灰、硅灰中的Si-O-Si键、Si-O-Al键和Al-O-Al键在OH^-作用下断裂，玻璃体结构解体，释放出(SiO₄)^4-、然后再缩聚形成C-S-H或沸石等有强度的水化产物，CaCO₃填充孔隙，使河道淤泥免烧砖具有较高的强度；

（2）水玻璃激发矿渣、偏高岭土、粉煤灰、硅灰，生成C-S-H凝胶等，由于水玻璃Si含量较高，形成的C-S-H有较长的分子链，Ca/Si较低，这使河道淤泥免烧砖具有较高的强度；

（3）当激发剂中含有MgO时，MgO与(AlO₄)^5-等聚合，形成类水滑石（LDH），LDH为层状结构，可以固化河道淤泥SO₄ ^2-、CO₃ ^2-和Cl^-等阴离子；蒙脱土也为层状结构，对重金属阳离子有固化作用；此外，生成的C-S-H或沸石对重金属也有较好的固化作用。河道淤泥还可能含有有机农药（滴滴涕、毒杀芬等）、非挥发性有机化合物（硝基苯、邻苯二甲酸二丁酯等）和挥发性有机化合物（甲苯、三氯乙烯等），采用碱激发技术对这些均有较好的固化作用；

（4）花岗岩石粉和石灰石粉需水量少，在河道淤泥免烧砖主要起到减粘和填充作用；

（5）掺入高效减水剂可降低水胶比，提高了砖的抗压强度；气温较低时，掺入早强剂和防冻剂，可提高砖的早期强度；气温较高时，掺入缓凝剂，可延长制砖的开放时间；

（6）河砂、天然石子、再生骨料、废陶瓷粒等骨料有较好的体积稳定性，能减少河道淤泥免烧砖收缩和开裂情况。

与现有淤泥处理方式跟制砖技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）采用免烧技术，节约能耗，无温室气体、SO₂等有毒气体污染空气，环保作用明显；

2）淤泥用量大，有利于淤泥规模化处理，有效解决淤泥污染环境且清淤后大量占用土地的问题；

3）采用的碱激发技术使得成品砖各方面性能提升，使其使用寿命长；

4）采用了碱激发技术，能够在水化产物C-S-H或沸石等中固化淤泥中的重金属，避免对土壤水源造成二次污染；

5）技术方案简单，生产周期短，可操作性强，投资少。

具体实施方式

本发明提供的是一种河道淤泥免烧砖：由以下按质量分数计的原料制成：碱激发水泥15%～35%、河道淤泥40%~75%、骨料0%～40%、水0%～25%和外加剂0%～3%，各原料质量分数之和为100%。

进一步，所述的碱激发水泥由激发剂和硅铝酸盐类物质组成；以质量百分比计，激发剂占2%～10%，硅铝酸盐类物质占90%～98%。激发剂包括水玻璃、NaOH、Na₂CO₃、CaO和MgO等中的一种或几种。硅铝酸盐类物质包括普通硅酸盐水泥、矿渣、偏高岭土、蒙脱土、粉煤灰、硅灰、花岗岩石粉和石灰石粉等中的一种或几种。

进一步，所述的河道淤泥是指河道清淤过程产生的淤泥，含水率为20wt%～70wt%。所述的骨料包括河砂、天然石子、再生骨料、废陶瓷粒等中的一种或几种。所述的外加剂包括高效减水剂、早强剂、缓凝剂和防冻剂等中的一种或几种。

进一步，其制备过程为：

1）去除河道淤泥中的塑料和金属杂质；

2）先将碱激发水泥倒入搅拌机中，进行混合搅拌2~3分钟；

3）再将骨料倒入搅拌机中，混合搅拌2~3分钟；

4）再将河道淤泥倒入搅拌机中，混合搅拌2~3分钟；

5）最后将外加剂和水倒入搅拌机中进行搅拌；

6）将步骤5）搅拌均匀的混合料送入制砖机；压制成型后，用塑料薄膜覆盖，12h后进行浇水养护，即得到河道淤泥免烧砖成品。

实施例1

河道淤泥免烧砖，由下列质量百分比的原料制成：碱激发水泥18%、河道淤泥65%、天然石子10%、水5%、高效减水剂2%，各组分质量百分数之和为100%。淤泥不需要经过脱水处理，含水率为55wt%。所述碱激发水泥由激发剂和硅铝酸盐类物质组成，激发剂是模数为1.5、固体含量为30wt%的水玻璃。水玻璃的固体部分占碱激发水泥质量百分比为5%，硅铝酸盐类物质为P.O42.5硅酸盐水泥（45%）、矿渣（40%）和硅灰（10%）的混合物，占碱激发水泥质量百分比为95%。

河道淤泥免烧砖的制备方法，具体步骤为：

1）准备：去除河道淤泥中的塑料和金属等杂质；取河道淤泥备用；

2）搅拌：先将碱激发水泥倒入搅拌机，混合搅拌2分钟；再将天然石子倒入搅拌机，混合搅拌3分钟；然后将河道淤泥倒入搅拌机，混合搅拌2分钟；最后将高效减水剂和水倒入搅拌机，混合搅拌2分钟，得到搅拌均匀的混合物料；

3）压制：将步骤2）中得到的混合物料送入制砖机压制成型；

4）养护：将步骤3）中得到的砖用塑料薄膜覆盖，12h后进行浇水养护，得到河道淤泥免烧砖成品。

对所得28d免烧砖进行强度检测，其抗压强度为19MPa，且满足《危险废弃物鉴别标准浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-2007）的要求。

实施例2

河道淤泥免烧砖，由下列质量百分比的原料制成：碱激发水泥15%、河道淤泥60%、再生骨料10%、水12%、早强剂2%和防冻剂1%，各组分质量百分数之和为100%。淤泥不需要经过脱水处理，含水率为50wt%。所述碱激发水泥由激发剂和硅铝酸盐类物质组成，激发剂为NaOH（5%）和MgO（2%），占碱激发水泥质量百分比为7%，硅铝酸盐类物质为P.O42.5硅酸盐水泥（30%）、矿渣（30%）、偏高岭土（30%）和石灰石粉（13%），占碱激发水泥质量百分比为93%。

河道淤泥免烧砖的制备方法，具体步骤为：

1）准备：去除河道淤泥中的塑料和金属等杂质；取河道淤泥备用；

2）搅拌：先将碱激发水泥倒入搅拌机，混合搅拌2分钟；再将再生骨料倒入搅拌机，混合搅拌2分钟；然后将河道淤泥倒入搅拌机，混合搅拌2分钟；最后将早强剂、防冻剂和水倒入搅拌机，混合搅拌2分钟，得到搅拌均匀的混合物料；

3）压制：将步骤2）中得到的混合物料送入制砖机压制成型；

4）养护：将步骤3）中得到的砖用塑料薄膜覆盖，12h后进行浇水养护，得到河道淤泥免烧砖成品。

对所得28d免烧砖进行强度检测，其抗压强度为16MPa，且满足《危险废弃物鉴别标准浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-2007）的要求。

实施例3

河道淤泥免烧砖，由下列质量百分比的原料制成：碱激发水泥20%、河道淤泥55%、废陶瓷粒8%、水15%、缓凝剂2%，各组分质量百分数之和为100%。淤泥不需要经过脱水处理，含水率为30wt%。所述碱激发水泥由激发剂和硅铝酸盐类物质组成，激发剂为CaO（7%）和Na₂CO₃（3%），占碱激发水泥质量百分比为10%，硅铝酸盐类物质为P.O42.5硅酸盐水泥（40%）、矿渣（40%）、和蒙脱土（10%），占碱激发水泥质量百分比为90%。

河道淤泥免烧砖的制备方法，具体步骤为：

1）准备：去除河道淤泥中的塑料和金属等杂质；取河道淤泥备用；

2）搅拌：将碱激发水泥倒入搅拌机，混合搅拌3分钟；将废陶瓷粒倒入搅拌机，混合搅拌3分钟；将河道淤泥倒入搅拌机，混合搅拌3分钟；将缓凝剂和水倒入搅拌机，混合搅拌3分钟，得到搅拌均匀的混合物料；

3）压制：将步骤2）中得到的混合物料送入制砖机压制成型；

4）养护：将步骤3）中得到的砖用塑料薄膜覆盖，12h后进行浇水养护，得到河道淤泥免烧砖成品。

对所得28d免烧砖进行强度检测，其抗压强度为15MPa，且满足《危险废弃物鉴别标准浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-2007）的要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种河道淤泥免烧砖，其特征在于：由以下按质量分数计的原料制成：碱激发水泥15%～35%、河道淤泥40%~75%、骨料0%～40%、水0%～25%和外加剂0%～3%，各原料质量分数之和为100%。

2.根据权利要求1所述的河道淤泥免烧砖，其特征在于：所述的碱激发水泥由激发剂和硅铝酸盐类物质组成；以质量百分比计，激发剂占2%～10%，硅铝酸盐类物质占90%～98%。

3.根据权利要求2所述的河道淤泥免烧砖，其特征在于：所述的激发剂包括水玻璃、NaOH、Na₂CO₃、CaO和MgO中的一种或几种；所述的硅铝酸盐类物质包括普通硅酸盐水泥、矿渣、偏高岭土、蒙脱土、粉煤灰、硅灰、花岗岩石粉和石灰石粉中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的河道淤泥免烧砖，其特征在于：所述的河道淤泥是指河道清淤过程产生的淤泥，含水率为20wt%～70wt%。

5.根据权利要求1所述的河道淤泥免烧砖，其特征在于：所述的骨料包括河砂、天然石子、再生骨料、废陶瓷粒中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的河道淤泥免烧砖，其特征在于：所述的外加剂包括高效减水剂、早强剂、缓凝剂和防冻剂中的一种或几种。

7.一种制备如权利要求1所述的河道淤泥免烧砖的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）去除河道淤泥中的塑料和金属杂质；

2）先将碱激发水泥倒入搅拌机中，进行混合搅拌2~3分钟；

3）再将骨料倒入搅拌机中，混合搅拌2~3分钟；

4）再将河道淤泥倒入搅拌机中，混合搅拌2~3分钟；

5）最后将外加剂和水倒入搅拌机中进行搅拌；

6）将步骤5）搅拌均匀的混合料送入制砖机；压制成型后，用塑料薄膜覆盖，12h后进行浇水养护，即得到河道淤泥免烧砖成品。