CN109354448A - 利用城市生活垃圾焚烧炉渣制备轻质泡沫混凝土的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用城市生活垃圾焚烧炉渣制备轻质泡沫混凝土的方法，包括以下步骤：1）将城市生活垃圾焚烧炉渣进行风化和水洗；2）将除发泡剂和水之外的原材料倒入搅拌机中混合均匀；3）将定量的超纯水和配制的海藻酸钠溶液加入到搅拌机中；4）在搅拌的同时加入发泡剂，立即将混合料浆倒入到制备好的模具里，表面用一层保鲜膜覆盖，静置发泡；5）脱除模具，将泡沫混凝土储存在养护箱中养护，得到了具有良好力学性能的轻质泡沫混凝土。本发明扩大了炉渣的工程应用范围，且具备环保、价格优廉、制备方法简单等优点，值得大规模制备该轻质泡沫混凝土。
Description
技术领域
本发明属于城市生活垃圾焚烧炉渣再生资源利用技术领域，具体涉及一种利用城市生活垃圾焚烧炉渣制备轻质泡沫混凝土的方法。
背景技术
城市生活垃圾焚烧炉渣的资源化利用在欧美和日本已有几十年的历史了。为了合理地处置日益增加的焚烧炉渣，很多国家在几十年前就开始从资源利用和环境影响两方面考虑，研究炉渣资源化利用的可行性，力求在经济成本与环境要求中找到最佳平衡点。城市生活垃圾焚烧炉渣的主要组成为SiO2、CaO、Al2O3和Fe2O3，含有少量的MgO、K2O、Na2O等，和粉煤灰一样，属于CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3系统。此外，炉渣稳定性好，颗粒级配分布较好。因此，炉渣具备作为建筑材料使用的基本要求，炉渣再生利用制备轻质泡沫混凝土具有不可估量的社会意义，符合我国的国情。
泡沫混凝土具有轻质、保温隔热、隔音耐火、高流态、低弹性模量、环保、无毒无害的优点，可用于房屋的保温隔热、地下回填、挡土墙等。然而泡沫混凝土属多孔结构非均质脆性材料，强度低、吸水率高等缺陷限制了泡沫混凝土的推广应用。但是经研究发现，海藻酸钠可以用来改善泡沫混凝土的性能。海藻酸钠溶于水中形成粘稠状胶体溶液，是一种水合能力非常强的亲水性凝胶剂。低热值、无毒性、易膨胀、柔韧性高，具有良好的稳定性、泡沫稳定性、促进凝聚等作用。海藻酸钠可以增加炉渣砂浆的抗折强度、柔韧性、粘结强度等性能，还可以改善耐高温、发泡和稳泡等其他性能。
发明内容
针对现有问题的不足，本发明的目的是提供一种利用城市生活垃圾焚烧炉渣制备轻质泡沫混凝土的方法，采用城市生活垃圾焚烧炉渣作为硅质材料，与水泥、硫酸钠、海藻酸钠、双氧水配合制备轻质泡沫混凝土，扩大了炉渣的工程应用范围，且具备环保、价格优廉、制备方法简单等优点，值得大规模制备该轻质泡沫混凝土。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种利用城市生活垃圾焚烧炉渣制备轻质泡沫混凝土的方法，包括以下步骤：
1)将城市生活垃圾焚烧炉渣进行风化再与超纯水混合，超声、过滤、干燥，再将炉渣球磨筛分，得到水洗后的炉渣；
2)按质量配比将炉渣、水泥、硫酸钠倒入搅拌机中混合均匀；
3)配制海藻酸钠溶液，将海藻酸钠溶液和水加入到搅拌机中，搅拌均匀；
4)在搅拌的同时，加入双氧水，即发泡剂，继续搅拌均匀，将混合料浆倒入制备好的模具中，表面用一层保鲜膜覆盖，静置发泡；
5)脱除模具，将泡沫混凝土储存在养护箱中养护，得到轻质泡沫混凝土。
作为本申请的优选方案，所述步骤1)中，先将城市生活垃圾焚烧炉渣在室外露天自然风化，自然风化时间为30-40d，达到降低灰渣pH值和使金属氢氧化物氧化成难溶的金属氧化物从而减少重金属物质的浸出、稳定灰渣性质的目的；然后将风化后的炉渣与水混按照质量比1:3混合，超声2h，超声功率为100W，过滤；在鼓风干燥箱中100℃干燥12h，再将炉渣球磨筛分至粒径小于200目，得到水洗后的炉渣；经过水洗的炉渣，其中氯离子、碱金属离子含量大大降低，泡沫混凝土不易出现泛碱现象；此外，水洗过程还会使固化产物的硬化时间的延迟作用大幅减弱，除去炉渣中部分轻质细微成分，有利于提高固化体的硬化性能，并提高灰渣烧结产物的化学和工程性质；再将炉渣球磨筛分至粒径小于200目，增加了表面活性点，增加和加快了活性Al2O3、SiO2的溶出和水化速度，而且，使炉渣的平均粒径变小，可使体系具有更好的填充性质。
作为本申请的优选技术方案，所述步骤2)中，所述步骤2)中，按灰渣：水泥：硫酸钠的质量比5:4:2倒入搅拌机中混合均匀。水泥水化会产生Ca(OH)2，对炉渣有激发作用。在OH-的作用下，炉渣颗粒表面的Si-O和Al-O键断裂，Si-O-Al网络聚合体的聚合度降低，表面形成游离的不饱和活性键，容易与Ca(OH)2反应生成水化硅酸钙和水化硅酸铝等胶凝性产物。硫酸钠是早强剂，可以很快地与Ca(OH)2作用生成新生态的石膏和NaOH，石膏继续与炉渣及水泥的水化产物水化铝酸钙迅速反应，生成单硫型水化硫铝酸钙，它具有速凝特点，可加快泡沫混凝土的硬化。
作为本申请的优选技术方案，所述步骤3)中，配制质量浓度为1％的海藻酸钠溶液，将25℃或50℃的海藻酸钠溶液和水加入到搅拌机中，其中，水灰比0.45(海藻酸钠溶液中的水计入总需水量)。海藻酸钠含有大量的—COO-，在水溶液中可表现为聚阴离子行为，亲水基与水结合，依靠氢键和范德华力形成网状结构，吸附在炉渣、水泥颗粒或者水化产物的表面，改变泡沫混凝土的微观形貌，使孔壁结构更为致密，避免了料浆中气泡彼此串通及气体从料浆表面逸出，起到了稳泡的作用。因为有Ca2+的存在，海藻酸钠G单元上的Na+与Ca2+发生离子交换反应，G单元堆积形成交联网络结构，从而促进了水泥的水化，有利于炉渣发挥其火山灰活性，并且可使泡沫混凝土的气孔分布更加均匀。
其中，所用水为超纯水。
作为本申请的优选技术方案，所述步骤4)中，在搅拌的同时，加入双氧水，双氧水所占灰渣的质量比为8-12％，继续搅拌20s左右，立即将混合料浆倒入制备好的模具中，表面用一层保鲜膜覆盖，静置发泡。双氧水为30％浓度工业双氧水，密度为1.11g/mL，具有强氧化性，被还原时，释放出氧气，使料浆产生气泡。
作为本申请的优选技术方案，所述步骤5)中，1d后脱除模具，将泡沫混凝土储存在养护箱中20-30d，养护箱温度为40℃，相对湿度为95％。
有益效果
与现有技术相比，本发明的优点在于：将杂质多，易造成二次污染，工程强度低的城市生活垃圾焚烧炉渣应用到制备轻质泡沫混凝土中，扩大了炉渣的工程应用范围。同时，将海藻酸钠应用到制备轻质泡沫混凝土中，使轻质泡沫混凝土的孔径减小、气孔分布均匀性提高。添加海藻酸钠，一方面可以促进水泥水化和炉渣发挥火山灰效应；另一方面能够改变轻质泡沫混凝土的微观形貌，使孔壁结构更为致密，显著提高了轻质泡沫混凝土的抗压强度。而且，本发明的制备方法具备环保、价格优廉、制备方法简单等优点，值得大规模制备该轻质泡沫混凝土。
附图说明
图1为实施例1-12制备的泡沫混凝土的抗压强度图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步详细说明。所用试剂或者仪器设备未注明生产厂商的，均视为可以通过市场购买的常规产品。
实施例1：
步骤1：将城市生活垃圾焚烧炉渣在室外露天自然风化，自然风化时间为30d。然后将风化后的炉渣与超纯水混合(质量比为1:3)，超声2h(功率为100W)，过滤，在鼓风干燥箱中100℃干燥12h。再将炉渣球磨筛分至粒径小于200目，得到水洗后的炉渣。
步骤2：按质量配比将2kg灰渣、1.6kg水泥、80g硫酸钠倒入搅拌机中混合均匀，搅拌约5min。
步骤3：配制质量浓度为1％的海藻酸钠溶液，将50℃超纯水0.9L和0mL的海藻酸钠溶液加入到搅拌机中，搅拌2min。
步骤4：在搅拌的同时，加入178mL双氧水，即发泡剂，浓度为30％的双氧水所占总物料质量比为5％，继续搅拌20s左右，立即将混合料浆倒入制备好的4cm*4cm*4cm模具中，表面用一层保鲜膜覆盖，静置发泡。
步骤5：1d后脱除模具，将泡沫混凝土储存在养护箱中30d，养护箱温度为40℃，相对湿度为95％。
实施例2：
步骤1：将城市生活垃圾焚烧炉渣在室外露天自然风化，自然风化时间为30d。然后将风化后的炉渣与超纯水混合(质量比为1:3)，超声2h(功率为100W)，过滤，在鼓风干燥箱中100℃干燥12h。再将炉渣球磨筛分至粒径小于200目，得到水洗后的炉渣。
步骤2：按质量配比将2kg灰渣、1.6kg水泥、80g硫酸钠倒入搅拌机中混合均匀，搅拌约5min。
步骤3：配制质量浓度为1％的海藻酸钠溶液，将定量的50℃超纯水0.83L和70mL的海藻酸钠溶液加入到搅拌机中，搅拌2min。
步骤4：在搅拌的同时，加入178mL双氧水，即发泡剂，双氧水所占总物料质量比为5％，继续搅拌20s左右，立即将混合料浆倒入制备好的4cm*4cm*4cm模具中，表面用一层保鲜膜覆盖，静置发泡。
步骤5：1d后脱除模具，将泡沫混凝土储存在养护箱中30d，养护箱温度为40℃，相对湿度为95％。
实施例3：
步骤1：将城市生活垃圾焚烧炉渣在室外露天自然风化，自然风化时间为30d。然后将风化后的炉渣与超纯水混合(质量比为1:3)，超声2h(功率为100W)，过滤，在鼓风干燥箱中100℃干燥12h。再将炉渣球磨筛分至粒径小于200目，得到水洗后的炉渣。
步骤2：按质量配比将2kg灰渣、1.6kg水泥、80g硫酸钠倒入搅拌机中混合均匀，搅拌约5min。
步骤3：配制质量浓度为1％的海藻酸钠溶液，将定量的50℃超纯水0.81L和90mL的海藻酸钠溶液加入到搅拌机中，搅拌2min。
步骤4：在搅拌的同时，加入178mL双氧水，即发泡剂，继续搅拌20s左右，立即将混合料浆倒入制备好的4cm*4cm*4cm模具中，表面用一层保鲜膜覆盖，静置发泡。
步骤5：1d后脱除模具，将泡沫混凝土储存在养护箱中30d，养护箱温度为40℃，相对湿度为95％。
实施例4：
步骤1：将城市生活垃圾焚烧炉渣在室外露天自然风化，自然风化时间为30d。然后将风化后的炉渣与超纯水混合(质量比为1:3)，超声2h(功率为100W)，过滤，在鼓风干燥箱中100℃干燥12h。再将炉渣球磨筛分至粒径小于200目，得到水洗后的炉渣。
步骤2：按质量配比将2kg灰渣、1.6kg水泥、80g硫酸钠倒入搅拌机中混合均匀，搅拌约5min。
步骤3：配制浓度为1％的海藻酸钠溶液，将定量的50℃超纯水0.79L和110mL的海藻酸钠溶液加入到搅拌机中，搅拌2min。
步骤4：在搅拌的同时，加入178mL双氧水，即发泡剂，继续搅拌20s左右，立即将混合料浆倒入制备好的4cm*4cm*4cm模具中，表面用一层保鲜膜覆盖，静置发泡。
步骤5：1d后脱除模具，将泡沫混凝土储存在养护箱中30d，养护箱温度为40℃，相对湿度为95％。
实施例5：
步骤1：将城市生活垃圾焚烧炉渣在室外露天自然风化，自然风化时间为30d。然后将风化后的炉渣与超纯水混合(质量比为1:3)，超声2h(功率为100W)，过滤，在鼓风干燥箱中100℃干燥12h。再将炉渣球磨筛分至粒径小于200目，得到水洗后的炉渣。
步骤2：按质量配比将2kg灰渣、1.6kg水泥、80g硫酸钠倒入搅拌机中混合均匀，搅拌约5min。
步骤3：配制浓度为1％的海藻酸钠溶液，将定量的50℃超纯水0.78L和120mL的海藻酸钠溶液加入到搅拌机中，搅拌2min。
步骤4：在搅拌的同时，加入178mL双氧水，即发泡剂，继续搅拌20s左右，立即将混合料浆倒入制备好的4cm*4cm*4cm模具中，表面用一层保鲜膜覆盖，静置发泡。
步骤5：1d后脱除模具，将泡沫混凝土储存在养护箱中30d，养护箱温度为40℃，相对湿度为95％。
实施例6：
步骤1：将城市生活垃圾焚烧炉渣在室外露天自然风化，自然风化时间为30d。然后将风化后的炉渣与超纯水混合(质量比为1:3)，超声2h(功率为100W)，过滤，在鼓风干燥箱中100℃干燥12h。再将炉渣球磨筛分至粒径小于200目，得到水洗后的炉渣。
步骤2：按质量配比将2kg灰渣、1.6kg水泥、80g硫酸钠倒入搅拌机中混合均匀，搅拌约5min。
步骤3：配制浓度为1％的海藻酸钠溶液，将定量的50℃超纯水0.77L和130mL的海藻酸钠溶液加入到搅拌机中，搅拌2min。
步骤4：在搅拌的同时，加入178mL双氧水，即发泡剂，继续搅拌20s左右，立即将混合料浆倒入制备好的4cm*4cm*4cm模具中，表面用一层保鲜膜覆盖，静置发泡。
步骤5：1d后脱除模具，将泡沫混凝土储存在养护箱中30d，养护箱温度为40℃，相对湿度为95％。
实施例7-12
参照实例1-6中的步骤1-5制备泡沫混凝土，区别在于步骤3中，超纯水为25℃。
图1描述了不同温度海藻酸钠溶液及其掺量对泡沫混凝土30d抗压强度的影响。从图中可以看出，不同温度海藻酸钠溶液对抗压强度的影响呈现相同的趋势，随着海藻酸钠掺量的增加，泡沫混凝土的抗压强度先增大而后急剧降低。当添加25℃的海藻酸钠溶液时，抗压强度变化范围为0.85-1.04MPa，添加110mL海藻酸钠溶液，泡沫混凝土抗压强度最优，此时抗压强度为1.04MPa，比空白试样高73％。当添加50℃的海藻酸钠溶液时，泡沫混凝土的抗压强度变化范围为0.70-1.28MPa,其中海藻酸钠掺量为90mL时抗压强度达到最大，为1.28MPa，相比25℃时获得的最佳抗压强度高23％。通过对比两组数据可以得出，当添加的海藻酸钠溶液为50℃时，在用量较少时即能得到较高的抗压强度。适量的海藻酸钠溶液可以提高泡沫混凝土浆体的稳定性，有利于气泡的形成和稳定，降低气泡破裂的几率，从而提高泡沫混凝土的抗压强度。过量的海藻酸钠反而不利于抗压强度，因为在泡沫混凝土浆体中加入过量的海藻酸钠会增加浆体的稠度，不利于浆体的流动，料浆注入模具后分布不均匀，部分料浆会在泡沫混凝土基体的内部结块，降低了抗压强度。
综上所述，本发明提供的城市生活垃圾焚烧制备轻质泡沫混凝土的方法，其具备环保、价格优廉、制备方法简单等优点，值得大规模制备。
本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求为保护范围。
Claims (6)
1.一种利用城市生活垃圾焚烧炉渣制备轻质泡沫混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将城市生活垃圾焚烧炉渣进行风化再与水混合，超声、过滤、干燥，再将炉渣球磨筛分，得到水洗后的炉渣；
2）按质量配比将炉渣、水泥、硫酸钠倒入搅拌机中混合均匀；
3）配制海藻酸钠溶液，将水和的海藻酸钠溶液加入到搅拌机中，搅拌均匀；
4）在搅拌的同时，加入双氧水，继续搅拌均匀，将混合料浆倒入制备好的模具中，表面用一层保鲜膜覆盖，静置发泡；
5）脱除模具，将泡沫混凝土储存在养护箱中养护，得到轻质泡沫混凝土。
2.根据权利要求1所述的城市生活垃圾焚烧炉渣制备轻质泡沫混凝土的方法，其特征在于，所述步骤1）中，先将城市生活垃圾焚烧炉渣在室外露天自然风化，自然风化时间为30-40d；然后将风化后的炉渣与水混按照质量比1:3混合，超声2h，超声功率为100W，过滤；在鼓风干燥箱中100℃干燥12h，再将炉渣球磨筛分至粒径小于200目，得到水洗后的炉渣。
3.根据权利要求1所述的城市生活垃圾焚烧炉渣制备轻质泡沫混凝土的方法，其特征在于，所述步骤2）中，按灰渣：水泥：硫酸钠的质量比5:4:2倒入搅拌机中混合均匀。
4.根据权利要求1所述的城市生活垃圾焚烧炉渣制备轻质泡沫混凝土的方法，其特征在于，所述步骤3）中，配制质量浓度为1%的海藻酸钠溶液，将25℃或50℃的藻酸钠溶液和水加入到搅拌机中，其中水灰比为0.45。
5.根据权利要求1所述的城市生活垃圾焚烧炉渣制备轻质泡沫混凝土的方法，其特征在于，所述步骤4）中，在搅拌的同时，加入双氧水，双氧水所占灰渣的质量比为8-12%，继续搅拌20s左右，立即将混合料浆倒入制备好的模具中，表面用一层保鲜膜覆盖，静置发泡。
6.根据权利要求1所述的城市生活垃圾焚烧炉渣制备轻质泡沫混凝土的方法，其特征在于，所述步骤5）中，1d后脱除模具，将泡沫混凝土储存在养护箱中20-30d，养护箱温度为40℃，相对湿度为95%。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20220908 Address after: 230000 Room 203, building 2, phase I, e-commerce Park, Jinggang Road, Shushan Economic Development Zone, Hefei City, Anhui Province Patentee after: Hefei Jiuzhou Longteng scientific and technological achievement transformation Co.,Ltd. Address before: 224051 middle road of hope Avenue, Yancheng City, Jiangsu Province, No. 1 Patentee before: YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20220915 Address after: One of 1112 cards, Building 1, Yifang Garden, No. 19 Ganggang Avenue, Ganggang Town, Zhongshan City, Guangdong Province, 528400 Patentee after: Guangdong Youcheng Environmental Protection Industry Co.,Ltd. Address before: 230000 Room 203, building 2, phase I, e-commerce Park, Jinggang Road, Shushan Economic Development Zone, Hefei City, Anhui Province Patentee before: Hefei Jiuzhou Longteng scientific and technological achievement transformation Co.,Ltd. |