CN109928688A

CN109928688A - 一种利用河道底泥制备免烧结砖的方法和免烧结砖

Info

Publication number: CN109928688A
Application number: CN201910317927.0A
Authority: CN
Inventors: 赵玲; 杨小云; 曹心德; 申哲民; 南红岩
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2019-04-19
Filing date: 2019-04-19
Publication date: 2019-06-25

Abstract

本发明属于固体废弃物再利用技术领域，具体涉及一种利用河道底泥制备免烧结砖的方法和免烧结砖。本发明提供的制备方法将河道底泥干粉、水泥、减水剂、发泡料和水配合使用，通过简单的混合、成型和养护得到可利用的砖，无需烧结或者高温养护，降低了能耗，同时还丰富了河道底泥利用方式。

Description

一种利用河道底泥制备免烧结砖的方法和免烧结砖

技术领域

本发明属于固体废弃物再利用技术领域，具体涉及一种利用河道底泥制备免烧结砖的方法和免烧结砖。

背景技术

随着城市化的快速发展，城市河道污染问题愈加严重，一旦水体受到污染物的污染，进入水体的污染物在物理化学作用下转化为固相，沉积于河流底泥中，导致河道底泥也存在严重的污染。在水体污染中，重金属污染是其中较为普遍的一种，因而河道底泥中多含有Cu、Zn、Pb、As、Cd、Cr、Mn、Hg等重金属离子，且大部分呈现复合型污染，使河流底泥的处理难度极大。

目前底泥的处置方式有原位处置和异位处置两种。原位处置是指底泥不经过疏浚，直接采用物理、化学或生物技术减少污染底泥的量或者控制污染物毒性和释放的技术。国内外对河流污染底泥的原位处置技术主要有投加氧化剂、底泥覆盖技术、生物修复技术等。原位处置尚不成熟，且对河流生态系统会造成一定程度破坏，因此目前河道底泥的处理多是采用异位处置方法，即将底泥疏浚后再进行处置的方法。

疏浚后底泥具有量大、污染成分复杂以及含水率高等特点，需要利用物理、化学方法进行处理。中国专利201210322843.4和201510389559.2提出以河道底泥为原料制备底泥砖，该方法能对重金属离子起到较好的固化作用，但制备过程中需要使用烧结或者高温养护步骤，能耗较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用河道底泥制备免烧结砖的方法，本发明提供的方法无需烧结，能耗低，且制备所得免烧结砖具有高强度和质轻的特点。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种利用河道底泥制备免烧结砖的方法，包括以下步骤：

将河道底泥干粉、水泥、减水剂和水混合，得到底泥浆料；

将所述底泥浆料与发泡料混合，得到混合料；

将所述混合料依次进行成型和养护，得到免烧结砖。

优选的，所述河道底泥干粉的制备方法包括：将河道底泥依次进行干燥和细化，得到河道底泥干粉。

优选的，所述河道底泥干粉的含水率≤10％；粒径为0.1～5mm。

优选的，所述河道底泥干粉与水泥的质量比≥1。

优选的，所述底泥浆料中，减水剂的质量浓度为0.2～0.3％。

优选的，所述发泡料的制备原料包括发泡剂和水，所述发泡剂与水的用量比为1g:(40～50)mL。

优选的，所述发泡剂包括动物蛋白质类发泡剂、植物蛋白类发泡剂和高分子发泡剂中的一种或几种。

优选的，所述混合料中，底泥浆料与发泡料的体积比为100:(54～75)。

优选的，所述成型时，振动幅度≤5mm，振动频率为18～24次/min，振动时间10～15s；

所述养护的湿度为70～80％，温度为20～30℃，时间为25～30天。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的免烧结砖，其特征在于，所述免烧结砖具有封闭的孔隙结构，孔隙率为35～60％，平均孔径为260～370μm。

本发明提供了一种利用河道底泥制备免烧结砖的方法，包括以下步骤：将河道底泥干粉、水泥、减水剂和水混合，得到底泥浆料；将所述底泥浆料与发泡料混合，得到混合料；将所述混合料依次进行成型和养护，得到免烧结砖。本发明提供的上述制备方法将河道底泥干粉、水泥、减水剂、发泡料和水配合使用，通过简单的混合、成型和养护得到可利用的砖，无需烧结或者高温养护，降低了能耗，且所得免烧结砖的密度达到620～850kg·m^-3，抗压强度为2.1～4.35MPa，抗折强度0.5～1.4MPa。

附图说明

图1为本发明提供的利用河道底泥制备免烧结砖的方法的流程示意图；

图2为本发明提供的免烧结砖的光学显微图；

图3为本发明提供的免烧结砖的实物图。

具体实施方式

将河道底泥干粉、水泥、减水剂和水混合，得到底泥浆料；

将所述底泥浆料与发泡料混合，得到混合料；

将所述混合料依次进行成型和养护，得到免烧结砖。

本发明将河道底泥干粉、水泥、减水剂和水混合，得到底泥浆料。在本发明中，所述河道底泥干粉的含水率优选≤10％，更优选为1～8％，再优选为3～5％；所述河道底泥的粒径优选为0.1～5mm，更优选为0.5～4mm，再优选为1～3mm。

本发明所述河道底泥干粉的制备方法优选包括：将河道底泥依次进行干燥和细化，得到河道底泥干粉。本发明对所述河道底泥的来源没有任何要求，任何需要资源化利用的河道底泥均可。在本发明中，所述干燥优选包括脱水和深度脱水；所述脱水的方式优选包括机械脱水或自然脱水，所述脱水的程度以能得到含水率为50～70％的半固态河道底泥为准；所述深度脱水的方式优选为风干，深度脱水的程度以能得到含水率≤10％的物料即可。干燥后，本发明对干燥后得到的物料进行细化，所述细化的方式优选为机械研磨；细化程度以能得到上述粒度范围的河道底泥干粉为准。

在本发明中，所述水泥采用本领域技术人员熟知的市售产品，具体可以是42.5级或52.5级的水泥。

在本发明中，所述减水剂优选为聚羧酸米减水剂，更优选为常熟高泰助剂有限公司提供的产品型号为Ethacryl HF 50的市售产品。

在本发明中，制备底泥浆料时，河道底泥干粉与水泥的质量比优选≥1，更优选为(2.0～1.0):1；减水剂的质量优选为水泥质量的0.20～0.30％，更优选为0.22～0.27％，再优选为0.23～0.25％；水料比优选为0.4～0.5，更优选为0.42～0.48，再优选为0.45。

在本发明中，所述河道底泥干粉、水泥、减水剂和水的混合方式优选为：将河道底泥干粉与水泥混合，然后加入水，再添加减水剂；混合、加水和添加减水剂的过程中均在搅拌条件下进行，所述搅拌的速度优选为300～500r/min，更优选为450r/min；混合、加水和添加减水剂的各个阶段的搅拌时间优选为1～3min，更优选为1～2min。

本发明优选采用上述用量和混合方式，能得到流动性较好的底泥浆料，避免搅拌不均或者泌水现象出现，为制备强度较高的免烧结砖提供物料基础。在本发明中，所述底泥浆料的流动度优选为120～280mm，更优选为150～240mm。

得到底泥浆料后，本发明将所述底泥浆料与发泡料混合，得到混合料。在本发明中，所述发泡料的制备原料优选包括发泡剂和水，所述发泡剂的发泡性能优选满足以下要求：发泡剂发出泡沫1h后，泡沫沉陷距离小于10mm，泌水量小于80mL，且发出超过20倍的气泡。在本发明具体实施过程中，所述发泡剂优选为动物蛋白质类发泡剂、植物蛋白类发泡剂和高分子发泡剂中的一种或几种，所述发泡剂为几种组分的混合物时，本发明对所述混合物中各组分的质量比没有特殊要求。在本发明中，所述发泡剂优选为合肥百乐公司提供的市售产品。本发明所述发泡料的制备原料中的水优选为自来水。在本发明中，所述发泡剂和水的用量比优选为1g:(40～50)mL，更优选为1g:(42～47)mL，再优选为1g:45mL。

在本发明中，所述发泡料的制备方法优选为将发泡剂和水的混合液进行发泡得到，所述发泡的方式优选为机械发泡，更优选在FP-X100型水泥发泡机中进行。本发明所述发泡为高压空气发泡技术，具体是采用空气射流二次成泡原理，发泡机为无级可调转速，搅拌轴三级搅拌叶片，强涡流搅拌。在本发明中，所述底泥浆料与发泡料的体积比优选为100:(54～75)，更优选为100:(55～70)，再优选为100:(60～65)；所述底泥浆料与发泡料混合的方式优选为：将发泡料添加至底泥浆料中，然后搅拌，所述搅拌的速度优选为300～500r/min，更优选为450r/min；所述搅拌的时间优选为20～30s，更优选为23～27s。本发明优选采用上述方式进行混合，可使混合料中含有足量的气泡，使发泡量达到约2m³/h，为制备质轻、高强度的免烧结砖进一步提供有利条件。得到混合料后，本发明将所述混合料依次进行成型和养护，得到免烧结砖。在本发明中，所述成型的方式优选为模具成型，成型过程优选在常温条件下进行振动完成，所述振动的频率优选为18～24次/min，更优选为20次/min；振动幅度优选≤5mm，更优选为1～3mm；振动时间优选为10～15s，更优选为10～12s。本发明优选在上述条件下进行成型，能保证大气泡转化为小气泡，但又能避免小气泡过度破裂，保证得到大小适中而又均匀的气泡分布，确保免烧结砖密度的均匀性和质轻性。

成型后，本发明对成型物料进行养护，得到免烧结砖。在本发明中，所述养护的条件优选为：湿度70～80％，温度20～30℃，时间25～30天；更优选为湿度72～75％，温度为24～26℃，时间为26～27天。在本发明中，所述湿度优选通过薄膜包裹的方式提供，该方式无需能耗即可将湿度保持在70％以上。本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的免烧结砖，所述免烧结砖具有封闭的孔隙结构，所述孔隙的平均孔径为260～370μm，孔隙率达到35～60％。本发明所述免烧结砖还具有优异的综合性能，其中密度为620～850kg·m^-3，抗压强度为2.1～4.35MPa，抗折强度为0.5～1.4MPa，吸水率为32～42％，导热系数为0.1696～0.2348W/m·K。

为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的利用河道底泥制备免烧结砖的方法和免烧结砖进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

按照图1所示流程示意图制备免烧结砖，具体步骤为：

将河道底泥脱水至含水率为60％，得到半固态河道底泥，然后风干至含水率低于10％，用破碎机机械研磨30min，得到粒径为0.1～5mm的河道底泥干粉；

将河道底泥干粉与水泥按照1：1的质量比混合，搅拌1min(转速为450r/min)，然后再将水(水料比为0.45)添加至搅拌桶中，继续用搅拌机搅拌1min，加入常熟高泰助剂有限公司提供的聚羧酸醚减水剂Ethacryl HF 50(占胶凝材料质量的0.2％)，再搅拌1min，形成底泥浆料；

将合肥百乐公司的动物蛋白质类发泡剂和水按照1g：45mL的用量混合，倒入发泡机中，发泡机采用数字变频控制的FP-X100型发泡机，发泡时，控制发泡量为2m³/h，得到发泡料；

将发泡料添加到底泥浆料中(以占底泥浆料体积60％的掺量添加发泡料)，以300r/min的转速搅拌25s，使拌合物中含有足量的气泡，且各组分能均匀混合，得到混合料；

将混合料装入模具中，装模过程中，振动幅度应控制在5mm，振动频率应控制在20次/min，在湿度为80％、温度为25℃的条件下养护28天，得到免烧结砖。各原料组分的用量见表1。

实施例2～4

实施例2～4的制备过程与实施例1相同，各组分用量见表1。

表1实施例1～4各组分用量及工艺参数

结构及性能表征结果

利用光学显微镜观察实施例所得免烧结砖的微观结构，实施例1所得产品的光学显微结构图如图2所示，由图2可知，本发明提供的制备方法制备得到的免烧结砖具有孔隙结构，孔隙的大小和分布均匀。本发明所得免烧结砖的整体形貌如图3的实物图所示。

利用图像分析软件image Pro plus对免烧结砖的宏观孔进行分析，结果列于表2中。

按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》和JGJ51-2002《轻骨料混凝土技术规程》测试免烧结砖的性能参数，测试结果见表2。

表2实施例1～4所得免烧结砖的结构及性能参数

结构及性能参数	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					密度(kg·m<sup>-3</sup>)	868	705	620	838
抗压强度(MPa)	4.35	2.56	2.1	3.52
					抗折强度(MPa)	1.36	0.9	0.6	1.02
吸水率(％)	32.85	36.17	41.92	34.15
					导热系数(W/m·K)	0.2348	0.1950	0.1732	0.2268
孔隙率(％)	35.37	50.72	57.23	38.90
					平均孔径(μm)	260.87	314.12	368.79	278.34

由表2的数据可知，本发明提供的制备方法能够得到综合性能较好的免烧结砖，其中密度为620～868kg·m^-3，抗压强度为2.1～4.35MPa，抗折强度为0.6～1.36MPa，吸水率约为32～42％，导热系数为0.1732～0.2348W/m·K。

本发明采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法HJ/T299-2007》模拟酸雨，实施例1～4所得免烧结砖经过模拟酸雨溶液(SPLP：synthetic precipitation leachingprocedure)浸提后，发现重金属溶出量极低，低于检测线，基本无风险，说明本发明提供的制备方法具有优异的重金属固化能力，降低了重金属污染的危害。

本发明采用简单易控制的工艺，将河道底泥制备成新型轻质气泡建材，并将河道底泥中的重金属污染物固化，解决了重金属污染问题；所用方法不需要烧结和高温养护等步骤，减少了能耗；所得产品气泡均匀，并具有优异的抗压、抗折、密度、耐水性和导热性能。另外，本发明提供的方法成本低廉而具有良好的市场化前景，是一种消纳城市污染固废的最有效果的方法之一。

尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims

1.一种利用河道底泥制备免烧结砖的方法，包括以下步骤：

将河道底泥干粉、水泥、减水剂和水混合，得到底泥浆料；

将所述底泥浆料与发泡料混合，得到混合料；

将所述混合料依次进行成型和养护，得到免烧结砖。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述河道底泥干粉的制备方法包括：将河道底泥依次进行干燥和细化，得到河道底泥干粉。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述河道底泥干粉的含水率≤10％；粒径为0.1～5mm。

4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述河道底泥干粉与水泥的质量比≥1。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述底泥浆料中，减水剂的质量浓度为0.2～0.3％。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发泡料的制备原料包括发泡剂和水，所述发泡剂与水的用量比为1g:(40～50)mL。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发泡剂包括动物蛋白质类发泡剂、植物蛋白类发泡剂和高分子发泡剂中的一种或几种。

8.如权利要求1、6或7所述的方法，其特征在于，所述混合料中，底泥浆料与发泡料的体积比为100:(54～75)。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成型时，振动幅度≤5mm，振动频率为18～24次/min，振动时间10～15s；

10.权利要求1～9任一项所述制备方法制备得到的免烧结砖，其特征在于，所述免烧结砖具有封闭的孔隙结构，孔隙率为35～60％，平均孔径为260～370μm。