CN110078449A - 一种利用冲洗碎石和机制砂产生的淤泥制备的免烧砖及其制备方法 - Google Patents

一种利用冲洗碎石和机制砂产生的淤泥制备的免烧砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用冲洗碎石和机制砂产生的淤泥制备的免烧砖及其制备方法，本发明的免烧砖由以下按质量份数计的原料制成：淤泥100份、水泥10‑50份、粉煤灰0‑50份、减水剂0‑2份、激发剂0‑5份、保水剂0.1‑5份、防冻剂0.1‑5份、增强剂0‑30份、搅拌水0‑30份。本发明通过淤泥预先包裹憎水处理、胶凝材料强化、提升微观结构的技术手段，制备了强度高，体积稳定、抗碳化性能良好的淤泥砖，尤其是提高了淤泥砖的软化系数，解决了淤泥遇水溶解、分散的问题；该淤泥砖使用采石淤泥，能大大降低砖的工程造价、节约成本，同时达到利废环保的目的。

Description

一种利用冲洗碎石和机制砂产生的淤泥制备的免烧砖及其制 备方法
技术领域
本发明属于建筑材料工程技术领域，具体涉及一种利用冲洗碎石和机制砂产生的淤泥制备的免烧砖及其制备方法。
背景技术
近十几年，我国进行了大量的基础设施建设，房地产行业也迅猛发展，这就需要大量的建筑材料。碎石和砂是工程建设的主要原材料，我国每年开采大量的碎石和中砂。由于资源逐渐匮乏，通常会利用开采碎石产生的小石子或碎石渣加工成机制砂。但大部分碎石和机制砂的含泥量和泥块含量均超过国家规范规定的含量，采石场对碎石和机制砂进行冲洗。由此会产生泥浆，再通过压泥机脱水形成数量可观的淤泥。
我国每年开采工程碎石和机制砂所产生的淤泥量巨大，这些淤泥通常弃置于城市或乡村，这样不仅占用宝贵的土地资源，也会经风化产生粉尘，继而造成环境污染。因此，对采石工程所产生淤泥的循环利用不仅可以节约资源、能源，避免环境污染，更会取得良好的经济、环境及社会效益。
目前利用城市生活淤泥、河道淤泥、湖泊淤泥制备免烧砖技术研究已获初步成果，例如专利CN201810508212.9、专利CN201810159107.9、CN201810804466.5、CN201810391111.8、CN201810159107.9、CN201711488722.6、CN201711316531.1。主要通过水泥或碱激发材料对淤泥进行固化。开采碎石和机制砂所产生的淤泥成分复杂，和上述淤泥的主要区别在于不含有机物或有机物含量很低，淤泥中含有大量的石粉。石粉搅拌过程中需水量大，固化后强度不高，固化体遇水易软化，干燥收缩大，体积不稳定，容易开裂，这给淤泥的利用带来了巨大的困难。
发明内容
针对上述背景以及相关技术中存在的缺陷与问题，本发明提供了一种利用冲洗碎石和机制砂产生的淤泥制备的免烧砖及其制备方法。本发明的制备的免烧砖具有力学性能优异、耐久性好、抗冻性良好、吸水率低、体积稳定、制备成本低等特点，可供工程中承载、维护等结构使用，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：一种利用冲洗碎石和机制砂产生的淤泥制备的免烧砖：由以下按质量份数计的原料制成：淤泥100份、水泥10-50份、粉煤灰0-50份、减水剂0-2份、激发剂0-5份、保水剂0.1-5份、防冻剂0.1-5份、增强剂0-30份、搅拌水0-30份，所述的增强剂为磷酸二氢钾和重烧氧化镁，磷酸二氢钾和重烧氧化镁的质量比为1:0.5-8。
进一步优选，其由以下按质量份数计的原料制成：淤泥100份、水泥10-50份、粉煤灰10-50份、减水剂0.15-1份、激发剂0.3-1.5份、保水剂0.16-0.7份、防冻剂0.02-0.8份、增强剂0.75-5份、搅拌水12-30份，所述的增强剂为磷酸二氢钾和重烧氧化镁，磷酸二氢钾和重烧氧化镁的质量比为1:0.5-8。
进一步优选，磷酸二氢钾和重烧氧化镁的质量比为1:4。
上述的淤泥是指冲洗碎石过程产生的淤泥和机制砂过程产生的淤泥中的至少一种；
上述的水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥和复合水泥中的至少一种；
上述的粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰、Ⅱ级粉煤灰和Ⅲ级粉煤灰中的至少一种；
上述的减水剂为聚羧酸减水剂、脂肪族减水剂和萘系减水剂中的至少一种；
上述的激发剂为硫酸钠、偏硅酸钠、水玻璃、氢氧化钠、氧化钙和氧化钠中的至少一种；
上述的保水剂为甲基纤维素、甲基纤维素醚和聚丙烯酰胺中的至少一种；
上述的防冻剂为氯化钠、氯化钙、亚硝酸钠、亚硝酸钙和三乙醇胺中的至少一种；
进一步，其制备过程为：
（1）将淤泥在搅拌机中搅拌均匀，然后加入水泥、粉煤灰、保水剂、激发剂和防冻剂、重烧氧化镁后搅拌均匀；
（2）预先将减水剂、磷酸二氢钾按比例掺入搅拌用水中，再将其与步骤（1）制得的混合物混合搅拌均匀；
（3）将上述混合后的搅拌物采用成型机成型；
（4）将成型后的砖放入蒸养窑中蒸汽养护；
（5）将砖从窑中取出，冷却至室温，得到免烧砖。
有益效果：
1.本发明有效的利用了冲洗碎石和机制砂过程中产生的淤泥，通过淤泥预先包裹憎水处理、胶凝材料强化、提升微观结构的技术手段，制备了强度高，体积稳定、抗碳化性能良好、尤其是提高了淤泥砖的软化系数，解决了淤泥遇水溶解、分散的问题。
2.该淤泥砖使用采石淤泥，能大大降低砖的工程造价、节约成本，同时达到利废环保的目的。
附图说明
图1是本发明实施例2制得的免烧砖的电子扫面显微镜（SEM）图。
图2是图1中A部分的B点的能谱（EDS）分析图。
图3 是图1中C点的能谱（EDS）分析图。
具体实施方式
本发明公开了一种基于碎石淤泥的免烧砖的配方及其生产方法。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。下面结合实施例，进一步阐述本发明。
对比例1
本对比例采用的组分和用量为：以质量份数计，冲洗碎石和机制砂所产生的淤泥 100份、42.5强度等级的普通硅酸盐水泥15份、Ⅰ级粉煤灰15份、聚羧酸减水剂0.15份、水玻璃0.6份，甲基纤维素0.3份、氯化钠0.6份、搅拌用水12份。按上述比例，测定淤泥的成分，如表1所示。将淤泥在搅拌机中搅拌均匀，然后加入水泥、粉煤灰、保水剂、激发剂和防冻剂后继续搅拌5分钟；预先将减水剂按比例掺入搅拌用水中，并将其与混合物混合搅拌均匀；将上述混合后的搅拌物采用成型机成型，成型压力3.5Mpa；将成型后的砖放入蒸养窑中蒸汽养护18小时，温度180℃；将砖从窑中取出，冷却至室温，得到免烧砖。
表1 淤泥的成分
淤泥成分 SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO SO<sub>3</sub> MgO K<sub>2</sub>O TiO<sub>2</sub> Na<sub>2</sub>O P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
含量（%） 37.0 14.3 6.7 34.8 1.0 1.2 3.5 1.1 0.2 0.2
实施例2
本实施例采用的组分和用量为：以质量份数计，冲洗碎石和机制砂所产生的淤泥 100份、42.5强度等级的普通硅酸盐水泥15份、Ⅰ级粉煤灰15份、聚羧酸减水剂0.15份、水玻璃0.6份，甲基纤维素0.3份、氯化钠0.6份、搅拌用水12份、重烧氧化镁0.6份、磷酸二氢钾0.15份。按上述比例，将淤泥（所用淤泥的成分与实施例1相同）在搅拌机中搅拌均匀，然后加入水泥、粉煤灰、保水剂、激发剂、防冻剂、重烧氧化镁后继续搅拌5分钟；预先将减水剂、磷酸二氢钾按比例掺入搅拌用水中，并将其与混合物混合搅拌均匀；将上述混合后的搅拌物采用成型机成型，成型压力3.5Mpa；将成型后的砖放入蒸养窑中蒸汽养护18小时，温度180℃；将砖从窑中取出，冷却至室温，得到免烧砖。
实施例3
本实施例采用的组分和用量为：以质量份数计，冲洗碎石和机制砂所产生的淤泥 100份、42.5强度等级的普通硅酸盐水泥10份、Ⅰ级粉煤灰10份、脂肪族减水剂0.1份、偏硅酸钠0.3份，甲基纤维素醚0.16份、亚硝酸钠0.36份、搅拌用水12份、重烧氧化镁0.8份、磷酸二氢钾0.2份。按上述比例，将淤泥（所用淤泥的成分与实施例1相同）在搅拌机中搅拌均匀，然后加入水泥、粉煤灰、保水剂、激发剂、防冻剂、重烧氧化镁后继续搅拌5分钟；预先将减水剂、磷酸二氢钾比例掺入搅拌用水中，并将其与混合物混合搅拌均匀；将上述混合后的搅拌物采用成型机成型，成型压力3.5Mpa；将成型后的砖放入蒸养窑中蒸汽养护18小时，温度180℃；将砖从窑中取出，冷却至室温，得到免烧砖。
实施例4
本实施例采用的组分和用量为：以质量份数计，冲洗碎石和机制砂所产生的淤泥 100份、42.5强度等级的矿渣水泥50份、Ⅱ级粉煤灰50份、萘系减水剂1份、氧化钠1.5份，聚丙烯酰胺0.2份、氯化钙0.5份、搅拌用水30份、重烧氧化镁2份、磷酸二氢钾0.5份。按上述比例，将淤泥（所用淤泥的成分与实施例1相同）在搅拌机中搅拌均匀，然后加入水泥、粉煤灰、保水剂、激发剂、防冻剂、重烧氧化镁后继续搅拌5分钟；预先将减水剂、磷酸二氢钾按比例掺入搅拌用水中，并将其与混合物混合搅拌均匀；将上述混合后的搅拌物采用成型机成型，成型压力3.5Mpa；将成型后的砖放入蒸养窑中蒸汽养护18小时，温度180℃；将砖从窑中取出，冷却至室温，得到免烧砖。
实施例5
本实施例采用的组分和用量为：以质量份数计，冲洗碎石和机制砂所产生的淤泥 100份、42.5强度等级的粉煤灰水泥25份、Ⅰ级粉煤灰20份、Ⅲ级粉煤灰25份、聚羧酸减水剂0.35份、氢氧化钠1.5份，甲基纤维素0.7份、三乙醇胺0.02份、搅拌用水30份、重烧氧化镁4份、磷酸二氢钾1份。按上述比例，将淤泥（所用淤泥的成分与实施例1相同）在搅拌机中搅拌均匀，然后加入水泥、粉煤灰、保水剂、激发剂、防冻剂、重烧氧化镁后继续搅拌5分钟；预先将减水剂、磷酸二氢钾按比例掺入搅拌用水中，并将其与混合物混合搅拌均匀；将上述混合后的搅拌物采用成型机成型，成型压力3.5Mpa；将成型后的砖放入蒸养窑中蒸汽养护18小时，温度180℃；将砖从窑中取出，冷却至室温，得到免烧砖。
实施例6
本实施例采用的组分和用量为：以质量份数计，冲洗碎石和机制砂所产生的淤泥 100份、42.5强度等级的火山灰水泥15份、42.5强度等级的复合水泥10份、Ⅰ级粉煤灰20份、聚羧酸减水剂0.45份、氧化钙0.9份，甲基纤维素0.36份、氯化钠0.8份、搅拌用水17份。重烧氧化镁1份、磷酸二氢钾0.25份。按上述比例，将淤泥（所用淤泥的成分与实施例1相同）在搅拌机中搅拌均匀，然后加入水泥、粉煤灰、保水剂、激发剂、防冻剂、重烧氧化镁后继续搅拌5分钟；预先将减水剂、磷酸二氢钾按比例掺入搅拌用水中，并将其与混合物混合搅拌均匀；将上述混合后的搅拌物采用成型机成型，成型压力3.5Mpa；将成型后的砖放入蒸养窑中蒸汽养护18小时，温度180℃；将砖从窑中取出，冷却至室温，得到免烧砖。
实施例7
取实施例2中免烧砖中试样，采用电子扫面显微镜（SEM）观察材料的微观结构，如图1所示。由图1可知，部分A四周被块状物质包裹，对图1中A部分的B点采用能谱（EDS）分析，如图2所示。根据图2显示的成分可以判断部分A为淤泥。对图1中C点采用能谱（EDS）分析，如图3所示。根据图3显示的成分可以判断周围的块状物质为重烧氧化镁和磷酸二氢钾的反应物质。可见采用增强剂对淤泥起到了一定的包裹和固化作用，这也说明了实施例2中淤泥砖比对比例1中淤泥砖耐水性好的原因。
实施例8
根据GB/T2542-2012试验规范，对对比例1和实施例2～6制备的碎石淤泥免烧砖进行性能检测，结果如表2所示。
表2淤泥免烧砖的基本性能
对比例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
抗压强度（MPa） 14.2 14.6 14.4 19.6 14.8 15.0
表观密度（Kg/m<sup>3</sup>） 1850 1840 1810 1880 1850 1840
软化系数（%） 0.65 0.73 0.85 0.88 0.82 0.81
总结：本发明采用预先加入的重烧氧化镁和后续步骤加入搅拌用水中的磷酸二氢钾反应生成产物包裹住淤泥的方法，使得淤泥经过预先包裹和憎水处理，再辅以胶凝材料强化、提升微观结构的技术手段，制备了强度高，体积稳定、抗碳化性能良好的免烧砖，大大提高了淤泥砖的软化系数，解决了淤泥遇水溶解、分散的问题；而且该淤泥砖有效的利用了冲洗碎石和机制砂过程中产生的淤泥，大大降低砖的工程造价、节约成本，同时达到利废环保的目的。

Claims (10)

1.一种利用冲洗碎石和机制砂产生的淤泥制备的免烧砖，其特征在于：由以下按质量份数计的原料制成：淤泥100份、水泥10-50份、粉煤灰0-50份、减水剂0-2份、激发剂0-5份、保水剂0.1-5份、防冻剂0.1-5份、增强剂0-30份、搅拌水0-30份，所述的增强剂为磷酸二氢钾和重烧氧化镁，磷酸二氢钾和重烧氧化镁的质量比为1:0.5-8。
2.根据权利要求1所述的免烧砖，其特征在于：由以下按质量份数计的原料制成：淤泥100份、水泥10-50份、粉煤灰10-50份、减水剂0.15-1份、激发剂0.3-1.5份、保水剂0.16-0.7份、防冻剂0.02-0.8份、增强剂0.75-5份、搅拌水12-38份，所述的增强剂为磷酸二氢钾和重烧氧化镁，磷酸二氢钾和重烧氧化镁的质量比为1:0.5-8。
3.根据权利要求1所述的免烧砖，其特征在于：所述的淤泥是指冲洗碎石过程产生的淤泥和机制砂过程产生的淤泥中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的淤泥砖，其特征在于：所述的水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥和复合水泥中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的淤泥砖，其特征在于：所述的粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰、Ⅱ级粉煤灰和Ⅲ级粉煤灰中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的淤泥砖，其特征在于：所述的减水剂为聚羧酸减水剂、脂肪族减水剂和萘系减水剂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的淤泥砖，其特征在于：所述的激发剂为硫酸钠、偏硅酸钠、水玻璃、氢氧化钠、氧化钙和氧化钠中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的淤泥砖，其特征在于：所述的保水剂为甲基纤维素、甲基纤维素醚和聚丙烯酰胺中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的淤泥砖，其特征在于：所述的防冻剂为氯化钠、氯化钙、亚硝酸钠、亚硝酸钙和三乙醇胺中的至少一种。
10.一种制备如权利要求1-9任一项所述的淤泥砖的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将淤泥在搅拌机中搅拌均匀，然后加入水泥、粉煤灰、保水剂、激发剂、防冻剂、重烧氧化镁后搅拌均匀；
（2）将减水剂、磷酸二氢钾按比例掺入搅拌用水中，再将其与步骤（1）制得的混合物混合搅拌均匀；
（3）将上述混合后的搅拌物采用成型机成型；
（4）将成型后的砖放入蒸养窑中蒸汽养护；
（5）将砖从窑中取出，冷却至室温，得到免烧砖。
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