CN110204275B - 一种污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了建筑材料领域内的一种污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒，由占重量份的以下成分组成：城市疏浚污泥20~40份、废弃混凝土砂浆38~62份、固化剂15~25份、乙烯‑醋酸乙烯酯乳液1.0~3.0份、羧甲基纤维素0.5~1.0；所述固化剂按质量份计含有水泥47~79份、矿粉10~30份、粉煤灰5~20份、石膏0.5~5份、硫酸钠0.5~1份,本发明直接利用城市疏浚污泥原泥，无需脱水及热焚烧处理，实现城市疏浚污泥低能耗、高价值资源化利用，可用于城市规划建设中。

Description

一种污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种陶粒，特别涉及一种陶粒制备方法，属于建筑材料与废弃物资源化领域。

背景技术

为维护城市水体景观及通航等正常功能，城市水体需定期进行疏浚处理，疏浚过程中产生的大量水体沉积物称作城市疏浚污泥。目前常用的填埋或堆放的处置方式，不但易造成二次污染，而且运输成本高，占用大量土地资源。现在很多研究者将城市疏浚污泥脱水或热焚烧后资源化利用，往往能耗大、成本高。另外，建筑垃圾中分选出废弃混凝土，经破碎、筛分等工艺得到废弃混凝土再生骨料和废弃混凝土砂浆。近年来关于废弃混凝土再生骨料资源化利用的研究很多，相关技术已趋于成熟。废弃混凝土砂浆约占废弃混凝土总量的40%，存储量很大，但因其强度低、多孔易吸水难以被有效利用。虽然有研究提出将废弃混凝土砂浆粉在一定温度下热处理后磨细做胶凝材料使用，但工艺难度大，且成本很高；也有人尝试将废弃混凝土砂浆粉磨细后作水泥熟料原料，但会造成熟料难磨难烧且品质低。目前关于废弃混凝土砂浆的高效、低成本、低能耗的有效利用方法鲜少报道。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题，提出一种无需脱水处理城市疏浚污泥，直接利用城市疏浚污泥及废弃混凝土砂浆为主要原料的免烧陶粒及其制备方法，该免烧陶粒强度高，耐久性好，吸水率低。

本发明的目的是这样实现的：一种污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒，由占重量份的以下成分组成：

城市疏浚污泥20~40份、废弃混凝土砂浆38~62份、固化剂15~25份、乙烯-醋酸乙烯酯乳液1.0~3.0份、羧甲基纤维素0.5~1.0；

所述固化剂按质量份计含有水泥47~79份、矿粉10~30份、粉煤灰5~20份、石膏0.5~5份、硫酸钠0.5~1份。

作为本发明的进一步限定，所述城市疏浚污泥是城市水体疏浚过程中产生的大量水体沉积物。

作为本发明的进一步限定，所述废弃混凝土砂浆是从废弃混凝土中分离的或由其它废弃水泥或废弃水泥砂浆制品破碎得到的硬化浆体。

作为本发明的进一步限定，所述水泥采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥中的一种或几种的混合物。

作为本发明的进一步限定，所述矿粉为满足GB/T18046-2017规定的S75级以上技术指标的粒化高炉矿渣粉。

一种污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒的制备方法，所述陶粒由占重量份的以下成分组成：城市疏浚污泥20~40份、废弃混凝土砂浆38~62份、固化剂15~25份、乙烯-醋酸乙烯酯乳液1.0~3.0份、羧甲基纤维素0.5~1.0；所述固化剂按质量份计含有水泥47~79份、矿粉10~30份、粉煤灰5~20份、石膏0.5~5份、硫酸钠0.5~1份，包括以下步骤：

第一步：将城市疏浚污泥通过15mm左右的筛网，去除较大的固体杂质；

第二步：将废弃混凝土砂浆送入粉磨机粉磨，出磨细度为10~15%（0.08mm方孔筛余量），得到废弃混凝土砂浆粉；

第三步：将水泥、矿粉、粉煤灰、石膏、硫酸钠按照配方比例混合均匀，得到固化剂；

第四步：过筛后的城市疏浚污泥、废弃混凝土砂浆粉、固化剂、乙烯-醋酸乙烯酯乳液、羧甲基纤维素按照组分送入轮碾机，轮碾3~5min；

第五步：将搅拌均匀的混合料加入造粒机内，加工成直径10~20mm的圆形颗粒；

第六步：将圆形颗粒自然养护18d左右即成为免烧污泥废砂浆粉陶粒。

本发明的原理为：

城市疏浚污泥通常含水量为70%~90%，所含固体以无机颗粒物为主，无机颗粒物可分为原生矿物和次生矿物，固体中还含有2.2~38.4%的有机物。废弃混凝土砂浆主要含有细砂、硬化水泥浆体，细砂主要成分为石英，硬化水泥浆体主要成分为水泥水化产物；经粉磨后得到石英砂粉、水泥水化产物粉为主成分的废弃混凝土砂浆粉；将城市疏浚污泥、废弃混凝土砂浆粉、固化剂、强化剂混合搅拌均匀后，废弃混凝土砂浆粉及固化剂从城市疏浚污泥中吸取水分，使得颗粒间距离减小；在造粒成型期，固化剂中的水泥及废弃混凝土中少量未水化的水泥水化产生的胶凝产物胶结包裹颗粒物形成早期强度，同时形成碱环境。乙烯-醋酸乙烯酯乳液及羧甲基纤维素由于其大分子结构，可以跨越颗粒界面区域，起到辅助粘结的作用；矿粉、粉煤灰、城市疏浚淤泥中的次生矿物、废弃混凝土砂浆粉中的水化产物及少量超细石英粉均具有潜在活性；在自然养护阶段，水泥水化产生的高碱性介质及石膏、硫酸钠的激发作用下，这些具有潜在活性的颗粒发生反应，经形成组成和结构重组形成新的胶凝水化产物，使得水化体很快致密化，强度进一步增强；作为潜在活性颗粒激发剂的石膏及硫酸钠提供了足够的硫酸根离子，却不会造成早期过量钙矾石的生成影响陶粒成型、密实度及强度，这是由于城市疏浚污泥中含有部分有机物，包裹在部分水泥颗粒表面，延缓了水泥水化反应速度，使得混合料有足够的时间挤压成型，不至于凝结过快，影响免烧陶粒颗粒形状及品质；有机物质还可以在成型后缓慢提供水化反应需要的水分。乙烯-醋酸乙烯酯乳液及羧甲基纤维素有利成型的免烧陶粒表面致密化，封闭陶粒内部结构，抑制水分过快蒸发，减少收缩，保障内部反应充足的水分，增强污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒的抗碳化及耐磨损等能力。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明直接利用城市疏浚污泥原泥，无需脱水及热焚烧处理，实现城市疏浚污泥低能耗、高价值资源化利用；本发明直接全组分利用废弃混凝土砂浆，无需进一步筛分，既可以实现废弃混凝土砂浆的最大资源化利用，亦可减少填埋及堆放造成的土地资源占用； 本发明污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒高效利用两种废弃物，且制备的陶粒强度高、密实度好、抗碳化、耐磨损。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

本发明中所使用的原料，如无特殊说明，均为常规的市售产品；本发明中所使用的方法，如无特殊说明，均为本领域的常规方法。

本发明所述造粒方法为辊式造粒机法，工作原理是将混合料喂入辊式造粒机挤出造粒，适用于塑性较好的混合物料。

实施例1

一种污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒的制备方法，步骤如下：

将城市疏浚污泥通过15mm左右的筛网，去除较大的固体杂质，测定该污泥含水量为86%；

将废弃混凝土砂浆送入粉磨机粉磨，出磨细度为10%（0.08mm方孔筛余量），得到废弃混凝土砂浆粉；将水泥、矿粉、粉煤灰、石膏、硫酸钠按照54:20:20:5:1的比例混合均匀，得到固化剂；计量过筛后的城市疏浚污泥20份、废弃混凝土砂浆粉62份、固化剂15份、乙烯-醋酸乙烯酯乳液2.5份、羧甲基纤维素0.5份送入轮碾机，轮碾5min；将搅拌均匀的混合料加入辊式造粒机内，加工成直径10~20mm的圆形颗粒；将圆形颗粒自然养护18d即成为免烧污泥废砂浆粉陶粒。

本实施例所得的污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒的28d筒压强度为7.76MPa，小时吸水率为8.2%，干湿循环质量损失2.8%。

实施例2

一种污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒的制备方法，步骤如下：

将城市疏浚污泥通过15mm左右的筛网，去除较大的固体杂质，测定该污泥含水量为72%；

将废弃混凝土砂浆送入粉磨机粉磨，出磨细度为13%（0.08mm方孔筛余量），得到废弃混凝土砂浆粉；将水泥、矿粉、粉煤灰、石膏、硫酸钠按照79:10:10:0.5:0.5的比例混合均匀，得到固化剂；计量过筛后的城市疏浚污泥40份、废弃混凝土砂浆粉38份、固化剂20份、乙烯-醋酸乙烯酯乳液1.2份、羧甲基纤维素0.8份送入轮碾机，轮碾3min；将搅拌均匀的混合料加入辊式造粒机内，加工成直径10~20mm的圆形颗粒；将圆形颗粒自然养护18d即成为免烧污泥废砂浆粉陶粒。

本实施例所得的污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒的28d筒压强度为6.90MPa，小时吸水率为9.9%，干湿循环质量损失3.0%。

实施例3

一种污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒的制备方法，步骤如下：

将城市疏浚污泥通过15mm左右的筛网，去除较大的固体杂质，测定该污泥含水量为79%；

将废弃混凝土砂浆送入粉磨机粉磨，出磨细度为15%（0.08mm方孔筛余量），得到废弃混凝土砂浆粉；将水泥、矿粉、粉煤灰、石膏、硫酸钠按照59:30:5:5:1的比例混合均匀，得到固化剂；计量过筛后的城市疏浚污泥30份、废弃混凝土砂浆粉42份、固化剂25份、乙烯-醋酸乙烯酯乳液2.0份、羧甲基纤维素1.0份送入轮碾机，轮碾4min；将搅拌均匀的混合料加入辊式造粒机内，加工成直径10~20mm的圆形颗粒；将圆形颗粒自然养护18d即成为免烧污泥废砂浆粉陶粒。

本实施例所得的污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒的28d筒压强度为8.10MPa，小时吸水率为9.7%，干湿循环质量损失2.2%。

实施例4

一种污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒的制备方法，步骤如下：

将城市疏浚污泥通过15mm左右的筛网，去除较大的固体杂质，测定该污泥含水量为89%；

将废弃混凝土砂浆送入粉磨机粉磨，出磨细度为10%（0.08mm方孔筛余量），得到废弃混凝土砂浆粉；将水泥、矿粉、粉煤灰、石膏、硫酸钠按照61:20:15:3.5:0.5的比例混合均匀，得到固化剂；计量过筛后的城市疏浚污泥25份、废弃混凝土砂浆粉53份、固化剂20份、乙烯-醋酸乙烯酯乳液1.0份、羧甲基纤维素1.0份送入轮碾机，轮碾5min；将搅拌均匀的混合料加入辊式造粒机内，加工成直径10~20mm的圆形颗粒；将圆形颗粒自然养护18d即成为免烧污泥废砂浆粉陶粒。

本实施例所得的污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒的28d筒压强度为7.93MPa，小时吸水率为8.8%，干湿循环质量损失2.9%。

实施例5

一种污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒的制备方法，步骤如下：

将城市疏浚污泥通过15mm左右的筛网，去除较大的固体杂质，测定该污泥含水量为75%；

将废弃混凝土砂浆送入粉磨机粉磨，出磨细度为10%（0.08mm方孔筛余量），得到废弃混凝土砂浆粉；将水泥、矿粉、粉煤灰、石膏、硫酸钠按照47:30:20:2.0:1.0的比例混合均匀，得到固化剂；计量过筛后的城市疏浚污泥35份、废弃混凝土砂浆粉48份、固化剂15.5份、乙烯-醋酸乙烯酯乳液1.0份、羧甲基纤维素0.5份送入轮碾机，轮碾5min；将搅拌均匀的混合料加入辊式造粒机内，加工成直径10~20mm的圆形颗粒；将圆形颗粒自然养护18d即成为免烧污泥废砂浆粉陶粒。

本实施例所得的污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒的28d筒压强度为6.80MPa，小时吸水率为11.6%，干湿循环质量损失3.5%。

实施例6

一种污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒的制备方法，步骤如下：

将城市疏浚污泥通过15mm左右的筛网，去除较大的固体杂质，测定该污泥含水量为70%；

将废弃混凝土砂浆送入粉磨机粉磨，出磨细度为13%（0.08mm方孔筛余量），得到废弃混凝土砂浆粉；将水泥、矿粉、粉煤灰、石膏、硫酸钠按照71:20:5:3.5:0.5的比例混合均匀，得到固化剂；计量过筛后的城市疏浚污泥20份、废弃混凝土砂浆粉51份、固化剂25份、乙烯-醋酸乙烯酯乳液3.0份、羧甲基纤维素1.0份送入轮碾机，轮碾3min；将搅拌均匀的混合料加入辊式造粒机内，加工成直径10~20mm的圆形颗粒；将圆形颗粒自然养护18d即成为免烧污泥废砂浆粉陶粒。

本实施例所得的污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒的28d筒压强度为8.57MPa，小时吸水率为7.1%，干湿循环质量损失2.4%。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒，其特征在于，由占重量份的以下成分组成：

城市疏浚污泥20~40份、废弃混凝土砂浆38~62份、固化剂15~25份、乙烯-醋酸乙烯酯乳液1.0~3.0份、羧甲基纤维素0.5~1.0份，所述废弃混凝土砂浆是从废弃混凝土中分离的、其它废弃水泥或废弃水泥砂浆制品破碎得到的硬化浆体；

所述固化剂由占质量份的以下成分组成：水泥47~79份、矿粉10~30份、粉煤灰5~20份、石膏0.5~5份、硫酸钠0.5~1份。

2.根据权利要求1所述的一种污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒，其特征在于，所述城市疏浚污泥是城市水体疏浚过程中产生的大量水体沉积物。

3.根据权利要求1所述的一种污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒，其特征在于，所述水泥采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒，其特征在于，所述矿粉为满足GB/T18046-2017规定的S75级以上技术指标的粒化高炉矿渣粉。

5.一种如权利要求1所述污泥废弃混凝土砂浆免烧陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：将城市疏浚污泥通过15mm的筛网，去除较大的固体杂质；

第二步：将废弃混凝土砂浆送入粉磨机粉磨，出磨细度为10~15%，得到废弃混凝土砂浆粉；

第三步：将水泥、矿粉、粉煤灰、石膏、硫酸钠按照配方比例混合均匀，得到固化剂；

第四步：过筛后的城市疏浚污泥、废弃混凝土砂浆粉、固化剂、乙烯-醋酸乙烯酯乳液、羧甲基纤维素按照组分送入轮碾机，轮碾3~5min；

第五步：将搅拌均匀的混合料加入造粒机内，加工成直径10~20mm的圆形颗粒；

第六步：将圆形颗粒自然养护18d即成为免烧污泥废砂浆粉陶粒。