CN110862242A - 一种以天然沸石和钢渣为原料制备的透水砖 - Google Patents

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Abstract

本发明属于制砖领域，一种以天然沸石和钢渣为原料制备的透水砖，原料由粘结料、骨料、改性剂、水构成，以水作为分散剂，其中，粘结料为细磨钢渣和水泥，骨料为天然沸石和砂子，改性剂为酒石酸钠、苹果酸钠、柠檬酸钠中的一种或几种，制砖过程，成型压力为18~25MPa，砖成型后需经过蒸汽养护，养护温度为45~75℃，养护时间为12~72h。本发明将钢渣用于透水砖制备，通过物理和化学方法相结合，在制备前和制备过程中进行钢渣改性，改善成品砖块体积安定性。

Description

一种以天然沸石和钢渣为原料制备的透水砖
技术领域
本发明属于制砖领域，尤其涉及一种以天然沸石和钢渣为原料制备的透水砖。
背景技术
透水砖是一种基础路面和建筑材料，其应用场景广泛，使用量大。一般的透水砖透水过程并无吸附、过滤作用，表面分散或溶解的污染物可以从一侧渗透到达另一侧。当用作路面材料时，路面的污染物容易经过透水砖进入地下，造成地下水污染。调变透水砖性质，实现透水过程污染物的滞留可以阻滞污染物的扩散，防止二次污染，具有显著的环保价值。
天然沸石是一种广泛分布的无机矿物资源，具有孔道结构丰富，比表面积大的特点，对污染物具有较好的过滤和吸附特性。将天然沸石作为骨料，添加作为透水砖原料，可以利用天然沸石孔道结构，达到过滤和吸附污染物的效果，实现功能化透水砖的制备，拓展透水砖适用场景。
钢渣是炼钢过程副产物，其产量巨大，大多作为工业废弃物填埋处理，占用宝贵土地资源，且产生二次污染，是函需无害化处理和综合利用的大宗工业固体废弃物。钢渣化学组成与水泥熟料接近，具有部分或全部替代水泥作为免烧砖粘结料的潜力。然而，钢渣中含有较高比例的游离氧化钙（f-CaO），在环境中遇水膨胀，影响砖块体积安定性，甚至造成砖体开裂，难以直接利用。应探索通过适当的物理和/或化学手段，进行钢渣改性，使其满足制砖需要，并结合原料组成和制备方法的优化和创新进行砖体制备。
发明内容
本发明目的是实现钢渣的资源化利用，达到制备阻碍污染物透过的功能化透水砖的目的。
本发明所采用的技术方案是：一种以天然沸石和钢渣为原料制备的透水砖，原料由粘结料、骨料、改性剂、水构成，以水作为分散剂，其中，粘结料为细磨钢渣和水泥，骨料为天然沸石和砂子，改性剂为酒石酸钠、苹果酸钠、柠檬酸钠中的一种或几种，制砖过程，成型压力为18~25MPa，砖成型后需经过蒸汽养护，养护温度为45~75℃，养护时间为12~72h。本发明中提及的细磨钢渣是较大粒径的钢渣经过研磨得到的。
除水以外，粘结料占总重量的60~85%，改性剂占总重量的0.5~3%，其余为骨料；
细磨钢渣占全部粘结料重量的25~70%。
天然沸石占全部骨料重量的35~70%。
水的重量占粘结料、骨料、改性剂总重量的1~10%。
细磨钢渣的平均粒径为0.01~0.2mm，比表面积为200~500m2/g，自由氧化钙（f-CaO）含量为1.5~2.5%（质量）。
天然沸石平均粒径为0.8~2.5mm，比表面积为250~600 m2/g。
本发明的有益效果是：（1）依托天然沸石比表面积大，孔道结构丰富的特征，对污染物进行过滤和吸附，阻滞污染物从透水砖中穿透；（2）将钢渣用于透水砖制备，通过物理和化学方法相结合，在制备前和制备过程中进行钢渣改性，改善成品砖块体积安定性。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步描述本专利中公开的制备方法，但本发明并不受下述实施例的限制。
实施例1
取细磨钢渣13kg，水泥47kg，天然沸石10.95kg，砂子26kg，酒石酸钠3kg，水7kg，混合后作为制砖原料。其中细磨钢渣平均粒径为0.05mm，比表面积为350m2/g，f-CaO含量为2%；天然沸石平均粒径为1.6mm，比表面积为300m2/g。制砖过程成型压力为20MPa，成型后蒸汽养护温度为60℃，养护时间为24h。
对经过成型和养护的成品砖进行性能测定。在制成后第3天测定，抗压强度为29MPa，抗折强度为6.6MPa，体积膨胀率为0.025%。制成后第28天测定，抗压强度为30MPa，抗折强度为6.9MPa，体积膨胀率为0.025%，透水系数为1.9×10-2cm/s，24h污染物透过率为3.2%。
实施例2
取细磨钢渣24.75kg，水泥40.25kg，天然沸石13.63kg，砂子18.87kg，酒石酸钠2.5kg，水8kg，混合后作为制砖原料。其中细磨钢渣平均粒径为0.06mm，比表面积为350m2/g，f-CaO含量为1.8%；天然沸石平均粒径为2.0mm，比表面积为415m2/g。制砖过程成型压力为22MPa，成型后蒸汽养护温度为65℃，养护时间为36h。
对经过成型和养护的成品砖进行性能测定。在制成后第3天测定，抗压强度为32MPa，抗折强度为6.5MPa，体积膨胀率为0.043%。制成后第28天测定，抗压强度为35MPa，抗折强度为6.9MPa，体积膨胀率为0.043%，透水系数为1.7×10-2cm/s，24h污染物透过率为3.0%。
实施例3
取细磨钢渣34.5kg，水泥35.5kg，天然沸石13.4kg，砂子14.6kg，酒石酸钠2kg，水9kg，混合后作为制砖原料。其中细磨钢渣平均粒径为0.08mm，比表面积为400m2/g，f-CaO含量为1.6%；天然沸石平均粒径为1.0mm，比表面积为475m2/g。制砖过程成型压力为23MPa，成型后蒸汽养护温度为70℃，养护时间为48h。
对经过成型和养护的成品砖进行性能测定。在制成后第3天测定，抗压强度为32MPa，抗折强度为6.1MPa，体积膨胀率为0.030%。制成后第28天测定，抗压强度为36MPa，抗折强度为7.0MPa，体积膨胀率为0.040%，透水系数为2.2×10-2cm/s，24h污染物透过率为3.5%。
实施例4
取细磨钢渣45kg，水泥35kg，天然沸石13.0kg，砂子5.5kg，酒石酸钠1kg，苹果酸钠0.5kg，水7kg，混合后作为制砖原料。其中细磨钢渣平均粒径为0.18mm，比表面积为475m2/g，f-CaO含量为1.5%；天然沸石平均粒径为1.4mm，比表面积为295m2/g。制砖过程成型压力为25MPa，成型后蒸汽养护温度为70℃，养护时间为60h。
对经过成型和养护的成品砖进行性能测定。在制成后第3天测定，抗压强度为31.5MPa，抗折强度为6.4MPa，体积膨胀率为0.032%。制成后第28天测定，抗压强度为35MPa，抗折强度为6.9MPa，体积膨胀率为0.040%，透水系数为2.2×10-2cm/s，24h污染物透过率为4.5%。
实施例5
取细磨钢渣55kg，水泥30kg，天然沸石9.8kg，砂子4.2kg，酒石酸钠1.0kg，水6.5kg，混合后作为制砖原料。其中细磨钢渣平均粒径为0.04mm，比表面积为280m2/g，f-CaO含量为1.5%；天然沸石平均粒径为2.3mm，比表面积为425m2/g。制砖过程成型压力为20MPa，成型后蒸汽养护温度为75℃，养护时间为72h。
对经过成型和养护的成品砖进行性能测定。在制成后第3天测定，抗压强度为32MPa，抗折强度为6.0MPa，体积膨胀率为0.020%。制成后第28天测定，抗压强度为35MPa，抗折强度为6.8MPa，体积膨胀率为0.030%，透水系数为2.5×10-2cm/s，24h污染物透过率为4.8%。
实施例6
取细磨钢渣64kg，水泥21kg，天然沸石10kg，砂子4.35kg，酒石酸钠0.5kg，水8.5kg，混合后作为制砖原料。其中细磨钢渣平均粒径为0.06mm，比表面积为375m2/g，f-CaO含量为1.6%；天然沸石平均粒径为2.4mm，比表面积为280m2/g。制砖过程成型压力为25MPa，成型后蒸汽养护温度为55℃，养护时间为72h。
对经过成型和养护的成品砖进行性能测定。在制成后第3天测定，抗压强度为32MPa，抗折强度为6.6MPa，体积膨胀率为0.030%。制成后第28天测定，抗压强度为35MPa，抗折强度为6.9MPa，体积膨胀率为0.035%，透水系数为2.3×10-2cm/s，24h污染物透过率为4.5%。
对比例1
取细磨钢渣24.75kg，水泥40.25kg，砂子32.5kg，酒石酸钠2.5kg，水8kg，混合后作为制砖原料。其中细磨钢渣平均粒径为0.05mm，比表面积为350m2/g，f-CaO含量为1.8%。制砖过程成型压力为22MPa，成型后蒸汽养护温度为65℃，养护时间为36h。
对经过成型和养护的成品砖进行性能测定。在制成后第3天测定，抗压强度为33MPa，抗折强度为6.4MPa，体积膨胀率为0.040%。制成后第28天测定，抗压强度为35MPa，抗折强度为6.9MPa，体积膨胀率为0.043%，透水系数为1.7×10-2cm/s，24h污染物透过率为84%。
对比例2
取细磨钢渣45kg，水泥35kg，天然沸石13kg，砂子5.5kg，酒石酸钠1kg，苹果酸钠0.5kg，水7kg，混合后作为制砖原料。其中细磨钢渣平均粒径为0.20mm，比表面积为450m2/g，f-CaO含量为1.5%；天然沸石平均粒径为1.4mm，比表面积为295m2/g。制砖过程成型压力为25MPa，成型后不经蒸气养护。
对经过成型的成品砖进行性能测定。在制成后第3天测定，抗压强度为15MPa，抗折强度为3.2MPa，体积膨胀率为0.090%。制成后第28天测定，抗压强度为14MPa，抗折强度为3.9MPa，体积膨胀率为0.091%，透水系数为2.2×10-2cm/s，24h污染物透过率为9.1%。
对比例3
取细磨钢渣64kg，水泥21kg，天然沸石10kg，砂子4.35kg，酒石酸钠0.5kg，水8.5kg，混合后作为制砖原料。其中细磨钢渣平均粒径为0.06mm，比表面积为375m2/g，f-CaO含量为1.6%；天然沸石平均粒径为2.4mm，比表面积为280m2/g。制砖成型过程中不经过加压，成型后蒸汽养护温度为55℃，养护时间为72h。
对经过成型和养护的成品砖进行性能测定。在制成后第3天测定，抗压强度为21MPa，抗折强度为3.5MPa，体积膨胀率为0.061%。制成后第28天测定，抗压强度为25MPa，抗折强度为3.9MPa，体积膨胀率为0.060%，透水系数为2.4×10-2cm/s，24h污染物透过率为8.7%。

Claims (7)

1.一种以天然沸石和钢渣为原料制备的透水砖，其特征在于：原料由粘结料、骨料、改性剂、水构成，以水作为分散剂，其中，粘结料为细磨钢渣和水泥，骨料为天然沸石和砂子，改性剂为酒石酸钠、苹果酸钠、柠檬酸钠中的一种或几种，制砖过程，成型压力为18~25MPa，砖成型后需经过蒸汽养护，养护温度为45~75℃，养护时间为12~72h。
2.根据权利要求1所述的一种以天然沸石和钢渣为原料制备的透水砖，其特征在于：除水以外，粘结料占总重量的60~85%，改性剂占总重量的0.5~3%，其余为骨料。
3.根据权利要求2所述的一种以天然沸石和钢渣为原料制备的透水砖，其特征在于：细磨钢渣占全部粘结料重量的25~70%。
4.根据权利要求3所述的一种以天然沸石和钢渣为原料制备的透水砖，其特征在于：天然沸石占全部骨料重量的35~70%。
5.根据权利要求4所述的一种以天然沸石和钢渣为原料制备的透水砖，其特征在于：水的重量占粘结料、骨料、改性剂总重量的1~10%。
6.根据权利要求5所述的一种以天然沸石和钢渣为原料制备的透水砖，其特征在于：细磨钢渣的平均粒径为0.01~0.2mm，比表面积为200~500m2/g，自由氧化钙含量为1.5~2.5%。
7.根据权利要求6所述的一种以天然沸石和钢渣为原料制备的透水砖，其特征在于：天然沸石平均粒径为0.8~2.5mm，比表面积为250~600 m2/g。
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