CN111268979A - 基于全固废的高强度、免烧护坡砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于全固废的高强度、免烧护坡砖及其制备方法，利用赤泥、矿粉、炉渣、粉煤灰、矿砂及废水等多种固废及废液作为原材料，赤泥基土木功能材料胶结剂作为胶结剂，其原料以质量分数计：胶凝材料25‑35％、矿砂50‑60％、赤泥基土木功能材料胶结剂0.5‑3％、余量为污水或废水，其中胶凝材料由赤泥60‑70％、矿粉20‑30％和粉煤灰10‑20％制备而成或由赤泥60‑70％、炉渣20‑30％和粉煤灰10‑20％制备而成，实现了工业固废的大规模资源化利用，减少其占地，减少环境污染，且制备时不消耗任何天然矿产资源，本发明利用多固废及废液作为护坡砖的主要原料，产品具有高强度性能，成本低，工艺简便，易于推广使用。
Description
技术领域
本发明属于固废利用环保领域及护坡砖技术领域，具体涉及一种利用全固废制备的高强度、免烧护坡砖及其制备方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着我国工业生产发展和城市化进程的加快，在消耗了大量资源的同时，也产生了大量的废弃物，制约其大规模利用的关键瓶颈是产品性价矛盾、附加值低等难题，亟待利用方式和产品形式的创新。目前，我国工业固废排放量超过30亿吨/年，有效处置率只有60％左右。工业固废制备建材已得到了一定的发展，但是，利用种类仅局限于矿粉、粉煤灰等高活性固废。因此，存在利用种类单一、利用量有限等缺点。解决这一问题，顺应市场而研究开发的全固废基护坡砖的应用是行之有效的途径之一。使用全固废制备护坡砖，极大的提升了固废利用率，具有广阔的应用前景。全固废制备护坡砖是由各种固废为原料，加入胶结剂制成，有利于解决传统护坡砖对天然矿物资源消耗的问题，同时为满足护坡砖的高强度功能要求提供一种技术方案。
国内外相关学者在利用固体废弃物制备护坡砖方面开展了部分研究工作。但发明人发现：在现有制备护坡砖技术中，未尝有利用全固废作为原材料，通过免煅烧制备护坡砖。专利CN 103833298 A中公开了一种护坡材料及其制备方法，由胶凝材料、集料、改性骨料和水组成；专利CN 104310933 A公开了一种基于航道工程砂性弃土的 C30护坡砖的配合比及其制备方法；专利CN107216094 A公开了一种利用建筑废弃物和污泥制备护坡砖的方法；专利CN 109824304 A 都公开了一种煤矸石再生护坡砖及其制备方法；以上专利对固废在护坡砖技术领域的应用取得了一定进展，但这些技术多以水泥、天然砂石等与固废复配为原料，采用传统的配比与成型方式，都未利用全固废作为原料，导致护坡砖的资源与能源消耗高，成本高，不利于循环经济的发展。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供了一种基于全固废的高强度、免烧护坡砖及其制备方法，所有成分采用固体废弃物，充分利用固废物，成本低廉，易于制备且免煅烧。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于全固废的高强度、免烧护坡砖，由以下重量份的原料组成：胶凝材料25-35％、矿砂50-60％、赤泥基土木功能材料胶结剂 0.5-3％、余量为污水或废水；
其中，胶凝材料由赤泥60-70份、矿粉20-30份和粉煤灰10-20 份制备而成或由赤泥60-70份、炉渣20-30份和粉煤灰10-20份制备而成。赤泥基土木功能材料胶结剂由赤泥汤、苛性碱、非硅酸盐弱酸盐、硅酸盐、铝酸盐、硅铝酸盐中一种或几种组成。
本申请利用全固废作为制备护坡砖原料，无需水泥及天然矿物，成本低，材料的强度性能高，具有显著的经济效益和环境效益。
在一些实施例中，由以下重量份的原料组成：胶凝材料25-30％、矿砂50-55％、赤泥基土木功能材料胶结剂0.5-1.5％、余量为污水或废水；
其中，胶凝材料由赤泥60-65份、矿粉20-25份和粉煤灰10-15 份制备而成或由赤泥60-65份、炉渣20-25份和粉煤灰10-15份制备而成。本申请研究发现：通过上述全固废材料的复配，利用各原料间的协同性，能够使制备的免烧护坡砖具有较高的强度。
在一些实施例中，由以下重量份的原料组成：胶凝材料30-35％、矿砂55-60％、赤泥基土木功能材料胶结剂1.5-3％、余量为污水或废水；
其中，胶凝材料由赤泥65-70份、矿粉25-30份和粉煤灰15-20 份制备而成或由赤泥65-70份、炉渣25-30份和粉煤灰15-20份制备而成。本发明所得产品属于固废基护坡砖，该技术的原料适用范围广，各种固废均有可能大比例使用，有效利用现有资源，降低生产成本，可以大量消耗固废，减少其占地，减少环境污染，资源利用率高。
本申请对赤泥的来源并不足特殊的限定，在一些实施例中，所述赤泥为拜耳法、烧结法或联合法产生的赤泥中的任意一种，以保证赤泥品质稳定，使制备的免烧护砖具有较好的力学性能。
在一些实施例中，所述矿粉为高炉矿渣粉磨、烘干、过150目方孔筛而得。通过使用粒化高炉矿渣粉，可有效提高抗压强度，降低成本。同时对抑制碱骨料反应，降低水化热，减少护坡砖早期温度裂缝，提高密实度，提高抗渗和抗侵蚀能力有明显效果。
在一些实施例中，所述粉煤灰为碳化处理后的粉体原料，起到微集料密实填充及颗粒形态效应。
在一些实施例中，所述炉渣为烘干、过150目方孔筛而得；提高免烧护坡砖的力学性能。
本申请对废水的来源并不作特殊的限定，因此，在一些实施例中，所述废水为生活污水、工业废水和初雨径流入排水管渠等其它无用水的任意一种，以充分利用各种废水资源。
本发明还提供了一种基于全固废的高强度、免烧护坡砖的制备方法，包括：
(1)将赤泥、矿粉或为炉渣、粉煤灰与赤泥基土木功能材料胶结剂混合均匀，加入废水搅拌后，水灰比为0.4-0.6，再加入矿砂继续搅拌，然后将料浆成型；
(2)待步骤(1)中料浆硬化后脱模，常温常压下养护，即可得到护坡砖。本申请的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。
本发明还提供了任一上述的基于全固废的高强度、免烧护坡砖在城市建设和工业建设中的应用。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明所得产品属于固废基护坡砖，该技术的原料适用范围广，各种固废均有可能大比例使用，有效利用现有资源，降低生产成本，可以大量消耗固废，减少其占地，减少环境污染，资源利用率高。
(2)本发明的优势在于利用全固废作为制备护坡砖原料，无需水泥及天然矿物，成本低，材料的强度性能高，具有显著的经济效益和环境效益。本发明所使用的主要原料赤泥、矿粉、炉渣、粉煤灰、矿砂及废水均为数量巨大的废弃资源，因此原料成本低廉。
(3)本申请的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，针对固体废弃物利用率低、再利用的资源与能源消耗高，成本高的问题。因此，本发明提出一种基于全固废的高强度、免烧护坡砖及其制备方法，由以下重量份的原料组成：胶凝材料25-35％、矿砂50-60％、赤泥基土木功能材料胶结剂0.5-3％、余量为污水或废水，其中胶凝材料由赤泥60-70％、矿粉20-30％和粉煤灰10-20％制备而成或由赤泥60-70％、炉渣20-30％和粉煤灰10-20％制备而成。
本申请能够协同利用赤泥、矿粉、炉渣、粉煤灰、矿砂及废水等多种固废及废液，本产品属于固废基护坡砖，在护坡砖制作过程中无需对其进行煅烧加热，使得护坡砖的生产更加节能环保。
本申请中对赤泥的来源并不作特殊限定，在一些实施例中，所述赤泥为拜耳法、烧结法或联合法产生的赤泥中的任意一种；
在一些实施例中，所述矿粉为高炉矿渣粉磨、烘干、过150目方孔筛而得；
在一些实施例中，所述粉煤灰为碳化处理后的粉体原料，原料经过碳化处理，既提高了自身的体积安定性，又可以提升混凝土的强度；
在一些实施例中，所述炉渣为烘干、过150目方孔筛而得；
在一些实施例中，所述废水为生活污水、工业废水和初雨径流入排水管渠等其它无用水的任意一种；
在一些实施例中，所述赤泥基土木功能材料胶结剂为赤泥汤、苛性碱、非硅酸盐弱酸盐、硅酸盐、铝酸盐、硅铝酸盐中一种或几种组成。
本申请中对矿砂不作特殊的要求，只要能够满足本申请护坡砖的细骨料目的即可。
本申请采用的是利用全固废制备成具有高强度性能的护坡砖，实现多固废的综合利用，解决固废在资源化利用率低问题，更加的经济、环保，制备工艺更加简便。
本申请还提供了一种利用全固废制备护坡砖的制备方法，包括如下内容：
(1)将赤泥、矿粉或为炉渣、粉煤灰与赤泥基土木功能材料胶结剂混合均匀得到混合料，将混合料倒入搅拌池中，加入废水搅拌后，水灰比为0.4-0.6，再加入矿砂继续搅拌，然后将料浆成型；
(2)待步骤(1)中料浆硬化后脱模，常温常压下养护，即可得到护坡砖。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
以下实施例中，赤泥基土木功能材料胶结剂由赤泥汤、氢氧化钠、乙酸钠、硅酸钠、尖晶石、高岭石混合均匀而成，其质量比为1.5：2： 1：1：1：1.5。
其中，赤泥汤为拜耳法产生的赤泥汤，含水率为50％，pH值为 12.5，赤泥汤直接来源于氧化铝生产过程。
实施例1
将赤泥、矿粉(高炉矿渣粉磨、烘干、过150目方孔筛而得)、粉煤灰与赤泥基土木功能材料胶结剂按照1200g，720g，480g，192 g混合均匀，得到混合料，将混合料倒入搅拌池中，按照0.4的水灰比取960g废水(生活污水)，与固体粉末混合搅拌均匀后加入7200g 铬铁矿砂，以200r/min搅拌均匀后将料浆浇筑制成型；常温常压下养护，待料浆硬化后脱模，即可得到固废基护坡砖；
实施例2
将赤泥、矿粉(高炉矿渣粉磨、烘干、过150目方孔筛而得)、粉煤灰与赤泥基土木功能材料胶结剂按照1440g，720g，240g，192g 混合均匀，得到混合料，将混合料倒入搅拌池中，按照0.4的水灰比取960g废水，与固体粉末混合搅拌均匀后加入7200g铬铁矿砂，以200r/min搅拌均匀后将料浆浇筑制成型；常温常压下养护，待料浆硬化后脱模，即可得到固废基护坡砖。
实施例3
将赤泥、矿粉(高炉矿渣粉磨、烘干、过150目方孔筛而得)、粉煤灰与赤泥基土木功能材料胶结剂按照1200g，720g，480g，192g 混合均匀，得到混合料，将混合料倒入搅拌池中，按照0.6的水灰比取1440g废水，与固体粉末混合搅拌均匀后加入7200g铬铁矿砂，以200r/min搅拌均匀后将料浆浇筑制成型；常温常压下养护，待料浆硬化后脱模，即可得到固废基护坡砖。
实施例4
将赤泥、炉渣(烘干、过150目方孔筛而得)、粉煤灰与赤泥基土木功能材料胶结剂按照1200g，720g，480g，192g混合均匀，得到混合料，将混合料倒入搅拌池中，按照0.4的水灰比取960g废水，与固体粉末混合搅拌均匀后加入7200g铬铁矿砂，以200r/min搅拌均匀后将料浆浇筑制成型；常温常压下养护，待料浆硬化后脱模，即可得到固废基护坡砖。
对实施例1-4制备得到的固废基护坡砖的抗压强度、脱模时间进行测试。测试结果如下表所示：从表中可以看得出，本发明制备的护坡砖试块的抗压强度可达5.12MPa。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种基于全固废的高强度、免烧护坡砖，其特征在于，由以下重量份的原料组成：胶凝材料25-35％、矿砂50-60％、赤泥基土木功能材料胶结剂0.5-3％、余量为污水或废水；
其中，胶凝材料由赤泥60-70份、矿粉20-30份和粉煤灰10-20份制备而成或由赤泥60-70份、炉渣20-30份和粉煤灰10-20份制备而成。
2.如权利要求1所述的基于全固废的高强度、免烧护坡砖，其特征在于，由以下重量份的原料组成：胶凝材料25-30％、矿砂50-55％、赤泥基土木功能材料胶结剂0.5-1.5％、余量为污水或废水；
其中，胶凝材料由赤泥60-65份、矿粉20-25份和粉煤灰10-15份制备而成或由赤泥60-65份、炉渣20-25份和粉煤灰10-15份制备而成。
3.如权利要求1所述的基于全固废的高强度、免烧护坡砖，其特征在于，由以下重量份的原料组成：胶凝材料30-35％、矿砂55-60％、赤泥基土木功能材料胶结剂1.5-3％、余量为污水或废水；
其中，胶凝材料由赤泥65-70份、矿粉25-30份和粉煤灰15-20份制备而成或由赤泥65-70份、炉渣25-30份和粉煤灰15-20份制备而成。
4.如权利要求1-3任一项所述的基于全固废的高强度、免烧护坡砖，其特征在于，所述赤泥基土木功能材料胶结剂的组成为赤泥汤、苛性碱、非硅酸盐弱酸盐、硅酸盐、铝酸盐、硅铝酸盐中一种或几种组成。
5.如权利要求1-3任一项所述的基于全固废的高强度、免烧护坡砖，其特征在于，所述赤泥为拜耳法、烧结法或联合法产生的赤泥中的任意一种。
6.如权利要求1-3任一项所述的基于全固废的高强度、免烧护坡砖，其特征在于，所述矿粉为高炉矿渣粉磨、烘干、过150目方孔筛而得。
7.如权利要求1-3任一项所述的基于全固废的高强度、免烧护坡砖，其特征在于，所述粉煤灰为碳化处理后的粉体原料。
8.如权利要求1-3任一项所述的基于全固废的高强度、免烧护坡砖，其特征在于，所述炉渣为烘干、过150目方孔筛而得；
或所述废水为生活污水、工业废水或初雨径流入排水管渠的水中的任意一种。
9.一种基于全固废的高强度、免烧护坡砖的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将赤泥、矿粉或为炉渣、粉煤灰与赤泥基土木功能材料胶结剂混合均匀，加入废水搅拌后，水灰比为0.4-0.6，再加入矿砂继续搅拌，然后将料浆成型；
(2)待步骤(1)中料浆硬化后脱模，常温常压下养护，即得到护坡砖。
10.权利要求1-8任一项所述的基于全固废的高强度、免烧护坡砖在城市建设和工业建设中的应用。
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