CN112142420A - 一种多固废大掺量免烧透水砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种多固废大掺量免烧透水砖及其制备方法，属于建筑材料制备领域，按比例由以下组分组成：钢渣45%‑50%、煤矸石10%‑20%、脱硫石膏8%‑15%、骨料10‑20%、水8%‑10%、减水剂1%‑3%，骨料由铁矿废石和建筑垃圾1:1构成。本发明采用大量固废为原料，节约成本的同时可以减轻生态压力提高固废利用率，并采用免烧的方式大幅节省能源，原料经机械磨细提高活性，煤矸石和脱硫石膏的加入可以激发钢渣活性，提高透水装强度和耐磨性。

Description

一种多固废大掺量免烧透水砖及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，特别是涉及一种多固废大掺量免烧透水砖及其制备方法。
背景技术
目前我国城市水问题主要表现为：水资源供不应求，浪费现象普遍；严重超采地下水，地下漏斗面积大；水污染严重，水质下降；城市洪涝发生的频率增大，危害严重。传统的雨水资源直接通过雨水管网进入城市水体，不仅造成水体污染而且忽视了城市雨洪资源的利用价值，导致水资源的开发利用效率降低。随着学者们不断的深入研究，如何综合利用雨洪资源，使增多的地表径流以另外的方式留存下来这一问题得到解决。海绵城市以低影响开发为准则，兼顾生态系统保护，是缓解城市水资源短缺和城市内涝的重要途径。“海绵城市”建设，不仅能有效缓解城市雨涝现象，而且能够降低城市热岛效应，改善城市生态环境，提升居民生活品质。作为“海绵城市”项目建设的基础材料，透水砖的生产技术受到了很大的关注。
同时，钢渣、煤矸石、脱硫石膏和铁矿废石等大宗工业固体废弃物大量的排放和堆积，对环境造成了严重的污染，急需规模化、资源化综合利用。近年来，由于工业的快速发展，空气污染日益严重，雾霾天气增多，SO2排放量增加。
脱硫副产品大量堆存，既占用土地，又浪费资源，已经成为制约我国燃煤机组烟气脱硫可持续发展的重要因素。应该在解决大气中的二氧化硫污染的同时解决好脱硫石膏综合利用的问题，充分利用脱硫石膏的物理、化学特性与天然石膏非常接近的特点，对脱硫石膏进行深加工，扩展脱硫石膏的应用领域并逐渐取代天然石膏，这样既可变废为宝，又可达到保护环境的目的，处置和利用好脱硫石膏，具有良好的经济效益和社会效益，对生态环境保护有着重要意义。
钢渣是炼钢过程中产生的复合固溶体废渣，其排放量约为粗钢产量的15%～20%。而我国为炼钢第一大国，据国家统计局统计，2017年全国的粗钢产量为8.32亿t。按其产量为钢产量的15%计算，仅2017年，全国钢渣的产生量就达到1.25亿t左右。目前，我国钢渣的综合利用率约为50%，相比欧美接近100%的利用率，还有很大的差距。大量钢渣得不到有效的利用，将会侵占土地、破坏环境，同时也会造成资源的巨大浪费。在这种背景下，国内已经有很多学者做了关于钢渣应用于各个行业的研究，其中应用于建材方面的研究，但是其实际利用率并不高，且多为筑路工程、建筑回填，作为混凝土骨料等。这是钢渣质地坚硬，活性不高的特性造成的。很多的研究表明，钢渣含有大量的C2S、C3S，这是钢渣中的主要活性物质，其含量超过50%。这使其具备了作为胶凝材料的潜在特性。
我国是全球煤炭开采量和使用量最大的国家, 2016年煤炭产量占全球煤炭总产量的46.1%。煤炭在我国能源机构中也占有极大的比例, 在2016年为62%。煤矸石是与煤伴生的一种含煤高岭土, 是在煤资源的开采和清洗等处理过程中排出的固体废物, 其含碳量约为20%~30%, 其他主要成分是Al2O3、SiO2以及少量的MgO、Na2O、Fe2O3、CaO、K2O、SO3、P2O5和稀有元素等微量成分。在采煤过程中排放的大量煤矸石排放若弃置不用, 将占用大量土地, 自燃引发火灾, 逸出或浸出硫化物造成环境污染, 雨季崩塌、淤塞河流导致自然灾害, 同时也会给企业造成较大经济负担, 因此, 对于煤矸石的处理与综合利用愈来愈得到人们高度重视。
利用钢渣、煤矸石、脱硫石膏和铁矿废石制备免烧透水砖，不仅能大规模消耗工业固废，而且能够实现透水砖的低成本制备，具有节能环保、资源循环的特性。
发明内容
为了解决上述存在的技术问题，本发明提供一种多固废大掺量免烧透水砖及其制备方法，本发明采用钢渣、煤矸石、脱硫石膏和铁矿废石为原料，固废利用率高，减少因填埋堆放造成场地资源浪费和一系列生态问题；成型过程为压制成型免烧制，工艺简单，无需高温煅烧，能耗低；原料经机械磨细提高活性，煤矸石和脱硫石膏的加入可以激发钢渣活性，提高透水装强度和耐磨性。
本发明采用的技术方案如下：
一种多固废大掺量免烧透水砖，透水砖采用如下成分制备，钢渣45%-50%、煤矸石10%-20%、脱硫石膏8%-15%、骨料10-20%、水8%-10%、减水剂1%-3%。
进一步地，所述减水剂为氨基磺酸盐减水剂。
进一步地，所述脱硫石膏矿物组成为二水石膏。
进一步地，所述骨料为铁矿废石和建筑垃圾1:1混合。
进一步地，所述钢渣化学成分为氧化钙40%~50%、三氧化二铁5%~20%、二氧化硅10%~20%、氧化亚铁7%-10%、氧化铝2%~5%、氧化镁4%-10%。
进一步地，所述煤矸石化学成分为氧化钙3%-5%、二氧化硅55%-60%、氧化铁2%-5%、氧化铝15%-20%、氧化镁1%-2%、三氧化硫0.5%-1%。
所述的一种多固废大掺量免烧透水砖的制备方法，包括如下制备步骤：
1)将钢渣和煤矸石分别进行破碎粉磨至比表面积为580㎡/kg，备用；
2)将骨料破碎至粒径为1-2mm，备用；
3)将脱硫石膏60℃烘干后粉磨至比表面积600㎡/kg，备用；
4)物料按配比加入搅拌机搅拌3-5min，再加入减水剂、水搅拌10min，使物料充分混合均匀；
5)放入透水砖模具中，在液压装置上压制成型，成型压力为20 MPa，稳压时间为40s；
6)在标准条件20℃，相对湿度98%，下养护7-28 d，制得免烧透水砖。
进一步地，所述钢渣和煤矸石破碎后的粒径分布在10-20mm。
进一步地，所述粉磨工序中使用的球磨机为砾石磨并加入助磨剂。
进一步地，所述步骤3）中烘干的干燥工序中采用辐射加热的方式。
进一步地，所述破碎工序中使用的破碎设备为颚式破碎机、圆锤式破碎机、锤式破碎机中的一种。
本发明的有益效果：
1)本发明采用钢渣、煤矸石、脱硫石膏和铁矿废石为原料，固废利用率高，大幅度提高了固体废物额附加值，实现了固体废物的资源化利用，减少因填埋堆放造成场地资源浪费和一系列生态问题
2)成型过程为压制成型免烧制，工艺简单，无需高温煅烧，能耗低，大量节约能源
3)对于一些天然石膏匮乏的地区可以采用脱硫石膏，无论原料成本还是运输成本都会大大降低
4)钢渣含有大量的硅酸二钙和硅酸三钙，进行机械研磨，提高了钢渣的比表面积和细度，提高钢渣活性，促进水化过程，钢渣水化原理为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
5)煤矸石中含有大量的二氧化硅和三氧化二铝，可以和钢渣水化生成的氢氧化钙反应生成C-S-H和C-A-H凝胶，提高透水砖强度的同时促进钢渣水化，反应原理为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
6)脱硫石膏中的二水石膏与C-A-H反应生成AFt既提高透水砖强度又促进煤矸石和钢渣的水化,反应原理为：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
一种多固废大掺量免烧透水砖及其制备方法，采用钢渣46%、煤矸石20%、脱硫石膏14%、骨料10%、水8%、减水剂2%制备透水砖，制备过程如下：
1)将钢渣和煤矸石分别进行破碎粉磨至比表面积为580㎡/kg，备用
2)将铁矿废石和建筑垃圾1:1混合破碎至粒径为1-2mm，备用
3)将脱硫石膏60℃烘干后粉磨至比表面积600㎡/kg，备用
4)物料按配比加入搅拌机搅拌3-5min，再加入水和减水剂搅拌10min，使物料充分混合均匀
5)放入透水砖模具中，在液压装置上压制成型，成型压力为20 MPa，稳压时间为40s
6)在标准条件（20℃，相对湿度98%）下养护7-28 d，制得免烧透水砖。
所述钢渣主要化学成分为氧化钙40%~50%、三氧化二铁5%~20%、二氧化硅10%~20%、氧化亚铁7%-10%、氧化铝2%~5%、氧化镁4%-10%。
所述煤矸石主要化学成分为氧化钙3%-5%、二氧化硅55%-60%、氧化铁2%-5%、氧化铝15%-20%、氧化镁1%-2%、三氧化硫0.5%-1%。
所述脱硫石膏主要矿物组成为二水石膏。
所述骨料为铁矿废石与建筑垃圾1:1混合所得。
所述减水剂为氨基磺酸盐减水剂。
所述破碎工序中使用的破碎设备为颚式破碎机、圆锤式破碎机、锤式破碎机中的一种。
所述钢渣和煤矸石破碎后的粒径分布在10-20mm。
所述研磨工序中使用的球磨机为砾石磨并加入助磨剂。
所述干燥工序中可采用辐射加热的方式。
实施例2
一种多固废大掺量免烧透水砖及其制备方法，采用钢渣48%、煤矸石16%、脱硫石膏12%、骨料13%、水8%、减水剂3%制备透水砖，制备过程如下：
1)将钢渣和煤矸石分别进行破碎粉磨至比表面积为580㎡/kg，备用
2)将铁矿废石和建筑垃圾1:1混合破碎至粒径为1-2mm，备用
3)将脱硫石膏60℃烘干后粉磨至比表面积600㎡/kg，备用
4)物料按配比加入搅拌机搅拌3-5min，再加入水和减水剂搅拌10min，使物料充分混合均匀
5)放入透水砖模具中，在液压装置上压制成型，成型压力为20 MPa，稳压时间为40s
6)在标准条件（20℃，相对湿度98%）下养护7-28 d，制得免烧透水砖。
所述钢渣主要化学成分为氧化钙40%~50%、三氧化二铁5%~20%、二氧化硅10%~20%、氧化亚铁7%-10%、氧化铝2%~5%、氧化镁4%-10%。
所述煤矸石主要化学成分为氧化钙3%-5%、二氧化硅55%-60%、氧化铁2%-5%、氧化铝15%-20%、氧化镁1%-2%、三氧化硫0.5%-1%。
所述脱硫石膏主要矿物组成为二水石膏。
所述骨料为铁矿废石与建筑垃圾1:1混合所得。
所述减水剂为氨基磺酸盐减水剂。
所述破碎工序中使用的破碎设备为颚式破碎机、圆锤式破碎机、锤式破碎机中的一种。
所述钢渣和煤矸石破碎后的粒径分布在10-20mm。
所述研磨工序中使用的球磨机为砾石磨并加入助磨剂。
所述干燥工序中可采用辐射加热的方式。
实施例3
一种多固废大掺量免烧透水砖及其制备方法，采用钢渣45%、煤矸石20%、脱硫石膏10%、骨料15%、水9%、减水剂1%制备透水砖，制备过程如下：
1)将钢渣和煤矸石分别进行破碎粉磨至比表面积为580㎡/kg，备用
2)将铁矿废石和建筑垃圾1:1混合破碎至粒径为1-2mm，备用
3)将脱硫石膏60℃烘干后粉磨至比表面积600㎡/kg，备用
4)物料按配比加入搅拌机搅拌3-5min，再加入水和减水剂搅拌10min，使物料充分混合均匀
5)放入透水砖模具中，在液压装置上压制成型，成型压力为20 MPa，稳压时间为40s
6)在标准条件（20℃，相对湿度98%）下养护7-28 d，制得免烧透水砖。
所述钢渣主要化学成分为氧化钙40%~50%、三氧化二铁5%~20%、二氧化硅10%~20%、氧化亚铁7%-10%、氧化铝2%~5%、氧化镁4%-10%。
所述煤矸石主要化学成分为氧化钙3%-5%、二氧化硅55%-60%、氧化铁2%-5%、氧化铝15%-20%、氧化镁1%-2%、三氧化硫0.5%-1%。
所述脱硫石膏主要矿物组成为二水石膏。
所述骨料为铁矿废石与建筑垃圾1:1混合所得。
所述减水剂为氨基磺酸盐减水剂。
所述破碎工序中使用的破碎设备为颚式破碎机、圆锤式破碎机、锤式破碎机中的一种。
所述钢渣和煤矸石破碎后的粒径分布在10-20mm。
所述研磨工序中使用的球磨机为砾石磨并加入助磨剂。
所述干燥工序中可采用辐射加热的方式。
实施例4
一种多固废大掺量免烧透水砖及其制备方法，采用钢渣50%、煤矸石12%、脱硫石膏8%、骨料20%、水9%、减水剂1%制备透水砖，制备过程如下：
1)将钢渣和煤矸石分别进行破碎粉磨至比表面积为580㎡/kg，备用
2)将铁矿废石和建筑垃圾1:1混合破碎至粒径为1-2mm，备用
3)将脱硫石膏60℃烘干后粉磨至比表面积600㎡/kg，备用
4)物料按配比加入搅拌机搅拌3-5min，再加入水和减水剂搅拌10min，使物料充分混合均匀
5)放入透水砖模具中，在液压装置上压制成型，成型压力为20 MPa，稳压时间为40s
6)在标准条件（20℃，相对湿度98%）下养护7-28 d，制得免烧透水砖。
所述钢渣主要化学成分为氧化钙40%~50%、三氧化二铁5%~20%、二氧化硅10%~20%、氧化亚铁7%-10%、氧化铝2%~5%、氧化镁4%-10%。
所述煤矸石主要化学成分为氧化钙3%-5%、二氧化硅55%-60%、氧化铁2%-5%、氧化铝15%-20%、氧化镁1%-2%、三氧化硫0.5%-1%。
所述脱硫石膏主要矿物组成为二水石膏。
所述骨料为铁矿废石与建筑垃圾1:1混合所得。
所述减水剂为氨基磺酸盐减水剂。
所述破碎工序中使用的破碎设备为颚式破碎机、圆锤式破碎机、锤式破碎机中的一种。
所述钢渣和煤矸石破碎后的粒径分布在10-20mm。
所述研磨工序中使用的球磨机为砾石磨并加入助磨剂。
所述干燥工序中可采用辐射加热的方式。

Claims (10)

1.一种多固废大掺量免烧透水砖，其特征在于：按比例由以下组分组成：钢渣45%-50%、煤矸石10%-20%、脱硫石膏8%-15%、骨料10-20%、水8%-10%、减水剂1%-3%。
2.根据权利要求1所述的一种多固废大掺量免烧透水砖，其特征在于：所述减水剂为氨基磺酸盐减水剂。
3.根据权利要求1所述的一种多固废大掺量免烧透水砖，其特征在于：所述脱硫石膏矿物组成为二水石膏。
4.根据权利要求1所述的一种多固废大掺量免烧透水砖，其特征在于：所述骨料为铁矿废石和建筑垃圾1:1混合。
5.根据权利要求1所述的一种多固废大掺量免烧透水砖，其特征在于：所述钢渣化学成分为氧化钙40%~50%、三氧化二铁5%~20%、二氧化硅10%~20%、氧化亚铁7%-10%、氧化铝2%~5%、氧化镁4%-10%。
6.根据权利要求1所述的一种多固废大掺量免烧透水砖，其特征在于：所述煤矸石化学成分为氧化钙3%-5%、二氧化硅55%-60%、氧化铁2%-5%、氧化铝15%-20%、氧化镁1%-2%、三氧化硫0.5%-1%。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种多固废大掺量免烧透水砖的制备方法，其特征在于：包括如下制备步骤：
将钢渣和煤矸石分别进行破碎粉磨至比表面积为580㎡/kg，备用；
将骨料破碎至粒径为1-2mm，备用；
将脱硫石膏60℃烘干后粉磨至比表面积600㎡/kg，备用；
物料按配比加入搅拌机搅拌3-5min，再加入减水剂、水搅拌10min，使物料充分混合均匀；
放入透水砖模具中，在液压装置上压制成型，成型压力为20 MPa，稳压时间为40s；
在标准条件20℃，相对湿度98%，下养护7-28 d，制得免烧透水砖。
8.根据权利要求7任一所述的一种多固废大掺量免烧透水砖的制备方法，其特征在于：所述钢渣和煤矸石破碎后的粒径分布在10-20mm。
9.根据权利要求7任一所述的一种多固废大掺量免烧透水砖的制备方法，其特征在于：所述粉磨工序中使用的球磨机为砾石磨并加入助磨剂。
10.根据权利要求7任一所述的一种多固废大掺量免烧透水砖的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中烘干的干燥工序中采用辐射加热的方式。
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