CN112194454B - 一种盾构渣土免烧空心砖及其制备方法 - Google Patents

一种盾构渣土免烧空心砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种盾构渣土免烧空心砖制备方法，包括：向盾构渣土中加入生石灰、氧化镁和土壤固化剂进行固化处理，得一阶段渣土；在固化渣土中加入氢氧化钠、滑石粉和聚硅氧烷消泡剂，消除盾构渣土中改良剂影响，并激发盾构渣土中的活性物质，得到二阶段渣土；将破碎后的二阶段渣土和建筑垃圾连同机制砂、粉煤灰、水泥、水玻璃、活化剂和减水剂一起加水拌合，得拌合料；将拌合料压制并养护得免烧空心砖。本发明制备的免烧空心砖强度可接近MU15级，软化系数0.78‑0.92之间，吸水率在15％以下，相对含水率可达25％以下，满足建筑用砖的规范要求，解决了盾构渣土排放问题，且生产过程无二次污染，经过最优生产线设备配合，可高效保质批量生产免烧空心砖。

Description

一种盾构渣土免烧空心砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及盾构渣土处理领域，具体涉及一种盾构渣土免烧空心砖及其制备方法
背景技术
盾构法作为地铁工程建设主要施工方法，存在盾构渣土外运成本高，容易造成污染，渣土堆放存在安全隐患等诸多问题。盾构渣土中因含有较多的次生黏土矿物等，通过加入一定的固结剂可用来制作黏土免烧空心砖，实现资源的循环利用。申请号为CN201911021709.9的专利公开了一种黏土地层盾构改良渣土环保型免烧空心砖及制备方法，解决了盾构改良渣土处理难题，减少了环境污染及土地占用，但是该专利提到的加入消泡剂和生石灰促使渣土中的改良剂失效并未提及使用哪种消泡剂，普通消泡剂仅能去除泡沫，但对免烧空心砖强度并无增加，并且仅靠生石灰与水反应生成的氢氧化钙提供的碱性程度有限，难以将分散剂完全失效。此外，预处理后的渣土需要进行烘干处理，这无疑增加了免烧空心砖的制作成本。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种盾构渣土免烧空心砖及其制备方法，以解决盾构渣土破碎困难和盾构渣土中含有部分改良剂导致盾构渣土不适宜作为免烧空心砖基材的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案是：
一种盾构渣土免烧空心砖制备方法，包括：
向盾构渣土中加入生石灰、氧化镁和土壤固化剂进行固化处理，得一阶段渣土；
在固化渣土中加入氢氧化钠、滑石粉和聚硅氧烷消泡剂，消除盾构渣土中改良剂影响，并激发盾构渣土中的活性物质，得到二阶段渣土；
将破碎后的二阶段渣土和建筑垃圾连同机制砂、粉煤灰、水泥、水玻璃、活化剂和减水剂一起加水拌合，得拌合料；
将拌合料压制并养护得免烧空心砖。
具体的，所述减水剂采用木质素磺酸钠盐减水剂。
具体的，拌合料中各组分的重量百分含量为：
盾构渣土40-60份、建筑垃圾10-20份、机制砂10-20份、粉煤灰5-10份、水泥8-15份、水玻璃2-4份、活化剂0.8-2份、减水剂1-2份、生石灰2-4份、滑石粉3-4份、氢氧化钠0.1-0.5份、氧化镁0.5-1份、聚硅氧烷消泡剂1-2份、土壤固化剂1-5份和水13-15份。
具体的，所述盾构渣土取自粉质黏土地层。
具体的，所述建筑垃圾的粒径控制在0.1mm-0.2mm，破碎后的固化渣土的晶粒小于等于0.3mm。
具体的，所述机制砂粒径为介于0.5mm-2mm。
具体的，所述粉煤灰粒径介于0.001mm-0.lmm。
具体的，所述水泥为普通硅酸盐水泥，水泥标号介于325-525。
具体的，所述水玻璃模数大于3，浓度要求控制在60-80％。
一种盾构渣土免烧空心砖，采用上述制备方法制得。
原理及优势
为了防止渣土絮凝或附聚的发生导致的刀具磨损和结泥饼的情况，渣土改良过程中泡沫注入渣土后，起到润滑作用，显著降低渣土的内摩擦角，若不进行盾构渣土预处理，压制出的盾构渣土免烧空心砖强度不达标。
本申请通过向盾构渣土加入生石灰、氧化镁和土壤固化剂进行固化处理，可将盾构渣土含水率降低至15％以下，使用处理后的盾构渣土在无需干燥的条件下，可以直接放入黏土破碎机中破碎，节约造价。
发明人研究发现，添加的聚硅氧烷消泡剂不仅具有优良的破壁效果(使得泡沫破裂，也即消泡)，并且聚硅氧烷消泡剂可以与加入的NaOH反应生成Na2SiO3胶凝物质，进一步加强颗粒间的胶结性，提高免烧空心砖性能。盾构渣土改良常用的诸如纤维素衍生物、聚羧酸盐等分散剂，在生石灰和氢氧化钠创造的碱性环境中会加速失效，促使物料颗粒建立重新联系，进而改善免烧空心砖性能。
发明人进一步研究发现，引入滑石粉作为一种超细粉体表现出疏水性能可以使得泡沫剂性能降低与失效。同时因滑石粉主要由硅酸镁、氧化镁、氧化硅、氧化铝组成，其中氧化硅和氧化铝都是活性物质，可以与加入的水泥生产的水化产物进一步发生反应，渣土颗粒间有更多的C-S-H凝胶，将盾构渣土胶结形成整体，增强免烧空心砖强度。
发明人进一步研究发现，当减水剂采用木质素磺酸钠盐减水剂时，因木质素磺酸钠盐减水剂是亚硫酸盐造纸木浆废液经加浓缩后，用石灰、氯化钙等沉淀剂沉淀后制备而成。而其中的氯化钙是水玻璃的良好硬化剂，可以激发水玻璃的胶结性能，发生如下化学反应：Na2SiO3+CaCl2＝CaSiO3↓+2NaCl，生成含水硅酸钙，增强水玻璃作为胶凝材料的作用。这些凝胶使土颗粒表面形成类同相接触，使土料形成网络结构连结。这样减水剂既增强盾构渣土和各物料的拌合性，又激发了水玻璃的胶结性能，进一步增强免烧空心砖性能。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：
1、采用生石灰、氧化镁、土壤固化剂组合降低原状盾构渣土含水率，生石灰与氧化镁可以与水反应并生成活性激发剂。土壤固化剂加入渣土后添加后渣土胶体性质即刻被破坏，毛细管迅速建立并增加、扩散，七天内比正常晾晒可加速水分流失8％以上。
2、采用生石灰、氢氧化钠、滑石粉、消泡剂组合消除盾构渣土中改良剂影响，并激发盾构渣土中的活性物质，使盾构渣土更适合作为免烧空心砖的主要原材料。
3、使用盾构渣土作为主要原材料，解决了盾构渣土运输难、费用高，堆放有风险等问题，响应国家发展节能节地利废的新型墙体材料号召。
4、使用建筑垃圾和机制砂作为免烧空心砖的原料之一，实现资源可持续利用，并具有较高的经济效益。
5、本发明通过特殊组分的配比以及对各组分成分的特点控制，在各组成物质的协同作用下，制作的免烧空心砖强度可接近MU15级，软化系数0.78-0.92之间，吸水率在15％以下，相对含水率可达25％以下，满足建筑用砖的规范要求，且生产过程无二次污染，经过最优生产线设备配合，可高效保质批量生产免烧空心砖。
附图说明
图1是本发明实施例盾构渣土免烧空心砖制备流程图；
图2是本发明实施例盾构渣土预处理流程图；
图3是本发明实施例1土样的衍射图谱；
图4是本发明实施例1制得的砖样图；
图5是本发明实施例1制备的免烧空心砖软化图片；
图6是本发明实施例1免烧空心砖抗压试验破裂面剖面图。
具体实施方式
下面将通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，一种盾构渣土免烧空心砖的制作方法，包括如下步骤：
(1)盾构渣土固化
向盾构渣土中加入生石灰、氧化镁和土壤固化剂进行固化处理，得一阶段渣土；在固化渣土中加入氢氧化钠、滑石粉和聚硅氧烷消泡剂，消除盾构渣土中改良剂影响，并激发盾构渣土中的活性物质，得到二阶段渣土，也即固化渣土；如图2所示；
(2)盾构渣土与建筑垃圾破碎
将固化渣土和建筑垃圾加入至500型立式破碎机，将破碎后粒径小于0.3mm的盾构渣土和粒径在0.1mm-0.2mm的建筑垃圾送入下一步工序。
具体的，渣土与建筑垃圾从进料口进入，与高速旋转的刀片撞击，经过挤压和机壳的反弹作用再次破碎，在下落过程经过数次撞击成为粉状颗粒，在500型立式破碎机下安装振动筛，未达标的渣土进行二次破碎，直至达到预期破碎效果，破碎建筑垃圾时更换筛网，直至达到预期破碎效果送入下步工序。
(3)物料上料与拌合
将破碎后的固化渣土和建筑垃圾连同机制砂、粉煤灰、水泥、水玻璃、活化剂和减水剂按照预设定配合比一起加水拌合，得拌合料；其中，
盾构渣土40-60份、建筑垃圾10-20份、机制砂10-20份、粉煤灰5-10份、水泥8-15份、水玻璃2-4份、活化剂0.8-2份、减水剂1-2份、生石灰2-4份、滑石粉3-4份、氢氧化钠0.1-0.5份、氧化镁0.5-1份、聚硅氧烷消泡剂1-2份、土壤固化剂1-5份和水13-15份；减水剂采用木质素磺酸钠盐减水剂。其中，减水剂采用木质素磺酸钠盐减水剂。
(4)免烧空心砖机压制
将拌合好的拌合料经皮带输送机送入免烧空心砖机中，免烧空心砖机的成型压力介于20MPa-25MPa，模具下安装有激振系统。
具体的，将配比充分拌合好的拌合料输送至模具上，模具下方激振系统开始振动，使布料均匀，砖机缓慢施压使空气能尽量排出，压制周期为10s-12s。
(5)免烧空心砖养护
压制成型的免烧空心砖坯经自动堆码系统进行排列，通过叉车运送至养护区域。免烧空心砖采用自然养护，前4天每天喷洒一次水即可。
实施例1
取重量配比为盾构渣土40份、建筑垃圾10份、机制砂20份、粉煤灰5份、水泥15份、生石灰4份、土壤固化剂5份、木质素磺酸钠盐减水剂2份、水玻璃3份、活化剂2份、氧化镁1份、聚硅氧烷消泡剂2份、氢氧化钠0.5份、滑石粉4份和水13份，按照本发明提供的免烧空心砖制备方案进行免烧空心砖制作，按照该配比制作养护28天后对免烧空心砖进行抗压强度、软化系数、相对含水率测试。
本次盾构渣土土样经测试天然含水率为40％，略大于液限，土体较湿润。塑性指数为17.6，液性指数0.86，根据塑性状态指标判断，该渣土为软塑状态的粉质黏土；土样颗粒粒径分布不均匀，颗粒级配良好，粒径小于0.005mm的颗粒质量为总质量的23.21％。对该土样进行XRD矿物成分分析，得到衍射图谱如图3所示，矿物成分汇总如下表1所示。
Figure BDA0002738517690000051
其中，盾构渣土取自粉质黏土地层，建筑垃圾的粒径控制在0.1mm-0.2mm，破碎后的固化渣土的晶粒小于等于0.3mm，机制砂粒径为介于0.5mm-2mm，粉煤灰粒径介于0.001mm-0.lmm，水泥为普通硅酸盐水泥，水泥标号介于325-525，水玻璃模数大于3，浓度要求控制在60-80％。
经测试，所制备的盾构渣土免烧空心砖的平均抗压强度为16.7MPa，泡水四天后强度为15.4MPa，软化系数为0.92，相对含水率为22.7％。如图4-图6所示
实施例2
与实施例1不同的是，各组分配比(重量比)为：盾构渣土50份、建筑垃圾10份、机制砂20份、粉煤灰5份、水泥12份、生石灰3份、土壤固化剂4份、聚硅氧烷消泡剂2份、氢氧化钠0.5份、滑石粉3份、木质素磺酸钠盐减水剂2份、水玻璃2份、活化剂2份、氧化镁0.5份、水13份。
经测试，所制备的盾构渣土免烧空心砖的平均抗压强度为11.2MPa，泡水四天后强度为9.6MPa，软化系数为0.86，相对含水率为29.3％。
实施例3
与实施例1不同的是，各组分配比(重量比)为：盾构渣土60份、建筑垃圾20份、机制砂10份、粉煤灰10份、水泥10份、生石灰3份、土壤固化剂3份、聚硅氧烷消泡剂1份、氢氧化钠0.5份、滑石粉4份、木质素磺酸钠盐减水剂2份、水玻璃4份、活化剂2份、氧化镁1份，水15份。
经测试，所制备盾构渣土免烧空心砖的平均抗压强度为7.2MPa，泡水四天后强度为5.8MPa，软化系数为0.81，相对含水率为34.9％。
实施例4
与实施例1不同的是，各组分配比(重量比)为：盾构渣土60份、建筑垃圾10份、机制砂20份、粉煤灰5份、水泥8份、生石灰2份、土壤固化剂2份、木质素磺酸钠盐减水剂1份、聚硅氧烷消泡剂2份、氢氧化钠0.1份、滑石粉4份、水玻璃4份，活化剂2份、氧化镁1份，水15份。经测试，所制备的盾构渣土免烧空心砖的平均抗压强度为6.9MPa，泡水四天后强度为5.4MPa，软化系数为0.78，相对含水率为33.4％。
实施例5
与实施例1不同的是，各组分配比(重量比)为：盾构渣土60份、建筑垃圾20份、机制砂20份、粉煤灰5份、水泥6份、生石灰2份、土壤固化剂2份、木质素磺酸钠盐减水剂1份、水玻璃4份、聚硅氧烷消泡剂0.5份、氢氧化钠0.1份、滑石粉0.5份、活化剂1份、氧化镁1份，水15份。经测试，所制备的盾构渣土免烧空心砖的平均抗压强度为4.1MPa，泡水四天后强度为2.9MPa，软化系数为0.7，相对含水率为36.2％。
实施例6
与实施例1不同的是，各组分配比(重量比)为：盾构渣土60份、建筑垃圾20份、机制砂20份、粉煤灰10份、水泥4份、生石灰2份、土壤固化剂1份、聚硅氧烷消泡剂2份、氢氧化钠0.1份、滑石粉4份、木质素磺酸钠盐减水剂1份、水玻璃4份、活化剂1份、氧化镁1份，水15份。经测试，所制备的盾构渣土免烧空心砖的平均抗压强度为1.9MPa，泡水四天后砖体结构已松散，无抗压能力。
根据上述数据可以得出，对于实施例1、2、3、4，按照本发明的配比以及制备工艺，盾构渣土免烧空心砖的强度均在MU5级以上，其中实施例1的强度达到了MU15级，均达到了非承重空心砌块规范的相关要求。对于实施例5由于聚硅氧烷消泡剂和滑石粉加入量不足，未对盾构渣土进行足够材料的预处理，盾构渣土中的分散型泡沫剂还可以使微粒间的粘合力降低。对于实施例6由于加入的胶凝材料不足，胶凝材料能将各种废渣颗粒黏结在一起，堵塞毛细孔，防止水和有害气体进入，因此胶凝材料是影响免烧空心砖各项性质的重要因素。
以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (8)

1.一种盾构渣土免烧空心砖制备方法，其特征在于，包括：
向盾构渣土中加入生石灰、氧化镁和土壤固化剂进行固化处理，得一阶段渣土；
在固化渣土中加入氢氧化钠、滑石粉和聚硅氧烷消泡剂，消除盾构渣土中改良剂影响，并激发盾构渣土中的活性物质，得到二阶段渣土；
将破碎后的二阶段渣土和建筑垃圾连同机制砂、粉煤灰、水泥、水玻璃、活化剂和减水剂一起加水拌合，得拌合料；
将拌合料压制并养护得免烧空心砖；
所述减水剂采用木质素磺酸钠盐减水剂；
拌合料中各组分的重量百分含量为：
盾构渣土40-60份、建筑垃圾10-20份、机制砂10-20份、粉煤灰5-10份、水泥8-15份、水玻璃2-4份、活化剂0.8-2份、减水剂1-2份、生石灰2-4份、滑石粉3-4份、氢氧化钠0.1-0.5份、氧化镁0.5-1份、聚硅氧烷消泡剂1-2份、土壤固化剂1-5份和水13-15份。
2.根据权利要求1所述的盾构渣土免烧空心砖制备方法，其特征在于：所述盾构渣土取自粉质黏土地层。
3.根据权利要求1所述的盾构渣土免烧空心砖制备方法，其特征在于：所述建筑垃圾的粒径控制在0.1 mm -0.2mm，破碎后的固化渣土的晶粒小于等于0.3mm。
4.根据权利要求1所述的盾构渣土免烧空心砖制备方法，其特征在于：所述机制砂粒径为介于0.5mm-2mm。
5.根据权利要求1所述的盾构渣土免烧空心砖制备方法，其特征在于：所述粉煤灰粒径介于0.001mm-0.lmm。
6.根据权利要求1所述的盾构渣土免烧空心砖制备方法，其特征在于：所述水泥为普通硅酸盐水泥，水泥标号介于325-525。
7.根据权利要求1所述的盾构渣土免烧空心砖制备方法，其特征在于：所述水玻璃模数大于3，浓度要求控制在60-80%。
8.一种盾构渣土免烧空心砖，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的制备方法制得。
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