CN114477956B - 一种轻质建筑垃圾再生砖及其制备方法 - Google Patents

一种轻质建筑垃圾再生砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及再生砖技术领域，具体公开了一种轻质建筑垃圾再生砖及其制备方法。再生砖由陈化之后的制砖坯料经过压实成型和烧结制成，制砖坯料包括如下重量份的组分：轻质固废填料50‑70份，赤泥30‑50份，粘土40‑60份，塑形剂6‑10份，抗裂剂8‑12份，水36‑48份，轻质固废填料的组分包括再生混凝土粉末，再生混凝土粉末为废弃加气混凝土的粉碎产物，再生混凝土粉末的平均粒径为420‑480μm。本申请减少了轻质固废填料中的结构缺陷，同时利用赤泥对再生混凝土粉末中的胶凝材料进行活化，提高了再生砖的强度。

Description

一种轻质建筑垃圾再生砖及其制备方法
技术领域
本申请涉及再生砖技术领域，更具体地说，它涉及一种轻质建筑垃圾再生砖及其制备方法。
背景技术
建筑垃圾是指建设、施工单位或个人对各类建筑物、构筑物、管网等进行建设、铺设或拆除、修缮过程中所产生的渣土、弃土、弃料、淤泥及其他废弃物，这些废弃物难于运输和处理，因此目前仍然有大量废弃物采取集中堆放或就地掩埋的处理方式，不仅占用土地资源，而且有可能对环境造成污染。随着材料科学技术的进步，目前具有较好前景的建筑垃圾处置方式之一是利用建筑垃圾生产再生建筑材料。
相关技术中有一种轻质建筑垃圾再生砖，由陈化之后的制砖坯料经过压实成型和烧结制成，制砖坯料包括如下重量份的组分：轻质固废填料50-70份，粘土70-110份，塑形剂6-10份，抗裂剂8-12份，水36-48份，轻质固废填料为破碎处理废弃的加气混凝土后得到的集料颗粒，轻质固废填料的平均粒径为3.75mm。轻质建筑垃圾再生砖的制备方法包括如下步骤：(1)将轻质固废填料、粘土、塑形剂、抗裂剂和水混合均匀，得到制砖坯料；(2)将制砖坯料放置在密封环境中陈化，再将陈化之后的制砖坯料压制成型，得到砖坯；(3)在105℃的条件下对砖坯进行干燥，直到砖坯处于饱和面干状态，然后在1150-1280℃的条件下对砖坯进行烧结加工，得到轻质建筑垃圾再生砖。
针对上述中的相关技术，发明人认为，相关技术虽然将废弃的加气混凝土的破碎产物掺入粘土砖的原料中，并通过烧结得到了再生砖，但是加气混凝土在破碎加工中容易产生结构缺陷，导致再生砖的强度有限，对再生砖的使用性能造成影响。
发明内容
相关技术中，加气混凝土在破碎加工中产生的结构缺陷导致再生砖的强度受限，影响再生砖的使用性能。为了改善这一缺陷，本申请提供一种轻质建筑垃圾再生砖及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种轻质建筑垃圾再生砖，采用如下的技术方案：
一种轻质建筑垃圾再生砖，所述再生砖由陈化之后的制砖坯料经过压实成型和烧结制成，所述制砖坯料包括如下重量份的组分：轻质固废填料50-70份，赤泥30-50份，粘土40-60份，塑形剂6-10份，抗裂剂8-12份，水36-48份，所述轻质固废填料的组分包括再生混凝土粉末，所述再生混凝土粉末为废弃加气混凝土的粉碎产物，所述再生混凝土粉末的平均粒径为420-480μm。
通过采用上述技术方案，与相关技术相比，本申请不将废弃加气混凝土加工成集料颗粒，而是对废弃加气混凝土进行更彻底的粉碎，得到了平均粒径为420-480μm的再生混凝土粉末。废弃加气混凝土在由颗粒转变为粉末的过程中，一方面粒径不断缩小，另一方面颗粒的结构缺陷处还发生了断裂，当结构缺陷处完全受到破坏之后，结构缺陷也随之消失，从而减少了轻质固废填料中的结构缺陷，有助于提高再生砖的强度，改善了再生砖的使用性能。
本申请在将废弃加气混凝土由颗粒转变为粉末的同时，还将一部分粘土替换为赤泥，赤泥属于工业固体废料，赤泥中结合了大量碱性物质，赤泥中的碱性物质能够对再生混凝土粉末进行活化，从而重新激发了再生混凝土粉末中一部分胶凝材料的水化活性，此时制砖坯料中的水不仅对各组分起湿润效果，还和活化后的胶凝材料发生了水化反应，水化产物对制砖坯料中的各组分进行粘结，使得砖坯在烧结之前就具有一定的强度，也不容易在后续的加工过程中产生缺陷。此外，活化后的胶凝材料通过水化反应消耗了水分，使得制砖坯料中产生了局部的湿度差，湿度差对水分的扩散起到了促进作用，有助于提高对制砖坯料的陈化效果。
作为优选，所述制砖坯料包括如下重量份的组分：轻质固废填料55-65份，赤泥35-45份，粘土45-55份，塑形剂7-9份，抗裂剂9-11份，水39-45份。
通过采用上述技术方案，优化了制砖坯料中各组分的配比，有助于进一步提高再生砖的强度。
作为优选，所述轻质固废填料的组分还包括脱水污泥。
通过采用上述技术方案，在烧结制备再生砖的过程中，烧结初期随着污泥中有机质的燃烧，砖坯中原先由污泥有机质占据的空间逐渐转化为气孔。在烧结后期接近最高烧结温度时，砖坯中的各组分相互融合，使砖坯发生收缩，此时砖坯中的气孔补偿了由于砖坯收缩而减小的体积，降低了砖坯的实际变形量，有助于减少砖坯由于收缩而发生开裂的可能，有助于提高再生砖的强度。
作为优选，所述轻质固废填料的组分还包括橡胶粉末，所述橡胶粉末为硅橡胶粉末、天然橡胶粉末中的至少一种。
通过采用上述技术方案，在烧结初期，橡胶粉末增加了砖坯的弹性，减少了砖坯因受热变形而产生缺陷的可能。在烧结后期，橡胶粉末的有机链段发生燃烧，促进了气孔的生成，提高了砖坯对收缩的抵抗能力，有助于提高再生砖的强度。当橡胶粉末为硅橡胶粉末时，硅橡胶的有机链段燃烧之后，硅橡胶中残余的硅氧链结构转化为类似陶瓷的结构，有助于进一步提高再生砖的强度
作为优选，所述脱水污泥按照以下方法制备：
(1)将湿污泥、过硫酸盐和炭化助剂混合均匀，并将混合产物摊铺为层状并静置，直到混合产物表面处于饱和面干状态，得到预拌混合料；本步骤中，炭化助剂为含有磷酸基的有机化合物；
(2)将预拌混合料和吸水剂搅拌均匀，并烘干至绝干状态，得到脱水污泥。
通过采用上述技术方案，在制备脱水污泥的步骤(1)中，过硫酸盐中的过硫酸根离子裂解形成自由基，过硫酸根离子裂解出的自由基能够使污泥的无机组分中的硅氧键发生断裂和重组，从而促进了污泥中的无机组分释放结晶水的过程，有利于对湿污泥的干燥。同时，过硫酸根离子产生的自由基促进了硅氧键的断裂和重新结合，减少了污泥的无机组分中的结构缺陷，有助于增大再生砖成型之后的强度。
通过添加炭化助剂，在烧结砖坯的过程中，炭化助剂分解产生磷酸。磷酸通过夺取有机质分子中的氢和氧对一部分不易燃烧的有机质进行了炭化，将污泥中所含的不易燃烧的有机质转化为易燃烧的炭颗粒，从而加快了砖坯中生成气孔的速率。此外，磷酸还能够与再生混凝土粉末中的钙离子反应生成磷酸钙，磷酸钙对再生混凝土粉末中的缺陷进行了修复，有助于提高再生砖的强度。
作为优选，所述炭化助剂为植酸或羟丙基二淀粉磷酸酯。
通过采用上述技术方案，植酸和羟丙基二淀粉磷酸酯均可在烧结条件下分解形成磷酸，因此均可作为炭化助剂，其中植酸的分子量相对较小，因此植酸的分散效果更好，有助于加快砖坯中生成气孔的速率。
作为优选，所述吸水剂为聚丙烯酸钠或无水硫酸钙。
通过采用上述技术方案，聚丙烯酸钠和无水硫酸钙均可作为吸水剂，其中无水硫酸钙除了在制备脱水污泥时发挥吸水效果，还能够与再生混凝土粉末中发生活化的胶凝材料反应，对再生混凝土粉末起到了补强作用，有助于提高再生砖的强度。
作为优选，所述塑形剂选用稻壳灰或硅灰。
通过采用上述技术方案，当轻质固废填料的组分包括脱水污泥时，由于脱水污泥的硅含量低于粘土的硅含量，因此不利于提升再生砖的强度。稻壳灰和硅灰均含有大量二氧化硅成分，从而可增加再生砖中二氧化硅成分的总量，有助于提高再生砖的强度。此外，硅灰的存在状态为固体粉末，而稻壳灰在保留稻壳原有外形的同时还具有多孔结构，因此稻壳灰还能够提高砖坯中的气孔数量，减少了砖坯由于收缩而发生开裂的可能，有助于提高再生砖的强度
作为优选，所述抗裂剂选用氯化钾、氯化锂中的至少一种。
通过采用上述技术方案，氯化钾和氯化锂均可在烧结过程中发生熔融，有助于加快砖坯中各组分相互渗透和扩散的速率，提高了再生砖成型的均匀度，减少了再生砖的局部缺陷，有助于提高再生砖的强度。当选用氯化锂作为抗裂剂时，由于氯化锂的熔点相对于氯化钾更低，因此抗裂剂能够更早地发生熔化，从而对烧结过程中产生的裂缝具有更好的填补效果，有助于提高再生砖的强度。
第二方面，本申请提供一种轻质建筑垃圾再生砖的制备方法，采用如下的技术方案。
一种轻质建筑垃圾再生砖的制备方法，包括以下步骤：
(1)将轻质固废填料、赤泥、粘土、塑形剂、抗裂剂和水混合均匀，得到制砖坯料；
(2)将制砖坯料放置在密封环境中陈化，再将陈化之后的制砖坯料压制成型，得到砖坯；
(3)对砖坯进行干燥，直到砖坯处于饱和面干状态，然后再对砖坯进行烧结加工，得到轻质建筑垃圾再生砖。
通过采用上述技术方案，先将各原料混合得到制砖坯料，然后将制砖坯料放置于密封环境下，使水分在其余组分中充分分散，实现了对制砖坯料的陈化，然后经过干燥和烧结得到了轻质建筑垃圾再生砖。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请对废弃加气混凝土制成平均粒径为420-480μm的再生混凝土粉末，从而减少了轻质固废填料中的结构缺陷，提高了再生砖的强度。同时，本申请通过添加赤泥，利用赤泥对再生混凝土粉末中的胶凝材料进行活化，减少了制砖坯料在加工过程中产生缺陷的可能，进一步提高了再生砖的强度。
2、本申请中优选硅橡胶粉末、天然橡胶粉末中的至少一种作为轻质固废填料的组分，其中当选用硅橡胶粉末时，硅橡胶粉末的有机链段能够发生燃烧，促进砖坯中生成气孔，同时硅橡胶燃烧后残留的硅氧链能够在煅烧过程中转化为类似陶瓷的结构，从而提高了再生砖的强度。
3、本申请的方法，将制砖坯料放置于密封环境下，使水分在其余组分中充分分散，实现了对制砖坯料的陈化，然后经过干燥和烧结得到了轻质建筑垃圾再生砖。
具体实施方式
以下结合制备例和实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请制备例中使用的原料均可通过市售获得。
脱水污泥的制备例
以下以制备例1为例说明。
制备例1
本申请中，脱水污泥按照以下方法制备：
(1)将60kg湿污泥、1kg过硫酸钠和3kg炭化助剂混合均匀，并将混合产物按照5cm的摊铺厚度摊铺为层状，并静置直到混合产物表面处于饱和面干状态，得到预拌混合料；本步骤中，炭化助剂为羟丙基二淀粉磷酸酯；
(2)将预拌混合料和5kg吸水剂搅拌均匀，并在105℃烘干24h，得到脱水污泥；本步骤中，吸水剂为聚丙烯酸钠。
制备例2
本制备例与制备例1的不同之处在于，炭化助剂为植酸。
制备例3
本制备例与制备例1的不同之处在于，吸水剂为无水硫酸钙。
制备例4
本制备例与制备例1的不同之处在于，将过硫酸钠替换为同样重量的硫酸钠。
实施例
本申请实施例中使用的原料均可通过市售获得。
实施例1-5
以下以实施例1为例进行说明。
实施例1
实施例1中轻质建筑垃圾再生砖按照以下步骤制备：
(1)将50kg轻质固废填料、30kg经过干燥的拜耳法赤泥、40kg粘土、6kg塑形剂、8kg抗裂剂和36kg水混合均匀，得到制砖坯料；本步骤中，轻质固废填料为平均粒径480μm的再生混凝土粉末，再生混凝土粉末为强度等级A10.0的废弃加气混凝土的破碎产物，塑形剂为硅灰，抗裂剂为氯化钾；
(2)将制砖坯料放置在密封环境中陈化24h，再将陈化之后的制砖坯料压制成型，得到砖坯；
(3)在105℃对砖坯进行干燥，直到砖坯处于饱和面干状态，然后再对砖坯进行烧结加工，得到轻质建筑垃圾再生砖；本步骤中，烧结的最高温度为1200℃。
如表1,实施例1-5的不同之处主要在于轻质建筑垃圾再生砖的原料配比不同
表1
样本 轻质固废填料/kg 赤泥/kg 粘土/kg 塑形剂/kg 抗裂剂/kg 水/kg
实施例1 50 30 40 6 8 36
实施例2 55 35 45 7 9 39
实施例3 60 40 50 8 10 42
实施例4 65 45 55 9 11 45
实施例5 70 50 60 10 12 48
实施例6-9
如表2，实施例6-9与实施例3的不同之处在于再生混凝土粉末的平均粒径不同。
表2
样本 实施例3 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9
平均粒径/μm 480 465 450 435 420
实施例10
本实施例与实施例9的不同之处在于，轻质固废填料由45kg再生混凝土粉末和15kg制备例1的脱水污泥混合而成。
实施例11
本实施例与实施例10的不同之处在于，脱水污泥为制备例2的脱水污泥。
实施例12
本实施例与实施例11的不同之处在于，脱水污泥为制备例3的脱水污泥。
实施例13
本实施例与实施例12的不同之处在于，脱水污泥为制备例4的脱水污泥。
实施例14
本实施例与实施例12的不同之处在于，轻质固废填料由45kg再生混凝土粉末、10kg制备例3的脱水污泥和5kg天然橡胶粉末混合而成。
实施例15
本实施例与实施例14的不同之处在于，轻质固废填料由45kg再生混凝土粉末、10kg制备例3的脱水污泥和5kg硅橡胶粉末混合而成。
实施例16
本实施例与实施例15的不同之处在于，塑形剂选用稻壳灰。
实施例17
本实施例与实施例16的不同之处在于，抗裂剂选用氯化锂。
对比例
对比例1
一种轻质建筑垃圾再生砖，按照以下步骤制备：
(1)将60kg轻质固废填料、90kg粘土、8kg塑形剂、10kg抗裂剂和42kg水混合均匀，得到制砖坯料；本步骤中，轻质固废填料为平均粒径为2.36mm的集料颗粒，集料颗粒为废弃加气混凝土破碎产物；
(2)将制砖坯料放置在密封环境中陈化24h，再使用液压机将陈化之后的制砖坯料压制成型，得到砖坯；
(3)在105℃的条件下对砖坯进行干燥，直到砖坯处于饱和面干状态，然后在1200℃的条件下对砖坯进行烧结加工，得到轻质建筑垃圾再生砖。
对比例2
本对比例与实施例3的不同之处在于，制砖坯料的组分中不包括抗裂剂。
对比例3
本对比例与实施例3的不同之处在于，制砖坯料的组分中不包括塑形剂。
对比例4
本对比例与实施例3的不同之处在于，制砖坯料组分中的再生混凝土粉末由强度等级C15的普通混凝土经过粉碎后得到。
对比例5
本对比例与实施例3、实施例6-9的不同之处在于，再生混凝土粉末的平均粒径为280μm。
对比例6
本对比例与实施例3、实施例6-9的不同之处在于，再生混凝土粉末的平均粒径为650μm。
性能检测试验方法
参照《GB/T 13544-2011》和《GB/T 5101-2017》对各实施例和对比例中制备的再生砖进行抗压强度的检测，检测结果见表3。
表3
样本 抗压强度/MPa 样本 抗压强度/MPa
实施例1 15.9 实施例13 16.7
实施例2 16.0 实施例14 17.9
实施例3 16.1 实施例15 18.1
实施例4 16.0 实施例16 18.3
实施例5 15.9 实施例17 18.5
实施例6 16.3 对比例1 10.2
实施例7 16.3 对比例2 12.5
实施例8 16.5 对比例3 12.9
实施例9 16.6 对比例4 16.2
实施例10 17.2 对比例5 16.6
实施例11 17.3 对比例6 14.6
实施例12 17.6 / /
结合实施例1-5和对比例1并结合表3可以看出，实施例1-5测得的抗压强度均高于对比例1，说明本申请的配方体系与相关技术相比，通过减小废弃加气混凝土的平均粒径降低了轻质固废填料中的结构缺陷，同时利用赤泥中的碱性成分对再生混凝土粉末中的胶凝材料成分进行了活化，从而有助于提高再生砖的抗压强度。在实施例1-5中，实施例3测得的抗压强度较高。
结合实施例3和对比例2并结合表3可以看出，实施例3测得的抗压强度高于对比例2，说明在未添加抗裂剂时，再生砖的开裂加剧，导致再生砖的抗压强度下降。
结合实施例3和对比例3并结合表3可以看出，实施例3测得的抗压强度高于对比例3，说明在未添加塑形剂时，再生砖的成型效果不佳，因此导致再生砖的抗压强度下降。
结合实施例3和对比例4并结合表3可以看出，实施例3测得的抗压强度和对比例4接近，说明本申请的再生混凝土粉末对废弃加气混凝土中的气孔和结构缺陷均起到了较好的消除效果，使得加气混凝土的破碎产物在性能上接近普通混凝土的破碎产物。
结合实施例3、实施例6-9、对比例5-6并结合表3可以看出，在实施例3、实施例6-9中，随着再生混凝土粉末的平均粒径下降，再生砖的强度持续上升，其中实施例9测得的抗压强度较高。对比实施例9和对比例5，当再生混凝土粉末的平均粒径低于420μm后，再生砖的抗压强度无明显上升。对比例6测得的抗压强度低于实施例3和实施例6-9，说明当粉末的平均粒径大于480μm时，不利于提升再生砖的抗压强度。
结合实施例10和实施例9并结合表3可以看出，实施例10测得的抗压强度高于实施例9，说明脱水污泥中的有机质燃烧产生的气孔补偿了砖坯的收缩，减少了砖坯发生开裂的可能，从而提高了再生砖的强度。
结合实施例11、实施例10并结合表3可以看出，实施例11测得的降压强度高于实施例10，说明炭化助剂的更换对脱水污泥的性能产生了影响，而当炭化助剂为植酸时，由于植酸的分散效果更好，因此气孔在砖坯中分布更加均匀，从而提高了再生砖的强度。
结合实施例12、实施例11并结合表3可以看出,实施例12测得的抗压强度高于实施例11，说明无水硫酸钙能够与再生混凝土粉末中发生活化的胶凝材料反应，对再生混凝土粉末起到了补强作用，有助于提高再生砖的强度。
结合实施例13、实施例12并结合表3可以看出，实施例13测得的抗压强度低于实施例12，说明在实施例12中，过硫酸根离子减少了污泥无机组分中的结构缺陷，有助于提高再生砖的强度，而实施例13将过硫酸钠替换为硫酸钠之后，污泥的无机组分中残留的结构缺陷增多，导致再生砖的强度发生下降。
结合实施例14、实施例15、实施例12并结合表3可以看出，实施例14和实施例15测得的抗压强度均高于实施例12，说明橡胶粉末增加了砖坯的弹性，减少了砖坯因受热变形而产生缺陷的可能。在烧结后期，橡胶粉末的有机链段发生燃烧，促进了气孔的生成，提高了砖坯对收缩的抵抗能力，有助于提高再生砖的强度性能。而与天然橡胶粉末相比，硅橡胶粉末由于经过煅烧之后还能够生成类似陶瓷的结构，因此对再生砖强度性能的提升幅度更大。
结合实施例15、实施例16并结合表3可以看出，实施例16测得的抗压强度高于实施例15，说明塑形剂选择稻壳灰时，不仅对再生砖起到了补充二氧化硅成分的效果，还利用稻壳灰自身含有的气孔结构提高了砖坯中的气孔数量，减少了砖坯由于收缩而发生开裂的可能，因此稻壳灰更有助于提高再生砖的强度性能。
结合实施例17、实施例16并结合表3可以看出，实施例17测得的抗压强度高于实施例16，说明抗裂剂选择氯化锂时，由于氯化锂的熔点更低，因此能使抗裂剂更早发挥渗透效果，减少了再生砖的局部缺陷，有助于提高再生砖的强度性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种轻质建筑垃圾再生砖，其特征在于，所述再生砖由陈化之后的制砖坯料经过压实成型和烧结制成，所述制砖坯料包括如下重量份的组分：轻质固废填料50-70份，赤泥30-50份，粘土40-60份，塑形剂6-10份，抗裂剂8-12份，水36-48份，所述轻质固废填料的组分包括再生混凝土粉末，所述再生混凝土粉末为废弃加气混凝土的粉碎产物，所述再生混凝土粉末的平均粒径为420-480μm， 所述烧结过程中的最高烧结温度为1200℃；所述轻质固废填料的组分还包括脱水污泥；所述轻质固废填料的组分还包括橡胶粉末，所述橡胶粉末为硅橡胶粉末、天然橡胶粉末中的至少一种；所述脱水污泥按照以下方法制备：
（1）将湿污泥、过硫酸盐和炭化助剂混合均匀，并将混合产物摊铺为层状并静置，直到混合产物表面处于饱和面干状态，得到预拌混合料；本步骤中，炭化助剂为含有磷酸基的有机化合物；
（2）将预拌混合料和吸水剂搅拌均匀，并烘干至绝干状态，得到脱水污泥；所述炭化助剂为植酸或羟丙基二淀粉磷酸酯。
2.根据权利要求1所述的轻质建筑垃圾再生砖，其特征在于，所述制砖坯料包括如下重量份的组分：轻质固废填料55-65份，赤泥35-45份，粘土45-55份，塑形剂7-9份，抗裂剂9-11份，水39-45份。
3.根据权利要求1所述的轻质建筑垃圾再生砖，其特征在于，所述吸水剂为聚丙烯酸钠或无水硫酸钙。
4.根据权利要求1所述的轻质建筑垃圾再生砖，其特征在于，所述塑形剂选用稻壳灰或硅灰。
5.根据权利要求1所述的轻质建筑垃圾再生砖，其特征在于，所述抗裂剂选用氯化钾、氯化锂中的至少一种。
6.根据权利要求1-5任一所述的轻质建筑垃圾再生砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将轻质固废填料、赤泥、粘土、塑形剂、抗裂剂和水混合均匀，得到制砖坯料；
（2）将制砖坯料放置在密封环境中陈化，再将陈化之后的制砖坯料压制成型，得到砖坯；
（3）对砖坯进行干燥，直到砖坯处于饱和面干状态，然后再对砖坯进行烧结加工，得到轻质建筑垃圾再生砖。
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