CN114516747B

CN114516747B - 一种盾构淤泥免烧制备建材的方法

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Publication number: CN114516747B
Application number: CN202210230069.8A
Authority: CN
Inventors: 肖为
Original assignee: Hunan Jinjia Environmental Protection Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Jinjia Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date: 2022-03-10
Filing date: 2022-03-10
Publication date: 2022-10-04
Anticipated expiration: 2042-03-10
Also published as: CN114516747A

Abstract

本发明涉及建筑材料领域，具体为一种盾构淤泥免烧制备建材的方法，将盾构淤泥与混凝剂混合，搅拌均匀后，脱水、风干得到脱水盾构污泥，将脱水盾构污泥、水泥、定形相变材料、高炉渣、脱硫石膏、粉煤灰、激发剂，混合均匀后加水搅拌得到浆料，将浆料倒入模具中，压制成型后养护即可，本发明所制备的建材密度较高，力学性能良好，且成型后收缩率和吸水率低，能够被广泛应用于各大建筑项目。

Description

一种盾构淤泥免烧制备建材的方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体为一种盾构淤泥免烧制备建材的方法。

背景技术

盾构机在隧道挖掘时会产生大量废弃淤泥，这些淤泥黏粒含量和含水率较高，渗透性能差，直接排放会造成土壤板结、河道淤塞等不良后果，堆放又会占用大量土地，盾构淤泥的资源化利用具有极其重要的现实意义。

中国专利CN112830722A提供一种再生淤泥渣土砖及其制备方法，包括以下重量份原料：泥土50-90份、骨料5-45份、水泥5-30份、土壤固化剂1-20份，所述泥土为建筑人工填土、粘性土、盾构泥土、河道淤泥、水厂污泥或工厂污泥，各原料科学配比，通过搅拌、陈化、混合、压制、浸泡养护得到再生淤泥渣土砖，制备的再生淤泥渣土砖平均密度4.26g/cm³，初凝时间116min，抗压强度23.69MPa，抗折强度12.64MPa，单块值吸水率10.1％，但是盾构泥土黏度高、含水量大，难以被直接使用，另一方面其所制备的渣土砖力学性能较差，应用场景受限。

发明内容

发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种盾构淤泥免烧制备建材的方法。

所采用的技术方案如下：

一种盾构淤泥免烧制备建材的方法，包括以下步骤：

S1：将秸秆粉末加入水中熬煮，冷却后滤出，再经蒸汽爆破处理后烘干，加入硝酸溶液中熬煮，冷却后滤出，洗涤至中性后烘干，加入氢氧化钠溶液中熬煮，冷却后滤出，低温冷冻后室温解冻，再与水混合，倒入高温高压釜中保温保压反应，滤出，洗涤，烘干得到秸秆纤维素；

S2：将秸秆纤维素加入溶剂中，再依次将吡啶、脂肪酸和甲苯磺酰氯加入，升温反应后，恢复室温并向反应液中加入硅藻土，搅拌加入水/甲醇混合溶液，继续搅拌后静置将沉淀滤出，得到定形相变材料；

S3：将盾构淤泥与混凝剂混合，搅拌均匀后，脱水、风干得到脱水盾构污泥，将脱水盾构污泥、水泥、定形相变材料、高炉渣、脱硫石膏、粉煤灰、激发剂，混合均匀后加水搅拌得到浆料，将浆料倒入模具中，压制成型后养护即可。

进一步地，包括以下步骤：

S1：将秸秆粉末加入水中90-100℃熬煮70-90min，冷却后滤出，再经蒸汽爆破处理后烘干，加入硝酸溶液中，90-100℃熬煮120-150min，冷却后滤出，洗涤至中性后烘干，加入氢氧化钠溶液中，80-90℃熬煮100-120min，冷却后滤出，用液氮对所得固体进行低温冷冻，30-50min后室温解冻再与水混合，倒入高温高压釜中，100-120℃保温保压60-80min，滤出，洗涤至流出液呈中性，烘干得到秸秆纤维素；

S2：氮气保护下，将秸秆纤维素加入溶剂中，搅拌20-30min后，再依次将吡啶、脂肪酸和甲苯磺酰氯加入，升温至60-65℃反应20-25h后，恢复室温并向反应液中加入硅藻土，搅拌10-30min后加入水/甲醇混合溶液，继续搅拌5-10h后静置5-10h将沉淀滤出，得到定形相变材料；

S3：将盾构淤泥与混凝剂混合，搅拌均匀后，脱水、风干得到脱水盾构污泥，将脱水盾构污泥、水泥、定形相变材料、高炉渣、脱硫石膏、粉煤灰、激发剂，混合均匀后加水搅拌得到浆料，将浆料倒入模具中，10-15MPa压制成型后放入60-65℃蒸养箱中养护20-25h取出即可。

进一步地，S1中所述蒸汽爆破处理时的压力为1.8-2MPa，保压时间为6-10min。

进一步地，S1中所述硝酸溶液的质量分数为3-5％，氢氧化钠溶液的质量分数为8-12％。

进一步地，S2中所述溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或二甲基乙酰胺中的任意一种。

进一步地，S2中所述脂肪酸为癸酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、月桂酸、花生酸中的任意一种或多种组合。

进一步地，S2中所述脂肪酸为棕榈酸、月桂酸按质量比1-5：1-5组合。

进一步地，S3中所述脱水盾构污泥、水泥、定形相变材料、高炉渣、脱硫石膏、粉煤灰、激发剂的质量比为30-50：10-20：1-5：5-10：2-4：10-20：0.5-1。

进一步地，S3中所述混凝剂为聚硫酸铁、聚硅硫酸铁、聚硅硫酸铁铝中的任意一种或多种与聚丙烯酰胺组合而成。

进一步地，S3中所述激发剂为质量比为3-5：1：1的水玻璃、生石灰、硫酸钠。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种盾构淤泥免烧制备建材的方法，所用到的定形相变材料相变温度在室温附近，相变潜热足够大，在相变过程中能够吸收和释放大量的潜热，将其应用到建材中，可以达到一种被动式的调控环境温度的效果，制备过程中用到的稻壳来源广泛，发明人采用硝酸-氢氧化钠耦合蒸汽爆破、低温冷冻方法改善了秸秆纤维结构，提高了纤维素产率，降低了半纤维素含量，发明人采用化学接枝的方法将具有储能功能的长链脂肪酸接枝到秸秆纤维素骨架上，并通过硅藻土吸附得到定形相变材料，可以极大程度上防止因相分离导致的储能效率下降，而且硅藻土吸附后可以提高相变材料的稳定性，盾构污泥经混凝剂处理后更易脱去水分，且盾构污泥尺寸减小，颗粒与颗粒之间黏性减弱，更易分散，所制备的建材力学性能更优，水玻璃、生石灰、硫酸钠组成的激发剂加入后可以促进水化反应进行，提高建材的密度，降低吸水率，提升力学性能，本发明所制备的建材密度较高，力学性能良好，且成型后收缩率和吸水率低，能够被广泛应用于各大建筑项目。

具体实施方式

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1：

一种盾构淤泥免烧制备建材的方法：

将秸秆粉末加入水中100℃熬煮90min，冷却后滤出，熬煮过程中随时补水，再经2MPa、10min蒸汽爆破处理后烘干，加入质量分数为5％的硝酸溶液中，100℃熬煮150min，熬煮过程中随时补水，冷却后滤出，洗涤至中性后烘干，加入质量分数为12％的氢氧化钠溶液中，90℃熬煮120min，冷却后滤出，用液氮对所得固体进行低温冷冻，50min后室温解冻再与水混合，倒入高温高压釜中，120℃保温保压80min，滤出，洗涤至流出液呈中性，烘干得到秸秆纤维素，氮气保护下，将40g秸秆纤维素加入1L DMAC中，搅拌30min后，再依次将0.05mL吡啶、0.26g棕榈酸、0.2g月桂酸和0.38g甲苯磺酰氯加入，升温至65℃反应25h后，恢复室温并向反应液中加入500g硅藻土，搅拌30min后加入3L水、甲醇体积比1:1的混合溶液，继续搅拌10h后静置10h将沉淀滤出，得到定形相变材料，将50g聚硅硫酸铁铝、50g聚丙烯酰胺分别用水溶解后与100kg盾构淤泥混合，搅拌均匀后，脱水、风干得到脱水盾构污泥，将40kg脱水盾构污泥、10kg水泥、1kg定形相变材料、5kg高炉渣、2kg脱硫石膏、10kg粉煤灰、300g水玻璃、100g生石灰、100g硫酸钠，混合均匀后加50L水搅拌得到浆料，将浆料倒入模具中，15MPa压制成型后放入65℃蒸养箱中养护25h取出即可。

实施例2：

一种盾构淤泥免烧制备建材的方法：

将秸秆粉末加入水中90℃熬煮70min，冷却后滤出，再经1.8MPa、6min蒸汽爆破处理后烘干，加入质量分数为3％的硝酸溶液中，90℃熬煮120min，冷却后滤出，洗涤至中性后烘干，加入质量分数为8％的氢氧化钠溶液中，80℃熬煮100min，冷却后滤出，用液氮对所得固体进行低温冷冻，30min后室温解冻再与水混合，倒入高温高压釜中，100℃保温保压60min，滤出，洗涤至流出液呈中性，烘干得到秸秆纤维素，氮气保护下，将40g秸秆纤维素加入1L DMAC中，搅拌20min后，再依次将0.05mL吡啶、0.26g棕榈酸、0.2g月桂酸和0.38g甲苯磺酰氯加入，升温至60℃反应20h后，恢复室温并向反应液中加入500g硅藻土，搅拌10min后加入3L水、甲醇体积比1:1的混合溶液，继续搅拌5h后静置5h将沉淀滤出，得到定形相变材料，将50g聚硅硫酸铁铝、50g聚丙烯酰胺分别用水溶解后与100kg盾构淤泥混合，搅拌均匀后，脱水、风干得到脱水盾构污泥，将40kg脱水盾构污泥、10kg水泥、1kg定形相变材料、5kg高炉渣、2kg脱硫石膏、10kg粉煤灰、300g水玻璃、100g生石灰、100g硫酸钠，混合均匀后加50L水搅拌得到浆料，将浆料倒入模具中，10MPa压制成型后放入60℃蒸养箱中养护20h取出即可。

实施例3：

一种盾构淤泥免烧制备建材的方法：

将秸秆粉末加入水中100℃熬煮70min，熬煮过程中随时补水，冷却后滤出，再经2MPa、6min蒸汽爆破处理后烘干，加入质量分数为5％的硝酸溶液中，90℃熬煮150min，冷却后滤出，洗涤至中性后烘干，加入质量分数为8％的氢氧化钠溶液中，90℃熬煮100min，冷却后滤出，用液氮对所得固体进行低温冷冻，50min后室温解冻再与水混合，倒入高温高压釜中，100℃保温保压80min，滤出，洗涤至流出液呈中性，烘干得到秸秆纤维素，氮气保护下，将40g秸秆纤维素加入1L DMAC中，搅拌20min后，再依次将0.05mL吡啶、0.26g棕榈酸、0.2g月桂酸和0.38g甲苯磺酰氯加入，升温至65℃反应20h后，恢复室温并向反应液中加入500g硅藻土，搅拌30min后加入3L水、甲醇体积比1:1的混合溶液，继续搅拌5h后静置10h将沉淀滤出，得到定形相变材料，将50g聚硅硫酸铁铝、50g聚丙烯酰胺分别用水溶解后与100kg盾构淤泥混合，搅拌均匀后，脱水、风干得到脱水盾构污泥，将40kg脱水盾构污泥、10kg水泥、1kg定形相变材料、5kg高炉渣、2kg脱硫石膏、10kg粉煤灰、300g水玻璃、100g生石灰、100g硫酸钠，混合均匀后加50L水搅拌得到浆料，将浆料倒入模具中，10MPa压制成型后放入65℃蒸养箱中养护20h取出即可。

实施例4：

一种盾构淤泥免烧制备建材的方法：

将秸秆粉末加入水中90℃熬煮90min，冷却后滤出，再经1.8MPa、10min蒸汽爆破处理后烘干，加入质量分数为3％的硝酸溶液中，100℃熬煮120min，熬煮过程中随时补水，冷却后滤出，洗涤至中性后烘干，加入质量分数为12％的氢氧化钠溶液中，80℃熬煮120min，冷却后滤出，用液氮对所得固体进行低温冷冻，30min后室温解冻再与水混合，倒入高温高压釜中，120℃保温保压60min，滤出，洗涤至流出液呈中性，烘干得到秸秆纤维素，氮气保护下，将40g秸秆纤维素加入1L DMAC中，搅拌30min后，再依次将0.05mL吡啶、0.26g棕榈酸、0.2g月桂酸和0.38g甲苯磺酰氯加入，升温至60℃反应25h后，恢复室温并向反应液中加入500g硅藻土，搅拌10min后加入3L水、甲醇体积比1:1的混合溶液，继续搅拌10h后静置5h将沉淀滤出，得到定形相变材料，将50g聚硅硫酸铁铝、50g聚丙烯酰胺分别用水溶解后与100kg盾构淤泥混合，搅拌均匀后，脱水、风干得到脱水盾构污泥，将40kg脱水盾构污泥、10kg水泥、1kg定形相变材料、5kg高炉渣、2kg脱硫石膏、10kg粉煤灰、300g水玻璃、100g生石灰、100g硫酸钠，混合均匀后加50L水搅拌得到浆料，将浆料倒入模具中，15MPa压制成型后放入60℃蒸养箱中养护25h取出即可。

实施例5：

一种盾构淤泥免烧制备建材的方法：

将秸秆粉末加入水中90℃熬煮80min，冷却后滤出，再经2MPa、10min蒸汽爆破处理后烘干，加入质量分数为3％的硝酸溶液中，90℃熬煮150min，冷却后滤出，洗涤至中性后烘干，加入质量分数为10％的氢氧化钠溶液中，90℃熬煮100min，冷却后滤出，用液氮对所得固体进行低温冷冻，50min后室温解冻再与水混合，倒入高温高压釜中，120℃保温保压60min，滤出，洗涤至流出液呈中性，烘干得到秸秆纤维素，氮气保护下，将40g秸秆纤维素加入1L DMAC中，搅拌30min后，再依次将0.05mL吡啶、0.26g棕榈酸、0.2g月桂酸和0.38g甲苯磺酰氯加入，升温至65℃反应25h后，恢复室温并向反应液中加入500g硅藻土，搅拌20min后加入3L水、甲醇体积比1:1的混合溶液，继续搅拌5h后静置5h将沉淀滤出，得到定形相变材料，将50g聚硅硫酸铁铝、50g聚丙烯酰胺分别用水溶解后与100kg盾构淤泥混合，搅拌均匀后，脱水、风干得到脱水盾构污泥，将40kg脱水盾构污泥、10kg水泥、1kg定形相变材料、5kg高炉渣、2kg脱硫石膏、10kg粉煤灰、300g水玻璃、100g生石灰、100g硫酸钠，混合均匀后加50L水搅拌得到浆料，将浆料倒入模具中，15MPa压制成型后放入65℃蒸养箱中养护25h取出即可。

实施例6：

与实施例1基本相同，区别在于，用肉豆蔻酸代替棕榈酸和月桂酸。

实施例7：

与实施例1基本相同，区别在于，用硬脂酸代替棕榈酸和月桂酸。

实施例8：

与实施例1基本相同，区别在于，用花生酸代替棕榈酸和月桂酸。

实施例9：

与实施例1基本相同，区别在于，用聚硫酸铁代替聚硅硫酸铁铝。

实施例10：

与实施例1基本相同，区别在于，用聚硅硫酸铁代替聚硅硫酸铁铝。

对比例

对比例与实施例1基本相同，区别在于，不加入由水玻璃、生石灰、硫酸钠组成的激发剂。

性能测试：

对本发明实施例1-8中所制备定形相变材料进行性能检测，测试结果如下表1所示：

表1：

由上表1可知，本发明所制备的定形相变材料相变温度在室温附近，且相变潜热足够大。

根据GB/T 4111-2013《混凝土砌块和砖试验方法》测试本发明实施例1-10及对比例中所制备建材的吸水率、密度、收缩率、力学强度、安定性等性能，结果如下表2所示：

表2：

由上表2可知，本发明所制备的建材密度较高，力学性能良好，且成型后收缩率和吸水率低，能够被广泛应用于各大建筑项目。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种盾构淤泥免烧制备建材的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S3：将盾构淤泥与混凝剂混合，搅拌均匀后，脱水、风干得到脱水盾构污泥，将脱水盾构污泥、水泥、定形相变材料、高炉渣、脱硫石膏、粉煤灰、激发剂，混合均匀后加水搅拌得到浆料，将浆料倒入模具中，10-15MPa压制成型后放入60-65℃蒸养箱中养护20-25h取出即可；

S2中所述脂肪酸为棕榈酸、月桂酸按质量比1-5：1-5组合；

S3中所述激发剂为质量比为3-5：1：1的水玻璃、生石灰、硫酸钠；

S2中所述溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或二甲基乙酰胺中的任意一种。

2.如权利要求1所述的盾构淤泥免烧制备建材的方法，其特征在于，S1中所述蒸汽爆破处理时的压力为1.8-2MPa，保压时间为6-10min。

3.如权利要求1所述的盾构淤泥免烧制备建材的方法，其特征在于，S1中所述硝酸溶液的质量分数为3-5％，氢氧化钠溶液的质量分数为8-12％。

4.如权利要求1所述的盾构淤泥免烧制备建材的方法，其特征在于，S3中所述脱水盾构污泥、水泥、定形相变材料、高炉渣、脱硫石膏、粉煤灰、激发剂的质量比为30-50：10-20：1-5：5-10：2-4：10-20：0.5-1。

5.如权利要求1所述的盾构淤泥免烧制备建材的方法，其特征在于，S3中所述混凝剂为聚硫酸铁、聚硅硫酸铁、聚硅硫酸铁铝中的任意一种或多种与聚丙烯酰胺组合而成。