CN116119980A - 一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料，包括以下重量份的各组分：偏高岭土10份、矿渣10份、给水厂污泥30份、氢氧化钠15、水玻璃10和水30；本发明还公开了一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：S1，分别称量原料偏高岭土、矿渣、给水厂污泥、氢氧化钠、水玻璃和水；S2，将氢氧化钠加入水玻璃中调节水玻璃模数，待水玻璃冷却到室温后使用。本发明将给水厂污泥部分替代地聚物，有效减少了地聚物的使用，降低原料成本的同时减少碳排放量，使给水厂污泥变废为宝，呼应国家碳减排的政策，又提高给水厂的社会经济效益分析，达到“碳中和”的目的。
Description
技术领域
本发明涉及凝胶材料技术领域，尤其涉及一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料及制备方法。
背景技术
近年来，工业和城市基础设施的发展与建设使得每年都要消耗大量的水泥，水泥的烧制过程会释放大量CO2。据调查，由制作水泥产生的二氧化碳排放量占全球二氧化碳总排放量的5～8％，粉尘排放量占全国工业生产粉尘排放量的27.1％。为了减少资源消耗和CO2等气体排放，建筑胶凝材料朝着低成本、可持续、生态友好的方向发展，研发能替代水泥的低碳新材料是当务之需。
地质聚合物制备原料主要采用工业废弃副产物(如粉煤灰、矿渣和赤泥等)，反应过程不需要高温煅烧或烧结，可减少多达80％的CO2排放和60％的能耗，同时具有强度高，耐酸耐高温、抗腐蚀、具有良好的可加工性等优良性能，多方面性能要优于水泥和陶瓷等同类产品。优越的性能使得地质聚合物可应用于道路铺设和快速修补、建筑砌块、污泥固化等领域。
目前，国内外对地质聚合物在混凝土建筑材料中的应用展开广泛研究，因其生产工艺简单，反应条件要求低和反应时间短，具有快凝快硬的特点，且机械强度高、耐久性优良、耐酸耐热、CO2排放低，被认为是水泥的最佳替代品。
杨昊等人研究制备出粉煤灰-偏高岭土地质聚合物超轻质泡沫混凝土，其干密度为218kg/m3和抗压强度为0.97MPa。曾路等人以偏高岭土、矿渣和水玻璃为原料制备出28d抗压强度为33MPa，抗劈裂强度2.4MPa，孔隙率15％，透水系数8.4mm/s的地聚物透水混凝土。边伟等人以矿渣、粉煤灰、钠水玻璃、石灰石碎石为原料，制备出矿渣-粉煤灰透水混凝土。代金芯等人以中砂、细砂、粉煤灰为原料，制备出抗压强度54.4MPa的地聚物再生混凝土；丁兆洋等人以矿渣、粉煤灰、水玻璃溶液为原料，制备出抗压强度47.7MPa的地聚物再生骨料混凝土。葛圆圆制备出对Cu既有化学吸附作用又有物理吸附作用的偏高岭土地质聚合物，最大吸附量为43.48mg/g
P.MRameshwaran等人制备粉煤灰基地质聚合物混凝土，可以用粉煤灰100％代替水泥原料来制备混凝土。Hu等人以稀土尾矿(RET)和偏高岭土为原料制备了可固定重金属的RET基地质聚合物。XiaoChen等人用赤泥、矿渣、水玻璃和碎石为原料，制备出抗压强度18.53MPa、可固定重金属的地聚物基透水混凝土。RuiM等人采用偏高岭土、粉煤灰和水玻璃为原材料制备出可去除亚甲基蓝染料的地质聚合物。
综上所述，利用地聚物制备的再生混凝土具有良好的抗压性能和吸附性能，对固定重金属有良好效果，同时可以减少碳排放。但地聚物的制作使用成本较高，在一定程度上造成了矿物资源的消耗并伴随少量碳排放，难以投入大量生产，这些缺点限制了该技术的发展与应用。
掺入给水厂污泥可加强地聚物强度和优化其性能。给水厂污泥中含有与地聚物反应原材料相似的元素，同时，给水厂污泥可明显提高水泥基混凝土的力学性能，在骨架体系中发挥骨料的作用，但给水厂污泥含水率高且存在杂质，往往需要通过高温烧结或使用水泥固化给水厂污泥制得建筑材料。高温烧结和水泥生产消耗大量能源和释放出大量CO2，加重了环境污染的负担。使用地聚物固化给水厂污泥制备免烧混凝土建筑材料的方法，可以避免高温烧结和使用水泥类固化剂，从而进一步减少碳排放。该方法将传统上填埋和丢弃处置的给水厂污泥和工业废弃副产物以可持续循环利用的方式重新结合，是实现绿色经济、绿色世界、绿色建筑的重大举措，具有广阔的发展前景。
利用地聚物制备出的胶凝材料制作的再生混凝土具有良好的抗压性能和吸附性能，对固定重金属有良好效果，同时可以减少碳排放。但地聚物胶凝材料的制作原料成本及使用成本较高，在一定程度上造成了矿物资源的消耗并伴随少量碳排放，难以投入大量生产，这些缺点限制了该技术的发展与应用。
因此，我们设计了一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料及制备方法来解决以上问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料及制备方法，其给水厂污泥部分替代地聚物，有效减少了地聚物的使用，降低原料成本的同时减少碳排放量，使给水厂污泥变废为宝，呼应国家碳减排的政策，又提高给水厂的社会经济效益分析，达到“碳中和”的目的。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料，包括以下重量份的各组分：偏高岭土8-12份、矿渣8-12份、给水厂污泥26-34份、氢氧化钠13-17、水玻璃8-12和水26-34。
优选地，包括以下重量份的各组分：偏高岭土8份、矿渣8份、给水厂污泥26份、氢氧化钠13、水玻璃8和水26。
优选地，包括以下重量份的各组分：偏高岭土12份、矿渣12份、给水厂污泥34份、氢氧化钠17、水玻璃12和水34。
优选地，包括以下重量份的各组分：偏高岭土10份、矿渣10份、给水厂污泥30份、氢氧化钠15、水玻璃10和水30。
本发明还公开了一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，分别称量原料偏高岭土、矿渣、给水厂污泥、氢氧化钠、水玻璃和水；
S2，将氢氧化钠加入水玻璃中调节水玻璃模数，待水玻璃冷却到室温后使用；
S3，用湿毛巾湿润砂浆搅拌机的搅拌锅和叶片；
S4，将已称重完毕的偏高岭土和矿渣加入砂浆搅拌机中搅拌，然后依次加入给水厂污泥、水玻璃和水，进行搅拌；
S5，搅拌好的浆体分两层装入40mm×40mm×160mm三联试模中，每层厚度均为20mm，每次入模后在振动台振实；
S6，用刮平尺刮平成型并编号，成型完成后，覆盖薄膜，24h后拆模，即制备得到给水厂污泥复合地聚物再生混凝土建筑材料的试件。
优选地，所述S4中偏高岭土和矿渣加入砂浆搅拌机中搅拌时间为1-3分钟。
优选地，所述S4中加入给水厂污泥、水玻璃和水进行搅拌的时间为2-5分钟。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
本发明将给水厂污泥部分替代地聚物，有效减少了地聚物的使用，降低原料成本的同时减少碳排放量，使给水厂污泥变废为宝，呼应国家碳减排的政策，又提高给水厂的社会经济效益分析，达到“碳中和”的目的。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中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。
实施例1
一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料，包括以下重量份的各组分：偏高岭土10份、矿渣10份、给水厂污泥30份、氢氧化钠15、水玻璃10和水30。
本发明还公开了一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，分别称量原料偏高岭土、矿渣、给水厂污泥、氢氧化钠、水玻璃和水；
S2，将氢氧化钠加入水玻璃中调节水玻璃模数，待水玻璃冷却到室温后使用；
S3，用湿毛巾湿润砂浆搅拌机的搅拌锅和叶片；
S4，将已称重完毕的偏高岭土和矿渣加入砂浆搅拌机中搅拌，所述S4中偏高岭土和矿渣加入砂浆搅拌机中搅拌时间为1-3分钟；然后依次加入给水厂污泥、水玻璃和水，进行搅拌，所述S4中加入给水厂污泥、水玻璃和水进行搅拌的时间为2-5分钟；
S5，搅拌好的浆体分两层装入40mm×40mm×160mm三联试模中，每层厚度均为20mm，每次入模后在振动台振实；
S6，用刮平尺刮平成型并编号，成型完成后，覆盖薄膜，24h后拆模，即制备得到给水厂污泥复合地聚物再生混凝土建筑材料的试件。
实施例2
一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料，包括以下重量份的各组分：偏高岭土8份、矿渣8份、给水厂污泥26份、氢氧化钠13、水玻璃8和水26。
本发明还公开了一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，分别称量原料偏高岭土、矿渣、给水厂污泥、氢氧化钠、水玻璃和水；
S2，将氢氧化钠加入水玻璃中调节水玻璃模数，待水玻璃冷却到室温后使用；
S3，用湿毛巾湿润砂浆搅拌机的搅拌锅和叶片；
S4，将已称重完毕的偏高岭土和矿渣加入砂浆搅拌机中搅拌，所述S4中偏高岭土和矿渣加入砂浆搅拌机中搅拌时间为1-3分钟；然后依次加入给水厂污泥、水玻璃和水，进行搅拌，所述S4中加入给水厂污泥、水玻璃和水进行搅拌的时间为2-5分钟；
S5，搅拌好的浆体分两层装入40mm×40mm×160mm三联试模中，每层厚度均为20mm，每次入模后在振动台振实；
S6，用刮平尺刮平成型并编号，成型完成后，覆盖薄膜，24h后拆模，即制备得到给水厂污泥复合地聚物再生混凝土建筑材料的试件。
实施例3
一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料，包括以下重量份的各组分：偏高岭土12份、矿渣12份、给水厂污泥34份、氢氧化钠17、水玻璃12和水34。
本发明还公开了一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，分别称量原料偏高岭土、矿渣、给水厂污泥、氢氧化钠、水玻璃和水；
S2，将氢氧化钠加入水玻璃中调节水玻璃模数，待水玻璃冷却到室温后使用；
S3，用湿毛巾湿润砂浆搅拌机的搅拌锅和叶片；
S4，将已称重完毕的偏高岭土和矿渣加入砂浆搅拌机中搅拌，所述S4中偏高岭土和矿渣加入砂浆搅拌机中搅拌时间为1-3分钟；然后依次加入给水厂污泥、水玻璃和水，进行搅拌，所述S4中加入给水厂污泥、水玻璃和水进行搅拌的时间为2-5分钟；
S5，搅拌好的浆体分两层装入40mm×40mm×160mm三联试模中，每层厚度均为20mm，每次入模后在振动台振实；
S6，用刮平尺刮平成型并编号，成型完成后，覆盖薄膜，24h后拆模，即制备得到给水厂污泥复合地聚物再生混凝土建筑材料的试件。
实施例4
一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料，包括以下重量份的各组分：偏高岭土9份、矿渣9份、给水厂污泥28份、氢氧化钠14、水玻璃9和水28。
本发明还公开了一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，分别称量原料偏高岭土、矿渣、给水厂污泥、氢氧化钠、水玻璃和水；
S2，将氢氧化钠加入水玻璃中调节水玻璃模数，待水玻璃冷却到室温后使用；
S3，用湿毛巾湿润砂浆搅拌机的搅拌锅和叶片；
S4，将已称重完毕的偏高岭土和矿渣加入砂浆搅拌机中搅拌，所述S4中偏高岭土和矿渣加入砂浆搅拌机中搅拌时间为1-3分钟；然后依次加入给水厂污泥、水玻璃和水，进行搅拌，所述S4中加入给水厂污泥、水玻璃和水进行搅拌的时间为2-5分钟；
S5，搅拌好的浆体分两层装入40mm×40mm×160mm三联试模中，每层厚度均为20mm，每次入模后在振动台振实；
S6，用刮平尺刮平成型并编号，成型完成后，覆盖薄膜，24h后拆模，即制备得到给水厂污泥复合地聚物再生混凝土建筑材料的试件。
实施例5
一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料，包括以下重量份的各组分：偏高岭土11份、矿渣11份、给水厂污泥32份、氢氧化钠16、水玻璃11和水32。
本发明还公开了一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，分别称量原料偏高岭土、矿渣、给水厂污泥、氢氧化钠、水玻璃和水；
S2，将氢氧化钠加入水玻璃中调节水玻璃模数，待水玻璃冷却到室温后使用；
S3，用湿毛巾湿润砂浆搅拌机的搅拌锅和叶片；
S4，将已称重完毕的偏高岭土和矿渣加入砂浆搅拌机中搅拌，所述S4中偏高岭土和矿渣加入砂浆搅拌机中搅拌时间为1-3分钟；然后依次加入给水厂污泥、水玻璃和水，进行搅拌，所述S4中加入给水厂污泥、水玻璃和水进行搅拌的时间为2-5分钟；
S5，搅拌好的浆体分两层装入40mm×40mm×160mm三联试模中，每层厚度均为20mm，每次入模后在振动台振实；
S6，用刮平尺刮平成型并编号，成型完成后，覆盖薄膜，24h后拆模，即制备得到给水厂污泥复合地聚物再生混凝土建筑材料的试件。
本发明：
1、在免烧砖制备及性能测试试验中发现：在水胶比为0.5、水玻璃模数为1.50、激固比为0.5，给水厂污泥掺量为15％的条件下制备出7d、28d抗压强度分别为49.0Mpa、67.2MPa，7d、28d抗折强度为3.8MPa、4.6MPa，密度为1.77g/cm3，吸水率为9.09％，其尺寸偏差和外观质量、强度性能、体积密度、吸水率等指标满足《非烧结垃圾尾矿砖》(JC/T422—2007)和《混凝土路面砖》(GB28635—2012)标准要求，重金属析出符合《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3—2007)规定的免烧砖。
2、在透水混凝土制备及性能测试试验中发现：在水玻璃模数为1.50、激固比为0.50、给水厂污泥掺量为10％、骨胶比为4:1时为最佳配合比，7d抗压强度为17.36MPa、28d抗压强度为22.05MPa、孔隙率为19.69％、透水系数为8.95mm/s，各方面性能均满足《透水水泥混凝土路面技术规程》(CJJ/T135)中的规定。
3、透水混凝土具有一定的净化雨水功能，合适的水玻璃模数和激固比能的氨氮去除效果成正比，骨胶比越大，透水混凝土孔隙率越大，其去除氨氮的能力越强。在水玻璃模数为1.50、激固比为0.5、给水厂污泥掺量为10％、骨胶比为7:1时，对氨氮浓度为4.8mg/L雨水地表径流的去除率高达68.75％。
4、通过给水厂污泥复合地聚物基免烧砖和透水混凝土与普通硅酸盐水泥基制备碳排放量对比分析可见，给水厂污泥-地聚物基免烧砖和透水混凝土的碳排放量要比普通硅酸盐水泥浆体碳排放量要低，偏高岭土和矿渣制备的碳排放量远低于普通硅酸盐水泥，CO2排放减少，大大减低对环境的伤害。研究表明给水厂污泥结合地聚物制备建材能带来巨大的经济效益和环境效益。
降低地聚物制作原料成本、增强混凝土建筑材料抗压性能、减少碳排放量、提高给水厂经济效益、增强透水效果，可用于海绵城市建设、降低污泥处理利用成本。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料，其特征在于，包括以下重量份的各组分：偏高岭土8-12份、矿渣8-12份、给水厂污泥26-34份、氢氧化钠13-17、水玻璃8-12和水26-34。
2.根据权利要求1所述的一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料，其特征在于，包括以下重量份的各组分：偏高岭土8份、矿渣8份、给水厂污泥26份、氢氧化钠13、水玻璃8和水26。
3.根据权利要求1所述的一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料，其特征在于，包括以下重量份的各组分：偏高岭土12份、矿渣12份、给水厂污泥34份、氢氧化钠17、水玻璃12和水34。
4.根据权利要求1所述的一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料，其特征在于，包括以下重量份的各组分：偏高岭土10份、矿渣10份、给水厂污泥30份、氢氧化钠15、水玻璃10和水30。
5.一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，分别称量原料偏高岭土、矿渣、给水厂污泥、氢氧化钠、水玻璃和水；
S2，将氢氧化钠加入水玻璃中调节水玻璃模数，待水玻璃冷却到室温后使用；
S3，用湿毛巾湿润砂浆搅拌机的搅拌锅和叶片；
S4，将已称重完毕的偏高岭土和矿渣加入砂浆搅拌机中搅拌，然后依次加入给水厂污泥、水玻璃和水，进行搅拌；
S5，搅拌好的浆体分两层装入40mm×40mm×160mm三联试模中，每层厚度均为20mm，每次入模后在振动台振实；
S6，用刮平尺刮平成型并编号，成型完成后，覆盖薄膜，24h后拆模，即制备得到给水厂污泥复合地聚物再生混凝土建筑材料的试件。
6.根据权利要求5所述的一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述S4中偏高岭土和矿渣加入砂浆搅拌机中搅拌时间为1-3分钟。
7.根据权利要求5所述的一种给水厂污泥复合地聚物的胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述S4中加入给水厂污泥、水玻璃和水进行搅拌的时间为2-5分钟。
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|---|---|---|---|---|
| CN116891373A (zh) * | 2023-09-11 | 2023-10-17 | 河海大学 | 一种利用碱活化疏浚底泥制备免烧轻质砌块的方法 |
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2021
- 2021-11-12 CN CN202111336303.7A patent/CN116119980A/zh active Pending
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| CN116891373A (zh) * | 2023-09-11 | 2023-10-17 | 河海大学 | 一种利用碱活化疏浚底泥制备免烧轻质砌块的方法 |
| CN116891373B (zh) * | 2023-09-11 | 2023-11-28 | 河海大学 | 一种利用碱活化疏浚底泥制备免烧轻质砌块的方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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