CN116553864A - 一种碱激发炉底灰免烧砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碱激发炉底灰免烧砖的制备方法，该方法包括将粗骨料和细骨料预先浸泡，并晾晒至饱和面干状态；配制激发剂，将配置好的激发剂密封陈化4小时以上；称取激发剂，粗骨料、细骨料、炉底灰、矿渣和水于搅拌机中搅拌均匀，将搅拌均匀的材料浇筑在模具中，插捣密实，制备好的标准砖在60℃~80℃蒸汽养护6~10h。本发明在整个方案过程中所制备的免烧砖在60℃‑80℃蒸汽养护6‑10h后再自然养护，无烧结这一过程，不仅可以减少能耗的产生，也可以适当降低生产成本。同时本发明使用的原材料大都是固体废弃物，减少了天然骨料及不可再生资源的使用，不仅可以解决炉底灰大量堆放占用土地资源这一问题，也可以适当保护环境。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程材料中砖的制备，特别涉及一种碱激发炉底灰免烧砖及其制备方法。
背景技术
煤炭占全球能源消耗的27%，发电量的38%。到2030年，47%的全球电力供应将来自燃煤火力发电厂，2019年，全球煤炭消费继续增长0.9%。煤炭需求的激增也会增加炉底残渣的产量。而炉底灰是火电厂产生的残渣中的一种，它是沉降在燃烧室底部的重颗粒，约占产生总煤灰的15- 25%。中国是燃煤大国，随着火电建设的快速发展，伴随燃煤电厂锅炉的运转，炉底灰的排放量还将不断增加。持续的炉底灰生产不仅使得堆场不断扩大，大量占用土地资源，还会严重的污染环境，故综合利用炉底灰这一问题迫在眉睫。
炉底灰的特殊的粒度分布和富含玻璃体含量使其适合用于生产水泥，可作为道路建设、混凝土或砂浆的骨料使用，然而，由于其性能低于天然骨料和产品，在工程中的应用受到限制。炉底灰是一种硅铝质原材料，可以利用制备碱激发胶凝材料。
本发明利用炉底灰制备碱激发炉底灰免烧砖材料，不仅可以解决炉底灰大量堆放占用土地资源这一问题，也可以适当降低生产成本。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明要解决的技术问题是：如何合理应用炉底灰，减少炉底灰大量堆放占用资源的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种碱激发炉底灰免烧砖的制备方法，包括如下步骤：
S1：将粗骨料和细骨料预先浸泡6~12h，并晾晒至饱和面干状态；
配制激发剂：将氢氧化钠完全溶解于水中后再与水玻璃混合均匀，其中水玻璃、氢氧化钠及水的量分数为63~84：9~12：4~28配置好的激发剂密封成化4小时以上；
S2：称取激发剂，粗骨料、细骨料、炉底灰、矿渣和水于搅拌机中搅拌均匀，其中激发剂，粗骨料、细骨料、炉底灰、矿渣和水的质量分数为：4~11、30~42、22~38、10~28、0~13、1~6；
S3：将S2搅拌均匀的材料浇筑在模具中，插捣密实，制备好的标准砖在60~80℃蒸汽养护6~10h。
作为优选，所述S2中的水灰比为0.30~0.50。
一种碱激发炉底灰免烧砖，采用上述工艺制备，所述碱激发炉底灰免烧砖的成分和各成分的质量分数如下：
激发剂4~11份；
粗骨料30~42份；
细骨料22~38份；
炉底灰10~28份；
矿渣0~13份；
水1~6份。
相对于现有技术，本发明至少具有如下优点：
1、该发明通过各材料中之间的物理化学作用而产生的胶结性能，在成型一段时间后即可拆模，并通过蒸养一段时间可以大大提高其强度，进而不需要烧结。
2、采用这些原材料是由于彼此之间会发生物理化学作用，从而产生胶结作用。首先是炉底灰和矿渣是一种硅铝质原材料会在激发剂的作用下发生化学作用，促使Si、Al单体解聚，重新组合缠绕，形成高聚合度的凝胶，这些材料再将陶砂和陶粒胶结成一个整体。本发明考虑采用该范围配比主要是通过调节材料的性能，促使该发明的可行性及实际性，例如炉底灰、矿渣以及激发剂含量搭配不合理，则会产生速凝或不凝结现象，无法成型。
3、在制备免烧砖的过程使用的骨料皆是轻骨料，有陶粒、陶砂组成，而这些骨料相比较其他传统种类骨料质量要轻很多。此外，原材料中使用的胶凝材料炉底灰、矿渣等皆会与激发剂发生聚合反应，从而产生大量具有提供强度作用的C-A-S-H或N-A-S-H凝胶，彼此之间相互缠绕，降低空隙率，提高强度。
4、本发明在整个方案过程中所制备的免烧砖在60℃~80℃蒸汽养护6~10h后再自然养护，无烧结这一过程，不仅可以减少能耗的产生，也可以适当降低生产成本。同时本发明使用的原材料大都是固体废弃物，减少了天然骨料及不可再生资源的使用，不仅可以解决炉底灰大量堆放占用土地资源这一问题，也可以适当保护环境。
附图说明
图1为模具以及实施例1中标准砖的外观形貌，其中图(a)为模具外观，(b)为标准砖成型，(c)为蒸汽养护前，(d)为蒸汽养护后正面，(e)为蒸汽养护后背面。
实施方式
下面对本发明作进一步详细说明。
实施例
炉底灰为20，矿渣4，激发剂用量为9，陶砂为22，陶粒为41，水用量为4。上述激发剂组分中的水玻璃和氢氧化钠比例为7：1，水灰比为0.42。
（1）配制激发剂，称取计算好的水玻璃、氢氧化钠及水，将氢氧化钠完全溶解于水中后再与水玻璃混合均匀，水玻璃、氢氧化钠及水的量分数为70、10和20，配置好的激发剂密封成化4小时。
（2）根据相关配比计算称取陶砂、陶粒、炉底灰、矿渣于搅拌机中搅拌均匀，再加入相对应的激发剂，搅拌120s，其中激发剂，陶粒、陶砂、炉底灰、矿渣和水的质量分数为9、41、22、20、4、4。
（3）将搅拌均匀的材料浇筑在240mm×115mm×53mm木制模具中，静停三小时后，将制备好的标准砖在80℃蒸汽养护8h后自然养护至28d龄期测试各相关性能。
由此配合比所制备的免烧砖的抗压强度可达20.4MPa，表观密度1568 kg/m3体积密度为1514 kg/m3，软化系数为1.08，碳化系数为1.08，吸水率为6.9%，干燥收缩率为0.049%，表面无泛霜现象。
实施例
炉底灰为10，矿渣8，激发剂用量为7，陶砂为38，陶粒为31，水用量为6。上述激发剂组分中的水玻璃和氢氧化钠比例为6.4：1，水灰比为0.45。
（1）配制激发剂，称取计算好的水玻璃、氢氧化钠及水，将氢氧化钠完全溶解于水中后再与水玻璃混合均匀，水玻璃、氢氧化钠及水的量分数为64、10和26，配置好的激发剂密封成化4小时。
（2）根据相关配比计算称取陶砂、陶粒、炉底灰、矿渣于搅拌机中搅拌均匀，再加入相对应的激发剂，搅拌120s，其中激发剂，陶粒、陶砂、炉底灰、矿渣和水的质量分数为7、31、38、10、8、6。
（3）将搅拌均匀的材料浇筑在240mm×115mm×53mm木制模具中，静停三小时后，将制备好的标准砖在60℃蒸汽养护10h后自然养护至28d龄期测试各相关性能。
由此配合比所制备的免烧砖的抗压强度可达15.9MPa，表观密度1549kg/m3，体积密度为1508 kg/m3，软化系数为1.09，碳化系数为1.09，吸水率为7.4%，干燥收缩率为0.047%，表面有轻微泛霜现象。
实施例
炉底灰为23，矿渣0，激发剂用量为7，陶砂为23，陶粒为42，水用量为3。上述激发剂组分中的水玻璃和氢氧化钠比例为6.5：1，水灰比为0.38。
（1）配制激发剂，称取计算好的水玻璃、氢氧化钠及水，将氢氧化钠完全溶解于水中后再与水玻璃混合均匀，水玻璃、氢氧化钠及水的量分数为78、12和10，配置好的激发剂密封成化4.5小时。
（2）根据相关配比计算称取陶砂、陶粒、炉底灰、矿渣于搅拌机中搅拌均匀，再加入相对应的激发剂，搅拌120s，其中激发剂，陶粒、陶砂、炉底灰、矿渣和水的质量分数为9、42、23、23、0、3。
（3）将搅拌均匀的材料浇筑在240mm×115mm×53mm木制模具中，静停三小时后，将制备好的标准砖在65℃蒸汽养护6h后自然养护至28d龄期测试各相关性能。
由此配合比所制备的免烧砖的抗压强度可达16.7MPa，表观密度1538 kg/m3体积密度为1504 kg/m3，软化系数为1.08，碳化系数为1.08，吸水率为6.1%，干燥收缩率为0.043%，表面无泛霜现象。
实施例
炉底灰为15，矿渣13，激发剂用量为11，陶砂为30，陶粒为30，水用量为1。上述组分中的水玻璃和氢氧化钠比例为7:1，水灰比为0.30。
（1）配制激发剂，称取计算好的水玻璃、氢氧化钠及水，将氢氧化钠完全溶解于水中后再与水玻璃混合均匀，水玻璃、氢氧化钠及水的量分数为84、12和4，配置好的激发剂密封成化5小时。
（2）根据相关配比计算称取陶砂、陶粒、炉底灰、矿渣于搅拌机中搅拌均匀，再加入相对应的激发剂，搅拌120s，其中激发剂，陶粒、陶砂、炉底灰、矿渣和水的质量分数为11、30、30、15、13、1。
（3）将搅拌均匀的材料浇筑在240mm×115mm×53mm木制模具中，静停三小时后，将制备好的标准砖在70℃蒸汽养护6h自然养护至28d龄期测试各相关性能。
由此配合比所制备的免烧砖的抗压强度可达16.1MPa，表观密度1541kg/m3，体积密度为1502 kg/m3，软化系数为1.08，碳化系数为1.09，吸水率为7.2，干燥收缩率为0.046%，表面有轻微泛霜现象。
实施例
炉底灰为12，矿渣12，激发剂用量为9，陶砂为24，陶粒为39，水用量为4。上述组分中的水玻璃和氢氧化钠比例为7.5:1，水灰比为0.40。
（1）配制激发剂，称取计算好的水玻璃、氢氧化钠及水，将氢氧化钠完全溶解于水中后再与水玻璃混合均匀，水玻璃、氢氧化钠及水的量分数为75、10和15，配置好的激发剂密封成化5小时。
（2）根据相关配比计算称取陶砂、陶粒、炉底灰、矿渣于搅拌机中搅拌均匀，再加入相对应的激发剂，搅拌120s，其中激发剂，陶粒、陶砂、炉底灰、矿渣和水的质量分数为9、39、24、12、12、4。
（3）将搅拌均匀的材料浇筑在240mm×115mm×53mm木制模具中，静停三小时后，将制备好的标准砖在80℃蒸汽养护6h后自然养护至28d龄期测试各相关性能。
由此配合比所制备的免烧砖的抗压强度可达18.4MPa，表观密度1568 kg/m3体积密度为1514 kg/m3，软化系数为1.08，碳化系数为1.08，吸水率为6.9%，干燥收缩率为0.046%，表面无泛霜现象。
实施例
炉底灰为28，矿渣1，激发剂用量为4，陶砂为25，陶粒为36，水用量为6。上述组分中的水玻璃和氢氧化钠比例为7:1，水灰比为0.5。
（1）配制激发剂，称取计算好的水玻璃、氢氧化钠及水，将氢氧化钠完全溶解于水中后再与水玻璃混合均匀，水玻璃、氢氧化钠及水的量分数为63、9和28，配置好的激发剂密封成化6小时。
（2）根据相关配比计算称取陶砂、陶粒、炉底灰、矿渣于搅拌机中搅拌均匀，再加入相对应的激发剂，搅拌120s，其中激发剂，陶粒、陶砂、炉底灰、矿渣和水的质量分数为4、36、25、28、1、6。
（3）将搅拌均匀的材料浇筑在240mm×115mm×53mm木制模具中，静停三小时后，将制备好的标准砖在80℃蒸汽养护9h后自然养护至28d龄期测试各相关性能。
由此配合比所制备的免烧砖的抗压强度可达15.7MPa，表观密度1549kg/m3，体积密度为1518 kg/m3，软化系数为1.07，碳化系数为1.06，吸水率为6.9%，干燥收缩率为0.042%，表面无泛霜现象。
各组标准砖基本满足相关标准中软化系数(≥0.80)、碳化系数(≥0.80)、吸水率(A级≤11%、C级≤17%)、干燥收缩率(≤0.05%)的要求。实施例1满足抗压强度等级MU20要求，实施例2~6分别和MU15要求，为C密度等级(≤1680kg/m3)。实施例2和4得到产品出现轻微泛霜，其余组别无泛霜情况，符合一般砌墙砖使用要求。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种碱激发炉底灰免烧砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将粗骨料和细骨料预先浸泡6~12h，并晾晒至饱和面干状态；
配制激发剂：将氢氧化钠完全溶解于水中后再与水玻璃混合均匀，其中水玻璃、氢氧化钠及水的量分数为63~84：9~12：4~28配置好的激发剂密封成化4小时以上；
S2：称取激发剂，粗骨料、细骨料、炉底灰、矿渣和水于搅拌机中搅拌均匀，其中激发剂，粗骨料、细骨料、炉底灰、矿渣和水的质量分数为：4~11、30~42、22~38、10~28、0~13、1~6；
S3：将S2搅拌均匀的材料浇筑在模具中，插捣密实，制备好的标准砖在60~80℃蒸汽养护6~10h。
2.如权利要求1所述的碱激发炉底灰免烧砖的制备方法，其特征在于，所述S2中的水灰比为0.30~0.50。
3.一种碱激发炉底灰免烧砖，其特征在于，采用权利要求1所述工艺制备，所述碱激发炉底灰免烧砖的成分和各成分的质量分数如下：
激发剂4~11份；
粗骨料30~42份；
细骨料22~38份；
炉底灰10~28份；
矿渣0~13份；
水1~6份。
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