CN117105599A - 用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料及其制备方法。用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，包括如下重量份的组分：水泥100份；磷酸盐50‑70份；金属氧化物150‑200份；硅微粉10‑20份；微珠15‑30份；减水剂1‑2份；缓凝剂0.5‑1份。其制备方法是将所述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料的组分加入混料机中，混合5min以上，即可制备出所述固化材料。本申请各组分配比合理，可以使淤泥固化土具有较高的早强强度和后期强度，使得采用本申请固化材料制成的免烧淤泥砖具有早强、高强、低收缩和高耐久性的特点，提高淤泥砖的生产效率和良品率，助力淤泥废弃物的资源化利用。
Description
技术领域
本申请属于淤泥资源化利用技术领域，尤其涉及用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料及其制备方法。
背景技术
我国是一个拥有广阔水域面积的国家，随着时间推移，水底会不可避免地淤积大量的淤泥，为保证湖泊、河流等蓄水防洪和航行运输的功能，需定期疏浚，从而产生大量的疏浚淤泥。疏浚淤泥可以归为软土的范畴，在工程上一般很难直接利用，通常是将淤泥脱水处理后作为废弃物填埋处理，不仅占用大量土地，而且可能造成环境污染。
目前，淤泥资源化利用的方向主要是用于土工填料和工程砌块，普遍强度较低约0.3-5MPa。制砖是淤泥利用的新方向并且具有较高的经济价值，具有广阔的应用前景。由于淤泥本身没有胶结能力，干化强度低，并且在1000℃左右进行烧结制砖，砖体强度等级也只能达到MU10左右。烧结制砖设备投入较大，且需要消耗大量能源，碳排放较大。因此，通过掺入固化材料进行淤泥固化免烧制砖，是比较理想的淤泥资源化处理方式。但是，目前常用的淤泥固化剂例如普通水泥、偏高岭土、石灰和聚合物等材料，存在淤泥固化免烧砖强度低(≤5MPa)、养护周期长，以及易收缩开裂、耐久性差等问题。难以满足免烧制砖规模化生产所需的早期强度和高强度，以及低收缩和抗冻性要求，严重限制了免烧制砖这一高附加值的淤泥资源化利用途径。
发明内容
针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：
本申请提出用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，包括如下重量份的组分：
水泥100份；
磷酸盐50-70份；
金属氧化物150-200份；
硅微粉10-20份；
微珠15-30份；
减水剂1-2份；
缓凝剂0.5-1份。
可选地，上述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，其中，所述水泥为早强型42.5R硅酸盐水泥。
可选地，上述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，其中，所述水泥的勃氏比表面积不小于350m2/kg。
可选地，上述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，其中，所述磷酸盐包括：磷酸二氢钾或磷酸二氢钠中的一种或两种混合物。
可选地，上述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，其中，所述磷酸盐的纯度不小于96wt％。
可选地，上述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，其中，所述金属氧化物包括：重烧氧化镁。
可选地，上述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，其中，所述金属氧化物的勃氏比表面积为250-300m2/kg；和/或，所述金属氧化物的纯度不小于96wt％。
可选地，上述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，其中，所述硅微粉的活性指数不小于120％；和/或，所述硅微粉的勃氏比表面积不小于22000m2/kg；和/或，所述硅微粉的SiO2含量不小于96wt％。
可选地，上述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，其中，所述微珠包括：粉煤灰微珠；和/或，所述微珠的活性指数不小于110％；和/或，所述微珠的细度不小于1500目；和/或，所述微珠的球形微珠含量不小于90wt％；和/或，所述微珠的需水量比不大于90％。
可选地，上述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，其中，所述减水剂包括：聚羧酸系粉体减水剂；和/或，所述减水剂的减水率不小于30％；和/或，所述减水剂的有效含量不小于95wt％；和/或，所述减水剂的含气量不大于3.5％。
可选地，上述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，其中，所述缓凝剂包括：硼酸；和/或，所述缓凝剂的纯度不小于98wt％。
本申请还提出了用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料的制备方法，将所述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料的组分加入混料机中，混合5min以上，即可制备出所述固化材料。
与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：
1)本申请各组分配比合理，可以使淤泥固化土具有较高的早强强度和后期强度。其中，磷酸二氢钾与氧化镁反应迅速生成MgKPO4·6H2O，具有早强快硬和高耐久性能。同时，硅酸盐水泥水化形成的C-S-H凝胶和镁-磷酸盐水化凝胶，相互搭接形成致密的水化产物网，提高淤泥固化土的致密度和早强性能。采用所述固化材料制备淤泥免烧砖，7d强度可达10MPa以上，远超普通固化淤泥砖强度，大大减少了养护周期。
2)本申请中部分重烧氧化镁逐步与水反应，反应产生氢氧化镁具有微膨胀特性，这种微膨胀可以抵消淤泥免烧砖的部分自收缩和干燥收缩，大大提高了其体积稳定性，减少开裂风险。
3)本申请中硅微粉和微珠具有高水化活性，与Ca(OH)2发生二次火山灰反应生成水化凝胶，改善颗粒界面粘结性能，大幅提高淤泥砖抗裂性和耐久性。
4)本申请较好地解决了目前淤泥免烧砖早期和后期强度低、养护周期长以及易收缩开裂、耐久性差的问题，提高淤泥免烧砖的良品率和生产效率，有利于淤泥免烧砖这一高附加值的资源化方式的大规模推广。
具体实施方式
下面将结合对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下文各实施例中所采用的原料采购信息如下：
所述减水剂采购自苏州市兴邦化学建材有限公司，型号为PC1021聚羧酸系粉体减水剂。
其它原料及规格以具体实施例中记载的为准，其中，下文所述的磷酸盐、重烧氧化镁以及硼酸为工业产品。
淤泥采用干化处理后含水率为20％的干化淤泥。
下文各实施例中淤泥砖的成型方法如下：
本申请的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料的制备方法为：将水泥、磷酸盐、金属氧化物、硅微粉、微珠、减水剂以及缓凝剂加入混料机中，混合5min以上，即可制备出所述固化材料。将所述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料掺入干化淤泥中，掺入量为干化淤泥质量的25％，搅拌均匀后，在10MPa压力下压制成型。
下文各实施例中淤泥砖的性能测试方法如下：
抗压强度的测定按GB/T 4111《混凝土砌块和砖试验方法》相关规定进行，试件尺寸为100mm×100mm×100mm。
干燥收缩值的测定按GB/T 4111《混凝土砌块和砖试验方法》相关规定进行，试件尺寸为100mm×100mm×400mm。
抗冻性的测定按GB/T 4111《混凝土砌块和砖试验方法》和GB/T 8239《普通混凝土小型砌块》相关规定进行，试件尺寸为100mm×100mm×100mm。
实施例1
本实施例提出的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，由以下重量份数的组份组成：水泥100份、磷酸盐50份、金属氧化物150份、硅微粉10份、微珠15份、减水剂1份和缓凝剂0.5份。
其中，所述水泥为42.5R型硅酸盐水泥，勃氏比表面积350m2/kg；所述磷酸盐为磷酸二氢钾，纯度96wt％；所述金属氧化物为重烧氧化镁，勃氏比表面积250m2/kg，纯度96wt％；所述硅微粉的活性指数120％，勃氏比表面积22000m2/kg，SiO2含量96wt％；所述微珠为粉煤灰微珠，活性指数110％，细度1500目，球形微珠含量90％，需水量比90％；所述减水剂为聚羧酸系粉体减水剂，减水率30％，有效含量95wt％，含气量3.0％；所述缓凝剂为硼酸，纯度98wt％。
实施例2
本实施例提出的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，由以下重量份数的组份组成：水泥100份、磷酸盐60份、金属氧化物180份、硅微粉15份、微珠20份、减水剂1.5份和缓凝剂0.8份。
其中，所述水泥为42.5R型硅酸盐水泥，勃氏比表面积370m2/kg；所述磷酸盐为磷酸二氢钠，纯度96wt％；所述金属氧化物为重烧氧化镁，勃氏比表面积270m2/kg，纯度97wt％；所述硅微粉的活性指数125％，勃氏比表面积23000m2/kg，SiO2含量97wt％；所述微珠为粉煤灰微珠，活性指数115％，细度1600目，球形微珠含量92％，需水量比86％；所述减水剂为聚羧酸系粉体减水剂，减水率30％，有效含量95wt％，含气量3.0％；所述缓凝剂为硼酸，纯度98wt％。
实施例3
本实施例提出的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，由以下重量份数的组份组成：水泥100份、磷酸盐70份、金属氧化物200份、硅微粉20份、微珠30份、减水剂2份和缓凝剂1份。
其中，所述水泥为42.5R型硅酸盐水泥，勃氏比表面积375m2/kg；所述磷酸盐为磷酸二氢钠，纯度97wt％；所述金属氧化物为重烧氧化镁，勃氏比表面积300m2/kg，纯度98wt％；所述硅微粉的活性指数125％，勃氏比表面积23000m2/kg，SiO2含量97wt％；所述微珠为粉煤灰微珠，活性指数115％，细度1500目，球形微珠含量94％，需水量比80％；所述减水剂为聚羧酸系粉体减水剂，减水率30％，有效含量95wt％，含气量3.0％；所述缓凝剂为硼酸，纯度99wt％。
实施例4
本实施例提出的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，由以下重量份数的组份组成：水泥100份、磷酸盐65份、金属氧化物185份、硅微粉20份、微珠25份、减水剂1.5份和缓凝剂0.5份。
其中，所述水泥为42.5R型硅酸盐水泥，勃氏比表面积375m2/kg；所述磷酸盐为磷酸二氢钠和磷酸二氢钾的混合物，磷酸二氢钠和磷酸二氢钾的混合比例为5:5，磷酸二氢钠和磷酸二氢钾的纯度均为96wt％；所述金属氧化物为重烧氧化镁，勃氏比表面积300m2/kg，纯度98wt％；所述硅微粉的活性指数125％，勃氏比表面积23000m2/kg，SiO2含量97wt％；所述微珠为粉煤灰微珠，活性指数115％，细度1500目，球形微珠含量94％，需水量比80％；所述减水剂为聚羧酸系粉体减水剂，减水率30％，有效含量95wt％，含气量3.0％；所述缓凝剂为硼酸，纯度99wt％。
表1上述实施例用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料的各原料的重量份配比表
| 实施例 | 水泥 | 磷酸盐 | 金属氧化物 | 硅微粉 | 微珠 | 减水剂 | 缓凝剂 |
| 1 | 100 | 50 | 150 | 10 | 15 | 1 | 0.2 |
| 2 | 100 | 60 | 180 | 15 | 20 | 1.5 | 0.8 |
| 3 | 100 | 70 | 200 | 20 | 30 | 2 | 1 |
| 4 | 100 | 65 | 185 | 20 | 25 | 1.5 | 0.5 |
基于上述的测试方法，对上述实施例的各性能进行测试，测试结果如下：
表2上述实施例对应的性能测试结果
从上述表2可以看出，采用本申请用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料制备的淤泥砖，7d强度在10MPa以上，达到承重砖MU10强度等级的要求，且后期强度稳定增长，解决了当前免烧砖早期和后期强度低、养护周期长的缺点，大幅提高淤泥砖的生产效率，有利于淤泥废弃物的资源化利用。所述固化材料制备的淤泥砖耐久性良好，抗冻等级不小于D25，干燥收缩值不大于0.35mm/m，大幅减少了砖体的收缩开裂问题，提高了淤泥砖的良品率。
本申请用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，利用早强型硅酸盐水泥、磷酸盐和重烧氧化镁等反应产物本身具有的早强、高强和低收缩的特点，使固化的淤泥砖具有早期强度高、收缩小的性能。通过掺入硅微粉和微珠进一步改善淤泥砖的致密性和水化凝胶网络，减少了内部微裂纹，进而有效地提高了淤泥砖的强度、体积稳定性和耐久性。本申请用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料为大量淤泥废弃物提供了一种大规模资源化利用的途径，具有较高的经济、环境和社会效益。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。
Claims (10)
1.用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：
水泥100份；
磷酸盐50-70份；
金属氧化物150-200份；
硅微粉10-20份；
微珠15-30份；
减水剂1-2份；
缓凝剂0.5-1份。
2.根据权利要求1所述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，其特征在于，所述水泥为早强型42.5R硅酸盐水泥；和/或，所述水泥的勃氏比表面积不小于350m2/kg。
3.根据权利要求1或2所述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，其特征在于，所述磷酸盐包括：磷酸二氢钾或磷酸二氢钠中的一种或两种混合物；和/或，所述磷酸盐的纯度不小于96wt％。
4.根据权利要求1所述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，其特征在于，所述金属氧化物包括：重烧氧化镁。
5.根据权利要求1或4所述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，其特征在于，所述金属氧化物的勃氏比表面积为250-300m2/kg；和/或，所述金属氧化物的纯度不小于96wt％。
6.根据权利要求1或2所述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，其特征在于，所述硅微粉的活性指数不小于120％；和/或，所述硅微粉的勃氏比表面积不小于22000m2/kg；和/或，所述硅微粉的SiO2含量不小于96wt％。
7.根据权利要求1或2所述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，其特征在于，所述微珠包括：粉煤灰微珠；和/或，所述微珠的活性指数不小于110％；和/或，所述微珠的细度不小于1500目；和/或，所述微珠的球形微珠含量不小于90wt％；和/或，所述微珠的需水量比不大于90％。
8.根据权利要求1或2所述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，其特征在于，所述减水剂包括：聚羧酸系粉体减水剂；和/或，所述减水剂的减水率不小于30％；和/或，所述减水剂的有效含量不小于95wt％；和/或，所述减水剂的含气量不大于3.5％。
9.根据权利要求1或2所述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料，其特征在于，所述缓凝剂包括：硼酸；和/或，所述缓凝剂的纯度不小于98wt％。
10.用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料的制备方法，其特征在于，将如权利要求1至9任一项所述的用于早强高强低收缩淤泥免烧砖的固化材料的组分加入混料机中，混合5min以上，即可制备出所述固化材料。
Priority Applications (1)
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