一种碱激发废弃渣土免烧砖及其制备方法
阅读：750发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种碱激发废弃渣土免烧砖及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 碱 激发废弃渣土免烧砖，由碱激发 水 泥、废弃渣土、 骨料 、水和外加剂组成。以 质量 百分比计，碱激发 水泥 15％～40％、废弃渣土20％～60％、水0％～25％、骨料0％～40％、外加剂0％～3％，各组分质量百分数之和为100％。各组分质量百分数之和为100％。本发明的碱激发废弃渣土免烧砖具有保温性好、质量轻、环保节能等特点，具有较好的市场应用前景。本发明利用废弃渣土作为掺料制备碱激发废弃渣土免烧砖，能够较好地实现对废弃渣土的再次利用，相对于普通砖而言，具有更好的经济效益和环保效益，有广阔的市场前景。，下面是一种碱激发废弃渣土免烧砖及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种碱激发废弃渣土免烧砖，其特征在于：该碱激发废弃渣土免烧砖由碱激发水泥、废弃渣土、骨料、水和外加剂组成；各组分以质量百分比计，碱激发水泥15％～40％、废弃渣土20％～60％、骨料0％～40％、水0％～25％、外加剂0％～3％，各组分质量百分数之和为
100％。
2.根据权利要求1所述的碱激发废弃渣土免烧砖，其特征在于：所述的碱激发水泥由激发剂和硅铝酸盐物质组成，各组分以质量百分比计，激发剂2％～10％，硅酸酸盐物质90％～98％；激发剂包括水玻璃、NaOH、Na2CO3、CaO、Na2SO4和MgO等中的一种或几种任意组合；硅铝酸盐物质包括粉状生活垃圾焚烧炉渣、矿渣、普通硅酸盐水泥、粉煤灰和硅灰中的一种或几种任意组合。
3.根据权利要求1所述的碱激发废弃渣土免烧砖，其特征在于：所述的废弃渣土是指建筑施工过程中产生的废弃地基土或地铁开挖土，其含水率为5～30％。
4.根据权利要求1所述的碱激发废弃渣土免烧砖，其特征在于：所述的骨料包括河砂、天然石子、再生骨料、废陶瓷粒等中的一种或几种任意组合。
5.根据权利要求1所述的碱激发废弃渣土免烧砖，其特征在于：所述的外加剂包括高效减水剂、早强剂、缓凝剂和防冻剂中的一种或几种任意组合。
6.根据权利要求1－5任一所述的碱激发废弃渣土免烧砖，其制备方法为：
1)将废弃渣土、硅铝酸盐类物质和骨料倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；
2)将水倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；
3)将激发剂倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；
4)将外加剂倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；
5)将搅拌均匀的混合料送入制砖机；压制成型后，用塑料薄膜覆盖，12h后进行浇水养护，即得到废弃渣土免烧砖成品。
一种碱激发废弃渣土免烧砖及其制备方法
技术领域
背景技术
[0002] 随着我国城市化建设的发展，城市建设投资力度加大，建设步伐加快，城市废弃渣土的数量与日俱增。废弃渣土是城市快速发展的伴生物。如何运输以及处理这些废弃渣土，变废为宝，已经成为建筑施工企业以及城市有关部门急需解决的重大问题。基础工程所产生的废弃地基土及城市地铁建设过程中产生的地铁开挖土均是是上好的制砖材料。长期以来我国对此类渣土的处理都是由运输车辆运输到城市郊外进行掩埋，但是这种方式不仅会在运输过程中产生大量的粉尘，污染城市的空气，还会对掩埋地的环境造成比较大的污染。不符合可持续发展的绿色理念。
[0003] 据最新统计结果显示，我国每年的房屋施工面积已超过6.5亿平方米，每1万平方米建筑的施工过程中，就会产生500～600吨建筑废渣。按此测算，我国每年仅施工建设所产生和排出的建筑废渣就接近4000万吨。建筑渣土的数量可占到城市垃圾总量的三分之一以上。然而，我国对建筑渣土的应用没有形成足够的规模，对大量的建筑渣土仍是传统露天堆放或填埋的方式进行处理。在渣土应用技术方面，美国的渣土100％得到综合利用；新加坡在2006年就有98％的建筑渣土得到了处理。他们一般对混在其中的许多废弃物进行分拣、剔除或粉碎后，再进行分类利用。而我国对于渣土的利用方面还处于实验尝试阶段，实际工程中还没有大规模利用建筑渣土。在我国国民经济体系中，建筑行业是一大支柱性产业，每年都会消耗大量的建筑材料。建筑材料生产需消耗大量粘土，造成耕地破坏，各级政府出台了很多文件禁止采取耕地粘土生产砖等墙体材料，建筑材料生产急需替代土源。地基土以及地铁开挖土与黏土有较大的相似之处，利用地基土和地铁开挖土可以替代黏土进行建材产品的生产，逐步成为墙体材料的重要发展方向。
[0004] 本专利研制出强度高、韧性好、耐久性优异、造价低的综合性能优良的碱激发废弃渣土免烧砖。相对于其它的渣土制砖方法，例如申请号CN201510437567.X提到的渣土制砖方法来说，本发明利用碱激发原理，可以有效地固定废弃渣土中的重金属、有机污染物、无机污染物等有害元素，环保作用明显。本发明提到的渣土砖制作条件简便，相比申请号CN201710095984.X提到的蒸压养护的渣土砖制作方法来说，本发明提到的渣土砖压制成型后，常温养护即可，省时省力，大大节约了制作成本。且本发明渣土砖的渣土最高用量可达60％，渣土利用率大，很大程度上解决了废弃渣土的循环利用问题。并且性能较传统的砖而言，更加优异。
发明内容
[0006] 该碱激发废弃渣土免烧砖由碱激发水泥、废弃渣土、骨料、水和外加剂组成。以质量百分比计，碱激发水泥15％～40％、废弃渣土20％～60％、水5％～25％、骨料0％～40％、外加剂0％～3％，各组分质量百分数之和为100％。
[0007] 本发明所述的碱激发水泥由激发剂和硅铝酸盐物质组成。以质量百分比计，激发剂2％～10％，硅酸酸盐物质90％～98％。激发剂包括水玻璃、NaOH、Na2CO3、CaO、Na2SO4和MgO等中的一种或几种任意组合。硅铝酸盐物质包括粉状生活垃圾焚烧炉渣、矿渣、普通硅酸盐水泥、粉煤灰和硅灰中的一种或几种任意组合。所述的废弃渣土是指建筑施工过程中产生的废弃地基土和地铁开挖土，其含水率为5～30％。所述的骨料包括河砂、天然石子、再生骨料、废陶瓷粒等中的一种或几种任意组合。所述的外加剂包括高效减水剂、早强剂、缓凝剂和防冻剂中的一种或几种任意组合。
[0008] 碱激发水泥是指一些含有火山灰活性或潜在水硬性的材料在碱激发剂的作用下生成的一种胶凝材料。碱组分(水玻璃、NaOH、Na2CO3、CaO、Na2SO4和MgO)是碱激发水泥中的-活性成分。当碱组分加入后，溶于水中释放OH离子形成碱溶液，碱溶液与硅铝酸盐物质(矿渣、偏高岭土、粉煤灰、硅灰)混合搅拌接触时，碱溶液中的OH-离子迅速吸附在硅铝酸盐物质颗粒表面，促使硅铝酸盐物质表面结构解体，破坏硅铝酸盐物质玻璃体结构，使得硅铝酸盐物质中的Ca-O键、Mg-O键、Si-O-Si(Al)键以及Al-O-Al键被OH-作用下断裂。由于Ca-O键
2+ 2+
和Mg-O键的键能远低于其他键的键能，Ca-O键及Mg-O键首先被破坏，生成的Ca 及Mg 离子溶于碱性介质中，同时由于碱度关系会析出Ca(OH)2及Mg(OH)2(前期存在)，随着水化反应的进行，Si-O-Si(Al)键以及Al-O-Al键的键能被OH-破坏，释放出(SiO4)4-和(AlO4)5-阴离子；
当溶液中的Ca2+、Mg2+、(SiO4)4-和(AlO4)4-等离子达到饱和浓度，水化产物开始生成，硅铝酸盐物质表面逐渐被C-S-H和C-A-S-H等水化产物包裹，这使得硅铝酸盐物质颗粒之间的间隙被水化产物填充，促使碱激发水泥有了前期的强度。当随着水化反应的进行，碱组分缓慢的进入硅铝酸盐物质颗粒表面的水化产物膜层，使得硅铝酸盐物质玻璃体结构发生破坏，由于水化产物穿透膜层的速度小于碱组分进入膜层速度，形成渗透压，导致硅铝酸盐物质表面的水化产物膜层发生破坏，使得未反应及未完全反应的硅铝酸盐物质暴露在碱性介质中，硅铝酸盐物质进一步发生水化反应，从而使得硅铝酸盐物质颗粒之间的间隙更小，结构更加致密，水化产物的聚合度也增大，促使强度提高。当激发剂中含有MgO时，MgO与(AlO4)5-等聚合，形成类水滑石(LDH)，LDH为层状结构，可以固化废弃渣土中SO42-、CO32-和Cl-等阴离子。生成的C-S-H或沸石对废弃渣土中重金属、有机农药、以及其它有害物质有较好的固化作用。掺入高效减水剂可降低水胶比，提高了砖的抗压强度；气温较低时，掺入早强剂和防冻剂，可提高砖的早期强度；气温较高时，掺入缓凝剂，降低水化热和水化速度，延长制砖的凝结时间。河砂、天然石子、再生骨料、废陶瓷粒等骨料有较好的体积稳定性，能减少废弃渣土免烧砖的收缩和开裂。
2+ 2+
和Mg-O键的键能远低于其他键的键能，Ca-O键及Mg-O键首先被破坏，生成的Ca 及Mg 离子溶于碱性介质中，同时由于碱度关系会析出Ca(OH)2及Mg(OH)2(前期存在)，随着水化反应的进行，Si-O-Si(Al)键以及Al-O-Al键的键能被OH-破坏，释放出(SiO4)4-和(AlO4)5-阴离子；
当溶液中的Ca2+、Mg2+、(SiO4)4-和(AlO4)4-等离子达到饱和浓度，水化产物开始生成，硅铝酸盐物质表面逐渐被C-S-H和C-A-S-H等水化产物包裹，这使得硅铝酸盐物质颗粒之间的间隙被水化产物填充，促使碱激发水泥有了前期的强度。当随着水化反应的进行，碱组分缓慢的进入硅铝酸盐物质颗粒表面的水化产物膜层，使得硅铝酸盐物质玻璃体结构发生破坏，由于水化产物穿透膜层的速度小于碱组分进入膜层速度，形成渗透压，导致硅铝酸盐物质表面的水化产物膜层发生破坏，使得未反应及未完全反应的硅铝酸盐物质暴露在碱性介质中，硅铝酸盐物质进一步发生水化反应，从而使得硅铝酸盐物质颗粒之间的间隙更小，结构更加致密，水化产物的聚合度也增大，促使强度提高。当激发剂中含有MgO时，MgO与(AlO4)5-等聚合，形成类水滑石(LDH)，LDH为层状结构，可以固化废弃渣土中SO42-、CO32-和Cl-等阴离子。生成的C-S-H或沸石对废弃渣土中重金属、有机农药、以及其它有害物质有较好的固化作用。掺入高效减水剂可降低水胶比，提高了砖的抗压强度；气温较低时，掺入早强剂和防冻剂，可提高砖的早期强度；气温较高时，掺入缓凝剂，降低水化热和水化速度，延长制砖的凝结时间。河砂、天然石子、再生骨料、废陶瓷粒等骨料有较好的体积稳定性，能减少废弃渣土免烧砖的收缩和开裂。
[0009] 本发明为废弃渣土免烧砖，其制备过程为：
[0010] 1)将废弃渣土、硅铝酸盐类物质和骨料倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；2)将水倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；
[0011] 3)将激发剂倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；
[0012] 4)将外加剂倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；
[0014] 与现有废弃渣土处理方式以及制砖技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0015] 1)废弃渣土用量大，大规模的利用废弃渣土，缓解城市土地压力。变废为宝，符合可持续发展理念。
[0016] 2)采用了碱激发技术，能够固定废弃渣土中的重金属，避免其对土壤水源造成二次污染。
[0017] 3)能较好地实现对废弃渣土资源的再利用，实现了固体废弃物渣土的附加值利用，近距离运输，减少渣土在运输过程中对城市的粉尘污染。
[0019] 5)河砂、天然石子、再生骨料、废陶瓷粒骨料的加入不仅可以降低制砖成本，还可以有效利用废物资源。还可以改善产品的性能和质量。
具体实施方式
[0020] 该碱激发废弃渣土免烧砖由碱激发水泥、废弃渣土、骨料、水和外加剂组成。以质量百分比计，碱激发水泥15％～40％、废弃渣土20％～60％、水5％～25％、骨料0％～40％、外加剂0％～3％，各组分质量百分数之和为100％。本发明所述的碱激发水泥由激发剂和硅铝酸盐物质组成。以质量百分比计，激发剂2％～10％，硅酸酸盐物质90％～98％。激发剂包括水玻璃、NaOH、Na2CO3、CaO、Na2SO4和MgO等中的一种或几种。硅铝酸盐物质包括粉状生活垃圾焚烧炉渣、矿渣、普通硅酸盐水泥、粉煤灰和硅灰中的一种或几种。所述的废弃渣土是指建筑施工过程中产生的废弃地基土和地铁开挖土，其含水率为5～30％。所述的骨料包括河砂、天然石子、再生骨料、废陶瓷粒等中的一种或几种。所述的外加剂包括高效减水剂、早强剂、缓凝剂和防冻剂中的一种或几种。
[0021] 本发明废弃渣土免烧砖，其制备过程为：
[0022] 1)将废弃渣土、硅铝酸盐类物质和骨料倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；2)将水倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；
[0023] 3)将激发剂倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；
[0024] 4)将外加剂倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；
[0025] 5)将搅拌均匀的混合料送入制砖机；压制成型后，用塑料薄膜覆盖，12h后进行浇水养护，即得到废弃渣土免烧砖成品。
[0026] 实施例1
[0027] 本发明实例1的废弃渣土免烧砖，主要是由下列质量百分比的原料制成：碱激发水泥35％、含水率为12％的废弃渣土45％、水10％、砂8％、高效减水剂2％。各组分质量百分数之和为100％。所述碱激发水泥由激发剂和硅铝酸盐类物质组成。所述的加激发剂为水玻璃固体成分(3％)和Na2SO4(2％)，占碱激发水泥的5％。硅铝酸盐类物质为42.5R普通硅酸盐水泥(70％)、矿渣(26％)和粉状生活垃圾焚烧炉渣(4％)的混合物，占碱激发水泥质量百分比为95％。
[0028] 本发明实例1的废弃渣土免烧砖的制备方法，具体为：
[0029] (1)将废弃渣土、普通硅酸盐水泥、矿渣、粉状生活垃圾焚烧炉渣、砂倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；将水倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；将水玻璃和Na2SO4倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；将高效减水剂倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟，得到搅拌均匀的混合物料。
[0030] (2)将步骤(1)中得到的混合物料送入制砖机压制成型。
[0031] (3)将步骤(2)中得到的砖用塑料薄膜覆盖，12h后进行浇水养护，得到废弃渣土免烧砖成品。
[0033] 实施例2
[0034] 本发明实例2的废弃渣土免烧砖，主要是由下列质量百分比的原料制成：碱激发水泥35％、含水率为7％的废弃渣土40％、水15％、废陶粒7％、防冻剂1％、早强剂2％。各组分质量百分数之和为100％。所述碱激发水泥由激发剂和硅铝酸盐类物质组成。所述的加激发剂为NaOH(4％)和Na2CO3(3％)，占碱激发水泥的7％。硅铝酸盐类物质为42.5R普通硅酸盐水泥(80％)、硅灰(10％)和粉煤灰(10％)的混合物，占碱激发水泥质量百分比为93％。
[0035] 本发明实例2的废弃渣土免烧砖的制备方法，具体为：
[0036] (1)将废弃渣土、普通硅酸盐水泥、硅灰和粉煤灰、废陶粒倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；将水倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；将NaOH和Na2SO4倒入搅拌机中，混合搅拌
2～3分钟；将防冻剂和早强剂倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟，得到搅拌均匀的混合物料。
2～3分钟；将防冻剂和早强剂倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟，得到搅拌均匀的混合物料。
[0037] (2)将步骤(1)中得到的混合物料送入制砖机压制成型。
[0038] (3)将步骤(2)中得到的砖用塑料薄膜覆盖，12h后进行浇水养护，得到废弃渣土免烧砖成品。
[0039] 对所得28d免烧砖进行强度检测，平均抗压强度为22MPa，平均抗折强度为7MPa，且满足《危险废弃物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)的要求。
[0040] 实施例3
[0041] 本发明实例3的废弃渣土免烧砖，主要是由下列质量百分比的原料制成：碱激发水泥30％、含水率为20％的废弃渣土55％、水5％、石子8％、缓凝剂1％、高效减水剂1％。各组分质量百分数之和为100％。所述碱激发水泥由激发剂和硅铝酸盐类物质组成。所述的加激发剂为NaOH(6％)和MgO(3％)，占碱激发水泥的9％。硅铝酸盐类物质为42.5R普通硅酸盐水泥(70％)、粉状炉渣(30％)的混合物，占碱激发水泥质量百分比为91％。
[0042] 本发明实例3的废弃渣土免烧砖的制备方法，具体为：
[0043] (1)将废弃渣土、普通硅酸盐水泥、粉状生活垃圾焚烧炉渣、石子倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；将水倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；将NaOH和MgO倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；将缓凝剂和高效减水剂倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟，得到搅拌均匀的混合物料。
[0044] (2)将步骤(1)中得到的混合物料送入制砖机压制成型。
[0045] (3)将步骤(2)中得到的砖用塑料薄膜覆盖，12h后进行浇水养护，得到废弃渣土免烧砖成品。
[0046] 对所得28d免烧砖进行强度检测，平均抗压强度为30MPa，平均抗折强度为9MPa，且满足《危险废弃物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)的要求。
[0047] 实施例4
[0048] 本发明实例4的废弃渣土免烧砖，主要是由下列质量百分比的原料制成：碱激发水泥15％、含水率为5％的废弃渣土60％、水25％，骨料0％，外加剂0％。各组分质量百分数之和为100％。所述碱激发水泥由激发剂和硅铝酸盐类物质组成。所述的加激发剂为NaOH(6％)和CaO(4％)，占碱激发水泥的10％。硅铝酸盐类物质为42.5R普通硅酸盐水泥(70％)、粉状炉渣(30％)的混合物。占碱激发水泥质量百分比为90％。
[0049] 本发明实例4的废弃渣土免烧砖的制备方法，具体为：
[0050] (1)将废弃渣土、普通硅酸盐水泥、粉状生活垃圾焚烧炉渣倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；将水倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；将NaOH和MgO倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；得到搅拌均匀的混合物料。
[0051] (2)将步骤(1)中得到的混合物料送入制砖机压制成型。
[0052] (3)将步骤(2)中得到的砖用塑料薄膜覆盖，12h后进行浇水养护，得到废弃渣土免烧砖成品。
[0053] 对所得28d免烧砖进行强度检测，平均抗压强度为23MPa，平均抗折强度为8MPa，且满足《危险废弃物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)的要求。
[0054] 实施例5
[0055] 本发明实例5的废弃渣土免烧砖，主要是由下列质量百分比的原料制成：碱激发水泥40％、含水率为30％的废弃渣土20％、水20％，再生骨料17％，高效减水剂3％。各组分质量百分数之和为100％。所述碱激发水泥由激发剂和硅铝酸盐类物质组成。所述的加激发剂为CaO，占碱激发水泥的2％。硅铝酸盐类物质为42.5R普通硅酸盐水泥(70％)、硅灰(30％)的混合物。占碱激发水泥质量百分比为98％。
[0056] 本发明实例5的废弃渣土免烧砖的制备方法，具体为：
[0057] (1)将废弃渣土、普通硅酸盐水泥、硅灰、再生骨料倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；将水倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；将CaO倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；将高效减水剂倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟，得到搅拌均匀的混合物料。
[0058] (2)将步骤(1)中得到的混合物料送入制砖机压制成型。
[0059] (3)将步骤(2)中得到的砖用塑料薄膜覆盖，12h后进行浇水养护，得到废弃渣土免烧砖成品。
[0060] 对所得28d免烧砖进行强度检测，平均抗压强度为25MPa，平均抗折强度为7MPa，且满足《危险废弃物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)的要求。
[0061] 实施例6
[0062] 本发明实例6的废弃渣土免烧砖，主要是由下列质量百分比的原料制成：碱激发水泥15％、含水率为30％的废弃渣土29％、水15％，再生骨料40％，高效减水剂1％。各组分质量百分数之和为100％。所述碱激发水泥由激发剂和硅铝酸盐类物质组成。所述的加激发剂为CaO(1％)和MgO(1％)，占碱激发水泥的2％。硅铝酸盐类物质为42.5R普通硅酸盐水泥(70％)、硅灰(30％)的混合物。占碱激发水泥质量百分比为98％。
[0063] 本发明实例6的废弃渣土免烧砖的制备方法，具体为：
[0064] (1)将废弃渣土、普通硅酸盐水泥、硅灰、再生骨料倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；将水倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；将CaO和MgO倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟；将高效减水剂倒入搅拌机中，混合搅拌2～3分钟，得到搅拌均匀的混合物料。
[0065] (2)将步骤(1)中得到的混合物料送入制砖机压制成型。
[0066] (3)将步骤(2)中得到的砖用塑料薄膜覆盖，12h后进行浇水养护，得到废弃渣土免烧砖成品。
[0067] 对所得28d免烧砖进行强度检测，平均抗压强度为27MPa，平均抗折强度为9MPa，且满足《危险废弃物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)的要求。
[0068] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限如此，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，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
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