專利名稱：一種用工業(yè)廢渣制成的cbc復(fù)合材料及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用工業(yè)廢渣制成的CBC復(fù)合材料及其生產(chǎn)方法，屬建筑材料
背景技術(shù)：
CBC是化學鍵合陶瓷(Chemically Bonded Ceramics)的英文簡寫，是一種在低溫下通過化學反應(yīng)進行固結(jié)的類陶瓷材料，材料內(nèi)部物質(zhì)之間是以離子鍵和共價鍵連接為主，范德華力和氫鍵為輔。以往CBC材料主要包括硅酸鹽型和磷酸鹽型兩類，并主要采用溶膠—凝膠法制備工藝。近年來，我國學者把宏觀無缺陷水泥(MDF)、超細粒聚密“水泥”(DSP)、堿激發(fā)礦渣水泥(AAC)以及土聚水泥(GC)等都歸屬于CBC的范疇。盡管MDF、DSP的力學性能很好，但其制備過程和原料與傳統(tǒng)水泥基材料基本相同，故嚴格意義上講只屬于高技術(shù)混凝土(HPC)的領(lǐng)域；AAC和GC是用化學方法制備新型水泥基材料，盡管其制備過程與傳統(tǒng)的水泥基材料相似，但不存在傳統(tǒng)的硅酸鈣和鋁酸鈣的水化反應(yīng)，其性能類似天然沸石礦物，因此屬于CBC的范疇。
DSP材料是在硅酸鹽水泥中摻加超細高活性SiO2粉料(如硅灰、稻殼灰等)，其作用一是通過顆粒級配和顆粒間的化學結(jié)合得到均勻致密的高強高密實材料，其次可以填充孔隙并通過火山灰反應(yīng)減少對強度不利的Ca(OH)2和增加漿體中的膠凝產(chǎn)物，達到提高強度、高致密以及改善性能的目的。其突出特點是硅灰類超細粒材料在普通水泥中的應(yīng)用和材料最終結(jié)構(gòu)的高度致密化。
MDF水泥是在仿生學基礎(chǔ)上對傳統(tǒng)水泥進行深加工而獲得的。它是在水泥中摻加有機聚合物及改變顆粒組成，采用強烈攪拌、軋壓成型(W/C＝0.1～0.15)，材料的抗彎強度可以達到150～200MPa。這種材料的突出特點是把有機高分子聚合物與傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥基材料進行合理配用，通過改善成型方法來達到性能強化的目的。
土聚水泥是一種新型的堿激活水泥，其主要原料是高嶺土，經(jīng)過500～900℃煅燒成偏高嶺土，在一定細度的情況下與強堿等混合均勻而成。最早由法國的J.Davidovits教授等在研究古代建筑材料的基礎(chǔ)上研制發(fā)明。這種材料的突出特點是原料為天然的高嶺土類原料。
堿激發(fā)礦渣水泥是一種以金屬冶煉過程中產(chǎn)生的高鈣爐渣為主要原料，以強堿如氫氧化鈉和水玻璃為激發(fā)劑制備而成，以早期強度高、密實耐久為特征。最早研究堿礦渣水泥的是前蘇聯(lián)，我國在80年代后期開始這方面的工作。這種材料的突出特征是其原料必須是氧化鈣含量高達40％以上的水淬高溫熔渣，并主要以高爐渣為主。
硅酸鹽材料中的蒸壓磚、蒸養(yǎng)磚是以天然砂、粉煤灰、爐渣、尾礦、廢砂等為主要原料，以石灰、石膏為激發(fā)劑，通過石灰粉磨、混料、消化、壓制成型、靜停、蒸養(yǎng)或蒸壓工藝制備而成的一種墻體材料。其突出特征是用單一石灰(有時加石膏)與混合料中的二氧化硅、氧化鋁在濕熱條件下反應(yīng)生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣及鈣礬石凝膠。
我國工業(yè)固體廢棄物年排放量高達8.87億噸，累計堆存量高達67億多噸，占地6.5億m2，每年流失和浪費的廢棄物資源價值在300億元以上，嚴重污染環(huán)境，浪費資源。在眾多的工業(yè)固體廢棄物資源化方案中，微晶玻璃、廢棄物復(fù)合材料、硅鋁鐵合金、纖維及多孔型輕質(zhì)材料是廢棄物綜合利用向高技術(shù)和高效益方向發(fā)展的代表性技術(shù)；水泥及混凝土、墻體材料、道路工程、礦井回填是規(guī)?；脧U棄物的主要途徑。如何把高附加值和規(guī)?；霉腆w廢棄物相互統(tǒng)一起來，走綠色利用道路，將是今后固體廢棄物處理和利用的發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對不同固體廢棄物的物理化學特征，利用CBC和復(fù)合材料原理制備出具有性能優(yōu)良、廢物利用率高、工藝簡單的CBC復(fù)合材料。
本發(fā)明把蒸壓硅酸鹽材料和MDF、DSP的原理有機地結(jié)合起來，以工業(yè)廢渣為主要原料，并在高效活化劑、表面活性劑和有機高分子聚合物的配合下，通過加溫、加壓使固體廢渣顆粒表面發(fā)生化學反應(yīng)，形成無機硅鋁酸鹽聚合物、有機高分子聚合物共同組成的連續(xù)基體相，把不同級配的廢渣顆粒牢固地粘結(jié)在一起，形成一種性能優(yōu)良的CBC復(fù)合材料。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容如下1、用工業(yè)廢渣制成的CBC復(fù)合材料本發(fā)明的CBC復(fù)合材料的組分為工業(yè)廢渣、活化劑、表面活性劑、高分子聚合物；各組分按重量比配合，其比例為工業(yè)廢渣∶活化劑∶表面活性劑∶高分子聚合物∶水＝100∶1-20∶0.001-1∶0-20∶9-50；其中工業(yè)廢渣為粉煤灰、尾礦、黃磷爐渣、廢砂、有色金屬冶煉渣、城市垃圾及污泥焚化渣；它們既可單獨使用，也可兩種或兩種以上混合搭配使用，單獨或搭配后的廢渣中二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鈣之和應(yīng)大于70％，三氧化硫含量應(yīng)小于3％，燒失量小于5％；活化劑是由含活性氧化鈣和活性氧化鈉的混合物按CaO與Na2O之比1/0.2-1.2組成；混合物為水泥窯灰、石灰、電石渣、硅酸鈉、碳酸鈉、燒堿；表面活性劑為三乙醇胺、十二烷基苯磺酸鈉、平平加、辛基酚聚氧乙烯醚，堿及堿土金屬的木質(zhì)素磺酸鹽、萘磺酸鹽系減水劑；它們既可單獨使用，也可任意兩種按1/1-300比例混合搭配使用；高分子聚合物為聚醋酸乙烯乳液、聚乙烯醇、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚乙烯醇、苯丙乳液；它們可任意兩種按1/0-10.0比例混合搭配使用。
2、用工業(yè)廢渣生產(chǎn)CBC復(fù)合材料的方法該生產(chǎn)方法由原料處理、混和料制備、成型、預(yù)固化、養(yǎng)護工序組成，其中原料處理首先對工業(yè)廢渣及活化劑進行破碎和粉磨，經(jīng)破碎和粉磨后，工業(yè)廢渣顆粒最大直徑小于4mm，廢渣顆粒級配為過0.08mm方孔篩的細顆粒工業(yè)廢渣占廢渣總質(zhì)量20-100％，0.08mm方孔篩篩余粗顆粒廢渣占總廢渣量的80-0％；活化劑的粒度要求為0.08mm方孔篩余小于10％；處理后的廢渣與活化劑按重量比100∶1-20混合均勻成為組分(1)，干混時間為5-30分鐘；表面活性劑、高分子材料、水按重量比0.001-1∶0-20∶9-50混合，經(jīng)攪拌乳化成為組分(2)，攪拌時間為3-20分鐘；濕混料制備將組分(1)與組分(2)在混料裝置中混合均勻，攪拌時間為5-30分鐘；成型當廢渣中粗顆粒尺寸在0.5-4mm的量達40％以上時，選擇澆注和壓制成型，當混合料中粗顆粒尺寸小于0.5mm的量達70％以上時，選擇澆注和擠壓成型；預(yù)固化澆注成型坯體需要帶模自然放置3-24小時脫模，脫模后的坯體與壓制和擠出的生坯一樣，需要再自然放置5-24小時；濕熱養(yǎng)護把具有初始強度的生坯放置在有蒸汽介質(zhì)的濕熱環(huán)境中養(yǎng)護4-36小時后成為制品；蒸汽溫度為70-185℃，表壓力為0-1.2MPa。
本技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有如下優(yōu)點1、與MDF、DSP、GC、AAC材料的顯著區(qū)別在于本發(fā)明不用水泥、高嶺土、硅灰、稻殼灰類昂貴材料；上述傳統(tǒng)材料的填充增強材料主要是天然砂石和碳纖維、金屬纖維，物質(zhì)之間主要是物理包覆為主，而本發(fā)明的增強材料主要是固體廢渣，既起到顆粒自增強的目的，又能起到形成CBC連續(xù)相的作用；AAC、GC的激發(fā)材料主要是氫氧化鈉、氫氧化鉀和水玻璃，成本高，泛霜問題難以解決，本發(fā)明把窯灰、電石渣、石灰類低價值材料合理應(yīng)用起來，不僅降低了成本，還可大幅度提高材料強度；通過表面活性劑的選擇性使用，提高了工作性；通過有機高分子聚合物的選擇性使用，可達到增強增韌和填補毛細孔的目的，通過材料內(nèi)部互穿網(wǎng)絡(luò)的形成，抗?jié)B性得以改善，解決了傳統(tǒng)材料泛霜和濕敏性問題。
2、與傳統(tǒng)的硅酸鹽蒸壓材料相比，本發(fā)明的配方和成型方式明顯不同，傳統(tǒng)硅酸鹽蒸壓材料的激發(fā)劑主要以石灰、石膏為主，而本發(fā)明把石灰類材料和堿金屬的氫氧化物、硅酸鹽、碳酸鹽、表面活性劑、高分子聚合物進行了合理配用，不但提高了活性激發(fā)效率，改善了工作性，還使性能上得到顯著提高；傳統(tǒng)蒸壓材料一般只選擇壓制成型方式，制品多為標準磚和砌塊，而本發(fā)明則可在澆注、壓制、擠壓三種方式中選擇，制品的形狀多樣化。


附圖是本發(fā)明的工藝流程。
具體實施例方式實施例1取三級粉煤灰100份，水泥窯灰8份，石灰5份，燒堿5份，硅酸鈉0.8份，分別計量后共混粉磨30分鐘成為組分(1)；三乙醇胺0.05份，聚醋酸乙烯乳液10份與水35份均勻混合3分鐘后成為組分(2)；把組分(1)和組分(2)強制混合均勻，混合時間30分鐘，擠壓成型，切割成250×500×50mm塊狀制品，自然放置10小時，分兩種方式進行養(yǎng)護1)放置在85℃的常壓蒸汽環(huán)境中養(yǎng)護8小時成為制品，該材料的密度1.7g/cm3，抗壓強度40Mpa，抗折強度6Mpa；2)放置在175℃，表壓為0.8MPa蒸汽環(huán)境中養(yǎng)護6小時成為制品，該材料的密度1.75g/cm3，抗壓強度80Mpa，抗折強度9Mpa。
實施例2用煅燒煤矸石渣取代粉煤灰，其它配料和混料方案同實施例1。不同之處是采用澆注成型，帶模養(yǎng)護3小時，再自然養(yǎng)護24小時，放置在175℃，表壓為0.8MPa蒸汽環(huán)境中養(yǎng)護6小時成為制品，該材料的密度1.68g/cm3，抗壓強度77Mpa，抗折強度7.5Mpa。
實施例3取0.08mm方孔篩余的銅冶煉渣80份；另取黃磷爐渣20份，石灰2份，燒堿1.5份，共同粉磨成0.08mm方孔篩余小于5％；兩種固體物料均勻混合15分鐘成為組分(1)；木質(zhì)素磺酸鈣0.3份，辛基酚聚氧乙烯醚0.001份，水30份，攪拌12分鐘成為組分(2)；把組分(1)和組分(2)混合5分鐘后澆注成型，3小時后脫模，自然放置24小時，分兩種方式進行養(yǎng)護1)放置在溫度為70℃，表壓為零的蒸汽環(huán)境中養(yǎng)護36小時成為制品，該材料的密度2.5g/cm3，抗壓強度52Mpa，抗折強度9Mpa；2)放置在溫度為185℃，表壓為1.2MPa的蒸汽環(huán)境中養(yǎng)護4小時成為制品，該材料的密度2.59g/cm3，抗壓強度65Mpa，抗折強度8.9Mpa。
實施例4基本配料和混料方法同實施例3。不同之處是采用壓制成型，成型壓力為20MPa，脫模后放置5小時，分兩種方式進行養(yǎng)護1)放置在溫度為70℃，表壓為零的蒸汽環(huán)境中養(yǎng)護36小時成為制品，該材料的密度2.7g/cm3，抗壓強度59Mpa，抗折強度12Mpa；2)放置在溫度為175℃，表壓為0.8MPa的蒸汽環(huán)境中養(yǎng)護6小時成為制品，該材料的密度2.75g/cm3，抗壓強度85Mpa，抗折強度12.5Mpa。
實施例5取粉煤灰70份，鑄造廢砂30份，電石渣10份，燒堿3份，碳酸鈉4份，共同粉磨5分鐘后成0.08mm方孔篩余小于5％的組分(1)；平平加0.5份，木質(zhì)素磺酸鈉1.0份，聚乙烯醇2份，環(huán)氧樹脂18份，水30份，均勻攪拌20分鐘后成為組分(2)；把組分(1)和組分(2)均勻混合15分鐘后澆注成型，5小時后脫模，自然放置10小時，放置在135℃的蒸汽環(huán)境中養(yǎng)護6小時成為制品，該材料的密度1.8g/cm3，抗壓強度45Mpa，抗折強度6.7Mpa。
實施例6用城市污泥焚化渣取代鑄造廢砂，實施方案同實施例5。不同之處是制備的材料抗壓強度為抗壓強度39Mpa，抗折強度5.8Mpa。
權(quán)利要求
1.一種用工業(yè)廢渣制成的CBC復(fù)合材料，其特征在于該CBC復(fù)合材料的組分為工業(yè)廢渣、活化劑、表面活性劑、高分子聚合物；各組分按重量比配合，其比例為工業(yè)廢渣∶活化劑∶表面活性劑∶高分子聚合物∶水＝100∶1-20∶0.001-1∶0-20∶9-50；其中1.1工業(yè)廢渣為粉煤灰、煤矸石燒渣、黃磷爐渣、廢砂、有色金屬冶煉渣、城市垃圾及污泥焚化渣；它們既可單獨使用，也可兩種或兩種以上混合搭配使用，單獨或搭配后的廢渣中二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鈣之和應(yīng)大于70％，三氧化硫含量應(yīng)小于3％，燒失量小于5％；1.2活化劑是由含活性氧化鈣和活性氧化鈉的混合物按CaO與Na2O之比1/0.2-1.2組成；混合物為水泥窯灰、石灰、電石渣、硅酸鈉、碳酸鈉、燒堿；1.3表面活性劑為三乙醇胺、十二烷基苯磺酸鈉、平平加、辛基酚聚氧乙烯醚，堿及堿土金屬的木質(zhì)素磺酸鹽、萘磺酸鹽系減水劑；它們既可單獨使用，也可任意兩種按1/0.1-300比例混合搭配使用；1.4高分子聚合物為聚醋酸乙烯乳液、聚乙烯醇、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚乙烯醇、苯丙乳液；它們可任意兩種按1/0-10.0比例混合搭配使用。
2.權(quán)利要求1所述的CBC復(fù)合材料的生產(chǎn)方法，由原料處理、混料、成型、預(yù)固化、養(yǎng)護工序組成，其特征在于2.1原料處理首先對工業(yè)廢渣及活化劑進行破碎和粉磨，經(jīng)破碎和粉磨后，工業(yè)廢渣顆粒最大直徑小于4mm，廢渣顆粒級配為過0.08mm方孔篩的細顆粒工業(yè)廢渣占廢渣總質(zhì)量20-100％，0.08mm方孔篩篩余粗顆粒廢渣占總廢渣量的80-0％；活化劑的粒度要求為0.08mm方孔篩余小于10％；處理后的廢渣與活化劑按重量比100∶1-20混合均勻成為組分(1)，干混時間為5-30分鐘；表面活性劑、高分子材料、水按重量比0.001-1∶0-20∶9-50混合，經(jīng)攪拌乳化成為組分(2)，攪拌時間為3-20分鐘；2.2濕混料制備由工業(yè)廢渣與活化劑組成的組分(1)與組分(2)在混料裝置中混合均勻，攪拌時間為5-30分鐘；2.3成型當廢渣中粗顆粒尺寸在0.5-4mm的量達40％以上時，選擇澆注和壓制成型，當混合料中粗顆粒尺寸小于0.5mm的量達70％以上時，選擇澆注和擠壓成型；2.4預(yù)固化澆注成型坯體需要帶模自然放置3-24小時脫模，脫模后的坯體與壓制和擠出的生坯一樣，需要再自然放置5-24小時；2.5濕熱養(yǎng)護把具有初始強度的生坯放置在有蒸汽介質(zhì)的濕熱環(huán)境中養(yǎng)護4-36小時后成為制品；蒸汽溫度為70-195℃，表壓力為0-1.2MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用工業(yè)廢渣制成的CBC復(fù)合材料及其生產(chǎn)方法，屬建筑材料技術(shù)領(lǐng)域。CBC復(fù)合材料的組分為工業(yè)廢渣、活化劑、表面活性劑、高分子聚合物；各組分按重量比配合，其比例為工業(yè)廢渣∶活化劑∶表面活性劑∶高分子聚合物∶水＝100∶1－20∶0.001－1∶0－20∶9－50。上述原料經(jīng)原料處理、濕混料制備、成型、預(yù)固化、濕熱養(yǎng)護工序制成以無機、有機高分子聚合物為基體相、廢渣顆粒為增強相的CBC復(fù)合材料。本發(fā)明不用水泥粘結(jié)劑，無須燒結(jié)，采用擠壓、澆注和壓制的成型方式。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有CBC復(fù)合材料性能優(yōu)良、廢物利用率高、工藝簡單、保護環(huán)境、節(jié)約天然資源等優(yōu)點。
文檔編號C04B7/14GK1526676SQ03135919
公開日2004年9月8日 申請日期2003年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月23日
發(fā)明者張召述 申請人:昆明理工大學