本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，特別涉及一種含鋁托勃莫來石蒸壓渣土實心磚及其快速制備方法。本發(fā)明中的一種主要原材料為城市中大量堆堆積、且難以處理和利用的建筑渣土余泥，涉及固體廢棄物處置領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

建筑垃圾是城市的副產(chǎn)物，城市發(fā)展和居民生活產(chǎn)生了大量建筑垃圾，渣土余泥是其中重要一種。在2000年以前，許多城市待建地和低洼地帶分布廣泛，建設(shè)項目的土地平整工程以“缺方”為主，渣土余泥的生產(chǎn)規(guī)模相對有限，通過填筑地基、就地掩埋等方式可由社會自發(fā)基本完成。隨著我國城市現(xiàn)代化建設(shè)步伐加大，尤其是地鐵項目的開工建設(shè)，城市低洼地帶基本填平，建設(shè)項目的土地平整工程以“棄方”為主，國家也開始嚴(yán)格限制填海填湖行為，由社會自發(fā)實現(xiàn)的渣土余泥排放平衡被打破。在一些大中城市，由政府和民間建設(shè)的渣土余泥受納場或“收土點”應(yīng)運而生，然而并未從根本上解決渣土余泥排放難的問題。其主要原因是受納場數(shù)量有限、庫容不足、消化艱難，導(dǎo)致大量渣土余泥亂排亂放、越堆越高，造成嚴(yán)重的水土流失、滑土滑坡、河道淤塞和環(huán)境污染，危及人民的生產(chǎn)、生活安全。

因此，對渣土余泥的資源化利用和消化處理成為政府和環(huán)保企業(yè)亟待解決的技術(shù)問題。渣土受納場大量堆填的渣土余泥外觀呈“泥中帶沙”，主要成分為石英、鋁礬土和類長石，化學(xué)成分主要為氧化硅、氧化鋁及少量氧化鐵，經(jīng)進(jìn)一步破碎處理可作為硅質(zhì)原料用于生產(chǎn)水泥混凝土制品，包括再生磚和非燒結(jié)墻體塊材等。

利用建筑垃圾生產(chǎn)再生磚的研究和工程化應(yīng)用由來已久，主要分為燒結(jié)磚和蒸壓磚兩類，燒結(jié)磚消耗能源且易造成環(huán)境污染，在許多大中型城市已被限制生產(chǎn)和使用，市場上也在逐漸淘汰。開發(fā)綠色環(huán)保、質(zhì)量良好、工藝簡單、成本低廉的再生磚制品是解決建筑廢棄物批量資源化利用的重要方向。

中國專利申請?zhí)枮?01510437567.X公布了一種改性渣土免燒磚，其特征在于，原材料為地鐵建設(shè)渣土、砂、水泥、工業(yè)石灰，水料比為0.20-0.24，采用擠壓成型制備后自然養(yǎng)護(hù)7d產(chǎn)生強(qiáng)度。該技術(shù)與本方案具有一定相似度，但其水料比、成型方式和養(yǎng)護(hù)方式等關(guān)鍵工藝與本方案完全不同，其產(chǎn)品強(qiáng)度為5-10MPa，遠(yuǎn)低于本發(fā)明渣土磚強(qiáng)度20MPa。

中國專利申請?zhí)枮?01310426635.3公布了一種非燒結(jié)渣土墻體塊材及其制備工藝，其特征在于，配料比為工程渣土55-85份、膠材5-15份、細(xì)骨料0-12份、改性添加劑0.05-0.1，經(jīng)過配料混合、強(qiáng)制攪拌、布料、壓制成型、無襯板碼垛、塑膜封裝、自然養(yǎng)護(hù)制成。通過調(diào)整配合比，可制備強(qiáng)度5-20MPa制品。該方案最大的缺陷是養(yǎng)護(hù)時間需28d，生產(chǎn)周期過長，且采用自然養(yǎng)護(hù)工藝制備的產(chǎn)品長期耐久性不好。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種能大量利用渣土的含鋁托勃莫來石蒸壓實心磚及其快速制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中建筑垃圾再生磚質(zhì)量不高、強(qiáng)度偏低、耐久性差、生產(chǎn)周期長的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種含鋁托勃莫來石蒸壓渣土實心磚，各組分的質(zhì)量百分比：渣土70-85％；水泥12-20％；硫酸鈉2-5％；外加劑0.01-0.05％，各組分質(zhì)量百分比之和為100％；

按所述配方制備的蒸壓渣土實心磚含有一定鋁托勃莫來石礦物相；

所述渣土是指渣土受納場的堆填渣土余泥，主要礦物組成為石英、高嶺土和長石等，主要化學(xué)成分為氧化硅、氧化鋁。

所述水泥為PO42.5水泥。

所述外加劑為納米二氧化鈦(TiO₂)、納米二氧化鋯(ZrO₂)或納米二氧化鈰(CeO₂)。

一種含鋁托勃莫來石蒸壓渣土實心磚及其快速制備方法，包括以下步驟：

(1)原料預(yù)處理：渣土余泥經(jīng)自然晾干或曬干，使其含水率<10％；

(2)破碎篩分：渣土經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎，通過孔徑10mm方孔篩，選用顆粒尺寸小于10mm的渣土；

(3)配料：測試渣土含水率，按干重稱取渣土、水泥和外加劑，外摻一部分水，攪拌均勻，混勻的坯料含水率控制在9-11％；

(4)成型：將混合均勻的坯料輸送至成型車間，壓制成型，得到標(biāo)準(zhǔn)磚磚坯，加載壓力10-15MPa；

(5)蒸壓養(yǎng)護(hù)：將磚坯推入蒸壓釜中，經(jīng)過蒸壓養(yǎng)護(hù)，得到成品。

本發(fā)明采用半干法壓制成型，混合料的含水率直接影響泥團(tuán)的粘性和可塑性，含水率過低則可塑性差，影響成型效果，骨料和粉料粘結(jié)性不好，外觀缺陷多，含水率過高則易粘結(jié)模具，可承載壓力降低，這些都會導(dǎo)致一次成型成品合格率降低，因此應(yīng)嚴(yán)格控制混合料含水率為9-11％。此外，成型壓力大小也會影響成品質(zhì)量，壓力過大容易造成再生磚出現(xiàn)層裂，壓力不宜超過15MPa。

較佳地，所述外加劑為親水型，顆粒尺寸為10-50nm。

較佳地，所述步驟(5)蒸壓養(yǎng)護(hù)制度為：進(jìn)釜時釜內(nèi)溫度110-120℃，抽真空0.5h，升溫1h至溫度180℃，壓力1.0MPa，恒壓4h，降壓2h，出釜得到成品。

在180℃，1.0MPa的蒸壓養(yǎng)護(hù)條件下，四價陽離子Ti⁴⁺、Zr⁴⁺、Ce⁴⁺可以誘導(dǎo)硅氧四面體產(chǎn)生缺陷，從而使Al³⁺取代Si⁴⁺進(jìn)入硅氧四面體，與氫氧化鈣反應(yīng)生成含鋁托勃莫來石。親水型的10-50nm納米顆粒反應(yīng)活性更高，效果較好。恒壓時間達(dá)到4h磚坯強(qiáng)度即可滿足要求，不需進(jìn)一步延長反應(yīng)時間。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果包括：

(1)本發(fā)明的重要特點在于渣土處置，渣土的利用量達(dá)到了70-80％，一般而言，低于此用量的渣土處置方案和發(fā)明意義不大，沒有實際工業(yè)化應(yīng)用價值；

(2)通過簡單的破碎、篩分工藝，既避免了渣土中過大的泥團(tuán)或石塊對混料均勻性和成型的不利影響，而且合理利用了渣土自身30-50％的含砂量，不需外摻河砂、海砂等細(xì)骨料，只需添加少量膠凝材料來實現(xiàn)良好的顆粒級配，保證了再生磚的強(qiáng)度，又減少了天然砂的用量，提高了渣土余泥的利用率。

(3)通過蒸壓養(yǎng)護(hù)的方式使再生磚在8h內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)度，得到成品，整個工藝流程不超過24h，大大縮短了再生磚的生產(chǎn)周期。

(4)由于渣土中存在部分粘土等含鋁活性礦物，在蒸壓養(yǎng)護(hù)條件下Al³⁺會取代Si⁴⁺進(jìn)入硅氧四面體，與氫氧化鈣反應(yīng)生成一種含鋁托勃莫來石，含鋁托勃莫來石比普通托勃莫來石更致密、耐腐蝕、耐高溫、耐久性更好。通過摻入納米二氧化鈦、納米二氧化鋯或納米二氧化鈰等外加劑晶種，可以加快鋁托勃莫來石相的轉(zhuǎn)變，增多鋁托勃莫來石相的生成，從而使蒸壓渣土磚強(qiáng)度更高、耐久性更好。

(5)利用本發(fā)明技術(shù)方案生產(chǎn)的蒸壓渣土實心磚通過CMA測試，證明其可達(dá)到《蒸壓灰砂磚》(GB11945-1999)MU20等級性能要求，外觀良好，平整度高，缺棱掉角少，裂紋少。產(chǎn)品的成品率高達(dá)99％，適合工業(yè)化批量生產(chǎn)。

附圖說明

圖1，本發(fā)明優(yōu)選實施方案1的蒸壓渣土實心磚XRD圖譜。

圖2，本發(fā)明對比實施方案1的蒸壓渣土實心磚XRD圖譜。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明及其有效的技術(shù)效果作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但發(fā)明的實施方式不限于此。

本發(fā)明比較完整的具體實施方案如下：

實施例1

一種含鋁托勃莫來石蒸壓渣土實心磚，按重量百分比由以下組分制備而成：渣土78.95％、水泥18％、硫酸鈉3％、納米二氧化鈦0.05％。所述水泥為華潤PO42.5水泥，28d強(qiáng)度48MPa。所述二氧化鈦為親水性，金紅型，尺寸40nm。

一種含鋁托勃莫來石蒸壓渣土實心磚及其快速制備方法，包括以下步驟：

(1)原料預(yù)處理：渣土余泥經(jīng)自然晾干或曬干，含水率為7.2％；

(2)破碎篩分：渣土經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎，通過孔徑10mm工地篩，選用顆粒尺寸小于10mm的渣土；

(3)配料：按干重稱取渣土、水泥和外加劑，外摻一部分水，攪拌均勻，混勻的坯料含水率為10.2％；

(4)成型：將混合均勻的坯料輸送至成型車間，壓制成型，得到標(biāo)準(zhǔn)磚磚坯，加載壓力15MPa；

(5)蒸壓養(yǎng)護(hù)：將磚坯推入蒸壓釜中，經(jīng)過蒸壓養(yǎng)護(hù)，得到成品。蒸壓養(yǎng)護(hù)制度為：進(jìn)釜時釜內(nèi)溫度120℃，抽真空0.5h，升溫1h至溫度180℃，壓力1.0MPa，恒壓4h，降壓2h，出釜。

將成品按GB11945-1999《蒸壓灰砂磚》進(jìn)行性能檢測，結(jié)果如下，各項指標(biāo)均合格，達(dá)到MU20等級要求?？箟簭?qiáng)度26.0MPa、抗折強(qiáng)度4.3MPa、凍后抗壓強(qiáng)度25.2MPa、凍后質(zhì)量損失0.3％，抗壓強(qiáng)度和抗凍性都遠(yuǎn)高于MU20等級要求。

表1 MU20等級蒸壓渣土磚性能指標(biāo)

將渣土磚破碎、磨細(xì)成粉，通過80μm標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行X射線衍射分析，刪除XRD譜圖中SiO₂和CaCO₃最強(qiáng)峰與次強(qiáng)峰，觀察其余水化產(chǎn)物，XRD圖譜如圖1所示。

由圖1可知，渣土磚蒸壓水化后的產(chǎn)物除了SiO₂和CaCO₃外，還有Portlandite(氫氧化鈣)和Tobermorite,syn。Tobermorite,syn是一種含鋁Tobermorite，XRD卡片中顯示其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Ca₅Si₅Al(OH)O₁₇·5H₂O，而Tobermorite化學(xué)式為5CaO·6SiO₂·5H₂O，可以證明該物質(zhì)Ca₅Si₅Al(OH)O₁₇·5H₂O為含鋁托貝莫來石。

水泥水化產(chǎn)生Ca(OH)₂與渣土和砂中的SiO₂會在高溫高壓的環(huán)境中反應(yīng)生成托勃莫來石，其具有高強(qiáng)，高致密度的特點，對渣土磚基體強(qiáng)度和穩(wěn)定性都會有較大程度的提高。由于在生成托勃莫來石的過程中，渣土中的A1³⁺能取代部分Si⁴⁺進(jìn)入托勃莫來石結(jié)構(gòu)中，置換后的含鋁托勃莫來石硅氧四面體更為緊湊，從而增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。含鋁托勃莫來石耐久性和耐高溫性能更佳，比純物質(zhì)合成的托勃莫來石耐熱溫度高出90℃左右。

實施例2

一種含鋁托勃莫來石渣土蒸壓實心磚，按重量百分比由以下組分制備而成：渣土80.95％、水泥15％、硫酸鈉4％、納米二氧化鋯0.05％。所述水泥為華潤PO42.5水泥，28d強(qiáng)度48MPa。所述二氧化鋯為親水性，尺寸40nm。

一種含鋁托勃莫來石蒸壓渣土實心磚及其快速制備方法，包括以下步驟：

(1)原料預(yù)處理：渣土余泥經(jīng)自然晾干或曬干，含水率為6.7％；

(2)破碎篩分：渣土經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎，通過孔徑10mm工地篩，選用顆粒尺寸小于10mm的渣土；

(3)配料：按干重稱取渣土、水泥和外加劑，外摻一部分水，攪拌均勻，混勻的坯料含水率為9.7％；

(4)成型：將混合均勻的坯料輸送至成型車間，壓制成型，得到標(biāo)準(zhǔn)磚磚坯，加載壓力15MPa；

(5)蒸壓養(yǎng)護(hù)：將磚坯推入蒸壓釜中，經(jīng)過蒸壓養(yǎng)護(hù)，得到成品。蒸壓養(yǎng)護(hù)制度為：進(jìn)釜時釜內(nèi)溫度120℃，抽真空0.5h，升溫1h至溫度180℃，壓力1.0MPa，恒壓4h，降壓2h，出釜。

將成品按GB11945-1999《蒸壓灰砂磚》進(jìn)行性能檢測，各項指標(biāo)均合格，達(dá)到MU20等級要求?？箟簭?qiáng)度22.0MPa、抗折強(qiáng)度4.1MPa、凍后抗壓強(qiáng)度20.8MPa、凍后質(zhì)量損失0.2％，抗壓強(qiáng)度和抗凍性都遠(yuǎn)高于MU20等級要求。

實施例3

本實施例的一種含鋁托勃莫來石渣土蒸壓實心磚與實施例1的區(qū)別：按重量百分比由以下組分制備而成：渣土79％、水泥18％、硫酸鈉3％。制備方法和過程均與實施例1相同。

將成品按GB11945-1999《蒸壓灰砂磚》進(jìn)行性能檢測，各項指標(biāo)均合格，達(dá)到MU20等級要求?？箟簭?qiáng)度23.5MPa、抗折強(qiáng)度4.3MPa、凍后抗壓強(qiáng)度21.8MPa、凍后質(zhì)量損失0.4％，抗壓強(qiáng)度和抗凍性仍可達(dá)到MU20等級要求，但各項指標(biāo)均差于實施例1。

將渣土磚破碎、磨細(xì)成粉，通過80μm標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行X射線衍射分析，刪除XRD譜圖中SiO₂和CaCO₃最強(qiáng)峰與次強(qiáng)峰，觀察其余水化產(chǎn)物，XRD圖譜如圖2所示。

對比圖1和圖2可知，兩者的主要水化產(chǎn)物均為SiO₂、CaCO₃和Tobermorite,syn，鋁托勃莫來石的峰形和峰位均較為相似。但圖2的托勃莫來石峰高度明顯低于圖1，表明對比實施例1中鋁托勃莫來石晶體含量要少于實施例1，這是由于未摻加納米顆粒添加劑導(dǎo)致。

實施例4

本實施例的一種含鋁托勃莫來石渣土蒸壓實心磚及其快速制備方法與實施例1的區(qū)別：步驟(5)蒸壓養(yǎng)護(hù)制度為：進(jìn)釜時釜內(nèi)溫度110-120℃，抽真空0.5h，升溫1h至溫度180℃，壓力1.0MPa，恒壓2h，降壓2h，出釜得到成品。

將成品按GB11945-1999《蒸壓灰砂磚》進(jìn)行性能檢測，結(jié)果如下，各項指標(biāo)均合格，達(dá)到MU20等級要求?？箟簭?qiáng)度21.4MPa、抗折強(qiáng)度3.9MPa、凍后抗壓強(qiáng)度19.2MPa、凍后質(zhì)量損失0.5％，抗壓強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但抗折強(qiáng)度和凍后強(qiáng)度均達(dá)不到要求?？梢娍s短蒸壓養(yǎng)護(hù)時間會嚴(yán)重影響渣土磚水化反應(yīng)進(jìn)行程度，使強(qiáng)度產(chǎn)生明顯的下降。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。