采用泥砂—粉煤灰蒸压法制备的高性能蒸压砖

摘要

本发明公开的一种采用泥砂—粉煤灰蒸压法制备的高性能蒸压砖是以泥砂、粉煤灰为主要原料，骨料、激发剂为辅料，各组分的质量百分比为：泥砂：19－58％；粉煤灰：19－58％；骨料：10－25％；激发剂：8－13％。本发明在传统蒸压工艺条件下以黄河泥砂、粉煤灰为主要原料生产承重砖，制得的建筑承重砖的抗压强度达23.5MPa，抗折强度达4.80MPa。冻融后抗压强度达21.7MPa。生产工艺简单，无须高温煅烧，能耗低，污染小。采用黄河泥砂作为生产承重砖等新型建筑材料的原料，不仅拓宽了墙体材料的原料途径，而且可以变废为宝，疏通河道、防患水害、变害为利。为黄河泥砂及粉煤灰的利用找到一条新途径。

说明书

技术领域

本发明属于新材料技术领域，主要涉及的是一种采用泥砂-粉煤灰蒸压法制备的高性能蒸压砖。采用黄河泥砂-粉煤灰蒸压法制备墙体建筑材料。

背景技术

中国的墙体材料产量已跃居世界前列。目前，砌墙砖的生产方法主要有烧结法、蒸压法。烧结法要消耗大量能源，而且存在废气排放带来的环境污染问题。蒸压法因无须高温煅烧、生产工艺过程简单、无废气排放、节能等诸多优点而逐渐成为砌墙砖生产的主要方法。

我国为了有效地保护农业耕地和节能减排而全面禁止使用粘土砖。因此，各地纷纷研究利用各类固体废弃物生产墙体材料来替代粘土砖，尤以工业废渣-粉煤灰蒸压砖为最多。然而，利用各类固体废弃物生产建筑用砖有以下不足：

(1)各类工业废渣化学成分波动很大，生产利用时不宜控制，质量波动较大；

(2)除去粉煤灰、赤泥外的其他工业废渣(如：炉渣、钢渣、煤矸石、玄武岩、建筑垃圾等)需要破碎、粉磨处理，而增加设备、使工艺复杂化并增加一次性投资；

(3)已经作为二次资源的各类工业固体废弃物的数量有限和分散。虽然我国每年发电及热电联产耗原煤10亿吨，排放的粉煤灰渣高达3.0亿吨左右，可是由于科学技术的不断发展和国家节能减排政策的调整等因素，二次资源利用的途径和行业(水泥厂用它们作混和材、建筑用于掺合料、道路施工中用于垫层等等)已经很多，例如：河南省的某新兴产业粉煤灰砖目前已达200亿块，约可以利用400万吨/年的粉煤灰。其发展必然会产生下面两种结果中的一种：一是价格大幅度上涨，增加产品成本和售价；二是作为二次资源的各类工业固体废弃物也会逐渐减少直至枯竭。

因此，寻找新的资源生产建筑用砖已迫在眉睫。黄河输砂量居世界诸河首位，是举世闻名的多泥砂河流，黄河历史上的功过，多归因于泥砂，黄河的多砂，一方而塑造了广阔的黄、淮、海大平原，使之成为中华民族发展过程中繁衍生息的中心地带；另一方而，在流经平原地区后形成的悬河状态，也曾给两岸人民带来严重的洪水灾害。多少年来，黄河以多砂、易淤、善变著称，其泥砂问题的复杂性和治理难度堪称世界之最，泥砂问题是治黄的症结所在，泥砂处理的得失，数千年来，成为黄河治理成败的关键。要从害中看到其利，应充分治理与合理利用，才能产生积极的效果。

发明内容

本发明的任务就是提出一种采用泥砂-粉煤灰蒸压法制备的高性能蒸压砖。利用泥砂替代粘土资源，拓宽了墙体材料的原料途径，采用传统蒸压法生产的墙体砖不仅价格低廉，而且具有良好的耐碱，耐盐性能和抗冻性能，综合性能较好。

本发明实现上述目的采用的技术方案是：以泥砂、粉煤灰为主要原料，骨料、激发剂为辅料，各组分的质量百分比为：泥砂：19-58％；粉煤灰：19-58％；骨料：10-25％；激发剂8-13％。

本发明所述的激发剂可以是石灰和石膏，还可以是烧碱、亚硫酸钠、氯盐等。由于烧碱、亚硫酸钠成本高，氯盐易腐蚀钢筋故选用价廉易得的石灰及石膏作激发剂。

本发明所述的骨料可以是炉渣，也可用废碎砖、矿渣等，由于矿渣成本高，因此炉渣价廉易得故选之。在泥砂-粉煤灰混合料中掺入足够的集料炉渣，以增加透气性，使得砖坯在压制时，避免产生分层裂缝。但是，骨料含量不能太高，太高会使砖抗压强度下降，含量也不能太低，太低会使砖抗折强度下降，经过大量试验，确定选择范围为10-25％。

本发明所述的泥砂为黄河泥砂，主要成分是铝硅酸盐，其在蒸压条件下能同激发剂生成水化硅酸盐和水化铝酸盐等，而使砖坯获得较高强度。但是，泥砂含量不能太低，太低生产时成型困难，含量也不能太高，太高会使砖的强度下降。经过大量试验，确定选择范围为19-58％。

本发明所述的粉煤灰主要由结晶体、玻璃体组成。在结晶体中，有石英和莫来石。玻璃体的主要成分是Al₂O₃和SiO₂。铝硅玻璃体(SiO₂与Al₂O₃总含量在60％以上)是粉煤灰的主要组成成分，也是粉煤灰活性的主要来源，粉煤灰能同激发剂在一定条件下生成水化硅酸盐和水化铝酸盐等，而使砖坯获得强度。但是，粉煤灰含量不能太高，太高生产时成型困难，含量也不能太低，太低会使砖的强度下降。经过大量试验，确定选择范围为19-58％。

本发明在传统蒸压工艺条件下以黄河泥砂、粉煤灰为主要原料生产承重砖，制得的建筑承重砖的抗压强度达23.5MPa，抗折强度达4.80MPa。冻融后抗压强度达21.7MPa。生产工艺简单，无须高温煅烧，能耗低，污染小。采用黄河泥砂作为生产承重砖等新型建筑材料的原料，不仅拓宽了墙体材料的原料途径，而且可以变废为宝，疏通河道、防患水害、变害为利。为黄河泥砂及粉煤灰的利用找到一条新途径。

本发明采用正交试验法确定蒸压砖生产的最佳工艺参数，之后进行工业试验，并对产品进行性能检测。具体如下：

正交试验：

影响黄河泥砂-粉煤灰蒸压砖性能的主要因素有：黄河泥砂与粉煤灰比例，激发剂掺量，骨料掺量，成型水分，成型压力，困料时间等。

本实验选用石灰和石膏为激发剂，通过正交实验，得出掺量选择范围为石灰7-12％，石膏1-3％，用经验值固定其掺量。根据前期及前人实验情况确定上述除激发剂掺量外五个工艺参数并分别选取五个水平进行研究。

正交表表头设计如表1：

表1正交表表头设计

试验步骤：配料→搅拌→捆料→搅拌→压制成型→蒸养→性能检测

试验结果见表2

表2正交试验结果

通过正交试验可知，强度较好的配方为A4B4C2D5E3。

工业试验：选取强度较好配方在洛阳市偃师四方建材厂进行工业试验。压蒸釜参数如下：

1)升温：2～3h。

2)恒温压力1.4MPa、温度175～185℃，、恒温时间4～6h。

3)降温2～3h。

产品经洛阳金鉴工程质量检测中心检测，达到MU20砌墙砖要求。

如图1所示，XRD图谱显示，黄河泥砂-粉煤灰经蒸压生成了托勃莫来石、水化硅酸钙、水化石榴石等水化产物，使得制品具有一定强度。

结论：利用黄河泥砂及粉煤灰在蒸压条件下可以制得MU20砌墙砖。

附图说明

图1为本发明黄河泥砂-粉煤灰蒸压砖XRD图。

具体实施方式

本发明所用各原料化学成分如表3所示：

表3原料的化学成分(％)

实施例1

本实施例以泥砂、粉煤灰为主要原料，石灰和石膏为激发剂，炉渣为骨料。其中泥砂、粉煤灰、炉渣及激发剂的质量百分比分别为34.0％、34.0％、20.0％，12.0％。泥砂取自黄河中游洛阳市境内孟津段；粉煤灰为洛阳市首阳山电厂产，0.08mm方孔筛筛余23.67％，炉渣来自洛阳市宜阳龙羽电厂，粉碎至粒径2-5mm；化学激发剂细度为0.08μm筛筛余＜10％。

实施例2

本实施例以泥砂、粉煤灰为主要原料，石灰及石膏为激发剂，炉渣为骨料。。其中泥砂、粉煤灰、炉渣及激发剂的用量分别为22.7％、45.3％、20.0％，12.0％。泥砂取自黄河中游洛阳市境内孟津段；粉煤灰为洛阳市首阳山电厂产，0.08mm方孔筛筛余18.02％，；炉渣来自洛阳市宜阳龙羽电厂，粉碎至粒径2-5mm；化学激发剂细度为0.08μm筛筛余＜10％。

实施例3

本实施例以泥砂、粉煤灰为主要原料，石灰及石膏为激发剂，炉渣为骨料。。其中泥砂、粉煤灰、炉渣及激发剂的用量分别为20.0％、58.0％、10.0％，12.0％。泥砂取自黄河中游洛阳市境内孟津段；粉煤灰为洛阳市首阳山电厂产，0.08mm方孔筛筛余10.80％，；炉渣来自洛阳市宜阳龙羽电厂，粉碎至粒径2-5mm；化学激发剂细度为0.08μm筛筛余＜10％。

上述实施例均采用传统的免烧蒸压法生产墙体砖。