改性生土和利用改性生土制备生土砖的方法及其制备的生土砖

摘要

本发明公开了一种改性生土和利用改性生土制备生土砖的方法及其制备的生土砖，属于建筑材料技术领域。由生土和改性剂组成，生土和改性剂的质量百分比为75～80％：20～25％，改性剂包括如下质量百分比的组分：水泥24.3％～27％、尾矿砂43.3％～48.5％、尾矿粉9.7％～10.8％、粉煤灰9.7％～10.8％和磷石膏4.8％～5.4％；减水剂2.6％～2.9％，还可在改性剂中添加体积掺量为0.2％～0.6％的玄武岩短纤维或聚丙烯纤维。制备的生土砖力学性能、耐水性、耐久性及抗渗性均有很大程度的提高，且制备得到的生土砖能有效的应用到各种建筑、工艺品、或者通过砂土固化应用于河堤岸整治等技术领域。

说明书

技术领域

本发明涉及改性生土，属于建筑材料技术领域，具体地涉及一种改性生土和利用改性生土制备生土砖的方法及其制备的生土砖。

背景技术

生土作为一种建筑材料，其自然、健康、环保、经济，是一种性价比比较高的材料，人们往往采用夯实或直接成型制成生土砖来加以利用。基于生土砖的生土建筑节省能源，施工简便，且冬暖夏凉、健康舒适，但生土砖通常存在强度低、韧性差、耐水性差、耐久性差等问题，严重影响着生土建筑的使用寿命。

此外，当前大量产生的工业废渣不仅占据土地，影响土地的合理实用，而且部分工业废渣还会对环境造成一定程度的污染，目前已有研究将工业废渣掺杂到混凝土、沥青或砂浆中用于土木工程建造领域，其中有研究将部分工业废渣加入到混凝土中，并经过发泡工艺，制备得到的加气混凝土砖，该类加气混凝土砖的优点是充分利用了废弃物，降低生产成本，缺点是产品的抗压、抗折强度等还有待提高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明在进一步地提高生土砖抗压抗折性能的基础上公开了一种改性生土和利用改性生土制备生土砖的方法及其制备的生土砖。

为实现上述目的，本发明公开了一种改性生土，由生土和改性剂组成，所述生土和改性剂的质量百分比为75～80％：20～25％，所述改性剂包括如下质量百分比的组分：水泥24.3％～27％、尾矿砂43.3％～48.5％、尾矿粉 9.7％～10.8％、粉煤灰9.7％～10.8％、磷石膏4.8％～5.4％和减水剂2.6％～2.9％。

进一步地，所述改性剂还包括体积掺量为0.2％～0.6％的玄武岩短纤维或聚丙烯纤维。

再进一步地，所述尾矿粉为采用尾矿砂进行粉磨加工至比表面积为 350～450m²/kg的粉末。

更进一步地，所述尾矿砂为富硅铁尾矿砂，所述富硅铁尾矿砂中二氧化硅的含量为65％以上。

更进一步地，所述尾矿砂的颗粒粒径为0.30～2.36mm。

更进一步地，所述减水剂为萘系减水剂，所述萘系减水剂的减水率为 20～25％，所述萘系减水剂控制整个体系的水固比为0.11～0.12。

更进一步地，所述水泥为华新牌普通硅酸盐42.5级水泥。

更进一步地，所述磷石膏为二水石膏。

本发明还公开了一种利用上述改性生土制备生土砖的方法，制备工艺为：将相应比例的生土和改性剂混合均匀后得到改性生土，将改性生土放入砖块模具中，在6～10Mpa的压力下压制成型，1～3天后脱模置于室内进行标准养护28～40天，得到生土砖。

本发明还公开了利用上述制备生土砖的方法制备的生土砖。

改性生土组成原料的选用原理：

1、尾矿砂及尾矿粉的选用：尾矿砂及尾矿粉属于工业固体废弃物，在符合GBT14684/2001《建筑用砂》规范中技术指标的基础上，可以保证其具备良好力学性能及级配，从而提高制备的生土砖的力学性能；其中，在制备生土砖的过程中，尾矿砂是作为细集料，起到细骨料的支撑作用，提高生土砖的稳定性及其力学性能，而表面积为350～450m²/kg的尾矿粉不仅具有良好的物理填充效应，可以很好的增加生土砖的密实性，同时具有一定的活性，可以与水泥反应生成CSH凝胶，进一步地增加生土砖的强度。

2、玄武岩短纤维或聚丙烯纤维的选取：玄武岩短纤维或聚丙烯纤维具备耐高温性、抗氧化、抗辐射、绝热膈音、过滤性好、抗压缩强度和剪切强度高，适应于各种环境下使用，其中，玄武岩短纤维属于性价比比较高的纯天然无机金属材料，二者均能弥补普通生土砖的粘结性差、抗弯性能差及抗渗性能差的技术问题。

有益效果

1、本发明制备的生土砖，通过添加尾矿砂和尾矿粉，能成倍的提高生土砖的抗压抗折性能，其中，尾矿粉的添加量和尾矿粉的尺寸比例对生土砖的强度和韧性也具备一定的影响，在一定范围内，尾矿粉的量越高，粒径尺寸越小，生土砖的抗压抗折性能越好。

2、本发明制备的生土砖，在添加一定量的玄武岩短纤维或聚丙烯纤维的基础上，生土砖的耐水性能也有了大幅度的提升。

3、本发明制备的生土砖可有效应用到各种建筑、工艺品、或者通过砂土固化应用于河堤岸整治等技术领域。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

实施例1

将600g富硅铁尾矿砂(优选富硅铁尾矿砂中二氧化硅的质量百分比含量为65％，富硅铁尾矿砂的颗粒粒径为1.5mm)、300g华新牌普通硅酸盐42.5级水泥、120g尾矿粉(优选尾矿粉的比表面积为400m²/kg)、120g粉煤灰与60g二水石膏加入到4900g生土中搅拌2～5min得到混合物，再将>

实施例2

将600g富硅铁尾矿砂(优选富硅铁尾矿砂中二氧化硅的质量百分比含量为65％，富硅铁尾矿砂的颗粒粒径为1.5mm)、300g华新牌普通硅酸盐42.5级水泥、120g尾矿粉(优选尾矿粉的比表面积为400m²/kg)、120g粉煤灰与60g二水石膏加入到4900g生土中搅拌2～5min，再将36g萘系减水剂溶解到600g水中(优选萘系减水剂的减水率为20％)，然后倒入搅拌器中继续搅拌2～8min，之后将体积掺量0.2％的玄武岩短纤维均匀投入到搅拌机中继续搅拌3min，控制整个体系的水固比为0.11；得到改性后的生土，将改性之后的生土置于长240mm×宽50mm×高115mm的模具中，用8MPa>

实施例3

将600g富硅铁尾矿砂(优选富硅铁尾矿砂中二氧化硅的质量百分比含量为65％，富硅铁尾矿砂的颗粒粒径为1.5mm)、300g华新牌普通硅酸盐 42.5级水泥、120g尾矿粉(优选尾矿粉的比表面积为400m²/kg)、120g粉煤灰与60g二水石膏加入到4900g生土中搅拌2～5min，再将36g萘系减水剂溶解到600g水中(优选萘系减水剂的减水率为22％)，然后倒入搅拌器中继续搅拌2～8min，之后将体积掺量0.2％的聚丙烯纤维均匀投入到搅拌机中继续搅拌3min，控制整个体系的水固比为0.11；得到改性后的生土，将改性之后的生土置于长240mm×宽50mm×高115mm的模具中，用8MPa>

实施例4

将600g富硅铁尾矿砂(优选富硅铁尾矿砂中二氧化硅的质量百分比含量为70％，富硅铁尾矿砂的颗粒粒径为0.5mm)、375g华新牌普通硅酸盐 42.5级水泥、150g尾矿粉(优选尾矿粉的比表面积为350m²/kg)、150g粉煤灰与75g二水石膏加入到4200g生土中搅拌2～5min，再将36g萘系减水剂溶解到600g水中(优选萘系减水剂的减水率为22％)，然后倒入搅拌器中继续搅拌2～8min，控制整个体系的水固比为0.12；得到改性后的生土，将改性之后的生土置于长240mm×宽50mm×高115mm的模具中，用8MPa>

实施例5

将600g富硅铁尾矿砂(优选富硅铁尾矿砂中二氧化硅的质量百分比含量为70％，富硅铁尾矿砂的颗粒粒径为0.5mm)、375g华新牌普通硅酸盐 42.5级水泥、150g尾矿粉(优选尾矿粉的比表面积为350m²/kg)、150g粉煤灰与75g二水石膏加入到4200g生土中搅拌2～5min，再将36g萘系减水剂溶解到600g水中(优选萘系减水剂的减水率为22％)，然后倒入搅拌器中继续搅拌2～8min，之后将体积掺量0.5％的玄武岩短纤维均匀投入到搅拌机中继续搅拌5min，控制整个体系的水固比为0.12；得到改性后的生土，将改性之后的生土置于长240mm×宽50mm×高115mm的模具中，用8MPa>

实施例6

将600g富硅铁尾矿砂(优选富硅铁尾矿砂中二氧化硅的质量百分比含量为70％，富硅铁尾矿砂的颗粒粒径为0.5mm)、375g华新牌普通硅酸盐 42.5级水泥、150g尾矿粉(优选尾矿粉的比表面积为350m²/kg)、150g粉煤灰与75g二水石膏加入到4200g生土中搅拌2～5min，再将36g萘系减水剂溶解到600g水中(优选萘系减水剂的减水率为22％)，然后倒入搅拌器中继续搅拌2～8min，之后将体积掺量0.5％的聚丙烯纤维均匀投入到搅拌机中继续搅拌5min，控制整个体系的水固比为0.12；得到改性后的生土，将改性之后的生土置于长240mm×宽50mm×高115mm的模具中，用8MPa>

实施例7

将670g富硅铁尾矿砂(优选富硅铁尾矿砂中二氧化硅的质量百分比含量为70％，富硅铁尾矿砂的颗粒粒径为0.5mm)、375g华新牌普通硅酸盐42.5级水泥、150g粉煤灰与75g二水石膏加入到4200g生土中搅拌2～5min，再将40g萘系减水剂溶解到600g水中(优选萘系减水剂的减水率为22％)，然后倒入搅拌器中继续搅拌2～8min，之后将体积掺量0.5％的聚丙烯纤维均匀投入到搅拌机中继续搅拌5min，控制整个体系的水固比为0.12；得到改性后的生土，将改性之后的生土置于长240mm×宽50mm×高115mm的模具中，用8MPa压力压制成型，2天后脱模放入室内进行标准养护，控制室内温度为20℃左右，相对湿度15％，标准养护达到一定龄期得到改性后的生土砖。

实施例8

将670g富硅铁尾矿砂(优选富硅铁尾矿砂中二氧化硅的质量百分比含量为70％，富硅铁尾矿砂的颗粒粒径为0.5mm)、375g华新牌普通硅酸盐 42.5级水泥、80g尾矿粉(优选尾矿粉的比表面积为400m²/kg)、150g粉煤灰与75g二水石膏加入到4200g生土中搅拌2～5min，再将40g萘系减水剂溶解到600g水中(优选萘系减水剂的减水率为22％)，然后倒入搅拌器中继续搅拌2～8min，之后将体积掺量0.5％的聚丙烯纤维均匀投入到搅拌机中继续搅拌5min，控制整个体系的水固比为0.12；得到改性后的生土，将改性之后的生土置于长240mm×宽50mm×高115mm的模具中，用8MPa压力压制成型，2天后脱模放入室内进行标准养护，控制室内温度为20℃左右，相对湿度15％，标准养护达到一定龄期得到改性后的生土砖。

实施例9

将670g富硅铁尾矿砂(优选富硅铁尾矿砂中二氧化硅的质量百分比含量为70％，富硅铁尾矿砂的颗粒粒径为0.5mm)、375g华新牌普通硅酸盐 42.5级水泥、80g尾矿粉(优选尾矿粉的比表面积为350m²/kg)、150g粉煤灰与75g二水石膏加入到4200g生土中搅拌2～5min，再将40g萘系减水剂溶解到600g水中(优选萘系减水剂的减水率为22％)，然后倒入搅拌器中继续搅拌2～8min，之后将体积掺量0.5％的聚丙烯纤维均匀投入到搅拌机中继续搅拌5min，控制整个体系的水固比为0.12；得到改性后的生土，将改性之后的生土置于长240mm×宽50mm×高115mm的模具中，用8MPa压力压制成型，2天后脱模放入室内进行标准养护，控制室内温度为20℃左右，相对湿度15％，标准养护达到一定龄期得到改性后的生土砖。

实施例10

将670g富硅铁尾矿砂(优选富硅铁尾矿砂中二氧化硅的质量百分比含量为70％，富硅铁尾矿砂的颗粒粒径为0.5mm)、375g华新牌普通硅酸盐 42.5级水泥、120g尾矿粉(优选尾矿粉的比表面积为350m²/kg)、150g粉煤灰与75g二水石膏加入到4200g生土中搅拌2～5min，再将40g萘系减水剂溶解到600g水中(优选萘系减水剂的减水率为22％)，然后倒入搅拌器中继续搅拌2～8min，之后将体积掺量0.5％的聚丙烯纤维均匀投入到搅拌机中继续搅拌5min，控制整个体系的水固比为0.12；得到改性后的生土，将改性之后的生土置于长240mm×宽50mm×高115mm的模具中，用8MPa>

对比例1：

将750g河砂、375g华新牌普通硅酸盐42.5级水泥、150g粉煤灰与75g 二水石膏加入到1650g生土中搅拌2min，再将36g萘系减水剂溶解到600g 水中(优选萘系减水剂的减水率为22％)，然后倒入搅拌器中继续搅拌2min，控制整个体系的水固比为0.11；得到改性后的生土，将改性之后的生土置于长240mm×宽50mm×高115mm的模具中，用8MPa压力压制成型，2天后脱模放入室内进行标准养护，控制室内温度为20℃左右，相对湿度15％，标准养护达到一定龄期得到改性后的生土砖。

进一步的优选上述对比例1的河砂为采用长江江边河砂；

对上述实施例和对比例制备得到的生土砖分别进行抗压强度、抗折强度、耐水性及抗渗性测试，得到了表1如下：

表1实施例和对比例的生土砖的性能测试表(一)

实施例1～实施例3、实施例4～实施例6是比较添加聚丙烯纤维或玄武岩短纤维对生土砖性能的影响，结合表1的数据可知，在添加相同比例，相同粒径的尾矿粉及尾矿砂时，添加聚丙烯纤维或玄武岩短纤维对生土砖的耐久性、耐水性有较大的影响，添加玄武岩短纤维生土砖的耐水性要略强于添加聚丙烯纤维生土砖；此外，与对比例1由普通河砂制备的生土砖及普通的未添加任何固化剂的生土砖相比，本发明制备的生土砖在平均抗压强度和平均抗折强度等性能上有了成倍的提高。

实施例7～实施例10是比较尾矿粉的添加比例及粒径对生土砖性能的影响，结合表1可知，在一定范围内，尾矿粉的添加量越多，粒径越细小，制备生土砖的平均抗压强度和平均抗折强度越好。

将上述实施例1～实施例6制备的生土砖标准养护7天，浸水3天，测试平均抗压强度和渗透性系数，得到表2：

表2实施例的生土砖的性能测试表(二)

平均抗压强度(MPa)平均密度(kg/m³)渗透性系数(cm/s)实施例112.718000.202×10^-11实施例215.818500.189×10^-11实施例314.218230.165×10^-11实施例414.218200.200×10^-11实施例515.618450.175×10^-11实施例614.918380.160×10^-11

由表2可知，改性后的生土砖在浸水3天后，仍具备12.7～15.8Mpa的抗压强度，密度仍保持在1800kg/m³以上，因此，本发明制备的生土砖弥补了现有生土砖耐久性差的技术问题；结合表2还可知，添加聚丙烯纤维生土砖的抗渗性要略强于添加玄武岩短纤维生土砖。

以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。