申请日2015.05.22
公开(公告)日2015.08.19
IPC分类号C04B20/06; C04B38/10; C04B28/04
摘要
本发明公开了一种污泥陶粒和陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块及砌块的制备方法，污泥陶粒由建筑垃圾、粉煤灰和石粉中的至少一种与污泥混合造粒后在高温下膨化得到，得到的污泥陶粒具有密度小、强度高、导热系数低、耐腐蚀性强的特点，以其为骨料与污泥陶粒、低钙二级粉煤灰、普通硅酸盐水泥、碎硝、微晶无机材料、水及助剂等通过物理发泡法可制备出密度小、强度高、隔热保温性能优、收缩率小、吸水率低、抗渗性能强、抗冻性好、防火和耐久性优、隔音吸音效果好、抗震减震性好的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块;且制备方法简单，成本低，满足工业化生产。
权利要求书
1.一种污泥陶粒，其特征在于，由建筑垃圾、粉煤灰和石粉中的至少一种与污 泥混合造粒后在1100℃～1300℃高温下膨化得到。
2.根据权利要求1所述的污泥陶粒，其特征在于，建筑垃圾、粉煤灰和石粉中 的至少一种与污泥的质量比为20～40:30～50，其中，各组分的含水量均在20wt%～ 45wt%之间。
3.根据权利要求1所述的污泥陶粒，其特征在于，所述的污泥陶粒粒径为15～ 25mm，密度为250～300kg/m3。
4.根据权利要求1所述的污泥陶粒，其特征在于，所述的污泥陶粒通过如下方 法制备得到：将建筑垃圾、粉煤灰和石粉中的至少一种与污泥混合，平衡水分含 量至30wt%～45wt%后，通过造粒机造粒，造粒所得颗粒物置于陶粒回转窑中， 在1100℃～1300℃温度下膨化，即得。
5.一种含权利要求1～4任意一项所述污泥陶粒的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌 块，其特征在于，由包括以下质量百分比组分在内的原料，通过物理发泡、模具 成型得到：
污泥陶粒 20%～30%，
低钙二级粉煤灰 15%～25%，
普通硅酸盐水泥 15%～25%，
碎硝 3%～8%，
微晶无机材料 3%～8%，
水 20%～30%。
6.根据权利要求5所述的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块，其特征在于，所述 的碎硝粒度为25～35目;所述的微晶无机材料粒度为70～100目。
7.根据权利要求5所述的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块，其特征在于，所述 的原料中包括活性增韧助剂、纳米增强促进剂和保水剂;所述的活性增韧助剂、 纳米增强促进剂和保水剂的用量与水的质量比例为0.5～1.5:0.5～1.5:0.5～1.5:30。
8.制备权利要求5所述的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块的方法，其特征在于， 包括以下步骤：
步骤一：制备污泥陶粒
将建筑垃圾、粉煤灰和石粉中的至少一种与污泥混合，平衡水分含量至 30wt%～45wt%后，通过造粒机造粒，造粒所得颗粒物置于陶粒回转窑中，在 1100℃～1300℃温度下膨化，即得污泥陶粒;
步骤二：制备陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块
将步骤一所得污泥陶粒与其它原料混合均匀后，置于搅拌速率维持在40～ 70r/min范围内的搅拌机中进行低速搅拌，同时通过高压泵输送器向搅拌机中的 混合物料内输送高压气体使混合物料进行发泡，控制发泡量为35～45秒/m3;发 泡完成后，混合物料通过模具浇注成型，再依次经过养护，脱模，切割，即得陶 粒增强泡沫混凝土自保温砌块。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，模具浇注成型过程中控制初凝时 间>35min，终凝时间<8h。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，发泡时间为2～3min。
说明书
一种污泥陶粒和陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块及砌块的制备方法
技术领域
本发明涉及一种污泥陶粒和陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块及砌块的制备方法，属于绿色建筑材料制备技术领域。
背景技术
我国环境保护的任务极其艰巨，其中如火力发电、采矿业的工业废弃物、江湖淤泥和城市生活污泥、建筑工程废渣的处理都极为棘手。另一方面，经济发展、城镇化进程的加快和人民生活水平的提高对房屋建筑的需求在迅速扩张。而在建筑业中，砖混结构和框剪框架结构依然是主要的建筑体系，粘土实心砖和其他轻质材料。在墙体材料中依然处于霸主地位，这类建筑砌体材料不仅抗震能力低，容易出现渗水、开裂、空鼓，而且耗费工时，造价高，保温效果差，还要消耗宝贵的粘土资源和大量燃煤造成了对环境的污染。为了解决国计民生中这些重大问题，建筑节能降低能耗是一项极其重要的任务，在十一五期间建筑行业能耗占到全社会总能耗的45%～50%，随着市场经济的发展，我国城镇将新建50～60亿平方米的建筑，到十二五期间国家提出全国范围内严格按达到65%的建筑节能标准强制性执行，而市场上轻质墙体材料无疑符合这一项指标，其可提供优良的具有自保温、隔音、抗震、防火、防渗水、轻质高强等耐久性好的产品，并不尽如人意，因此需要创新和进一步改进，而本发明方法制作的产品完全能达到现行的国家和地方建筑节能设计规范要求。中国专利(公开号为CN 104556859 A)公开了一种含再生骨料的轻质墙体材料制作工艺，该工艺主要是将废弃混凝土、废弃砖即废弃陶瓷等粉碎作为骨料，用于制备一种料重量轻、保温隔热性能优良、强度耐久性好，对能源消耗较小，对环境无污染的墙体材料。但是其再生骨料实为实心材料，密度相对较大，至少是在800kg/m3以上，制成的轻质墙体材料质量相对较大，保温效果不算理想。
发明内容
针对现有技术中的轻质墙体材料存在的缺陷，本发明的一个目的是在于通过污泥及建筑废弃材料等通过膨化获得一种成本低、密度小、强度高、导热系数低、耐腐蚀性强的污泥陶粒。
本发明的另一个目的是在于提供一种基于改性陶粒获得的密度小、强度高、隔热保温性能优、收缩率小、吸水率低、抗渗性能强、抗冻性好、防火和耐久性优、隔音吸音效果好、抗震减震性好的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块。
本发明还有一个目的是在于提供一种工艺简单、低成本制备所述陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块的方法。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种污泥陶粒，该污泥陶粒由建筑垃圾、粉煤灰和石粉中的至少一种与污泥混合造粒后在1100℃～1300℃高温下膨化得到。
优选的污泥陶粒由建筑垃圾、粉煤灰和石粉中的至少一种与污泥按质量比20～40:30～50混合造粒后高温膨化得到;其中，建筑垃圾、粉煤灰和石粉及污泥的含水量均在20wt%～45wt%之间。
优选的污泥陶粒粒径为15～25mm。
优选的污泥陶粒密度为250～300kg/m3。
本发明采用的污泥根据来源可以为生活污水污泥、工业废水污泥或给水污泥，这些污泥的主要成分大体相同都满足本发明陶粒的制备要求。
本发明的污泥陶粒的制备必须要控制好温度条件，在合适的高温条件下，一方面有利于水分的快速挥发和膨胀，进行内部造孔，另一方面使污泥陶粒原料在高温条件下闭孔，形成闭微孔结构，赋予了陶粒质轻、高强、导热系数低的特点。在高温作用下，污泥陶粒原料外表玻璃质化，导致外表坚硬，且在自身的表面张力作用下，进行收缩闭孔。采用本发明的陶粒制成的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块密度仅为普通混凝土切块密度的40%～50%;导热系数为普通混凝土切块的1/5～1/3。
本发明的污泥陶粒的制备必须要将污泥配合建筑垃圾、粉煤灰和石粉等使用，污泥起到很好的粘结作用，有效增强污泥陶粒的强度，同时大大降低污泥陶粒的密度。
本发明获得的污泥陶粒具有较为标准的椭球形或球形或碎石形，颜色为棕色或褐色。
本发明的建筑垃圾破碎到粒径为2～5mm范围内再使用。
本发明的粉煤灰和石粉的粒度都在70～90目范围内。
优选的污泥陶粒通过如下方法制备得到：将建筑垃圾、粉煤灰和石粉中的至少一种与污泥混合，平衡水分含量至30wt%～45wt%后，通过造粒机造粒，造粒所得颗粒物置于陶粒回转窑中，在1100℃～1300℃温度下膨化，即得。
本发明的污泥陶粒的制备最好控制污泥陶粒原料的水分含量在30wt%～45wt%之间，可以有效调节污泥陶粒的孔结构，水分在高温条件下快速挥发、膨胀，使污泥陶粒内部形成发达的孔系结构。
本发明提供了一种陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块，该陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块由包括以下质量百分比组分在内的原料，通过物理发泡、模具成型得到：污泥陶粒20%～30%，低钙二级粉煤灰15%～25%，普通硅酸盐水泥15%～25%，碎硝3%～8%，微晶无机材料3%～8%，水20%～30%。较优选的原料配方是：污泥陶粒25%～30%，低钙二级粉煤灰18%～20%，普通硅酸盐水泥20%～25%，碎硝3%～8%，微晶无机材料3%～8%，水25%～30%。
优选的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块中碎硝粒度为25～35目。
优选的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块中微晶无机材料粒度为70～100目。
优选的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块中所述的原料中包括活性增韧助剂、纳米增强促进剂和保水剂。
较优选的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块中原料还包括活性增韧助剂、纳米增强促进剂和保水剂。
较优选的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块中原料活性增韧助剂、纳米增强促进剂和保水剂的用量与水的质量比例为0.5～1.5:0.5～1.5:0.5～1.5:30。
本发明的活性增韧助剂、纳米增强促进剂和保水剂都为市售常助剂。如活性增韧助剂可购买于东莞市樟木头丹盛塑胶原料经营部的改性PE M-521、纳米增强促进剂可购买于上海汉达化工技术有限公司和保水剂可购买于山东一藤的CMC。本发明不局限于这些厂家生产的产品，本领域的其它活性增韧助剂、纳米增强促进剂和保水剂也适用于本发明。
本发明采用的普通硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥325R/425R。
本发明还提供了一种制备所述的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：制备污泥陶粒
将建筑垃圾、粉煤灰和石粉中的至少一种与污泥混合，平衡水分含量至30wt%～45wt%后，通过造粒机造粒，造粒所得颗粒物置于陶粒回转窑中，在1100℃～1300℃温度下膨化，即得污泥陶粒;
步骤二：制备陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块
将步骤一所得污泥陶粒与其它原料混合均匀后，置于搅拌速率维持在40～70r/min范围内的搅拌机中进行低速搅拌，同时通过高压泵输送器向搅拌机中的混合物料内输送高压气体使混合物料进行发泡，控制发泡量为35～45秒/m3;发泡完成后，混合物料通过模具浇注成型，再依次经过养护，脱模，切割，即得陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块。
优选的制备方法中模具浇注成型过程中控制初凝时间>35min，终凝时间<8h。
优选的制备方法中颗粒物从陶粒回转窑顶部加速进入陶粒回转窑中，颗粒物在下落经过陶粒回转窑内的1100℃～1300℃高温区域时，进行瞬间沸腾和挥发水分，发生膨胀。
优选的制备方法中发泡时间为2～3min。
优选的制备方法中发泡温为3℃～36℃，一般在室温下即可进行发泡。
本发明发泡用高压空气压力为0.08kPa。
优选的制备方法中养护包括加热养和/或蒸汽养和/或静养。所述的静养为：在夏季每天喷水二至三次，在冬季则无需喷水，在冬天静养时间比夏天要延长2～3天。所述的加热养和/或蒸汽养时间为6～8h。本发明的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块制备过程中，在模具浇注成型后，可以先采用加热或蒸汽方式养护6～8小时，再静养24小时后，脱模、切割，再进一步静养7天，此时，陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块的强度可达到与传统混凝土静养28天相同的强度效果。
本发明的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块可以根据需要制成实心类和空心 类，分别适用于承重砌块体和非承重砌块体。也可以根据需要设计成不同形状。制得的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块可以直接作为砖块使用。
优选的制备方法中污泥陶粒较优的制备原料是污泥配合建筑垃圾、粉煤灰、石粉中的至少一种使用。进一步优选为污泥与建筑垃圾、粉煤灰、石粉中的至少一种按质量比30～50:20～40配合使用(各组分的含水量都在20wt%～45wt%之间)。最佳为污泥与建筑垃圾、粉煤灰、石粉混合使用，其中，污泥的干基质量为30～50份，建筑垃圾、粉煤灰和石粉的总质量为20～40份;建筑垃圾、粉煤灰和石粉质量比为1:0.5～1.5:0.5～1.5。
优选的制备方法中陶粒前驱体颗粒物的平衡水分过程可以通过加水调节湿度，或者将陶粒回转窑窑头的余热引风回收，利用热空气对颗粒物进行干燥。
相对现有技术，本发明带来的有益效果：
1、本发明通过污泥及建筑废弃材料等通过特殊方法获得一种密度小、强度高、外表坚硬、导热系数低、耐腐蚀性能好的污泥陶粒。污泥陶粒内部具有丰富的独立闭微孔，赋予了污泥陶粒质轻、高强、且导热系数低的特性。污泥陶粒配制的混凝土切块的密度为仅为相同标号的普通混凝土切块密度的40%～50%，导热系数为普通混凝土切块的1/5～1/3;污泥陶粒制备的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块(MPa/A5.0B07)-700kg容重，污泥陶粒制备的陶粒混凝土多排孔砖强度为(5.0MPa)容重为1200kg。污泥陶粒可广泛应用与混凝土、建材、园艺、石油、化工、耐火保温材料等领域。
2、污泥陶粒的原料来源广，绝大部分为污泥和固体建筑垃圾，解决了现有固体垃圾难以处理的难题;并且污泥陶粒的制备方法简单、生产成本低。
3、污泥陶粒作为骨料结合增强泡沫混凝土使用，可获得密度轻、强度高、隔热保温性能优、收缩率小、吸水率低、抗渗性能强、抗冻性好、防火和耐久性优、隔音吸音效果好、抗震减震性好的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块。并且污泥陶粒作为骨料使用可以通过调节超轻陶粒的堆积密度和掺量即可获得不同强度和密度的陶粒增强混凝土自保温砌块。该切块可广泛应用于工业与民用建筑的各类型预构件和现浇混凝土工程中，大大减轻建筑物荷载，不需做内外墙保温和外墙防水，完全解决了外墙保温和防水的后顾之忧。
本发明的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌基于污泥陶粒的结构特点，污泥陶粒 结合水泥使用协同增强水泥粘结效果，在陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块凝结初期，陶粒会吸收水泥砂浆中的部份水分，使其水灰比降低，有效提高了水泥增强泡沫砂浆的早期强度，而后随着增强泡沫混凝土龄期的延长，混凝土的水分不断蒸发而逐渐缺水，此时已吸收饱和水分的逃离会开始泻出水分，是水泥砂浆逐渐水化、养护，即有利于提高水泥砂浆的强度，也有利于提高水泥增强泡沫砂浆与陶粒界面的密实性和强度;本发明的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块在加热或蒸汽养护7小时后，再24小时静养后可脱模、切割后静养7天强度可达到与传统混凝土28天相应的效果。
本发明的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块中的细骨料采用碎硝、微晶无机材料以及低钙二级粉煤灰，可有效减少水泥的掺合量，减轻砌块密度、提高隔热保温性能。
本发明的陶粒增强混凝土自保温砌块内部具有大量独立的闭微孔(由污泥陶粒提供)，闭微孔有效降低了吸水率，也提高了轻质、隔热保温和抗冻性能。陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块中采用的胶凝材料为水泥，具有强度稳定的特点。制备的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块导热系数低，导热系数0.158w/(m.k)，比普通混凝土低3～5倍(普通混凝土切块导热系数1.0～1.2w/m.k);放射性内照射指数低于IRa0.2，外照射指数低于IRa0.6;抗冻性冻后强度MPa5.4，干燥收缩值mm/m0.17;耐火性是普通混凝土的5倍多。
4、陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块的制备方法采用物理发泡法，具有工艺简单、易操作、生产成本低等一系列优点，且不使用发泡剂，和铝粉、双氧水等化学发泡材料。解决了现有的化学发泡工艺存在发泡性能不稳定，造价高而且有害健康不环保的缺陷。且本发明的陶粒增强泡沫混凝土自保温砌块配方不适合于化学发泡法制备，化学发泡剂对砌块的强度有较大的影响。
