公布日：2023.10.10
申请日：2023.05.13
分类号：C04B28/12(2006.01)I
摘要
本申请涉及免烧砖领域，具体公开了一种洗砂污泥免烧砖及其制备工艺，其中洗砂污泥免烧砖包括以下重量份原料，洗砂污泥500-550份；水泥80-150份；石粉280-320份；生石灰20-50份；固化剂30-50份；改性秸秆纤维140-200份；粘结剂50-100份；减水剂5-20份；早强剂10-20份；水3-11份，改性秸秆纤维为硅烷和丙烯酸酯复合改性秸秆纤维。本申请制备得到的洗砂污泥免烧砖的抗压强度、抗折强度最高分别为42.0MPa、7.73MPa，吸水率、堆积密度最低分别为2.39%、1.51kg/m3，提高了洗砂污泥免烧砖的力学性能。
权利要求书
1.一种洗砂污泥免烧砖，其特征在于，包括以下重量份原料，洗砂污泥500-550份；水泥80-150份；石粉280-320份；生石灰20-50份；固化剂30-50份；改性秸秆纤维140-200份；粘结剂50-100份；减水剂5-20份；早强剂10-20份；水3-11份；所述改性秸秆纤维为硅烷和丙烯酸酯复合改性秸秆纤维。
2.根据权利要求1所述的洗砂污泥免烧砖，其特征在于，所述改性秸秆纤维通过如下步骤制备得到：步骤S1：将0.5-1.2kg硅烷偶联剂、3-4kg单体、0.5-1.7kg乳化剂在30-50℃、1000-1500r/min条件下搅拌形成预聚体；步骤S2：在步骤S1制备的预聚体中加入1-1.5kg水和0.1-0.3kg缓冲剂NaHCO3搅拌，升温至60-80℃，加入0.4-0.5kg引发剂，反应1-3h，调节乳液pH至8~9，得到硅烷与丙烯酸酯复合乳液；步骤S3：将3-5kg秸秆纤维粉碎，干燥后，经碱处理后再烘干，加入到步骤S2制备的硅烷与丙烯酸酯复合乳液中，加热到30-50℃下搅拌，即得硅烷和丙烯酸酯复合改性秸秆纤维。
3.根据权利要求2所述的洗砂污泥免烧砖，其特征在于，所述乳化剂为烯丙氧基羟丙磺酸钠和烷基糖苷混合物。
4.根据权利要求3所述的洗砂污泥免烧砖，其特征在于，所述烯丙氧基羟丙磺酸钠和烷基糖苷重量配比为（0.7-1.2）：1。
5.根据权利要求1所述的洗砂污泥免烧砖，其特征在于，所述改性秸秆纤维和水泥的重量份配比为（1.5-1.7）：1。
6.根据权利要求1所述的洗砂污泥免烧砖，其特征在于，所述减水剂用量占全部原料总重量百分数与洗砂污泥含水量之比0.35-1.5wt%：10-30%。
7.根据权利要求3所述的洗砂污泥免烧砖，其特征在于，所述秸秆纤维的长度为4-10mm。
8.根据权利要求1所述的洗砂污泥免烧砖，其特征在于，所述洗砂污泥免烧砖原料还包括10-50重量份的马来酸酐接枝聚丙烯和聚二甲基硅氧烷混合物。
9.根据权利要求1所述的洗砂污泥免烧砖，其特征在于，所述马来酸酐接枝聚丙烯和聚二甲基硅氧烷的重量份配比为（1-2）：1。
10.权利要求1-9任一项所述的洗砂污泥免烧砖的制备工艺，其特征在于，先对将植物秸秆进行粉碎、改性，得到改性秸秆纤维预料；然后按原料组成称量各组分原料，将石粉、水泥、生石灰混合后，加入到洗砂污泥中，加水中搅拌，再加入改性秸秆纤维预料搅拌；然后加入固化剂和粘结剂以及其余原料搅拌，注模，静置，压制成型，脱模，自然养护，得到洗沙污泥免烧砖。
发明内容
为了提高洗砂污泥免烧砖的力学性能，本申请提供了一种洗砂污泥免烧砖及其制备工艺。
第一方面，本申请提供一种洗砂污泥免烧砖，其采用如下技术方案：一种洗砂污泥免烧砖，包括以下重量份原料，洗砂污泥500-550份；水泥80-150份；石粉280-320份；生石灰20-50份；固化剂30-50份；改性秸秆纤维140-200份；粘结剂50-100份；减水剂5-20份；早强剂10-20份；水3-11份，；所述改性秸秆纤维为硅烷和丙烯酸酯复合改性秸秆纤维。
本申请洗砂污泥免烧砖可选用500-550份洗砂污泥；80-150份水泥；280-320份石粉；20-50份生石灰；30-50份固化剂；140-200份改性秸秆纤维；50-100份粘结剂；5-20重量份减水剂；10-20重量份早强剂；3-11份水；洗砂污泥原料可选用各自范围内的任一值。
通过采用上述技术方案，洗砂污泥含泥量高，砂子颗粒较细，制备免烧砖时，污泥可以填充在砂子的空隙中，与砂子紧密堆积，而且洗沙污泥还可以将其他原料颗粒胶结在一起，提高免烧砖的抗压强度、抗折强度及软化系数，是一种优良的免烧砖的基质材料；加入水泥，可使免烧砖浸水后不开裂，提高免烧砖的强度和耐水性能；加入石粉和生石灰，石粉中的SiO2与生石灰中的CaO水热成具有促凝作用的水化硅酸钙，可以增加免烧砖的粘结力；加入固化剂，可在各个原料之间形成膜状结构，提高原料间的包裹聚合作用和弹性模量，增强免烧砖的力学性能；加入粘结剂，可以增加免烧砖的热导率和粘结力，提高稳定性；加入减水剂，对免烧砖原料起着分散的作用，还能增强其流动性，改善工作性能，减少单位用水量，降低水灰比的作用，起到提高砖坯强度的作用；加入早强剂，同原料中的水泥形成能促凝的复杂化合物，这些化合物能为C3S、GaS的水化、结晶提供晶核，加速水泥组分的溶解，促进水化反应进行，最终提高免烧砖力学性能；加入水，可以促进洗砂污泥免烧砖原料的拌合；改性秸秆纤维的加入，一方面，秸秆纤维的结构呈多孔状，且其优异的亲水性有助于存储拌制时的水分，使得水化反应过程持续充分地开展，同时所存水分还可优化免烧砖内部的湿度指数，发挥内养护的功能；另一方面，秸杆纤维的掺入可以增加基材的连续性，改善其孔隙结构和抑制裂缝的生长，从而提高基材的力学性能；丙烯酸酯中的C＝C双键和硅烷偶联剂发生加成反应，将硅烷偶联剂中的基团引入到丙烯酸酯聚合物分子链上，增加丙烯酸酯与硅烷偶联剂之间的交联，形成大分子链连接成网状的结构，秸秆纤维表面有大量羟基的存在，硅烷偶联剂可与其发生反应，在纤维与丙烯酸酯乳液之间形成“桥梁”，附着在秸秆纤维的表面，增加其交联网络，改善两者的相容性，还起到防止秸秆纤维团聚的作用，提高其分散性，并促进硅烷和丙烯酸酯复合改性秸秆纤维的粘合性；从而增强免烧砖的力学性能。
作为优选：所述改性秸秆纤维通过如下步骤制备得到：步骤S1：将0.5-1.2kg硅烷偶联剂、3-4kg单体、0.5-1.7kg乳化剂在30-50℃下，在1000-1500r/min下搅拌形成预聚体；步骤S2：在步骤S1制备的预聚体中加入1-1.5kg水和0.1-0.3kg缓冲剂NaHCO3搅拌，升温至60-80℃，加入0.4-0.5kg引发剂，反应1-3h，调节乳液pH至8～9，得到硅烷与丙烯酸酯复合乳液；步骤S3：将3-5kg秸秆纤维粉碎，干燥后，经碱处理后再烘干，加入到步骤S2制备的硅烷与丙烯酸酯复合乳液中，加热到30-50℃下搅拌，即得硅烷和丙烯酸酯复合改性秸秆纤维。
通过上述技术方案，首先在硅烷偶联剂、单体、乳化剂预聚形成种子，在加入水和缓冲剂，在60-80℃下加入引发剂作用下发生自交联得到硅烷与丙烯酸酯复合乳液；先用碱性溶液对秸秆纤维进行处理，除去秸秆纤维表面的半纤维素、木质素、果胶等物质，改变纤维表面的粗糙度，增强纤维与聚合物的界面结合能力；将秸秆纤维和硅烷与丙烯酸酯复合乳液在30-50℃充分融合，促使偶联剂与秸秆纤维形成化学键来改善秸秆纤维与乳液间的界面相容性，从而提高秸秆纤维在洗砂污泥免烧砖原料体系中的交联密度，进一步提高洗砂污泥免烧砖的力学性能。
作为优选：所述乳化剂为烯丙氧基羟丙磺酸钠和烷基糖苷混合物。
通过上述技术方案，两种乳化剂复合使用时，反应型烯丙氧基羟丙磺酸钠形成负电子层，烷基糖苷上的亲水基团形成氢键，二者的乳化剂分子交替吸附在乳胶粒子表面上，形成稳定的结构，可提高聚合物乳液稳定性，促进硅烷和丙烯酸酯复合改性秸秆纤维的稳定性，从而提高洗沙污泥免烧砖的力学性能。
作为优选：所述烯丙氧基羟丙磺酸钠和烷基糖苷重量配比为(0.7-1.2)：1。
通过上述技术方案，控制烯丙氧基羟丙磺酸钠和烷基糖苷重量配比为(0.7-1.2)：1，可进一步提高洗沙污泥免烧砖的力学性能。
作为优选：所述改性秸秆纤维和水泥的重量比为(1.5-1.7)：1。
通过上述技术方案，控制改性秸秆纤维和水泥的重量比为(1.5-1.7)：1，改性秸秆纤维表面的硅烷偶联剂，水解后形成硅羟基，与水泥及其水化后表面产生的羟基缩合成键，二者间以硅氧共价键相连，起到连接有机聚合物与水化产物的作用，从而增加秸秆纤维和水泥之间的交联网络，进一步提高免烧砖的力学性能。
作为优选：所述减水剂用量占全部原料总重量百分数与洗砂污泥含水量之比0.35-1.5wt％：10-30％。
通过上述技术方案，控制减水剂用量占全部原料总重量百分数与洗砂污泥含水量之比0.35-1.5wt％：10-30％，可以进一步调节免烧砖原料中的水分含量，使体系整体处于合适的水分含量下，提高原料的和易性，进而提高洗砂污泥的力学性能。
作为优选：所述秸秆纤维的长度为4-10mm。
通过上述技术方案，将秸秆纤维的长度控制到为4-10mm，能够有效填充下沙污泥免烧砖的孔隙，使洗沙污泥免烧砖内部的结构变得更加密实，从而提高洗沙污泥免烧砖力学性能。
作为优选：所述洗砂污泥免烧砖原料还包括10-50重量份马来酸酐接枝聚丙烯和聚二甲基硅氧烷混合物。
通过上述技术方案，将洗砂污泥免烧砖原料还包括马来酸酐接枝聚丙烯和聚二甲基硅氧烷混合物，马来酸酐接枝聚丙烯可以增强原料分散性，聚二甲基硅氧烷的表面张力低，使得洗沙污泥免烧砖原料更好的分散，还可消除搅拌过程体系中产生大量的气泡，两者的复配使用可以提高免烧砖原料的流动性，提高了体系的致密度，进一步提高免烧砖力学性能。
作为优选：所述马来酸酐接枝聚丙烯和聚二甲基硅氧烷的重量份配比为(1-2)：1。
通过上述技术方案，控制马来酸酐接枝聚丙烯和聚二甲基硅氧烷的重量份配比为(1-2)：1，可进一步提高洗沙污泥免烧砖的力学性能。
第二方面，本申请提供一种上述任一项所述的洗砂污泥免烧砖的制备工艺。
一种洗砂污泥免烧砖的制备工艺，其包括如下操作步骤：先对将植物秸秆进行粉碎、改性，得到改性秸秆纤维预料；然后按原料组成称量各组分原料，将石粉、水泥、生石灰混合后，加入到洗砂污泥中，加水中搅拌，再加入改性秸秆纤维预料搅拌；然后加入固化剂和粘结剂以及其余原料搅拌，注模，静置，压制成型，脱模，自然养护，得到洗沙污泥免烧砖。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：(1)本申请通过调节各原料的种类和掺量，将改性秸秆纤维制备为硅烷和丙烯酸酯复合改性秸秆纤维，制备得到的洗砂污泥免烧砖的抗压强度、抗折强度最高分别为42.0MPa、7.73MPa，吸水率、堆积密度最低分别为2.39％、1.51kg/m3，力学性能较好。
(2)本申请通过控制改性秸秆纤维和水泥的重量份配比，增加秸秆纤维和水泥之间的交联网络，使制备得到的洗砂污泥免烧砖的抗压强度、抗折强度分别为32.2MPa、6.37MPa，吸水率、堆积密度分别为4.99％、1.63kg/m3，提高了洗砂污泥免烧砖的力学性能。
(3)本申请通过控制马来酸酐接枝聚丙烯和聚二甲基硅氧烷的重量份配比，提高了提高洗砂污泥免烧砖体系的致密度，使制备得到的洗砂污泥免烧砖的抗压强度、抗折强度分别为35.7MPa、6.86MPa，吸水率、堆积密度分别为4.04％、1.58kg/m3，进一步提高了洗砂污泥免烧砖的力学性能。
(4)本申请通过控制烯丙氧基羟丙磺酸钠和烷基糖苷的重量份配比，提高了硅烷和丙烯酸酯复合改性秸秆纤维的稳定性，使制备得到的洗砂污泥免烧砖的抗压强度、抗折强度分别为42.0MPa、7.73MPa，吸水率、堆积密度分别为2.39％、1.51kg/m3，进一步提高了洗砂污泥免烧砖的力学性能。
（发明人：吴平凡）
