抗泛碱焚烧垃圾底灰地聚物实心砖的制备方法及实心砖与流程

1.本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种抗泛碱焚烧垃圾底灰地聚物实心砖的制备方法。


背景技术：

2.随着我国社会经济的快速发展，与城市化的不断加快，人民在生产与生活过程中产生的垃圾废物也随之增加，城市生活垃圾的露天堆放将释放大量氨、硫化物等有害气体，同时也会造成地表水和地下水的严重污染；生活垃圾含有大量热值的物质，燃烧后放出热量，可用来发电，将进一步提升资源综合利用效益，相较于卫生填埋、堆肥等处理方式，垃圾焚烧能最大程度地实现垃圾处置的减量化和资源化随着焚烧处理技术的不断提升，垃圾焚烧处理逐步得到社会的认可，并成为我国城市生活垃圾最主要的处理方式。
3.焚烧垃圾底灰是城市生活垃圾焚烧的主要产物，相关研究表明，底灰主要由不同类型的大颗粒物组成，包括玻璃、熔融渣块、石块和小金属碎片等，属于可直接回收利用的固体废弃物。垃圾焚烧底灰的主要成分为铝硅酸盐，与水泥成分相似，是一种可利用资源。若能对其综合利用，不但可以节约土地资源，还可以改善环境，促进可持续发展。由于缺乏良好的底灰回收利用技术，我国底灰的无害化处理仍以填埋为主，其不仅浪费大量的人力与物力资源，还对环境造成污染；垃圾底灰的多渠道、大规模资源化安全消纳已迫在眉睫。但是由于底灰中所含的金属铝，其和水泥的兼容性较差，所制备的砖材力学性能较差，此外，随着龄期的增加砖材表面易产生裂缝。
4.近年来，地聚物因其优异的性能受到了国内外学者的关注，其多以天然铝硅酸盐矿物或工业固体废物为主要原料，与其他矿物掺合料以及适量碱硅酸盐溶液充分混合后，在常温和蒸压条件下养护成型，制备过程能耗低、排放低，且能提供与水泥基胶凝材料相似的性能，故被认为是一种低碳胶凝材料。但是由于其引入了强碱作为激发剂，凝胶结构中的活性碱金属离子的弱结合性使其容易从地聚物中浸出。地聚物泛碱物质多呈白色粉末状、絮状，沉积或附着于材料表面，成分主要为碳酸钠和碳酸氢钠，地聚物材料的泛碱可能还会影响地聚物长期的力学性能。如何抑制泛碱现象是提高地聚物推广应用的一个亟需解决的难题。
5.相关研究表明，采用高温水热固化方法或热固化方法可以通过加速地聚合反应而一定程度降低地聚物的泛碱现象，但是高温养护会消耗一定的能源，不利于实际应用；此外，地聚物的泛碱现象还取决于地聚物混合物中所使用的激发剂类型和前驱体材料，采用钾基激发剂制备的试件比钠基激发剂制备的试件，泛碱程度更低，但是钾基激发剂的成本过高，如何低成本地获得抗泛碱性能好的实心砖是本领域亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于，提供一种抗泛碱焚烧垃圾底灰地聚物实心砖的制备方法，将焚烧垃圾底灰进行规模化利用，进而有效缓解现有焚烧垃圾底灰堆放或填埋造成的环境污
染，提升地聚物实心砖的强度和抗泛碱性能，所述实心砖具有强度高、碱掺量低、制备工艺简单、成本较低等优点，制备过程无需煅烧，无需蒸养，低碳环保。
7.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现的：一种抗泛碱焚烧垃圾底灰地聚物实心砖的制备方法，包括以下步骤：s1，按照液固比20：1将焚烧垃圾底灰骨料放于异丁基三乙氧基硅烷混合溶液中均匀分散，并浸泡至少24h，保证骨料表面被完全包覆，之后再对骨料进行水洗至中性后，筛分分离，然后进行固化，固化至质量不再改变时，在焚烧垃圾底灰骨料表面形成疏水膜；此处疏水处理剂的加入量要明显淹没焚烧垃圾底灰骨料，且能够使焚烧垃圾底灰骨料在疏水处理剂中搅动起来。所述异丁基三乙氧基硅烷混合溶液中各物质的质量比为：异丁基三乙氧基硅烷/异丙醇/水=8/10/2；s2，称取疏水处理后的焚烧垃圾底灰骨料、抗碱活性粉料、固废基微粉和固体激发剂混合，得到混合干料；s3，将混合干料在搅拌机中慢速搅拌1-2分钟；s4，用量筒称取水，倒入混合干料中；s5，快速慢速交替搅拌3-5分钟后加入废弃纤维，充分混合均匀后装入模具中并振实；慢速速度为60-65r/min，快速速度为120-125r/min，能使固废在碱性环境下反应更加均匀充分，制备出的试件性能更好；s6，在标准养护室条件下养护1天后拆模，采用疏水处理剂进行表面喷涂，置于标准养护室中密封养护28天，获得抗泛碱焚烧垃圾底灰地聚物实心砖。
8.在s1中，所述焚烧垃圾底灰骨料的粒径控制在0.1mm-4.75mm，细度模数控制为1.5-2.0，焚烧垃圾底灰骨料的烧失量＜10％，有色金属和黑色金属含量＜0.5％。
9.在s6中，在标准养护室中，需采用保鲜膜对其密封养护。
10.进一步的，以重量分数计，所述抗泛碱焚烧垃圾底灰地聚物实心砖包括以下组分：疏水处理后的焚烧垃圾底灰骨料30～60％、抗碱活性粉料3～5％、固废基微粉10～50％、固体激发剂5～10％、废弃纤维0.1～0.5％、水10～20％、疏水处理剂0.01％-0.02％。此处疏水处理剂的加入量以s6中喷涂的疏水处理剂的用量为准；所述抗碱活性粉料和固废基微粉中硅铝摩尔比1.5-3。
11.进一步的，所述焚烧垃圾底灰骨料经过风化3个月、水洗及磁选分离金属处理后所得；所述抗碱活性粉料为92硅灰、纳米二氧化硅中的至少一种；所述固废基微粉为粉煤灰、矿渣、煤矸石及钢渣中的至少一种；所述固体激发剂包括无水偏硅酸钠、五水硅酸钠、速溶硅酸钠或氢氧化钠中的至少一种；所述废弃纤维的长度为12～20mm，密度为1.55g/cm3，断裂强度为0.4n/tex。
12.进一步的，在s6中，在试件拆模后进行喷涂两次，喷涂两次之间的间隔时间至少为6h。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的地聚物实心砖，具有强度高、早期强度发展速率快、碱掺量低等特点，原材料大多为工业固废材料，成本较低，来源广泛，将焚烧垃圾底灰等废弃物得到资源化利用，有效缓解现有焚烧垃圾底灰堆放或填埋造成的环境污染。制备过程无需煅烧，无需蒸养，低碳环保，具有良好的经济与社会效益，实现了工业固废的无害化和资源化利用。
14.本发明中仅掺入3％-5％的固体碱激发剂，碱掺量少，且选择固体激发剂，不用提前配置，试样进行常温养护即可，制备成本低，能耗少，不适用于大批量应用。
15.本技术配方组成通过固废的不同掺量控制了合适的硅铝比，所制备的实心砖属于高钙碱激发体系，焚烧垃圾底灰骨料能够大量引入，焚烧垃圾底灰骨料作为惰性组分，起到填充作用，能够起到较好的抗泛碱作用，实心砖的抗压强度可达到20-50mpa。
16.本发明通过添加低成本的92硅灰抗碱活性粉料和多次使用疏水处理剂联合改善试件的抗泛碱性能，既可效改善地聚物浆体的密实度，减小孔隙结构，有效降低地聚物泛碱概率及危害，使骨料和砖块表面都形成憎水薄膜，限制砖块表面及内部的碱金属离子和空气中的co2，在砖块敲碎或磕碰状态下仍能起到较好的抗泛碱作用，同等条件下，本发明制备方法获得的抗碱活性粉料的地聚物实心砖养护28d时，抗压强度能够提升12-25％。
17.由于城市焚烧垃圾底灰骨料为多孔结构，同时表面存在丰富的si-oh基团，异丁基三乙氧基硅烷分子间会缩聚成低聚物，与底灰表面的羟基反应生成氢键，因此会有低聚物包裹在底灰表面。本发明直接对骨料进行浸泡包裹式的异丁基三乙氧基硅烷改性处理，一方面防止骨料内部物质在碱激发环境的不利反应（极少量金属铝会产生氢气）导致试件的膨胀发生，另一方面大大降低钠离子在试件内部的迁移，提高试件料混合的均匀性，泛碱是钠离子在混凝土内部迁移至表面，处理后，降低了钠离子在混凝土内部的传输，也减少了骨料中的金属铝在碱性环境中的暴露，直接在进行标准养护再次疏水喷涂即可获得成品，且浸泡过程能够保证骨料表面疏水膜的均匀分布，再次喷涂保证成品表面的抗碱性，在不影响试件力学性能的前提下避免局部泛碱现象发生。
具体实施方式
18.下面通过实施例对本发明作进一步说明。应该理解的是，本发明实施例所属配方仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明配方的简单改进都属于本发明要求保护的范围。
19.本发明提供的一种抗泛碱焚烧垃圾底灰地聚物实心砖，其特征在于，以重量分数计，包括以下组分：疏水处理后的焚烧垃圾底灰骨料30～60％、抗碱活性粉料3～5％、固废基微粉10～50％、激发剂5～10％、废弃纤维0.1～0.5％、水10～20％、疏水处理剂0.01％-0.02％。所述抗碱活性粉料和固废基微粉中硅铝摩尔比1.5-3。
20.所述的抗泛碱焚烧垃圾底灰地聚物实心砖的制备方法包括以下步骤：s1，按照液固比20：1将焚烧垃圾底灰骨料放于异丁基三乙氧基硅烷混合溶液中均匀分散，并浸泡至少24h，保证骨料表面被完全包覆，之后再对骨料进行水洗至中性后，筛分分离，然后进行固化，固化至质量不再改变时，在焚烧垃圾底灰骨料表面形成疏水膜；所述异丁基三乙氧基硅烷混合溶液中各物质的质量比为：异丁基三乙氧基硅烷/异丙醇/水=8/10/2；s2，称取疏水处理后的焚烧垃圾底灰骨料、抗碱活性粉料、固废基微粉和固体激发剂混合，得到混合干料；s3，将混合干料在搅拌机中慢速搅拌1-2分钟；s4，用量筒称取水，倒入混合干料中；s5，快速慢速交替搅拌3-5分钟后加入废弃纤维，充分混合均匀后装入模具中并振
实；s6，在标准养护室条件下养护1天后拆模，采用疏水处理剂进行表面喷涂，置于标准养护室中密封养护28天，获得抗泛碱焚烧垃圾底灰地聚物实心砖。
21.实施例：为了进一步说明本发明制备方法的优势，对养护7天、28天后的实心砖进行相关性能测试，包括抗压强度和泛碱程度。
22.对比未进行抗泛碱处理实心砖与抗泛碱处理实心砖的抗压强度，对比两种实心砖在泛霜试验后的泛碱程度。参照规范《砌墙砖试验方法》（gb/t 2542-2012）对实施例进行性能测试。
23.①
原料配合比焚烧垃圾底灰骨料的烧失量＜10％，有色金属和黑色金属含量＜0.5％，粒径为0.1mm-4.75mm，细度模数为1.6-2.0；固废基微粉可以为s95级矿渣、一级粉煤灰和钢渣微粉的混合物，抗碱活性粉料为92硅灰，四者的质量比为：s95级矿渣：一级粉煤灰：92％硅灰：钢渣微粉=3：2：1：2。
24.废弃纤维为采用矿渣制备的耐碱玻璃废弃纤维，长度为12～20mm，密度为1.55g/cm3，断裂强度为0.4n/tex。
25.固体碱激发剂采用的为模数1.0-2.0的无水偏硅酸钠。
26.a（未进行疏水处理）焚烧垃圾底灰骨料513份固废基微粉486份；固体碱激发剂54份废弃纤维5份水189份此配方下，直接将所有固体粉料混合后，加入水，再加入废弃纤维混合均匀有在模具中进行标准养护处理28天。
27.b（仅进行表面喷涂）焚烧垃圾底灰骨料513份固废基微粉408份；抗碱活性粉料78份固体碱激发剂54份废弃纤维5份水189份疏水处理剂0.2份此配方下，直接将所有固体粉料混合后，加入水，再加入废弃纤维混合均匀有在模具中进行标准养护1天后拆模，采用疏水处理剂进行试件表面喷涂，再在标准养护室中密封养护28天。
28.c（进行本文抗泛碱处理）疏水处理后的焚烧垃圾底灰骨料513份固废基微粉408份；
抗碱活性粉料78份碱激发剂54份废弃纤维5份水189份疏水处理剂0.2份。
29.将1份焚烧垃圾底灰骨料在20份异丁基三乙氧基硅烷混合溶液（异丁基三乙氧基硅烷/异丙醇/水=8/10/2）中均匀分散，在常温下进行浸泡24h后，对骨料进行水洗至中性后，在60℃下真空干燥12h，获得疏水处理后的焚烧垃圾底灰骨料。
30.此配方下，对焚烧垃圾底灰骨料进行异丁基三乙氧基硅烷混合溶液浸泡处理后，再将所有固体粉料混合后，加入水，再加入废弃纤维混合均匀有在模具中进行标准养护1天后拆模，再采用疏水处理剂进行试件表面喷涂，再在标准养护室中密封养护28天。
31.②
地聚物实心砖抗压强度从表1可以看出，本发明技术方案制备的实心砖，同等条件下未经过泛碱处理的实心砖抗压强度为39.2mpa，经过常规泛碱处理后的砖抗压强度为未经过泛碱处理砖抗压强度的125％，达到了49.2mpa，经过本文泛碱处理后的砖抗压强度为未经过泛碱处理砖抗压强度的131％，达到了51.2mpa，可以达到mu50标准的要求。
32.③
地聚物实心砖泛碱程度泛碱性能实验步骤为：清理试样表面然后将试样置于105
±
5℃的鼓风干燥箱干燥24h，取出冷却至常温；将实心砖劈成两半，暴露出内部结构，然后将试样顶面或有孔洞的面朝上分别置于浅盘中，往浅盘中注入蒸馏水，水面高度不应低20mm，用透明材料覆盖在浅盘上，并将试样暴露在外面，记录时间。试样浸在盘中的时间为7d，试验开始2d内经常加水以保持盘内水面高度，以后则保持浸在水中即可，试验过程中环境温度为25 ℃，相对湿度50％，试验7d后取出试样，在同样的环境下放置4d。然后在105
±
5℃鼓风干燥箱中干燥，至恒重。取出冷却至室温，记录干燥后的泛碱程度。具体泛碱程度可划分为无可见泛碱、轻度泛碱、中度泛碱及重度泛碱四个等级。如表2所示：本发明实施例中a、b和c的实心砖泛碱情况如表3所示，从表3中可以看出，本发明
技术方案制备的实心砖在抗碱效果方面明显优于未经过处理的实心砖，全部试件表面无可见泛碱；综上所述，本发明技术方案制备的抗碱实心砖，通过常规抗碱处理（抗碱活性粉料和疏水处理剂），可以提高了实心砖内部的密实度，降低了实心砖的孔隙率，在一定程度上提高了实心砖的力学性能，有效抑制了实心砖内部的可溶性盐转移到表面结晶，但是暴露在空气的部分依然存在轻度泛碱现象。而采用本文抗泛碱处理工艺的实心砖几乎无可见泛碱。
33.本发明提出一种新的内外联合处理方法，在试件内部，通过对焚烧垃圾底灰细骨料进行异丁基三乙氧基硅烷混合溶液疏水处理，可以在提高地聚物疏水性的同时，最大限度地降低焚烧垃圾底灰骨料在碱性环境下发生的化学反应；同时在试件表面采用疏水处理剂对试件进行表面喷涂。
34.尽管上面结合实施例对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
35.本发明未述及之处适用于现有技术。