本發(fā)明涉及建筑材料，具體涉及一種利用工業(yè)固體廢棄物固化盾構(gòu)渣土的免燒磚及其制備工藝。

背景技術(shù)：

1、目前針對(duì)盾構(gòu)渣土綠色排放及資源化回收利用的研究較少，應(yīng)用案例較為匱乏。膨潤(rùn)土、發(fā)泡劑、高分子聚合物等添加劑的應(yīng)用使得盾構(gòu)渣土的堆放、運(yùn)輸對(duì)水質(zhì)、土壤、環(huán)境、交通等造成了不同的惡劣影響。盾構(gòu)渣土廢漿的處理方法還存在諸多問題，包括運(yùn)輸過程無污染要求，大面積場(chǎng)地需求，控制泡沫劑對(duì)環(huán)境造成污染，固結(jié)后難以分離等。這些問題導(dǎo)致了很多地方寧可把堆積永久化也不愿對(duì)堆積的渣土做后續(xù)處理，對(duì)國(guó)土、環(huán)境資源的造成直接傷害或浪費(fèi)，突出反映了建設(shè)與發(fā)展的矛盾沖突，也表明了渣土回收利用技術(shù)的必要性和緊迫性。

2、目前市場(chǎng)上流通的磚主要為兩種，一是傳統(tǒng)的燒結(jié)紅磚；二是免燒壓結(jié)磚，通過混凝土廢棄料，添加水泥、水，壓制而成，此類磚質(zhì)量較好，但成本較高，且不能參雜土料。如果能將盾構(gòu)渣土用來制造磚，尤其是免燒壓結(jié)磚，不僅能降低免燒壓結(jié)磚的制造成本，還可以實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)渣土的資源化利用，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

3、與傳統(tǒng)硅酸鹽水泥固化方式相比，地質(zhì)聚合物固化技術(shù)有替代水泥，減少碳排放；高力學(xué)性和高耐久性等諸多優(yōu)勢(shì)。但是也同時(shí)伴隨著諸多缺陷：1)地聚物的收縮大、抗碳化性能差，盾構(gòu)施工過程中，通常會(huì)向土倉(cāng)內(nèi)加入水、膨潤(rùn)土、泡沫劑、高分子聚合物、增粘劑等添加劑，收縮開裂的高浸出特性會(huì)對(duì)環(huán)境造成潛在的污染問題；2)地聚物的強(qiáng)度倒縮問題嚴(yán)重，長(zhǎng)期力學(xué)性能不能夠得到保證；3)地聚物的塑化時(shí)間很短，為滿足施工生產(chǎn)，需要盡可能的延長(zhǎng)保塑時(shí)間。因此，收縮大、抗碳化性能差、強(qiáng)度倒縮以及塑化時(shí)間短的問題為本領(lǐng)域的亟需解決的一項(xiàng)難題。

4、專利cn115353336a公開了一種堿激發(fā)免燒廢渣土磚用再生砂漿及其制備方法和應(yīng)用，所用的原材料基本全為來自建筑業(yè)和工業(yè)的固體廢棄物，包括盾構(gòu)渣土、再生砂、再生粉、礦渣粉和粉煤灰，將這些固廢通過堿激發(fā)實(shí)現(xiàn)了再生利用，一方面消納了大量不同類型的固廢，另一方面也減少了對(duì)天然資源的依賴，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的思想，此外，該再生砂漿與堿激發(fā)免燒磚砌體結(jié)構(gòu)的砌塊有著更好的適應(yīng)性，使得最終的砌體結(jié)構(gòu)整體性更強(qiáng)，且砂漿具有早強(qiáng)、粘結(jié)性強(qiáng)、無需濕養(yǎng)護(hù)、耐久性更高等優(yōu)勢(shì)。

5、專利cn108046669a公開了一種地質(zhì)聚合物及其制備方法和應(yīng)用，采用粉煤灰、高含泥率盾構(gòu)渣土及堿性激發(fā)劑為原料制備而成，其中高含泥率盾構(gòu)渣土主要成份為黏土，經(jīng)過烘干后作為細(xì)骨料，粉煤灰為火山灰材料，制備原料不包括任何類型的水泥和石灰等傳統(tǒng)膠凝材料，避免較大的碳排放量，成本低，對(duì)高含泥率盾構(gòu)渣土進(jìn)行資源化利用；上述地質(zhì)聚合物具有極低孔隙率和極小的滲透系數(shù)，強(qiáng)度高且耐水性好；地質(zhì)聚合物為氧化物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，不會(huì)氧化和分解，具有很好的耐久性，可以用于建材產(chǎn)品，也可用于水下建筑、耐酸、耐堿、耐高溫建筑等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中制備免燒磚過程中存在的收縮大、抗碳化性能差、強(qiáng)度倒縮以及塑化時(shí)間短等問題，本發(fā)明提供一種利用工業(yè)固體廢棄物固化盾構(gòu)渣土的免燒磚及其制備工藝，所得免燒磚不僅具有優(yōu)異的力學(xué)性能、抗裂性能以及抗水穩(wěn)定性等長(zhǎng)期耐久性能，且涉及的成本較低、制備方法簡(jiǎn)單，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取代水泥基材料固化，具有低碳環(huán)保的潛在優(yōu)勢(shì)。

2、一種利用工業(yè)固體廢棄物固化盾構(gòu)渣土的免燒磚，包括以下原料：低熱節(jié)能微膨脹水泥、工業(yè)固體廢棄物、盾構(gòu)砂、盾構(gòu)泥漿、堿激發(fā)劑、增塑劑、水；

3、以盾構(gòu)砂(ss)和盾構(gòu)泥漿(sm)為惰性骨料(a)，兩者比例為(3～4):(1～2)；

4、低熱節(jié)能微膨脹水泥(c)和工業(yè)固體廢棄物(iw)為膠凝材料(b)，分別占惰性骨料質(zhì)量5～9％、35％～50％；

5、堿激發(fā)劑(jf)質(zhì)量為工業(yè)固體廢棄物30～40％；

6、增塑劑(pc)質(zhì)量為工業(yè)固體廢棄物1～1.8％；

7、用水量為固體質(zhì)量的32～45％；

8、上述低熱節(jié)能微膨脹水泥以廢棄煤矸石或石灰渣作為ca源、以造紙污泥或鋁尾礦渣作為al源并混合爐灰、mgo、baco3、磷石膏制備得到；

9、其中各原料及其所占質(zhì)量百分比為：廢棄煤矸石75～87％或石灰渣80～87％、造紙污泥4～12％或鋁尾礦渣5～13％、爐灰4～11％、mgo?0.5～1.5％、baco31.0～1.5％；

10、磷石膏的用量與上述原料總質(zhì)量之比為(0.03～0.05)：1。

11、上述低熱節(jié)能微膨脹水泥通過以下步驟制備得到：(1)ca源、al源、爐灰、mgo(膨脹組分)和baco3(活化劑)球磨混合均勻；(2)向步驟(1)球磨所得混合料中加入其質(zhì)量2％～4％的水分，繼續(xù)混合均勻后進(jìn)行壓制得生料壓片；(3)將所得生料壓片加熱至1150～1200℃，燒結(jié)范圍為100℃，維持溫度40～50min，然后取出在空氣中急冷，再磨細(xì)至0.075mm以下得磨細(xì)熟料；(4)將磨細(xì)熟料與工業(yè)磷石膏混合均勻，再磨細(xì)至0.045mm以下(質(zhì)量占95％以上)，即得低熱節(jié)能微膨脹水泥。

12、低熱節(jié)能微膨脹水泥具有較強(qiáng)的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)能力，能夠解決地聚物的強(qiáng)度倒縮問題，并在一定程度上彌補(bǔ)地聚物自身化學(xué)收縮以及干燥收縮。低熱節(jié)能微膨脹水泥用量限定為占惰性骨料質(zhì)量5～9％，是由于用量少了影響后期強(qiáng)度的提升，用量過多又會(huì)增加膨脹開裂風(fēng)險(xiǎn)。

13、上述ca源中的石灰渣來源于乙炔工業(yè)廢料，經(jīng)脫水處理得到；

14、上述工業(yè)固體廢棄物包括花崗巖石粉、粉煤灰、鋼渣粉，其中花崗巖石粉質(zhì)量占比為15～30％；超出此范圍內(nèi)的花崗巖石粉用量，會(huì)對(duì)收縮和抗碳化性能沒有特別好的效果，甚至起到反作用。

15、上述花崗巖石粉為加工石材副產(chǎn)物，經(jīng)細(xì)磨、篩分簡(jiǎn)易處理，粒度在200目以下即可；花崗巖石粉中有占比較高的(鈉、鉀)長(zhǎng)石，高達(dá)60～70％，(鈉、鉀)長(zhǎng)石能夠促進(jìn)堿活化渣的水化進(jìn)程和c-a-s-h凝膠的生成，從而顯著提升地聚物抗碳化、抗收縮性能。

16、粉煤灰為ⅲ級(jí)及以上，燒失量≤15％，玻璃體含量≥60％；鋼渣粉在制備工藝中免除噴水處理、自然冷卻，再由機(jī)械破碎、粉磨處理，比表面積380m2/kg以上，要求鋼渣粒度、成分均勻，f-cao含量小于3％。

17、工業(yè)固體廢棄物主要含有al2o3、cao、sio2等成分，具有類似于火山灰和高爐礦渣等輔助膠結(jié)型材料的特性，能夠在堿環(huán)境和暴露于水的條件下發(fā)生地質(zhì)聚合反應(yīng)。

18、上述堿激發(fā)劑為水玻璃、naoh復(fù)合溶液，水玻璃sio2/na2o摩爾比為1.5～2.4，naoh溶液濃度6m～8m，na2o·n?sio2/naoh比值為0.5～0.7。針對(duì)活性較低的固體廢棄物不易被單獨(dú)的na2sio3溶液激發(fā)，需要使用強(qiáng)堿氫氧化物部分溶解廢棄物顆粒，以觸發(fā)鋁硅酸鹽凝膠的形成。無論堿含量多少，na2sio3/naoh的最佳比例范圍在0.5～0.7，需要高百分比的naoh來實(shí)現(xiàn)提高抗壓強(qiáng)度，是因?yàn)槟ピ锩娴膕i和al的溶解度需要靠naoh，當(dāng)溫度低于65℃條件下不足以使廢棄物顆粒與naoh溶液反應(yīng)，渣土中的白云母、粘土等硅酸鹽礦物無法有效活化，需要更高的溫度來釋放更多的游離硅和鋁離子進(jìn)行反應(yīng)。

19、上述增塑劑為k2hpo4或h3po4復(fù)合木質(zhì)磺酸鈣的水溶液，k2hpo4或h3po4濃度分別為30～50g/l、40～70g/l，木質(zhì)磺酸鈣濃度100～200g/l，能夠抑制堿激發(fā)早期硬化效果，延長(zhǎng)保塑時(shí)間；磷酸鹽作為緩凝劑起到協(xié)調(diào)保塑作用。

20、上述盾構(gòu)砂通過盾構(gòu)渣土水洗篩分、旋流處理后得到，盾構(gòu)砂粒徑為20μm～0.6mm，含水率小于15％；上述盾構(gòu)泥漿為盾構(gòu)渣土經(jīng)二級(jí)旋流，然后通過添加泥漿5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石灰作為助濾劑、壓榨脫水處理后的粉質(zhì)黏土類盾構(gòu)泥漿，其含水率小于25％。

21、進(jìn)一步的，盾構(gòu)渣土通過在過江通道工程項(xiàng)目中泥水盾構(gòu)工藝施工得到。

22、一種利用工業(yè)固體廢棄物固化盾構(gòu)渣土的免燒磚的制備工藝，包括以下步驟：

23、(a)將工業(yè)固體廢棄物、低熱節(jié)能微膨脹水泥、盾構(gòu)砂、盾構(gòu)泥漿混合攪拌2～4min，繼續(xù)加入堿激發(fā)劑、增塑劑和水，持續(xù)攪拌不低于5min；

24、(b)將步驟(a)混合料裝入模具，振搗5～8s，振搗設(shè)備頻率50±2hz，臺(tái)面垂直振幅0.5mm±0.02mm，振搗成型；

25、(c)將步驟(b)成型的免燒磚置于相對(duì)濕度90％、溫度為50℃環(huán)境下養(yǎng)護(hù)48h，以及155℃高溫養(yǎng)護(hù)12h或者85℃高溫養(yǎng)護(hù)24h，最后放置于自然條件下即可

26、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

27、1)顯著降低收縮、抑制碳化，減小收縮開裂風(fēng)險(xiǎn)，高浸出特性對(duì)環(huán)境造成潛在的污染問題也得到了解決；

28、2)地聚物強(qiáng)度倒縮問題得到解決，提升了免燒磚的長(zhǎng)期耐久性；

29、3)增塑劑保證新拌混合物≥2h的塑化時(shí)間，保證施工生產(chǎn)。