一种粉体固废造粒免烧砖及其制备方法与流程

本发明属于固废建材化资源利用技术领域，具体涉及一种粉体固废造粒免烧砖及其制备方法。

背景技术：

随着工业的逐步发展，我国每年排放出大量包括矿渣、粉煤灰、赤泥等在内的各类工业粉体固废。但目前我国关于这些粉体固废的有效利用率非常低，通常主要采取填埋、堆场堆积等方式进行处理。近年来随着粉体固废源源不断地排放堆积，已占用大量的农业耕地，并对其周边生态环境造成了严重的污染破坏。如何有效处理不断堆积的粉体固废问题便然已经成为制约社会进一步发展的难题。

目前建筑行业原料资源紧缺，利用粉体固废为主要原料制备墙体砖是其建材化资源利用的有效途径。现今墙体砖正加速向无害化资源化消纳粉体固体废弃物、构建循环经济产业链的绿色功能产业转型。

墙体砖按生产工艺的不同分为烧结砖和免烧砖。烧结砖强度和耐久性能良好，但需高温煅烧因而存在单位能耗高、轮窑煅烧工艺落后、环境污染等问题，与现阶段国家所提倡的绿色节能环保等政策方针不符，逐渐被社会发展所淘汰。不经高温煅烧而制造的新型墙体材料免烧砖，是取代烧结砖极有前景的更新换代产品。

粉体固废免烧砖是以活性固体废弃物粉体为主要原料，用合理的科学配方，按一定的比例加入凝固剂及微量化学添加剂，使粒度、湿度、混合程度用合理的设备工艺强化处理，达到最佳可塑状态。后经高压压制成型，使砖体迅速硬化，时间越长，效果越好，砖的实用性好，砌墙时不用浸泡，外观整齐。由于该种材料尺寸标准、外形完整、色泽均一，具有古朴自然的外观，可做清水墙也可以做任何外装饰。

尽管粉体固废免烧砖具有良好的应用前景，但其主要由固废粉体所成型，类似于水泥净浆，因而脆性极大，即使承受较小的荷载也极易产生微裂缝。微裂纹的应力无法释放而形成压力集中，致使单一微裂纹在较小的荷载下迅速扩展，直至贯穿基体发生结构性破坏，而活性固废粉体成型所建立的真实力学性能并未得到充分发挥，以至于粉体固废免烧砖强度很低。因此，如何制备出高粉体固废掺量的高强粉体固废免烧砖具有至关重要的意义。

技术实现要素：

解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供了一种粉体固废造粒免烧砖及其制备方法，以粉体固废造粒阻隔裂缝扩展，能够最大程度发挥活性固废粉体成型所建立的力学性能，为粉体固废资源化提供了更为切实可靠的新路径。

技术方案：一种粉体固废造粒免烧砖的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：

s1.制备骨料：按重量百分数计，取粉体固废80%~90%，水硬性胶凝材料10%~20%，加水和减水剂造粒，制得粒径1~30mm的固废颗粒；

s2.制备胶凝材料：按重量百分数计，取粉体固废70%~80%和水硬性胶凝材料20%~30%，混合后，制得胶凝材料；

s3.制备免烧砖：按重量百分数计，取胶凝材料20%~30%，粒径小于5mm的固废颗粒20%~40%，粒径大于5mm的固废颗粒30%~60%，加入水和减水剂混合成型，制得免烧砖。

优选的，步骤s1中所述固废颗粒的水胶比为0.20~0.30，减水剂的重量占粉体固废和水硬性胶凝材料总重量的0.5-1.0%。

优选的，步骤s3中所述免烧砖的水胶比为0.10~0.20，减水剂的重量占胶凝材料重量的0.5-1.0%。

优选的，所述步骤s3中，成型方式为浇筑成型或砖机压制成型。

优选的，所述粉体固废的颗粒粒径小于200微米。

优选的，所述粉体固废为粉煤灰、赤泥、脱硫石膏、磷石膏、电石泥、建筑渣土和淤泥中的一种或几种。

优选的，所述水硬性胶凝材料为硅酸盐系列水泥、硫铝酸盐水泥、地聚合物和磷酸镁水泥中的一种或几种。

优选的，所述减水剂为萘系、脂肪族或聚羧酸高效减水剂。

由上述制备方法制得的免烧砖。

有益效果：本发明以活性固废粉体为胶凝材料包裹固废造粒球，形成受力骨架体系，极大提高了成型免烧砖的延性和抗裂能力；其次，即使受极限荷载作用产生微裂纹时，骨料形成的屏障也极大程度地限制了微裂缝的发育，对裂缝扩展起到“阻隔作用”，确保砖体不会因为单一微裂缝生成而发生结构性破坏。因此对粉体固废造粒制备免烧砖，不仅解决了脆性问题，而且最大程度发挥了粉体固废成型所建立的力学性能。

本发明所采用的原料以粉体固废为主（占80%左右），仅需对一部分粉体固废造粒即可，并未引入其他高成本胶凝材料。在保证和传统粉体固废免烧砖所采用的原料基本相同条件下，彻底解决了传统粉体固废免烧砖成型所建立的力学性能未得到充分发挥，致使其强度很低的难题，实现了高掺量粉体固废免烧砖强度的大幅提升，为粉体固废资源化提供了更为切实可靠的新路径。

附图说明

图1是传统粉体固废免烧砖受较小荷载破坏示意图；

图2是本发明所提供免烧砖的固废颗粒的造粒球阻隔作用示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

（1）赤泥骨料颗粒的制备

以铝厂产生的拜耳法赤泥为处理对象，按重量百分数计，取拜耳法赤泥80%，p.o42.5普通硅酸盐水泥20%，加水和减水剂造粒，制得粒径1~30mm固废颗粒；（2）胶凝材料的制备

按重量百分数计，取拜耳法赤泥80%和p.o42.5普通硅酸盐水泥20%，混合均匀，制得胶凝材料；

（3）免烧砖的制备

按重量百分数计，取胶凝材料20%，粒径小于5mm的固废颗粒40%，粒径大于5mm的固废颗粒40%，加水和减水剂混合，用制砖机压制成型，即制得免烧砖。

实施例2

（1）赤泥骨料颗粒的制备

以铝厂产生的拜耳法赤泥为处理对象，其颗粒粒径小于200微米。按重量百分数计，取拜耳法赤泥90%，p.o42.5普通硅酸盐水泥10%，加水和减水剂造粒，制得粒径1~30mm固废颗粒；

（2）胶凝材料的制备

按重量百分数计，取拜耳法赤泥70%和p.o42.5普通硅酸盐水泥30%，混合均匀，制得胶凝材料；

（3）免烧砖的制备

按重量百分数计，取胶凝材料30%，粒径小于5mm的固废颗粒20%，粒径大于5mm的固废颗粒50%，加水和减水剂混合，用制砖机压制成型，即制得免烧砖。

对照例

以铝厂产生的拜耳法赤泥为处理对象，按重量百分数计，取拜耳法赤泥（粉体固废）70%，p.o42.5普通硅酸盐水泥30%，加水和减水剂混合，用制砖机压制成型，即制得免烧砖。

试验结果及分析

对于实施例1、实施例2和对照例的免烧砖标准养护至规定龄期，参照国家标准gb5101-2003测定各砖的抗压强度见表1.

表1实施例和对照组的免烧砖强度

从表1可以看出，虽然实施例1、实施例2中粉体固废（赤泥）的掺量高于对照例，但其抗压强度却比对照例高出很多，达到了mu20的强度等级。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明粉体固废造粒阻隔粉体固废免烧砖裂缝扩展的机理：

传统粉体固废免烧砖是以固体废弃物粉体为主要原料，通过高压压制而成型的固化体，其类似于水泥净浆成型体因而脆性很大，以至于即使承受较小的荷载也极易产生微裂缝，微裂纹的应力无法释放而形成压力集中。如图1所示，单一微裂纹在应力集中下无阻碍地迅速扩展，直至贯穿基体发生结构性破坏，而活性固废粉体成型所建立的真实力学性能并未得到充分发挥。单一微裂缝在应力集中下无阻碍地迅速扩展是造成传统粉体固废免烧砖强度很低的根本原因。

对粉体固废进行造粒，经过造粒的粉体固废与钙质胶凝材料建立了较高的力学强度。如图2所示，将其作为骨料制备免烧砖，与活性粉体固废胶凝材料形成受力骨架体系，延性（较小荷载作用下的抗裂能力）得以提升。当受极限荷载作用产生众多微裂纹时，骨料形成的屏障也极大程度地限制了微裂缝的发育，对裂缝扩展起到“阻隔作用”，确保砖体不会因为单一微裂缝生成而发生结构性破坏。因此对粉体固废造粒制备免烧砖，不仅解决了脆性问题，而且最大程度发挥了粉体固废的力学性能。