一种洗砂污泥免烧砖及其制备工艺的制作方法

1.本技术涉及免烧砖领域，更具体地说，它涉及一种洗砂污泥免烧砖及其制备工艺。


背景技术：

2.建筑用砖种类众多，按照烧结与否可分为免烧砖与烧结砖，免烧砖与烧结砖相比，前者是一种新型墙体材料，利用工业废渣的原料，无需烧结和蒸养，生产成本比烧结砖低；“吃”渣量大，社会、环境效益突出；且免烧砖棱角整齐、尺寸标准、密实度大，吸水性小、耐久性能好。总体来看，其产品质量和综合性能并不比烧结砖逊色。
3.由于免烧砖原料来源广泛，并具有免烧结、免蒸养的特性，可有效节约资源、降低能耗、消纳固体废弃物，被广泛用于墙体材料建筑业中。
4.洗砂污泥是指从铸造、冶金或其他工业生产中产生的污泥，这些洗砂污泥大量堆积严重污染环境。因此，为了改善大量堆积洗砂污泥污染环境的问题，人们发现洗砂污泥中含有大量砂、碎铁和其他杂质，可将洗砂污泥作为主要原料制作免烧砖，一方面可解决环境污染问题，另一方面达到废物利用的目的。但相关技术中，选用洗砂污泥作为主原料制备得到洗砂污泥免烧砖的力学性能较低，难以满足实际使用需求。


技术实现要素：

5.为了提高洗砂污泥免烧砖的力学性能，本技术提供了一种洗砂污泥免烧砖及其制备工艺。
6.第一方面，本技术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。
7.本技术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。
8.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。
9.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。
10.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。
11.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。
12.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。
13.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。
14.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。
15.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。
16.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。
17.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％。
18.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。
19.作为优选：所述秸秆纤维的长度为4-10mm。
20.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。
21.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。
22.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。
23.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。
24.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。
25.第二方面，本技术提供一种上述任一项所述的洗砂污泥免烧砖的制备工艺。
26.一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。
27.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：(1)本技术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。
28.(2)本技术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。
29.(3)本技术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。
30.(4)本技术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。
具体实施方式
31.以下结合具体实施例对本技术作进一步详细说明。
32.本技术中的如下各原料均为市售产品，均为使本技术的各原料得以公开充分，不应当理解为对原料的来源产生限制作用。具体为：硅烷偶联剂选用γ－缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，含量98％；乳化剂选用烯丙氧基羟丙磺酸钠，有效成分99％；烷基糖苷，有效成分99％；单体选用甲基丙烯酸，含量99.9％；引发剂选用过硫酸钾，含量99％；固化剂选用硅酸盐，含量99％；粘结剂选用环氧树脂，粘度500-900(mpas)，固体含量99％；早强剂选用三乙醇胺，工业级，含量99％。
33.以下为改性秸秆纤维的制备例制备例1制备例1的改性秸秆纤维，通过如下操作步骤制得：步骤s1：将0.5kgγ－缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂)、3.5kg单体、0.5kg烯丙氧基羟丙磺酸钠(乳化剂)在40℃、1250r/min条件下搅拌30min形成预聚体；步骤s2：在步骤s1制备的预聚体中加入1.25kg水和0.2kg缓冲剂nahco3搅拌10min，升温至70℃，加入0.45kg过硫酸钾(引发剂)，反应2h，调节乳液ph至8，得到硅烷与丙烯酸酯复合乳液；步骤s3：将4kg秸秆纤维粉碎至平均尺寸为7mm，干燥10h后，加入到naoh溶液中处理1.5h后烘干，加入到步骤s2制备的硅烷与丙烯酸酯复合乳液中，加热到40℃下搅拌5h，即得硅烷和丙烯酸酯复合改性秸秆纤维，原料用量具体详见表1所示。
34.制备例2-3制备例2-3的改性秸秆纤维的操作步骤与制备例1相同，区别在于硅烷偶联剂，即γ－缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的用量不同，其余原料用量与制备例1相同，具体详见表1所示。
35.表1制备例1-3改性秸秆纤维原料表(kg)
制备例4-5制备例4-5的改性秸秆纤维的操作步骤与制备例3相同，区别在于乳化剂，即烯丙氧基羟丙磺酸钠的用量不同，其余原料用量与制备例3相同，具体详见表2所示。
36.制备例6-10制备例6-10的改性秸秆纤维的操作步骤与制备例5相同，区别在于乳化剂用量和种类不同，即乳化剂采用烯丙氧基羟丙磺酸钠和烷基糖苷的混合物，其余原料用量与制备例5相同，具体详见表2所示。
37.表2制备例4-10改性秸秆纤维原料表(kg)实施例1实施例1的洗砂污泥免烧砖，通过如下制备工艺制得：将300kg石粉、80kg水泥、35kg生石灰机械搅拌混合均匀后，加入到含水量为20wt％，重量为525kg的洗砂污泥中，加入7kg水搅拌混合均匀，再加入制备例1制备得到的改性秸秆纤维预料搅拌均匀；然后加入40kg硅酸盐(固化剂)和75kg环氧树脂(粘结剂)混合搅拌均匀，最后加入15kg三乙醇胺(早强剂)和13kg减水剂继续搅拌均匀，其中减水剂占全部原料总重量的1.02wt％，然后注模，静置，压制成型，脱模，然后在通风、阴凉、温度20
±
5℃的环境中进行养护，养护10天且每日淋水两次，得到洗沙污泥免烧砖。
38.实施例2-3实施例2-3的洗砂污泥免烧砖的制备工艺与实施例1相同，区别在于原料中水泥用量不同，其余原料用量与实施例1相同，具体详见表3所示。
39.实施例4-7实施例4-7的洗砂污泥免烧砖的制备工艺与实施例3相同，区别在于原料中改性秸秆纤维用量不同，其余原料用量与实施例3相同，具体详见表3所示。
40.表3实施例2-7洗砂污泥免烧砖的原料用量(kg)、洗砂污泥含水量(％)及减水剂的
重量百分数(wt％)实施例8-12实施例8-12的洗砂污泥免烧砖的制备工艺与实施例5相同，区别在于原料中增加酸酐接枝聚丙烯和聚二甲基硅氧烷混合物，且用量不同，其余原料用量与实施例5相同，具体详见表4所示。
41.表4实施例8-12洗砂污泥免烧砖的原料用量(kg)、洗砂污泥含水量(％)及减水剂的重量百分数(wt％)
实施例13-21实施例13-21的洗砂污泥免烧砖的制备工艺与实施例10相同，区别在于原料中改性秸秆纤维选用制备例2-10制备的改性秸秆纤维，其余原料用量与实施例10相同。
42.对比例1对比例1的洗砂污泥免烧砖的制备工艺与实施例1相同，区别在于原料中改性秸秆纤维用等量未改性的秸秆纤维替代，其余原料用量与实施例1相同。
43.对比例2对比例2的洗砂污泥免烧砖的制备工艺与实施例1相同，区别在于原料中改性秸秆纤维用等量硅烷改性的秸秆纤维替代，其余原料用量与实施例1相同，其中硅烷改性的秸秆纤维的方法通过如下步骤得到：将4kg秸秆纤维粉碎至平均尺寸为7mm，干燥10h后，加入到naoh溶液中处理1.5h后烘干，加入硅烷偶联剂中，加热到40℃下搅拌5h，即得硅烷硅烷改性的秸秆纤维。
44.对比例3对比例3的洗砂污泥免烧砖的制备工艺与实施例1相同，区别在于原料中改性秸秆纤维用等量丙烯酸改性的秸秆纤维替代，其余原料用量与实施例1相同，具体方法为在改性秸秆纤维的制备中不加入硅烷偶联剂，制备得到的为丙烯酸酯改性秸秆纤维。
45.性能检测采用jc 422-1991检测标准分别对不同的实施例1-21和对比例1-3得到的洗砂污泥免烧砖进行性能检测，检测结果详见表5所示。
46.表5不同实施例和对比例制备得到的洗砂污泥免烧砖性能检测结果
5.25％、1.63-1.631kg/m3，均低于实施例1和实施例7，表明当控制改性秸秆纤维和水泥的重量份配比为(1.5-2)：1时较为合适，提高了免烧砖的力学性能。可能与控制改性秸秆纤维和水泥的重量份配比，可增加秸秆纤维和水泥之间的交联网络有关。
48.实施例8-12中，实施例9-11所得到的洗砂污泥免烧砖的抗压强度、抗折强度分别为34.8-35.7mpa、6.73-6.86mpa，均高于实施例8和实施例12；吸水率、堆积密度分别为4.04-4.31％、1.58-1.591kg/m3，均低于实施例8和实施例12，表明当原料中加入马来酸酐接枝聚丙烯和聚二甲基硅氧烷混合物，可提高免烧砖的性能，且将马来酸酐接枝聚丙烯和聚二甲基硅氧烷的重量份配比控制为(0.7-1.2)：1，进一步提高了免烧砖的力学性能。可能与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，提高洗砂污泥免烧砖体系的致密度有关。
49.结合实施例10和实施例13-17中，实施例17所得到的洗砂污泥免烧砖的抗压强度、抗折强度分别为40.1mpa、7.47mpa，均高于实施例10和实施例13-16；吸水率、堆积密度分别为2.88％、1.531kg/m3，均低于实施例10和实施例13-16，表明当乳化剂烯丙氧基羟丙磺酸钠和烷基糖苷复配使用时较为合适，提高了免烧砖的力学性能。可能与控制烯丙氧基羟丙磺酸钠和烷基糖苷的重量份配比，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有关。
50.实施例17-21中，实施例18-20所得到的洗砂污泥免烧砖的抗压强度、抗折强度分别为40.2-42.0mpa，7.48-7.73mpa，均高于实施例17和实施例21；吸水率、堆积密度分别为2.39-2.86％、1.51-1.53kg/m3，均低于实施例17和实施例21，表明当控制烯丙氧基羟丙磺酸钠和烷基糖苷的重量份配比为(0.7-1.2)：1时较为合适，提高了免烧砖的力学性能。可能与控制烯丙氧基羟丙磺酸钠和烷基糖苷的重量份配比为(0.7-1.2)：1，可进一步增加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有关。
51.另外，结合实施对比例1-3和实施例1的洗沙污泥免烧砖的各项指标数据发现，本技术在洗沙污泥免烧砖原料中加入硅烷和丙烯酸酯复合改性秸秆纤维，均可不同程度提高洗沙污泥免烧砖的力学性能。
52.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
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。

技术总结
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。提高了洗砂污泥免烧砖的力学性能。


技术研发人员：吴平凡
受保护的技术使用者：深圳市正奇新建材有限公司
技术研发日：2023.05.13
技术公布日：2023/10/11