一种污泥陶粒增强混凝土自保温砌块及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种污泥陶粒增强混凝土自保温砌块及其制备方法。

背景技术

近年来，随着工业的发展和人口的增加，城市污泥的产量与日俱增，污泥的无害化和资源化综合处理成为国内外共同努力的目标.随着人们对污泥理化性质研究的不断深入，通过采用污泥低温干化技术，在使污泥首先实现减量并使污泥中有害物质得到稳定的基础上，开辟了污泥资源化利用的多种途径，如利用干化后的污泥颗粒烧制成污泥陶粒，并将其应用于建筑材料中，或者作为燃煤的辅助燃料等，这些综合利用使污泥得到了彻底的处理。其中，污泥陶粒最早由Nakouzi等提出，陶粒是以SiO

发明内容

要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种污泥陶粒增强混凝土自保温砌块的制备方法，采用双层结构的污泥陶粒，芯层结构为以聚苯乙烯网膜为填料，烧结后在陶粒芯层内部形成通孔，这些通孔在靠近热量后，空气受热向上方运动，到达陶粒壳层的闭孔受冷受阻又向下运动，热量在这些通孔中形成一个个内部环流层，从而能够增强砌块的保温性能。

技术方案：一种污泥陶粒增强混凝土自保温砌块，所述污泥陶粒粒径为2-5mm，为双层结构，包括芯层和壳层，所述芯层内部形成通孔，壳层内部形成闭孔。

优选的，所述芯层粒径为1-2mm；所述壳层厚度为1-3mm。

优选的，所述污泥陶粒的制备方法如下：

S1：取污泥，将其低温脱水干化至含水率为20-40％，加入聚苯乙烯网膜，搅拌均匀，获得芯层模原料；

S2：取污泥，将其低温脱水干化至含水率为20-40％，加入聚苯乙烯微球，搅拌均匀，获得壳层模原料；

S3：采用双模柱状挤压造粒机，将芯层模原料和壳层模原料复合挤压造粒成双层生料球；

S4：生料球在烧结炉焙烧，以2℃/min的速率升温至1050-1100℃，保温60min；

S5：以2℃/min的速率降温至110℃，置于干燥器内冷却至室温即得。

优选的，所述聚苯乙烯网膜的制备方法为：

S11：取30份聚苯乙烯溶解于800份N,N-二甲基甲酰胺中，静置脱泡，获得静电纺丝液；

S12：将静电纺丝液转移到喷丝嘴内径为0.2mm的注射器中，喷丝嘴与接收板之间的距离为10cm，流速为1.0mL/h，在相对湿度为40-50％，温度为22-28℃的条件下，调节两极电压至15kV，获得纺丝薄膜；

S13：烘干，粉碎过200目筛，获得聚苯乙烯网膜。

优选的，所述聚苯乙烯微球的制备方法为：

S21：将苯乙烯单体和水在室温下超声分散10min，获得浓度为4.2％的苯乙烯分散液；

S22：置于80℃水浴锅中恒温搅拌，通氮20min后，加入浓度为0.2％的过硫酸钾水溶液，在氮气保护下，恒温聚合反应6h获得聚苯乙烯微球。

优选的，S1中所述聚苯乙烯网膜与脱水后的污泥的体积比为：1:(15-20)。

优选的，S1中所述聚苯乙烯网膜粒径≤75μm。

优选的，S2中所述聚苯乙烯微球与脱水后的污泥的体积比为：1:(20-25)。

优选的，S2中所述聚苯乙烯微球粒径为100-200nm。

优选的，S3中所述双模柱状挤压造粒机冲击的压力≥20kN。

一种污泥陶粒增强混凝土自保温砌块的制备方法，包括以下步骤：

(1)取硅酸盐水泥20份，污泥陶粒60-70份，生石灰4份、砂13份和水15份，混合搅拌均匀；

(2)砌块压振成型；

(3)标准养护28d即得。

有益效果：

1、本发明中采用双层结构的污泥陶粒，芯层结构为以聚苯乙烯网膜为填料，烧结后在陶粒芯层内部形成通孔，这些通孔在靠近热量后，空气受热向上方运动，到达陶粒壳层的闭孔受冷受阻又向下运动，热量在这些通孔中形成一个个内部环流层，从而能够增强砌块的保温性能。

2、本发明中聚苯乙烯网膜采用静电纺丝制备，网膜为有序纳米级结构，烧结后形成定向排列的纳米级连续层状孔道结构，提高抗压强度，但是随着网膜添加量的进一步增加，孔道结构增多，贯通量增加崩解，则抗压强度下降。

3、本发明中聚苯乙烯微球的粒径为100-200nm，形成球形孔结构，微球之间堆积形成的较小的孔隙，当聚苯乙烯微球粒径增大，微球之间贯通，形成通孔，则会导致保温效果降低。

4、本发明采用的烧结温度为1050-1100℃，主要是因为烧制温度对污泥陶粒表观密度和抗压强度都有影响，当烧结温度过低时，污泥陶粒中组分之间的固相反应产生的晶粒数量较少，产生的晶粒中细晶粒所占比例较少，使污泥陶粒的抗压强度变低，当烧结温度过高时，则会发生二次结晶效应，晶粒的粒度变大使得污泥陶粒表观密度降低，污泥陶粒出现烧涨现象，使污泥陶粒的抗压强度降低，因此本申请采用的烧结温度为1050-1100℃，此时污泥陶粒中的晶粒、玻璃质和气孔(闭孔和通孔)形成密度最大的结构，从而使得污泥陶粒的抗压强度达到最大。

具体实施方式

实施例1

聚苯乙烯网膜的制备方法为：

S11：取30份聚苯乙烯溶解于800份N,N-二甲基甲酰胺中，静置脱泡，获得静电纺丝液；

S12：将静电纺丝液转移到喷丝嘴内径为0.2mm的注射器中，喷丝嘴与接收板之间的距离为10cm，流速为1.0mL/h，在相对湿度为45％，温度为26℃的条件下，调节两极电压至15kV，获得纺丝薄膜；

S13：烘干，粉碎过200目筛，获得聚苯乙烯网膜。

聚苯乙烯网膜粒径≤75μm。

实施例2

聚苯乙烯微球的制备方法为：

S21：将苯乙烯单体和水在室温下超声分散10min，获得浓度为4.2％的苯乙烯分散液；

S22：置于80℃水浴锅中恒温搅拌，通氮20min后，加入浓度为0.2％的过硫酸钾水溶液，在氮气保护下，恒温聚合反应6h获得聚苯乙烯微球。

聚苯乙烯微球粒径为100-200nm。

实施例3

取不同聚苯乙烯网膜与脱水后的污泥的体积比，分别为：1:15、1:16、1:17、1:18、1:19和1:20，具体如下：

污泥陶粒的制备方法如下：

S1：取污泥，将其低温脱水干化至含水率为28％，加入体积比的聚苯乙烯网膜，搅拌均匀，获得芯层模原料；

S2：取污泥，将其低温脱水干化至含水率为28％，加入聚苯乙烯微球，搅拌均匀，获得壳层模原料；其中，聚苯乙烯微球与脱水后的污泥的体积比为：1:23；

S3：采用双模柱状挤压造粒机，将芯层模原料和壳层模原料复合挤压造粒成双层生料球，双模柱状挤压造粒机冲击的压力25kN；

S4：生料球在烧结炉焙烧，以2℃/min的速率升温至1075℃，保温60min；

S5：以2℃/min的速率降温至110℃，置于干燥器内冷却至室温即得。

聚苯乙烯网膜与脱水后的污泥的体积比1:15制备的污泥陶粒A粒径为5mm，芯层粒径为2mm；壳层厚度为3mm；

聚苯乙烯网膜与脱水后的污泥的体积比1:16制备的污泥陶粒B粒径为5mm，芯层粒径为2mm；壳层厚度为3mm；

聚苯乙烯网膜与脱水后的污泥的体积比1:17制备的污泥陶粒C粒径为5mm，芯层粒径为2mm；壳层厚度为3mm；

聚苯乙烯网膜与脱水后的污泥的体积比1:18制备的污泥陶粒D粒径为5mm，芯层粒径为2mm；壳层厚度为3mm；

聚苯乙烯网膜与脱水后的污泥的体积比1:19制备的污泥陶粒E粒径为5mm，芯层粒径为2mm；壳层厚度为3mm；

聚苯乙烯网膜与脱水后的污泥的体积比1:20制备的污泥陶粒F粒径为5mm，芯层粒径为2mm；壳层厚度为3mm。

实施例4

取不同聚苯乙烯微球与脱水后的污泥的体积比，分别为：1:20、1:21、1:22、1:23、1:24和1:25，具体如下：

污泥陶粒的制备方法如下：

S1：取污泥，将其低温脱水干化至含水率为28％，加入聚苯乙烯网膜，搅拌均匀，获得芯层模原料；其中，聚苯乙烯网膜与脱水后的污泥的体积比为：1:18；

S2：取污泥，将其低温脱水干化至含水率为28％，加入上述体积比的聚苯乙烯微球，搅拌均匀，获得壳层模原料；

S3：采用双模柱状挤压造粒机，将芯层模原料和壳层模原料复合挤压造粒成双层生料球，双模柱状挤压造粒机冲击的压力25kN；

S4：生料球在烧结炉焙烧，以2℃/min的速率升温至1075℃，保温60min；

S5：以2℃/min的速率降温至110℃，置于干燥器内冷却至室温即得。

聚苯乙烯微球与脱水后的污泥的体积比1:20制备的污泥陶粒G粒径为4mm，芯层粒径为2mm；壳层厚度为2mm；

聚苯乙烯微球与脱水后的污泥的体积比1:21制备的污泥陶粒H粒径为4mm，芯层粒径为2mm；壳层厚度为2mm；

聚苯乙烯微球与脱水后的污泥的体积比1:22制备的污泥陶粒I粒径为4mm，芯层粒径为2mm；壳层厚度为2mm；聚苯乙烯微球与脱水后的污泥的体积比1:23制备的污泥陶粒J粒径为4mm，芯层粒径为2mm；壳层厚度为2mm；

聚苯乙烯微球与脱水后的污泥的体积比1:24制备的污泥陶粒K粒径为4mm，芯层粒径为2mm；壳层厚度为2mm；

聚苯乙烯微球与脱水后的污泥的体积比1:25制备的污泥陶粒L粒径为4mm，芯层粒径为2mm；壳层厚度为2mm。

实施例5

取不同焙烧温度，分别为1050℃、1075℃和1010℃，具体如下：

污泥陶粒的制备方法如下：

S1：取污泥，将其低温脱水干化至含水率为28％，加入聚苯乙烯网膜，搅拌均匀，获得芯层模原料；其中，聚苯乙烯网膜与脱水后的污泥的体积比为：1:18；

S2：取污泥，将其低温脱水干化至含水率为28％，加入聚苯乙烯微球，搅拌均匀，获得壳层模原料；其中，聚苯乙烯微球与脱水后的污泥的体积比为：1:23；

S3：采用双模柱状挤压造粒机，将芯层模原料和壳层模原料复合挤压造粒成双层生料球，双模柱状挤压造粒机冲击的压力25kN；

S4：生料球在烧结炉焙烧，以2℃/min的速率升温上述不同温度，保温60min；

S5：以2℃/min的速率降温至110℃，置于干燥器内冷却至室温即得。

焙烧温度为1050℃制备的污泥陶粒M粒径为3mm，芯层粒径为1mm；壳层厚度为2mm；

焙烧温度为1075℃制备的污泥陶粒N粒径为3mm，芯层粒径为1mm；壳层厚度为2mm；

焙烧温度为1100℃制备的污泥陶粒O粒径为3mm，芯层粒径为1mm；壳层厚度为2mm。

实施例6

取不同份数污泥陶粒，分别为60份、62份、65份、68份和70份，具体如下：

一种污泥陶粒增强混凝土自保温砌块的制备方法，包括以下步骤：

(1)取硅酸盐水泥20份，上述份数污泥陶粒J，生石灰4份、砂13份和水15份，混合搅拌均匀；

(2)砌块压振成型；

(3)标准养护28d即得。

制备100mm×100mm×100mm立方体砖进行抗压强度测试；

制备250mm×250mm×20mm砖块进行导热系数测试。

60份污泥陶粒制备的为混凝土自保温砌块A；

62份污泥陶粒制备的为混凝土自保温砌块B；

65份污泥陶粒制备的为混凝土自保温砌块C；

68份污泥陶粒制备的为混凝土自保温砌块D；

70份污泥陶粒制备的为混凝土自保温砌块E。

对比例1

本对比例与实施例4中污泥陶粒J的差别在于，采用单层结构，具体如下：

污泥陶粒的制备方法如下：

S1：取污泥，将其低温脱水干化至含水率为28％，加入聚苯乙烯网膜，搅拌均匀，获得原料；其中，聚苯乙烯网膜与脱水后的污泥的体积比为：1:18；

S2：采用柱状挤压造粒机，将原料和挤压造粒成生料球，柱状挤压造粒机冲击的压力25kN；

S3：生料球在烧结炉焙烧，以2℃/min的速率升温至1075℃，保温60min；

S4：以2℃/min的速率降温至110℃，置于干燥器内冷却至室温即得。

制备的污泥陶粒P粒径为4mm。

对比例2

本对比例与实施例4中污泥陶粒J的差别在于，采用单层结构，具体如下：

污泥陶粒的制备方法如下：

S1：取污泥，将其低温脱水干化至含水率为28％，加入聚苯乙烯微球，搅拌均匀，获得原料；其中，聚苯乙烯微球与脱水后的污泥的体积比1:23；

S2：采用柱状挤压造粒机，将原料和挤压造粒成生料球，柱状挤压造粒机冲击的压力25kN；

S3：生料球在烧结炉焙烧，以2℃/min的速率升温至1075℃，保温60min；

S4：以2℃/min的速率降温至110℃，置于干燥器内冷却至室温即得。

制备的污泥陶粒Q粒径为4mm。

对比例3

一种污泥陶粒增强混凝土自保温砌块的制备方法，包括以下步骤：

(1)取硅酸盐水泥20份，68份污泥陶粒P，生石灰4份、砂13份和水15份，混合搅拌均匀；

(2)砌块压振成型；

(3)标准养护28d即得。

制备100mm×100mm×100mm立方体砖进行抗压强度测试；

制备250mm×250mm×20mm砖块进行导热系数测试。

制备获得混凝土自保温砌块F。

对比例4

一种污泥陶粒增强混凝土自保温砌块的制备方法，包括以下步骤：

(1)取硅酸盐水泥20份，68份污泥陶粒Q，生石灰4份、砂13份和水15份，混合搅拌均匀；

(2)砌块压振成型；

(3)标准养护28d即得。

制备100mm×100mm×100mm立方体砖进行抗压强度测试；

制备250mm×250mm×20mm砖块进行导热系数测试。

制备获得混凝土自保温砌块G。