一种利用工业废弃物的环保免烧砖

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种利用工业废弃物的环保免烧砖及其制备方法。

背景技术

近年来，随着经济的快速发展、能源紧张和环境污染的问题日益突出，发展节能环保的绿色经济是各国经济发展的重点，对工业废品，生活废弃物的回收利用也是绿色经济的重要组成部分。免烧砖作为一种利废、节土、节能的新型墙体材料引起了人们的广泛关注。免烧砖，又称非烧结砖，由于能够避免传统烧结严重浪费土地资源以及制备过程中排放SO

目前市面上常见的免烧砖是炉渣、矿渣、煤矸石、粉煤灰、电石渣、石粉、砂子、电厂湿排灰等工业废弃物加入一定量的胶凝材料如水泥等，经压制、养护而成。免烧砖与传统烧结砖相比，前者利用工业废渣的原料，又不需烧结和蒸养，生产成本比烧结砖低；“吃”渣量大，社会、环境效益突出；棱角整齐、尺寸标准、抗压强度高于7.5MPa；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。然而，现有的免烧砖制备技术制备出的免烧砖，砖块的密度不均一，造成免烧砖各位置的耐压程度不均一，用于建筑时易发生断裂事故，带来建筑倒塌风险同时也降低了建筑的抗震性。除此之外，现有技术中的大多数免烧砖添加江砂或河砂，江砂或河砂是一种资源有限的材料，且价格较高，成本高且不利于能源的节约。

申请号为201310169362.9的中国发明专利公开了一种建筑用免烧砖，用以下材料配比和加工方法完成，材料配比：用岩棉保温材料废弃物60％-70％、水泥10％-20％、矿山碎石硝10％-20％、发电厂及工业用锅炉排放后的煤灰物2％-5％、粘合剂1％-3％和适量的水。将以上材料配比或优质材料配比放入搅拌机搅拌混合均匀后，注或放入磨具，在磨具内进行振动加压，脱胎成砖，再经自然晾干而成。该发明与现有的技术相比，具有压力强，抗碱化、又节能、又环保的特点。然而，该免烧砖表面太光滑，若生产工艺控制不好，会造成免烧砖对水的稳定性及对大气的稳定性能差。

因此，亟需开发一种制备成本更低廉，耐压程度更高，更均一，性能稳定好，耐久性佳，使用寿命长的的免烧砖。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种利用工业废弃物的环保免烧砖及其制备方法，该制备方法简单易行，能安全、快捷、高效地将工业废弃物加工成建筑砖材，实现变废为宝，废弃资源的回收再利用，制备效率高，适合连续规模化生产，经济价值、社会价值和生态价值高；通过这种制备方法制备得到的利用工业废弃物的环保免烧砖耐压程度更高，抗裂强度更大，性能更均一，稳定性更好，耐久性更佳，使用寿命更长。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是，一种利用工业废弃物的环保免烧砖，其特征在于，是由如下重量份的各原料制成：水泥10-20份、硫酸渣20-30份、高炉渣15-20份、海泡石粉3-5份、硅灰石粉5-10份、盐泥2-5份、苯并三氮唑钠1-3份、硅酸改性季铵盐-10 2-4份、单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯1-3份、减水剂1-3份、水10-15份。

进一步的，所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、磷酸盐水泥中的至少一种。

优选的，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。

优选的，所述硅酸改性季铵盐-10的制备方法，包括如下步骤：将季铵盐-10、硅酸加入到水中，在60-80℃下搅拌反应8-10小时，后旋蒸除去水，得到硅酸改性季铵盐-10。

优选的，所述季铵盐-10、硅酸、水的摩尔比为1:1:(5-10)。

优选的，所述单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯的制备方法，包括如下步骤：将Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯、单端环氧基聚醚加入到高沸点溶剂中，在70-80℃下搅拌反应4-6小时，后旋蒸除去溶剂，得到单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯。

优选的，所述Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯、单端环氧基聚醚、高沸点溶剂的摩尔比为1:4:(15-25)。

优选的，所述Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯的制备方法，参见：郭勇，邵士俊，何丽君，et al.Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯的合成及表征[J].化学试剂，2002(6):344-345。

优选的，所述单端环氧基聚醚为单端环氧基聚醚(平均相对分子质量650)，纯度≥95.0％，购于哈尔滨冰城化工。

优选的，所述高沸点溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

本发明的另一个目的，在于提供一种所述利用工业废弃物的环保免烧砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将除水之外的其他各原料按重量份混合，然后进行粉碎处理，制得直径为1-3mm的混合颗粒；然后将混合颗粒与水混合，搅拌均匀得浆料；接着将浆料倒入免烧砖模具中，振动浆料至浆料密实，压紧成型；在70-90℃下干燥12-16小时，后脱模，养护10-20天得到利用工业废弃物的环保免烧砖。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

(1)本发明提供的一种利用工业废弃物的环保免烧砖的制备方法，该制备方法简单易行，能安全、快捷、高效地将工业废弃物加工成建筑砖材，实现变废为宝，废弃资源的回收再利用，制备效率高，适合连续规模化生产，经济价值、社会价值和生态价值高。

(2)本发明提供的一种利用工业废弃物的环保免烧砖，克服了传统利用工业废弃物的环保免烧砖密度和耐压程度不均一，用于建筑时易发生断裂事故，带来建筑倒塌风险同时也降低了建筑的抗震性，制备成本高且不利于能源的节约的缺陷，具有耐压程度更高，抗裂强度更大，性能更均一，稳定性更好，耐久性更佳，使用寿命更长的优点。

(3)本发明提供的一种利用工业废弃物的环保免烧砖，添加硫酸渣、高炉渣和盐泥这些工业固体废弃物作为主要材质，有效地回收利用了工业固体废弃物，不需要使用传统的河、江砂，节约了资源，保护了环境。

(4)本发明提供的一种利用工业废弃物的环保免烧砖，添加苯并三氮唑钠、硅酸改性季铵盐-10、单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯协同作用，能有效改善各组分原料之间的粘结性能，使得免烧砖更加密实，不会存在缝隙等情况，缩小了干湿收缩率，提高了砖材的性能稳定性和强度激，使得免烧砖更加耐压和耐折。

(5)本发明提供的一种利用工业废弃物的环保免烧砖，添加的硅酸改性季铵盐-10、单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯通过架桥和螯合作用，能有效固定工业固体废弃物中的诸如重金属离子，有效降低它们给环境带来的污染。

具体实施方式

为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明下述实施例中所述Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯的制备方法，参见：郭勇，邵士俊，何丽君，et al.Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯的合成及表征[J].化学试剂，2002(6):344-345；所述单端环氧基聚醚为单端环氧基聚醚(平均相对分子质量650)，纯度≥95.0％，购于哈尔滨冰城化工；其他原料均为商业购买。

实施例1

一种利用工业废弃物的环保免烧砖，其特征在于，是由如下重量份的各原料制成：硅酸盐水泥10份、硫酸渣20份、高炉渣15份、海泡石粉3份、硅灰石粉5份、盐泥2份、苯并三氮唑钠1份、硅酸改性季铵盐-10 2份、单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯1份、聚羧酸系高性能减水剂1份、水10份。

所述硅酸改性季铵盐-10的制备方法，包括如下步骤：将季铵盐-10、硅酸加入到水中，在60℃下搅拌反应8小时，后旋蒸除去水，得到硅酸改性季铵盐-10；所述季铵盐-10、硅酸、水的摩尔比为1:1:5。

所述单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯的制备方法，包括如下步骤：将Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯、单端环氧基聚醚加入到二甲亚砜中，在70℃下搅拌反应4小时，后旋蒸除去溶剂，得到单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯；所述Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯、单端环氧基聚醚、二甲亚砜的摩尔比为1:4:15。

一种所述利用工业废弃物的环保免烧砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将除水之外的其他各原料按重量份混合，然后进行粉碎处理，制得直径为1mm的混合颗粒；然后将混合颗粒与水混合，搅拌均匀得浆料；接着将浆料倒入免烧砖模具中，振动浆料至浆料密实，压紧成型；在70℃下干燥12小时，后脱模，养护10天得到利用工业废弃物的环保免烧砖。

实施例2

一种利用工业废弃物的环保免烧砖，其特征在于，是由如下重量份的各原料制成：铝酸盐水泥13份、硫酸渣22份、高炉渣17份、海泡石粉3.5份、硅灰石粉6.5份、盐泥3份、苯并三氮唑钠1.5份、硅酸改性季铵盐-10 2.5份、单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯1.5份、聚羧酸系高性能减水剂1.5份、水11份。

所述硅酸改性季铵盐-10的制备方法，包括如下步骤：将季铵盐-10、硅酸加入到水中，在65℃下搅拌反应8.5小时，后旋蒸除去水，得到硅酸改性季铵盐-10；所述季铵盐-10、硅酸、水的摩尔比为1:1:6。

所述单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯的制备方法，包括如下步骤：将Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯、单端环氧基聚醚加入到N,N-二甲基甲酰胺中，在72℃下搅拌反应4.5小时，后旋蒸除去溶剂，得到单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯；所述Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯、单端环氧基聚醚、N,N-二甲基甲酰胺的摩尔比为1:4:17。

一种所述利用工业废弃物的环保免烧砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将除水之外的其他各原料按重量份混合，然后进行粉碎处理，制得直径为1.5mm的混合颗粒；然后将混合颗粒与水混合，搅拌均匀得浆料；接着将浆料倒入免烧砖模具中，振动浆料至浆料密实，压紧成型；在75℃下干燥13小时，后脱模，养护12天得到利用工业废弃物的环保免烧砖。

实施例3

一种利用工业废弃物的环保免烧砖，其特征在于，是由如下重量份的各原料制成：硫铝酸盐水泥15份、硫酸渣25份、高炉渣17.5份、海泡石粉4份、硅灰石粉8份、盐泥3.5份、苯并三氮唑钠2份、硅酸改性季铵盐-10 3份、单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯2份、聚羧酸系高性能减水剂2份、水13份。

所述硅酸改性季铵盐-10的制备方法，包括如下步骤：将季铵盐-10、硅酸加入到水中，在70℃下搅拌反应9小时，后旋蒸除去水，得到硅酸改性季铵盐-10；所述季铵盐-10、硅酸、水的摩尔比为1:1:8。

所述单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯的制备方法，包括如下步骤：将Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯、单端环氧基聚醚加入到N,N-二甲基乙酰胺中，在75℃下搅拌反应5小时，后旋蒸除去溶剂，得到单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯；所述Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯、单端环氧基聚醚、N,N-二甲基乙酰胺的摩尔比为1:4:20。

一种所述利用工业废弃物的环保免烧砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将除水之外的其他各原料按重量份混合，然后进行粉碎处理，制得直径为2mm的混合颗粒；然后将混合颗粒与水混合，搅拌均匀得浆料；接着将浆料倒入免烧砖模具中，振动浆料至浆料密实，压紧成型；在80℃下干燥14小时，后脱模，养护15天得到利用工业废弃物的环保免烧砖。

实施例4

一种利用工业废弃物的环保免烧砖，其特征在于，是由如下重量份的各原料制成：水泥18份、硫酸渣28份、高炉渣19份、海泡石粉4.5份、硅灰石粉9份、盐泥4.5份、苯并三氮唑钠2.5份、硅酸改性季铵盐-10 3.5份、单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯2.5份、减水剂2.5份、水14份；所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、磷酸盐水泥按质量比1:1:3:2混合而成；所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。

所述硅酸改性季铵盐-10的制备方法，包括如下步骤：将季铵盐-10、硅酸加入到水中，在75℃下搅拌反应9.5小时，后旋蒸除去水，得到硅酸改性季铵盐-10；所述季铵盐-10、硅酸、水的摩尔比为1:1:9。

所述单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯的制备方法，包括如下步骤：将Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯、单端环氧基聚醚加入到高沸点溶剂中，在78℃下搅拌反应5.8小时，后旋蒸除去溶剂，得到单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯；所述Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯、单端环氧基聚醚、高沸点溶剂的摩尔比为1:4:24；所述高沸点溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮按质量比1:2:3:2混合而成。

一种所述利用工业废弃物的环保免烧砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将除水之外的其他各原料按重量份混合，然后进行粉碎处理，制得直径为2.5mm的混合颗粒；然后将混合颗粒与水混合，搅拌均匀得浆料；接着将浆料倒入免烧砖模具中，振动浆料至浆料密实，压紧成型；在86℃下干燥15小时，后脱模，养护18天得到利用工业废弃物的环保免烧砖。

实施例5

一种利用工业废弃物的环保免烧砖，其特征在于，是由如下重量份的各原料制成：磷酸盐水泥20份、硫酸渣30份、高炉渣20份、海泡石粉5份、硅灰石粉10份、盐泥5份、苯并三氮唑钠3份、硅酸改性季铵盐-10 4份、单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯3份、聚羧酸系高性能减水剂3份、水15份。

所述硅酸改性季铵盐-10的制备方法，包括如下步骤：将季铵盐-10、硅酸加入到水中，在80℃下搅拌反应10小时，后旋蒸除去水，得到硅酸改性季铵盐-10；所述季铵盐-10、硅酸、水的摩尔比为1:1:10。

所述单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯的制备方法，包括如下步骤：将Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯、单端环氧基聚醚加入到N-甲基吡咯烷酮中，在80℃下搅拌反应6小时，后旋蒸除去溶剂，得到单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯；所述Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯、单端环氧基聚醚、N-甲基吡咯烷酮的摩尔比为1:4:25。

一种所述利用工业废弃物的环保免烧砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将除水之外的其他各原料按重量份混合，然后进行粉碎处理，制得直径为3mm的混合颗粒；然后将混合颗粒与水混合，搅拌均匀得浆料；接着将浆料倒入免烧砖模具中，振动浆料至浆料密实，压紧成型；在90℃下干燥16小时，后脱模，养护20天得到利用工业废弃物的环保免烧砖。

对比例1

一种利用工业废弃物的环保免烧砖，其制备方法与配方与实施例1基本相同，不同的是没有添加硅酸改性季铵盐-10。

对比例2

一种利用工业废弃物的环保免烧砖，其制备方法与配方与实施例1基本相同，不同的是没有添加单端环氧基聚醚改性Meso-四甲基-meso-四对氨苯基杯[4]吡咯。

对比例3

一种利用工业废弃物的环保免烧砖，其制备方法与配方与实施例1基本相同，不同的是没有添加苯并三氮唑钠。

对比例4

一种利用工业废弃物的环保免烧砖，其制备方法与配方与实施例1基本相同，不同的是没有添加硫酸渣。

为了进一步说明本发明实施例所述利用工业废弃物的环保免烧砖的有益技术效果，分别对实施例1-5及对比例1-4涉及到的利用工业废弃物的环保免烧砖进行性能测试，测试结果见表1，测试方法参照：GB/T 2542-2012《砌墙砖试验方法》。

从表1可以看出，本发明实施例公开的利用工业废弃物的环保免烧砖具有更加优异的机械力学性能，这是各原料组分协同作用的结果。

表1

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。