CN105330210B - 一种锰矿渣免烧砖的蒸汽养护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于资源循环再生利用及建材领域，公开了一种锰矿渣免烧砖的蒸汽养护方法。本发明蒸汽养护方法为将锰矿渣免烧砖置于蒸养反应罐内，按温度分成升温、恒温和降温阶段进行，所述升温阶段还依次分成三个阶段进行：第一阶段升温到60~70℃、保温10~15min，第二阶段升温到80~85℃、保温20~30min，第三阶段升温到100~110℃，然后进入恒温阶段。本发明养护方法解决了免烧砖砖体有断层及内部孔洞、砖体外熟内生、开裂掉角，强度低，耐久性差等问题，对养护设备要求低、操作简便、生产成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于资源循环再生利用及建材领域，涉及一种砖的养护方法，尤其涉及一种锰矿渣免烧砖的蒸汽养护方法。
背景技术
目前，我国国内每年的烧结粘土砖每年的需求量为6000亿块左右，在市场上所占比重大约为70％，是最主要的墙体材料。近年来，随着城市化进程的加快，建筑墙体材料的需求量大，导致大量耕地被破坏，土地资源的急剧减少，引起了国家的高度重视。同时，传统粘土烧结砖的生产不但需要挖掘大量的耕地作为原料，而且烧结过程中需要消耗大量的煤炭资源并排放出SO2等气体，对大气造成严重破坏。随着全球能源危机的出现以及公众环保意识的提高，催动了对建筑材料的改革。免烧砖作为墙体材料开发，具有较大的资源优势，受到国内外研究人员广泛的关注。
免烧砖成型后的养护阶段是免烧砖强度形成的重要时期，其内部继续发生水化反应。水化速度越快，水化产物量越多，则免烧砖强度越高，生产周期越短。因此，适宜的养护环境对免烧砖工艺也起到至关重要的作用。根据免烧砖的强度形成机理可知，主要是利用了水泥的水化反应，生成凝胶性物质，使砖体产生一定的强度。而且，由于生石灰等物质的活化作用，让锰渣中玻璃体内的活性物质溶出，与浆体中的氢氧化钙等物质进行水化反应，生成钙矾石等物质，为免烧砖的强度奠定了基础。适宜的养护环境有利于免烧砖中水化反应的进行。不同的养护环境对砖体的强度形成有很大的影响，例如一般废渣中的活性物质都包裹在玻璃体中，只有在较高的温度下，其中的活性物质才容易溶出，当采用蒸压养护时，能够增加活性物质的溶出量。因此，根据砖体中废渣的种类和活性度的差异，养护机制也不同。
工业生产中常采用自然养护、蒸汽养护和蒸压养护等几种养护方式。自然养护是指在自然条件下，利用光照和人工喷水等方式进行养护。这种方式的养护主要特点是成本低，但是因为自然环境的温度不够高，因此，水化作用缓慢，需要较长的养护周期。蒸汽养护指在自然养护的基础上，将免烧砖放入到蒸汽房里面，进行一定时间的蒸汽养护，可以加速水化作用的进行。蒸压养护是效果最好的一种养护方式，将免烧砖制品放置于蒸压室内，设置一定的湿度和压强，由于压力的作用，可以将蒸汽压入到砖坯中，加入水化反应的进行，但是蒸压养护对蒸养罐内的压力有严格要求，故而对蒸养罐等设备要求也高，从而其成本也最高。
传统的免烧砖产品效果并不是很理想，质量问题比较严重，主要表现在:1.免烧砖砖体有断层及内部孔洞，砖体外熟内生、开裂掉角；2.砖体吸水率问题不容忽视；3.抗压强度问题严重；4.耐久性差、易老化；5.生产成本高。
发明内容
本发明的发明目的是为解决现有免烧砖蒸汽养护方法存在养护温度过高、能耗大，免烧砖砖体有断层及内部孔洞、砖体外熟内生、开裂掉角，强度低，耐久性差等问题，而提供一种锰矿渣免烧砖的蒸汽养护方法。本发明方法是一种在升温阶段由不同温度及时间组合成的新型阶梯温度蒸汽养护方法，使用阶梯升温的方式，分阶段、分时段进行。
本发明采用的技术方案如下：
一种锰矿渣免烧砖的蒸汽养护方法，将锰矿渣免烧砖置于蒸养反应罐内，按温度分成升温、恒温和降温阶段进行，所述升温阶段还依次分成三个阶段进行：第一阶段升温到60～70℃、保温10～15min，第二阶段升温到80～85℃、保温20～30min，第三阶段升温到100～110℃，然后进入恒温阶段。
进一步地，所述升温阶段升温速率为10℃/min。
进一步地，所述恒温阶段恒温时间为7～9h。
进一步地，所述降温阶段降温时间为1.5～2.5h。
进一步地，所述蒸养反应罐内相对湿度≥75％。
本发明采用蒸汽养护方法，按温度分成升温、恒温和降温阶段进行，各阶段原理如下：
(1)升温阶段
蒸养工艺中，升温过程十分关键，过快的升温会使砖坯内外温差过大出现膨胀等现象，降低免烧砖强度。但是，升温速率过慢，也会使砖坯吸收过多水分，引起砖坯内部结构松散，影响免烧砖性能。本发明升温过程中采用阶梯升温的方式，不至于使免烧砖砖坯表面水化太快从而堵塞通向内部的孔隙，水蒸汽进入砖坯的内部孔隙，溶解氢氧化钙等可溶性物质，并与酸浸锰渣中的活性物质(二氧化硅、三氧化二铝)等物质发生反应，生成新的凝胶性物质，提高免烧砖的强度；同时蒸气可以携带大量的热渗透到免烧砖内部，提高了砖坯内部温度，使得内外温度均一，水化同步进行，减少了免烧砖因温度不均引起的开裂掉角现象。
(2)恒温阶段
免烧砖内部发生水化反应，水化反应速率与温度有很大关系。反应的动力学公式为：
K＝Aexp[-Ea/(RT)]
其中，A与R为常数；T为反应温度，单位是K；Ea为反应活化能，单位是J/mol；K为反应速率。由公式可知，反应速率与温度有很大关系。温度升高，反应速率显著增大，可使水化反应更充分。当养护箱温度达到预定值后，需要恒温一段时间，让免烧砖有足够的时间发生硬化反应，增强免烧砖强度性能。恒温时间主要根据砖坯内部的游离氧化钙的含量而定，当游离氧化钙的量减少到一定值时，说明反应进行比较充分。
(3)降温阶段
砖坯降温过程对免烧砖性能也有重要影响。降温速度过快，容易引起免烧砖温差变化大，砖体出现裂缝等情况。由于水分的蒸发，降低了砖坯内部水分的含量，溶液中无定型水化物和氢氧化钙结晶析出，增大砖坯密实度，提高了免烧砖的强度。如果降温过慢，会影响氢氧化钙等物质的结晶度，对免烧砖的强度造成不良影响。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
(1)利用矿废渣为原料制备建筑用免烧砖，既变废为宝、节约能源，又避免了硫对环境的二次污染，减少二氧化碳排放量，为国家保护耕地资源的同时，也为企业和社会创造了经济价值；
(2)解决了免烧砖砖体有断层及内部孔洞、砖体外熟内生、开裂掉角，强度低，耐久性差等问题；
(3)采用蒸汽养护方法养护设备要求低、操作简便、生产成本低廉；
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例，进一步阐述本发明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
取酸浸锰矿渣为原料，在不改变锰矿渣免烧砖其它生产工艺的前提下，使用本发明蒸汽养护方法养护得到的锰矿渣免烧砖和使用传统蒸汽养护方法得到的锰矿渣免烧砖的性能比较。
(1)锰矿渣免烧砖的制备
称取5kg酸浸锰矿废渣，向锰矿废渣中加入1kg生石灰，对酸浸锰矿渣进行预处理；在经过预处理的酸浸锰矿渣中加入0.7kg水泥和4kg天然河沙干混合后得到混合物；向混合物中加入2.5kg水，并搅拌，得到泥浆状混合料；采用尺寸为70mm×40mm×30mm成型模具，将所述泥浆状混合料压制成型得到砖坯；将所述砖坯分别按照上述实施例1～4及对比实施例1所述蒸汽养护方法养护锰矿渣免烧砖。
实施例1
一种锰矿渣免烧砖的蒸汽养护方法，具体是：将锰矿渣免烧砖置于相对湿度为80％的蒸养反应罐内，按温度分成升温、恒温和降温阶段进行，所述升温阶段升温速率为10℃/min,依次分成三个阶段进行：第一阶段升温到60℃、保温10min，第二阶段升温到80℃、保温20min，第三阶段升温到100℃，然后进入恒温阶段，恒温阶段恒温时间为7h，后进入降温阶段，降温时间为2h。
实施例2
一种锰矿渣免烧砖的蒸汽养护方法，具体是：将锰矿渣免烧砖置于相对湿度为85％的蒸养反应罐内，按温度分成升温、恒温和降温阶段进行，所述升温阶段升温速率为10℃/min,依次分成三个阶段进行：第一阶段升温到70℃、保温15min，第二阶段升温到85℃、保温25min，第三阶段升温到110℃，然后进入恒温阶段，恒温阶段恒温时间为8h，后进入降温阶段，降温时间为2.5h。
实施例3
一种锰矿渣免烧砖的蒸汽养护方法，具体是：将锰矿渣免烧砖置于相对湿度为95％的蒸养反应罐内，按温度分成升温、恒温和降温阶段进行，所述升温阶段升温速率为10℃/min,依次分成三个阶段进行：第一阶段升温到60℃、保温10min，第二阶段升温到80℃、保温30min，第三阶段升温到100℃，然后进入恒温阶段，恒温阶段恒温时间为9h，后进入降温阶段，降温时间为1.5h。
实施例4
一种锰矿渣免烧砖的蒸汽养护方法，具体是：将锰矿渣免烧砖置于相对湿度为80％的蒸养反应罐内，按温度分成升温、恒温和降温阶段进行，所述升温阶段升温速率为10℃/min,依次分成三个阶段进行：第一阶段升温到65℃、保温10min，第二阶段升温到85℃、保温25min，第三阶段升温到105℃，然后进入恒温阶段，恒温阶段恒温时间为7h，后进入降温阶段，降温时间为2h。
对比实施例1
一种锰矿渣免烧砖的蒸汽养护方法，具体是：将锰矿渣免烧砖置于相对湿度为80％的蒸养反应罐内，按温度分成升温、恒温和降温阶段进行，所述升温阶段升温速率为10℃/min,升温温度为100℃，然后进入恒温阶段，恒温阶段恒温时间为7h，后进入降温阶段，降温时间为2h。
(2)免烧砖抗压强度性能比较
表1 免烧砖抗压强度性能比较
表1显示了不同蒸汽养护方法制备的锰矿渣免烧砖的7天及28天抗压强度指标。可以看出，与传统的蒸汽养护方法相比，使用本发明的蒸汽养护方法制备的锰矿渣免烧砖的抗压强度得到了大幅度的提高。
Claims (2)
1.一种锰矿渣免烧砖的蒸汽养护方法，其特征在于：将锰矿渣免烧砖置于蒸养反应罐内，按温度分成升温、恒温和降温阶段进行，所述升温阶段还依次分成三个阶段进行：第一阶段升温到60～70℃、保温10～15min，第二阶段升温到80～85℃、保温20～30min，第三阶段升温到100～110℃，然后进入恒温阶段；所述降温阶段降温时间为1.5～2.5h；所述升温阶段升温速率为10℃/min；所述恒温阶段恒温时间为7～9h。
2.根据权利要求1所述的一种锰矿渣免烧砖的蒸汽养护方法，其特征在于：所述蒸养反应罐内相对湿度≥75％。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 532399 Xialei Town, Daxin County, Chongzuo City, Guangxi Zhuang Autonomous Region Patentee after: Daxin Manganese Mine Branch of Nanfang Manganese Industry Group Co.,Ltd. Address before: 532315 Daxin Manganese Mine, Xialei Town, Chongzuo City, Guangxi Zhuang Autonomous Region Patentee before: DAXIN MANGANESE MINE BRANCH OF CITIC DAMENG MINING INDUSTRIES Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20211025 Address after: 532399 Xialei Town, Daxin County, Chongzuo City, Guangxi Zhuang Autonomous Region Patentee after: Daxin Manganese Mine Branch of Nanfang Manganese Industry Group Co.,Ltd. Patentee after: Nanfang Manganese Industry Group Co.,Ltd. Address before: 532399 Xialei Town, Daxin County, Chongzuo City, Guangxi Zhuang Autonomous Region Patentee before: Daxin Manganese Mine Branch of Nanfang Manganese Industry Group Co.,Ltd. |