CN114751692A - 气化渣透水砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种气化渣透水砖及其制备方法。以质量百分比计，该气化渣透水砖的材料包括：吸附炭3‑6wt％、气化渣粗骨料45‑55wt％、气化渣细骨料10‑25wt％、粉煤灰10‑20wt％、硅酸盐水泥10‑15wt％、添加剂1‑3wt％；所述添加剂选自减水剂和/或促凝剂。采用前述粗骨料、细骨料和吸附炭制备气化渣透水砖，消耗了大量气化渣，实现了滤饼残炭的高值化利用，拓宽了气化渣、滤饼的资源化利用，降低了气化渣透水砖的制造成本。本发明所述的气化渣透水砖材料，采用本发明所述的制备方法，不需要对砖坯烧结即可制备得到气化渣透水砖，降低了能耗、成本。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种气化渣透水砖及其制备方法。
背景技术
建设海绵城市是解决城市内涝、调节城市生态环境的重要途径，符合绿色持续可发展的环境理念。在城市广场、人行道等位置铺装透水砖，是建设海绵城市的主要方式。雨水可以透过透水砖渗入地下，大幅提高了城市硬化地面排水功能，有效缓解了城市排水***的压力。目前我国生产的透水砖，大多以天然碎石为主要原料，添加水泥、外加剂等组分制备成混凝土透水砖，实现透水功能。该种混凝土透水砖，密度高、透水效果差，还消耗大量砂石资源。
我国贫煤、富油、少气的能源结构，促使我国煤化工行业得到快速发展，煤气化技术是煤化工行业的核心技术，不同煤气化工艺皆产生大量气化渣、气化滤饼，目前主要采用堆存、填埋的处置方法，占用了大量土地资源。气流床气化渣，在高温下呈熔融状态排入水中进行激冷，形成内部呈多孔状的熔渣颗粒，是性能良好的轻集料，但是未能得到有效利用。
CN 103553471B公开一种废弃混凝土制透水砖的方法，将废弃混凝土通过多次破碎、筛分制备再生骨料用于制备透水砖，该方法制备的骨料消耗大量电能，且制得的骨料存在结构缺陷，影响强度。
CN 110606720A公开一种利用粉煤灰制备透水砖的方法，该方法利用粉煤灰制备成粗骨料，然后与其他配料混合后得到高产量粉煤灰基透水砖，该工艺需要经过焙烧，消耗大量能源。
CN 113429168A公开一种利用气化渣、改性中骨料陶粒、水泥等制备透水砖的方法，该方法通过加入改性陶粒降低透水砖的容重，陶粒需要单独购买或者制备，且需要进行煅烧、碱浸等改性过程，烧结工艺的优点是透水性好，缺点是能耗高，成本高，并存在废气排放等环境污染问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的气化渣利用率低，工艺能耗高的问题，本发明提供了一种气化渣透水砖及制备方法，该透水砖抗压强度高、透水率高，且制备过程能耗低。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种气化渣透水砖，以质量百分比计，该气化渣透水砖的材料包括：
吸附炭3％-6wt％、气化渣粗骨料45-55wt％、气化渣细骨料10-25wt％、粉煤灰10-20wt％、硅酸盐水泥10-15wt％、添加剂1-3wt％；所述添加剂选自减水剂和/或促凝剂。
本发明第二方面提供一种本发明所述气化渣透水砖的制备方法，该方法包括以下步骤：
按照比例将吸附炭、气化渣粗骨料、气化渣细骨料、粉煤灰、硅酸盐水泥混合得到混合料，再加入占混合料质量5-10wt％的水；最后按比例加入添加剂，混合均匀后加入模具中，压制成型后脱模得到砖坯，再对砖坯进行养护得到气化渣透水砖。
本发明所述的气化渣透水砖，通过气化渣粗骨料、细骨料的级配，配合粉煤灰、水泥、吸附炭可以制备高强度、高透水率的透水砖。
本发明优选实施方式创新性地运用气化渣筛分获得不同粒度气化渣，改变气化渣的粒度级配，制备得到粗骨料和细骨料，并对气化滤饼中的残炭进行分选制得吸附炭，采用前述粗骨料、细骨料和吸附炭制备气化渣透水砖，消耗了大量气化渣，实现了滤饼残炭的高值化利用，拓宽了气化渣、滤饼的资源化利用，降低了气化渣透水砖的制造成本。本发明所述的气化渣透水砖材料，采用本发明所述的制备方法，不需要对砖坯烧结即可制备得到气化渣透水砖，降低了能耗、成本。
本发明所述气化渣透水砖具有高强度、高透水率的优点，推测是因为经过气化炉高温反应后气化渣中含有具有水化胶凝性的硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙等活性物质，能够与粉煤灰、水泥等发生水化胶凝反应，使得气化渣透水砖强度大大提升。
附图说明
图1是本发明一种优选实施方式提供的气化渣透水砖制备路线图。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种气化渣透水砖，以质量百分比计，该气化渣透水砖的材料包括：
吸附炭3％-6wt％、粗骨料45-55wt％、细骨料10-25wt％、粉煤灰10-20wt％、硅酸盐水泥10-15wt％、添加剂1-3wt％；
所述添加剂选自减水剂和/或促凝剂。通过气化渣粗骨料、细骨料的级配，配合粉煤灰、水泥、吸附炭可以制备高强度、高透水率的透水砖。推测是因为经过气化炉高温反应后气化渣中含有具有水化胶凝性的硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙等活性物质，能够与粉煤灰、水泥等发生化学反应，使得气化渣透水砖强度大大提升。
根据本发明的一种优选实施方式，所述添加剂为减水剂和促凝剂，优选地，减水剂与促凝剂的质量比为0.5％-1％：1.5％-2.5％；
在本发明中，对所述减水剂没有特别的限定，本领域常规减水剂均能实现本发明的目的，优选地，所述减水剂选自萘磺酸盐和/或木质素磺酸盐。
在本发明中，对所述促凝剂没有特别的限定，本领域常规促凝剂均能实现本发明的目的，优选地，所述促凝剂选自水玻璃、氯化钠、硫酸钠和煤化工杂盐中的至少一种。
根据本发明的一种优选实施方式，所述气化渣粗骨料平均粒径大于8mm，优选为8-14mm；有利于提高气化渣透水砖的抗压强度和透水率。
根据本发明的一种优选实施方式，所述气化渣细骨料平均粒径为2-8mm，优选为3-5mm有利于提高气化渣透水砖的抗压强度和透水率。
根据本发明的一种优选实施方式，所述吸附炭灰分为10-20wt％，比表面积为190-320m2/g，前述吸附炭不仅能够可以有效吸附COD，用于净化水质，实现了滤饼残炭的高值化利用。
根据本发明的一种优选实施方式，所述粉煤灰为一级粉煤灰，例如可以为煤粉锅炉或循环流化床锅炉一级粉煤灰；有利于提高气化渣透水砖的抗压强度和透水率。
本发明对所述气化渣粗骨料和气化渣细骨料的分离方式没有特别的限定，针对本发明，本发明创新性地运用气化渣筛分获得不同粒度气化渣，改变气化渣的粒度级配，制备得到粗骨料和细骨料，所述粗骨料和所述细骨料的制备方法包括以下步骤：
将气流床气化炉排出的气化渣，
采用8-10mm和2-4mm孔径筛进行两级筛分，得到8-10mm筛上物为气化渣粗骨料、2-4mm筛上物为气化渣细骨料和2-4mm筛下物；例如可采用采用8mm和2mm孔径筛进行两级筛分，得到8mm筛上物为气化渣粗骨料、2mm筛上物为气化渣细骨料和2mm筛下物，2mm筛下物弃用进行常规处置。
本发明第二方面提供一种本发明所述气化渣透水砖的制备方法，该方法包括以下步骤：
按照比例将吸附炭、粗骨料、细骨料、粉煤灰、硅酸盐水泥混合得到混合料，再加入占混合料质量5-10wt％的水；最后按比例加入添加剂，混合均匀后加入模具中，压制成型后脱模得到砖坯，再对砖坯进行养护得到气化渣透水砖。
本发明的气化渣透水砖材料，采用前述制备方法，不需要对砖坯烧结即可制备得到气化渣透水砖，降低了能耗、降低了成本。
根据本发明的一种优选实施方式，在6-10MPa压力下压制成型后脱模得到透水砖砖坯，有利于提高气化渣透水砖的抗压强度和透水率。
在本发明中，气化渣砖坯在常温下自然养护15-30天得到气化渣透水砖优选地，气化渣砖坯养护条件包括：在160-180℃、0.6-0.8MPa压力下养护3-8h，不仅节省养护时间，还有利于提高气化渣透水砖的抗压强度和透水率。
如图1所示，本发明一种优选实施方式提供的气化渣透水砖制备路线图，通过对气化渣进行筛分得到气化渣粗骨料和细骨料，对气化滤饼进行分选富集，获得吸附炭，再结合本发明的其他组分制备得到透水砖。该透水砖具备净水功能且原料易得、密度低、强度高、成本低，同时还消耗了大量气化渣，实现了滤饼分选炭的高值化利用，拓宽了气化渣、滤饼的资源化利用，可广泛应用于海绵城市建设。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，抗压强度测试条件包括：参照JC/T945-2005方法进行检测。
以下实施例中，透水系数测试条件包括：参照JC/T945-2005方法进行检测。
以下实施例中，粉煤灰的性质为煤粉锅炉或循环流化床锅炉一级粉煤灰。
制备例1
将气流床气化滤饼中的残炭经过水介重选进行分选富集，获得吸附炭，吸附炭灰分18wt％，比表面积243m2/g。
制备例2
将气流床气化炉捞渣机排出的气化渣，采用8mm和2mm孔径筛进行两级筛分，得到8mm筛上物气化渣粗骨料、2mm筛上物气化渣细骨料和2mm筛下物；2mm筛下物弃用进行常规处置。
实施例1
(1)取吸附炭10kg、粗骨料45kg、细骨料15kg、粉煤灰13.5kg、市售硅酸盐水泥15kg形成混合料，再加入10kg水、0.5kg减水剂(木质素磺酸钠)、1kg促凝剂(煤化工杂盐：主要成分为氯化钠、硫酸钠的混合物)加入搅拌机，充分搅拌混合均匀；
(2)混合均匀的混合料加入模具中，7MPa压力下压制成型并脱模得到气化渣透水砖砖坯。
(3)气化渣透水砖砖坯送入蒸压釜，在160℃、0.6MPa压力下养护4h，得到气化渣透水砖。
气化渣透水砖，抗压强度达到30.3MPa，透水系数(15℃)达到1.18×10-2cm/s。
实施例2
(1)取吸附炭5kg、粗骨料50kg、细骨料10kg、粉煤灰18.5kg、市售硅酸盐水泥15kg形成混合料，再加入10kg水、0.5kg减水剂(木质素磺酸钠)、1kg促凝剂(煤化工杂盐：主要成分为氯化钠、硫酸钠的混合物)加入搅拌机，充分搅拌混合均匀；
(2)混合均匀的混合料加入模具中，7MPa压力下压制成型并脱模得到气化渣透水砖砖坯。
(3)气化渣透水砖砖坯送入蒸压釜，在160℃、0.6MPa压力下养护4h，得到气化渣透水砖。
气化渣透水砖，抗压强度达到32.3MPa，透水系数(15℃)达到1.54×10-2cm/s。
实施例3
(1)取吸附炭3kg、粗骨料45kg、细骨料25kg、粉煤灰12kg、市售硅酸盐水泥12kg形成混合料，再加入6kg水、1.5kg减水剂(木质素磺酸钠)、1kg促凝剂(水玻璃)加入搅拌机，充分搅拌混合均匀；
(2)混合均匀的混合料加入模具中，10MPa压力下压制成型并脱模得到气化渣透水砖砖坯。
(3)气化渣透水砖砖坯送入蒸压釜，在180℃、0.8MPa压力下养护8h，得到气化渣透水砖。
气化渣透水砖抗压强度达到33.19MPa，透水系数(15℃)达到1.01cm/s。
实施例4
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(1)中，气化渣透水砖常温自然养护20天制备得到气化渣透水砖。其余条件同实施例1。
气化渣透水砖抗压强度达到31MPa，透水系数(15℃)达到1.21cm/s。
实施例5
按照实施例1的方法，不同的是，步骤(3)中，气化渣透水砖原料中粗骨料平均粒径为9-12mm制备得到气化渣透水砖。其余条件同实施例1。
气化渣透水砖抗压强度达到32.86MPa，透水系数(15℃)达到1.33cm/s。
对比例1
(1)取吸附炭10kg、未筛分的气化渣60kg、粉煤灰13.5kg、市售硅酸盐水泥15kg形成混合料，再加入10kg水、1kg减水剂(木质素磺酸钠)、0.5kg促凝剂(煤化工杂盐：主要成分为氯化钠、硫酸钠的混合物)加入搅拌机，充分搅拌混合均匀；
(2)混合均匀的混合料加入模具中，7MPa压力下压制成型并脱模得到气化渣透水砖砖坯。
(3)气化渣透水砖砖坯送入蒸压釜，在160℃、0.6MPa压力下养护4h，得到气化渣透水砖。
气化渣透水砖，抗压强度达到33.4MPa，透水系数(15℃)达到0.35cm/s。
对比例2
(1)取吸附炭10kg、粗骨料60kg、粉煤灰13.5kg、市售硅酸盐水泥15kg形成混合料，再加入10kg水、1kg减水剂(木质素磺酸钠)、0.5kg促凝剂(煤化工杂盐：主要成分为氯化钠、硫酸钠的混合物)加入搅拌机，充分搅拌混合均匀；
(2)混合均匀的混合料加入模具中，7MPa压力下压制成型并脱模得到气化渣透水砖砖坯。
(3)气化渣透水砖砖坯送入蒸压釜，在160℃、0.6MPa压力下养护4h，得到气化渣透水砖。
气化渣透水砖，抗压强度达到14.7MPa，透水系数(15℃)为3.42cm/s。
对比例3
(1)取吸附炭10kg、气化渣粗骨料30kg、气化渣细骨料30kg，粉煤灰13.5kg、市售硅酸盐水泥15kg形成混合料，再加入10kg水、1kg减水剂(木质素磺酸钠)、0.5kg促凝剂(煤化工杂盐：主要成分为氯化钠、硫酸钠的混合物)加入搅拌机，充分搅拌混合均匀；
(2)混合均匀的混合料加入模具中，7MPa压力下压制成型并脱模得到气化渣透水砖砖坯。
(3)气化渣透水砖砖坯送入蒸压釜，在160℃、0.6MPa压力下养护4h，得到气化渣透水砖。
气化渣透水砖，抗压强度达到29.3MPa，透水系数(15℃)为0.92cm/s。
对比例4
(1)取吸附炭10kg、粗骨料45kg、细骨料15kg、市售硅酸盐水泥15kg形成混合料，再加入10kg水、1kg减水剂(木质素磺酸钠)、0.5kg促凝剂(煤化工杂盐：主要成分为氯化钠、硫酸钠的混合物)加入搅拌机，充分搅拌混合均匀；
(2)混合均匀的混合料加入模具中，7MPa压力下压制成型并脱模得到气化渣透水砖砖坯。
(3)气化渣透水砖砖坯送入蒸压釜，在160℃、0.6MPa压力下养护4h，得到气化渣透水砖。
气化渣透水砖，抗压强度达到15.3MPa，透水系数(15℃)为2.12cm/s。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种气化渣透水砖，其特征在于，以质量百分比计，该气化渣透水砖的材料包括：
吸附炭3-6wt％、气化渣粗骨料45-55wt％、气化渣细骨料10-25wt％、粉煤灰10-20wt％、硅酸盐水泥10-15wt％、添加剂1-3wt％；所述添加剂选自减水剂和/或促凝剂。
2.根据权利要求1所述的气化渣透水砖，其中，
所述气化渣粗骨料平均粒径大于8mm；和/或
所述气化渣细骨料平均粒径为2-8mm。
3.根据权利要求1或2所述的气化渣透水砖，其中，
所述气化渣粗骨料平均粒径为8-14mm；和/或
所述添加剂为减水剂和促凝剂，优选地，减水剂与促凝剂的质量比为0.5％-1％：1.5％-2.5％。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的气化渣透水砖，其中，
所述吸附炭灰分为10-20wt％，比表面积为190-320m2/g。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的气化渣透水砖，其中，
所述粉煤灰为一级粉煤灰；和/或
所述减水剂选自萘磺酸盐和/或木质素磺酸盐；和/或
所述促凝剂选自水玻璃、氯化钠、硫酸钠和煤化工杂盐中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的气化渣透水砖，其中，所述粗骨料和所述细骨料的制备方法包括以下步骤：
将气流床气化炉排出的气化渣，采用8-10mm和2-4mm孔径筛进行两级筛分，得到8-10mm筛上物为气化渣粗骨料、2-4mm筛上物为气化渣细骨料和2-4mm筛下物。
7.一种权利要求1-6中任意一项所述气化渣透水砖的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
按照比例将吸附炭、气化渣粗骨料、气化渣细骨料、粉煤灰、硅酸盐水泥混合得到混合料，再加入占混合料质量5-10wt％的水；最后按比例加入添加剂，混合均匀后加入模具中，压制成型后脱模得到砖坯，再对砖坯进行养护得到气化渣透水砖。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，在6-10MPa压力下压制成型后脱模得到透水砖砖坯。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其中，
养护条件包括：在160-180℃、0.6-0.8MPa压力下养护3-8h。
10.根据权利要求7或8所述的制备方法，其中，养护条件包括：在常温下自然养护15-30天得到气化渣透水砖。
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