CN108328981A

CN108328981A - 利用污泥、矿化垃圾和建筑垃圾制备免烧结自保温砖的方法

Info

Publication number: CN108328981A
Application number: CN201810352424.2A
Authority: CN
Inventors: 卢开裕; 虞克夫; 张慧迪; 谢科平
Original assignee: Ningbo Heng Technology Co Ltd Pure Solid Waste
Current assignee: Ningbo Chunli solid waste Technology Co., Ltd
Priority date: 2018-04-19
Filing date: 2018-04-19
Publication date: 2018-07-27
Anticipated expiration: 2038-04-19
Also published as: CN108328981B

Abstract

本发明公开了利用污泥、矿化垃圾和建筑垃圾制备免烧结自保温砖的方法，具体为：首先将改性污泥与海贝壳灰混合活化得活化污泥，然后将活化污泥、海贝壳灰、粉煤灰、矿化垃圾、建筑垃圾、粘土、F14激发剂与水进行轮碾混合，然后进行消化，取消化料、胶结剂、固结剂与聚羧酸盐高效减水剂进行二次轮碾得制坯料，经压制成砖坯后先后进行预养护‑常压蒸汽养护‑高压蒸汽养护即得自保温砖。有益效果为：本发明解决了污水处理厂的脱水污泥、矿化垃圾与建筑垃圾的有效处理、资源化利用问题，制备方法工艺简单、成本低廉，自保温砖的强度满足建筑需求，而且兼具保温隔热效果。

Description

利用污泥、矿化垃圾和建筑垃圾制备免烧结自保温砖的方法

技术领域

本发明涉及固体废弃物资源利用领域领域，尤其是涉及一种利用污泥、矿化垃圾和建筑垃圾制备免烧结自保温砖的方法。

技术背景

目前，建筑行业蓬勃发展，对烧结砖的需求量巨大，并且国家已禁止粘土实心砖的使用和生产，采用固体废弃物制砖成为替代粘土制砖的趋势。生活垃圾填埋多年后，经过物理、化学、生物反应，可降解的物质基本降解完全，垃圾的性质和组分相对稳定，形成一种类似土壤的物质，可以称为矿化垃圾。如果能将这部分垃圾开采出来进行资源化利用，不仅能够变废为宝，还能扩大垃圾场的填埋容量，在延长己封场填埋场使用年限的同时，还可以节省宝贵的土地资源。据不完全统计，全国日污泥排放量4.45万多立方米，集中生化处理已成为污水处理的主流。污水厂在净化污水的同时，产生的污泥量约占污水总处理量的0.3～5%（含水率以97%计），寻求经济有效的减容化、无害化和资源化的污泥处理利用技术具有重要的意义。我国的污泥处置大部分以农用、填埋或焚烧处置，在制备建筑材料方面的应用很少。据最新统计结果显示，我国每年的建筑施工面积已超过6.5亿平方米，但随之而来的建筑垃圾也与日俱增。目前，我国每年建筑垃圾的数量已占城市年垃圾总量的30～40%，绝大部分的建筑垃圾未经过任何处理就被运到郊外或乡村，采用露天堆放或填埋的方式进行处理。

矿化垃圾、污泥、建筑废弃物与传统用粘土烧结砖原料组成上不一样，用于烧结砖存在技术的难度。如何妥善处理矿化垃圾、污泥和建筑废弃物，实现其资源化利用，而不污染环境，是我们急需解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用污泥、矿化垃圾和建筑垃圾制备免烧结自保温砖的方法，本发明方法工艺简单、成本低廉，充分利用废弃物原料的颗粒团聚性与活化、养护后形成的凝胶结晶性制备免烧结自保温砖，变废为宝、减少环境污染，可以显著降低自保温砖的附加应力及应力增强，兼具较强的保温隔热作用。

本发明针对背景技术中提到的问题，采取的技术方案为：

利用污泥、矿化垃圾和建筑垃圾制备免烧结自保温砖的方法，包括：预处理、轮碾、消化、二次轮碾、成型、养护，具体包括以下步骤：

预处理：取改性污泥90～96重量份、海贝壳灰3～9重量份，采用污泥泵、粉体泵送至污泥干燥机中，混合均匀，然后脱水干燥，使污泥的脱水率达到90～95%，重复研磨并过80～100目筛得活化污泥；各原料之间相互配合，可以除去污泥的臭味，将污泥调节成为中性，同时提高污泥中的钙含量，促进海贝壳灰水化进度，激发污泥活性；

轮碾：将100～128重量份的活化污泥、12～18重量份的海贝壳灰、30～60重量份的粉煤灰、50～55重量份的矿化垃圾、34～50重量份的建筑垃圾、15～30重量份的粘土、5～10重量份的F14激发剂、30～60重量份的水输入至XLH-800型行星式轮碾混合机轮碾混合，轮碾时间为2～6min即成为混合料；轮碾可以激发活化污泥、海贝壳灰、粉煤灰、矿化垃圾及建筑垃圾的活性，使这些原料的粒径变小，水和激发剂进入原料粒子中心的距离大大缩短，也就更容易进入其内部，原料粒子越细，水和激发剂到达其颗粒中心的速度越快，活化越快，而且，使原料粒子出现裂纹、擦伤等缺陷，打破它的完整性，为水和激发剂的进入及硅铝的溶出开辟了道路，因而可促进活化；

消化：将混合料输入至连续式消化仓内进行物料消化，消化仓内保持温度为40～58℃，消化时间为120～150min，成为消化料；消化步骤一是可以使原料充分消解，以便各原料之间发生反应，二是提高混合料的可塑性，便于成型制坯；

二次轮碾：将180～190重量份的消化料、1.2～1.5重量份的胶结剂、7～12重量份的固结剂与0.05～0.2重量份的聚羧酸盐高效减水剂输入至XLH-800型行星式轮碾混合机重复轮碾混合，轮碾时间为4～6min，成为制坯料，输入贮备箱备用；二次轮碾可增加消化料的溶解度，使得消化料中有效的活性成分彻底激发，使物料间发生化学反应，增大消化料颗粒比表面积，提高其与胶结剂、固结剂的接触机会，充分激发其活性，提高可塑性；

制坯：将自制的模具四周及上下均匀涂上机油，然后把二次轮碾后的制坯料放入模具中，封闭后将模具置于压力机中，压力机加压速率控制在0.5～1KN/s，成型压力为25～35MPa，在最高压力处保压15～20s，放压卸下模具，取出砖坯；制坯成型工艺中的加压速率、压力、保压时间根据产品设计强度、混合料成分配比不同其压力可作相应变动；

养护：砖坯养护工艺分三个步骤：1）预养护：控制养护车间温度为10～15℃，采用自然预养法，静置养护36～48h；2）常压蒸汽养护：控制养护车间温度为90～100℃，常压下蒸汽养护4～6h；3）高压蒸汽养护：控制养护车间温度为140～180℃，蒸汽压力为1.1～1.3MPa，高压蒸汽养护4～6h；自然降至室温后取出，放在混凝土标准养护室内继续养护7～10d即得自保温砖；将砖坯在相关条件下进行常压蒸汽养护与高压蒸汽养护，促进了水化的进行，使得制品具有了一定的强度及耐久性，水热养护过程中，砖坯中的镁离子、铝离子、氯离子等激发剂离子会促进水化硅酸钙的结晶和生成，使水化硅酸钙变得致密，提高了自保温砖的抗折强度和抗压强度，高压蒸汽养护的自保温砖，砖内活性组分水热反应充分，强度高、性能稳定、生产周期短，可直接代替实心粘土砖用于6层以下民用承重建筑。

较佳的，污泥取自本地污水处理厂污泥脱水车间，其脱水工艺主要采用添加CaO和FeCl3稳定后进行板块框压滤，含水率控制在45～50%，其重金属含量符合《城市污水处理厂污泥检验方法》（CJ/T221-2005）规定之要求。

较佳的，粉煤灰取自本地热电厂煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，呈现黑褐色，其化学组成如表1所示。粉煤灰的比表面积达到486m²/kg，密度为2.37～2.56g/cm³，主要的矿物组成为SiO₂、Al₂O₃以及CaO，在2θ为25°左右出现了弥散的衍射峰，可知粉煤灰中含有大量的玻璃体。粉煤灰的化学组成会因经济、地域、产区不同而有所区别，因此表1所示粉煤灰的化学组成不作为其标准组成。

表1.粉煤灰的化学组成

较佳的，粘土取自本地区表层土壤，使用前经过干燥、球磨及筛分处理，粒径细度为100～120目，经干燥至含水率达到3～5％，备用。

较佳的，矿化垃圾取自本地生活垃圾填埋场，将矿化垃圾筛分至粒径细度为100～120目，经干燥至含水率达到20～40％，备用。

较佳的，海贝壳灰为将废弃在海滩的海生贝类动物骨骼质素，经烘干、煅烧、粉磨得到的海贝壳灰，粒径细度为150～200目，海贝壳灰中CaCO₃成份含量为95～98%，利用CaCO₃活性成份增钙，增强基体的强度。

较佳的，建筑垃圾取自建筑废弃物，经破碎至粒径60～70目的细粉占50％以上，其余的粒径在2mm以下，备用。

较佳的，污泥中加入0.5～1.2%的1.2～1.5MNaOH溶液，使用高压均质改性污泥机在3000～4500r/min转速下强力剪切45～60min得改性污泥；改性机的特殊结构可以打破污泥的网状结构及生物质细胞壁等，污泥原本呈现絮凝状没有流动性，随着NaOH溶液的加入，污泥流动性明显转好，污泥中的酸性物质与NaOH反应加速，产生了部分自由水，加上NaOH对未被剪切的生物质细胞有渗透作用，释放出自由水，同时NaOH的强碱性将污泥中的结合水变成自由水释放出来，使污泥能够有效分散在自由水中，改善了污泥的流动性。

较佳的，固结剂由浙江宁波纯恒固废科技有限公司供货，固结剂是一种无机胶凝材料，其性状如下：

1）灰色粉状固体颗料；

2）密度为2.70～2.85g/cm³；

3）细度为80um方筛筛余量不超过4.0%；

4）无机固体废物磨制的粉体，不用煅烧，替代水泥的产品。

进一步地，胶结剂中含有以下含量的混合物质：11.5～13.5%硝酸铝、14.8～15.0%硝酸钠、17.6～18.5%氧化镁、13.6～25.8%氯化钠、6.8～8.5%氟化钠、13.5～18.5%磷酸钙，还含有10.3～12.5%改性纤维素乙酸酯、2.6～2.8%8-苯基䓝基丙酮酸酯；胶结剂中的镁离子、铝离子、氯离子等激发剂离子会促进水化硅酸钙的结晶和生成，提高水化硅酸钙的生成效率；F^-和Ca²⁺生成沉淀吸附于刚生成的水化硅酸钙表面，因此F^-的存在会阻碍反应的进一步进行，形成的氟化钙沉淀吸附在水化硅酸钙表面使得水化硅酸钙尺寸变小；磷酸钙在水热条件下会发生水化反应生成更加难溶的羟基磷灰石，羟基磷灰石吸附于新生成的氢氧化钙及水化硅酸钙表面从而限制了水化硅酸钙进一步的生成，水化硅酸钙的高效率并迅速生成使得自身分布比较均匀，质地较为致密，这大大提高了自保温砖的抗折强度和抗压强度。另外，改性纤维素乙酸酯和8-苯基䓝基丙酮酸酯一方面起到强效粘结剂的作用，可以有效提高自保温砖三维结构实体的各向异性的匀质性，有利于降低其非线性与不连续性的力学性质，最大限度上消减砖体内部存在的复杂的微观应力、应变和微小裂缝，同时在其上墙与砌筑砂浆、梁、柱、抹灰层、外墙装饰层等构成整体之后，可以显著的降低这些附加应力的增强，在微观结构上提高自保温砖的强度与结构牢度；另一方面，改性纤维素乙酸酯和8-苯基䓝基丙酮酸酯二者之间的协同作用与激发剂中的离子汇同水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硅铝酸钙等凝胶物质形成更庞大的凝胶体系，利用多组分复合超叠加效应，使之形成多晶聚集体，其一是提高了结构牢度，其二还固定其内含的重金属离子、有害微生物等，其三是内部含有大量的微小密闭孔洞，使其内部具有较强的保温隔热效果，大大降低了自保温砖在温度变化时与其他墙体材料的变形之间的差异，降低了建筑物的温度应力，即在“整体墙”内抑制了附加内应力，延长了墙体的使用期限，降低了成本，消除了危害。

作为对本发明方法的进一步改进，胶结剂中各组分的纯度如下：

硝酸铝，Al(NO₃)₃含量≥99.0%；

硝酸钠，NaNO₃含量≥99.0%；

氧化镁，MgO含量≥98.0%；

氯化钠，NaCl含量≥99.5%；

氟化钠，NaF含量≥99.0%；

磷酸钙，Ca₃(PO₄)₂含量≥99.0%；

8-苯基䓝基丙酮酸酯，分析纯级，含量≥99.8%。

作为对本发明方法的进一步改进，改性纤维素乙酸酯的制备方法为：漂白竹浆经清水浸泡，洗涤，烘干后，经1.5～2.0mol/L氢氧化钠溶液纯化处理除去其中少量的木质素、半纤维素等杂质，最后水洗烘干粉碎制得竹纤维原料；称取竹纤维原料置于反应容器内，加入9～10倍冰乙酸，于恒温水浴中浸泡活化120～150min；然后加入竹纤维原料5～6倍的乙酸酐和0.1～0.11倍的浓硫酸，在38～40℃条件下恒温改性90～120min；乙酰化后的溶液用20～21%的乙酸镁溶液终止反应，并加入蒸馏水析出松散絮状的白色沉淀，过滤并洗至中性，65～70℃真空干燥得纤维素乙酸酯；将获得的纤维素乙酸酯置于65～68%的浓硝酸溶液中，30～35℃温度下浸泡改性30～45min，然后加热挥尽硝酸与水，粉碎即得改性纤维素乙酸酯；竹纤维的羟基被乙酰基取代，其纤维素中晶格遭到破坏，竹纤维乙酰化反应程度进行得彻底，其原有的结晶区相互缔合的羟基基团大部分发生了反应；经改性后，纤维素乙酸酯中的硝酸-醋酸混合纤维素脂的含量增大，纤维素酯的粘附能力大大增强。

作为对本发明方法的进一步改进，二次轮碾步骤中，胶结剂的添加方式是首先将适当分量的硝酸铝、硝酸钠、氧化镁、氯化钠、氟化钠与磷酸钙的混合物加入到混合料中，其次将适当分量的改性纤维素乙酸酯和8-苯基䓝基丙酮酸酯溶解于3-5倍量的乙醇中，溶解后均匀掺入混合料中；分先后批次将胶结剂加入到混合料中，不仅避免了将胶结剂所有物质混杂所可能造成的相互间化学反应进而影响其最终的性能，而且还可以将改性纤维素乙酸酯和8-苯基䓝基丙酮酸酯的乙醇溶液与白炭黑、硝酸铝、硝酸钠、氧化镁、氯化钠、氟化钠与磷酸钙的混合物充分的混合到混合物料中，其分散度与均质化程度较高。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明变废为宝、减少环境污染，充分利用污泥、矿化垃圾、建筑垃圾的颗粒团聚性与活化、养护后形成的凝胶结晶性制备免烧结自保温砖，无需添加内燃煤粉，制备方法工艺简单、成本低廉，自保温砖的强度高，且隔热保温效果好，外观良好；

2）改性纤维素乙酸酯和8-苯基䓝基丙酮酸酯起到强效粘结剂的作用，可以有效提高自保温砖三维结构实体的各向异性的匀质性，有利于消减砖体内部存在的复杂的微观应力、应变和微小裂缝，同时在其应用之后，可以显著的降低这些附加应力的增强，在微观结构上提高自保温砖的强度与结构牢度；

3）改性纤维素乙酸酯和8-苯基䓝基丙酮酸酯二者之间的协同作用与激发剂中的离子汇同水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硅铝酸钙等凝胶物质形成更庞大的凝胶体系使之形成多晶聚集体，其一是提高了结构牢度，其二还固定其内含的重金属离子、有害微生物等，其三是内部含有大量的微小密闭孔洞，使其内部具有较强的保温隔热效果，大大降低了自保温砖在温度变化时与其他墙体材料的变形之间的差异，降低了建筑物的温度应力，即在“整体墙”内抑制了附加内应力，延长了墙体的使用期限，降低了成本，消除了危害；

4）本发明方法中制备的自保温砖符合国家标准《混凝土实心砖》（GB/T21144-2007）中的相关标准，符合国务院关于《新型墙体改革改政》坚持新型墙材应“节土、省地、利废、环保的原则”，迎合国务院、各部门及地方人民政府关于环境保护、墙体改革、建筑节能的各项政策法规。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明方案作进一步说明：

实施例1：

利用污泥、矿化垃圾和建筑垃圾制备免烧结自保温砖的方法，具体包括以下步骤：

1）预处理：取改性污泥90重量份、海贝壳灰3重量份，采用污泥泵、粉体泵送至污泥干燥机中，混合均匀，然后脱水干燥，使污泥的脱水率达到90%，重复研磨并过80目筛得活化污泥；

2）轮碾：将100重量份的活化污泥、12重量份的海贝壳灰、30重量份的粉煤灰、50重量份的矿化垃圾、34重量份的建筑垃圾、15重量份的粘土、5重量份的F14激发剂、30重量份的水输入至XLH-800型行星式轮碾混合机轮碾混合，轮碾时间为2min即成为混合料；

3）消化：将混合料输入至连续式消化仓内进行物料消化，消化仓内保持温度为40℃，消化时间为120min，成为消化料；消化步骤一是可以使原料充分消解，以便各原料之间发生反应，二是提高混合料的可塑性，便于成型制坯；

4）二次轮碾：将180重量份的消化料、1.2重量份的胶结剂、7重量份的固结剂与0.05重量份的聚羧酸盐高效减水剂输入至XLH-800型行星式轮碾混合机重复轮碾混合，碾研时间为4min，成为制坯料，输入贮备箱备用；

5）制坯：将自制的模具四周及上下均匀涂上机油，然后把二次轮碾后的制坯料放入模具中，封闭后将模具置于压力机中，压力机加压速率控制在0.5KN/s，成型压力为25MPa，在最高压力处保压15s，放压卸下模具，取出砖坯；

6）养护：砖坯养护工艺分三个步骤：①预养护：控制养护车间温度为10℃，采用自然预养法，静置养护36h；②常压蒸汽养护：控制养护车间温度为90℃，常压下蒸汽养护4h；③高压蒸汽养护：控制养护车间温度为140℃，蒸汽压力为1.1MPa，高压蒸汽养护4h；自然降至室温后取出，放在混凝土标准养护室内继续养护7d即得自保温砖；将砖坯在相关条件下进行常压蒸汽养护与高压蒸汽养护，促进了水化的进行，使得制品具有了一定的强度及耐久性，水热养护过程中，砖坯中的镁离子、铝离子、氯离子等激发剂离子会促进水化硅酸钙的结晶和生成，使水化硅酸钙变得致密，提高了自保温砖的抗折强度和抗压强度，高压蒸汽养护的自保温砖，砖内活性组分水热反应充分，强度高、性能稳定、生产周期短，可直接代替实心粘土砖用于6层以下民用承重建筑。

依据中华人民共和国国家标准《混凝土实心砖》（GB/T21144-2007）中的测试方法，测试免烧结自保温砖的综合性能指标，测试结果如表2所示。由表2可知，免烧结自保温砖符合国家标准《混凝土实心砖》（GB/T21144-2007）中的相关标准。

表2.免烧结自保温砖的性能测试结果

实施例2：

1）原料准备：

①污泥取自本地污水处理厂污泥脱水车间，其脱水工艺主要采用添加CaO和FeCl₃稳定后进行板块框压滤，含水率控制在45%；

②粉煤灰取自本地热电厂煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，呈现黑褐色，其化学组成如表1所示。粉煤灰的比表面积达到486m²/kg，密度为2.4g/cm³，主要的矿物组成为SiO₂（含量48.5%）、Al₂O₃（含量20.23%）以及CaO（含量7.31%）；

③粘土取自本地区表层土壤，使用前经过干燥、球磨及筛分处理，粒径细度为100目，经干燥至含水率达到5％；

④矿化垃圾取自本地生活垃圾填埋场，将矿化垃圾筛分至粒径细度为100目，经干燥至含水率达到25％；

⑤海贝壳灰为将废弃在海滩的海生贝类动物骨骼质素，经烘干、煅烧、粉磨得到的海贝壳灰，粒径细度为180目，海贝壳灰中CaCO₃成份含量为95%；

⑥建筑垃圾取自建筑废弃物，经破碎至粒径70目的细粉占50％以上，其余的粒径在2mm以下；

⑦改性污泥取自污泥经改性制得，污泥中加入1%的1.2MNaOH溶液，使用高压均质改性污泥机在4000r/min转速下强力剪切60min得改性污泥；

⑧固结剂由浙江宁波纯恒固废科技有限公司供货，固结剂是一种无机胶凝材料，其性状如下：灰色粉状固体颗料；密度为2.7g/cm³；细度为80μm方筛筛余量不超过4.0%；无机固体废物磨制的粉体，不用煅烧，替代水泥的产品；

⑨胶结剂中含有以下含量的混合物质：12.5%硝酸铝、15.0%硝酸钠、18%氧化镁、17.7%氯化钠、8.5%氟化钠、14.0%磷酸钙，还含有11.5%改性纤维素乙酸酯、2.8%8-苯基䓝基丙酮酸酯；

2）预处理：取改性污泥96重量份、海贝壳灰9重量份，采用污泥泵、粉体泵送至污泥干燥机中，混合均匀，然后脱水干燥，使污泥的脱水率达到95%，重复研磨并过100目筛得活化污泥；各原料之间相互配合，可以除去污泥的臭味，将污泥调节成为中性，同时提高污泥中的钙含量，促进海贝壳灰水化进度，激发污泥活性；

3）轮碾：将128重量份的活化污泥、18重量份的海贝壳灰、60重量份的粉煤灰、55重量份的矿化垃圾、50重量份的建筑垃圾、30重量份的粘土、10重量份的F14激发剂、60重量份的水输入至XLH-800型行星式轮碾混合机轮碾混合，轮碾时间为6min即成为混合料；轮碾可以激发活化污泥、海贝壳灰、粉煤灰、矿化垃圾及建筑垃圾的活性，使这些原料的粒径变小，水和激发剂进入原料粒子中心的距离大大缩短，也就更容易进入其内部，原料粒子越细，水和激发剂到达其颗粒中心的速度越快，活化越快，而且，使原料粒子出现裂纹、擦伤等缺陷，打破它的完整性，为水和激发剂的进入及硅铝的溶出开辟了道路，因而可促进活化；

4）消化：将混合料输入至连续式消化仓内进行物料消化，消化仓内保持温度为58℃，消化时间为150min，成为消化料；消化步骤一是可以使原料充分消解，以便各原料之间发生反应，二是提高混合料的可塑性，便于成型制坯；

5）二次轮碾：将190重量份的消化料、1.5重量份的胶结剂、12重量份的固结剂与0.2重量份的聚羧酸盐高效减水剂输入至XLH-800型行星式轮碾混合机重复轮碾混合，碾研时间为6min，成为制坯料，输入贮备箱备用；二次轮碾可增加消化料的溶解度，使得消化料中有效的活性成分彻底激发，使物料间发生化学反应，增大消化料颗粒比表面积，提高其与胶结剂、固结剂的接触机会，充分激发其活性，提高可塑性；

6）制坯：将自制的模具四周及上下均匀涂上机油，然后把二次轮碾后的制坯料放入模具中，封闭后将模具置于压力机中，压力机加压速率控制在1KN/s，成型压力为35MPa，在最高压力处保压20s，放压卸下模具，取出砖坯；制坯成型工艺中的加压速率、压力、保压时间根据产品设计强度、混合料成分配比不同其压力可作相应变动；

7)养护：砖坯养护工艺分三个步骤：

①预养护：控制养护车间温度为15℃，采用自然预养法，静置养护48h；②常压蒸汽养护：控制养护车间温度为100℃，常压下蒸汽养护6h；

③高压蒸汽养护：控制养护车间温度为180℃，蒸汽压力为1.3MPa，高压蒸汽养护6h；自然降至室温后取出，放在混凝土标准养护室内继续养护10d即得自保温砖；将砖坯在相关条件下进行常压蒸汽养护与高压蒸汽养护，促进了水化的进行，使得制品具有了一定的强度及耐久性，水热养护过程中，砖坯中的镁离子、铝离子、氯离子等激发剂离子会促进水化硅酸钙的结晶和生成，使水化硅酸钙变得致密，提高了自保温砖的抗折强度和抗压强度，高压蒸汽养护的自保温砖，砖内活性组分水热反应充分，强度高、性能稳定、生产周期短，可直接代替实心粘土砖用于6层以下民用承重建筑。

依据中华人民共和国国家标准《混凝土实心砖》（GB/T21144-2007）中的测试方法，测试免烧结自保温砖的综合性能指标，测试结果如表3所示。由表3可知，免烧结自保温砖符合国家标准《混凝土实心砖》（GB/T21144-2007）中的相关标准。

表3.免烧结自保温砖的性能测试结果

实施例3：

预处理：取改性污泥95重量份、海贝壳灰5重量份，采用污泥泵、粉体泵送至污泥干燥机中，混合均匀，然后脱水干燥，使污泥的脱水率达到94%，重复研磨并过100目筛得活化污泥；各原料之间相互配合，可以除去污泥的臭味，将污泥调节成为中性，同时提高污泥中的钙含量，促进海贝壳灰水化进度，激发污泥活性；

轮碾：将110重量份的活化污泥、15重量份的海贝壳灰、45重量份的粉煤灰、55重量份的矿化垃圾、35重量份的建筑垃圾、20重量份的粘土、5重量份的F14激发剂、55重量份的水输入至XLH-800型行星式轮碾混合机轮碾混合，轮碾时间为4min即成为混合料；轮碾可以激发活化污泥、海贝壳灰、粉煤灰、矿化垃圾及建筑垃圾的活性，使这些原料的粒径变小，水和激发剂进入原料粒子中心的距离大大缩短，也就更容易进入其内部，原料粒子越细，水和激发剂到达其颗粒中心的速度越快，活化越快，而且，使原料粒子出现裂纹、擦伤等缺陷，打破它的完整性，为水和激发剂的进入及硅铝的溶出开辟了道路，因而可促进活化；

消化：将混合料输入至连续式消化仓内进行物料消化，消化仓内保持温度为45℃，消化时间为140min，成为消化料；消化步骤一是可以使原料充分消解，以便各原料之间发生反应，二是提高混合料的可塑性，便于成型制坯；

二次轮碾：将188.5重量份的消化料、1.35重量份的胶结剂、10重量份的固结剂与0.15重量份的聚羧酸盐高效减水剂输入至XLH-800型行星式轮碾混合机重复轮碾混合，碾研时间为5min，成为制坯料，输入贮备箱备用；二次轮碾可增加消化料的溶解度，使得消化料中有效的活性成分彻底激发，使物料间发生化学反应，增大消化料颗粒比表面积，提高其与胶结剂、固结剂的接触机会，充分激发其活性，提高可塑性；

制坯：将自制的模具四周及上下均匀涂上机油，然后把二次轮碾后的制坯料放入模具中，封闭后将模具置于压力机中，压力机加压速率控制在0.8KN/s，成型压力为28MPa，在最高压力处保压20s，放压卸下模具，取出砖坯；制坯成型工艺中的加压速率、压力、保压时间根据产品设计强度、混合料成分配比不同其压力可作相应变动；

养护：砖坯养护工艺分三个步骤：1）预养护：控制养护车间温度为12℃，采用自然预养法，静置养护48h；2）常压蒸汽养护：控制养护车间温度为95℃，常压下蒸汽养护5h；3）高压蒸汽养护：控制养护车间温度为170℃，蒸汽压力为1.1MPa，高压蒸汽养护4h；自然降至室温后取出，放在混凝土标准养护室内继续养护10d即得自保温砖；将砖坯在相关条件下进行常压蒸汽养护与高压蒸汽养护，促进了水化的进行，使得制品具有了一定的强度及耐久性，水热养护过程中，砖坯中的镁离子、铝离子、氯离子等激发剂离子会促进水化硅酸钙的结晶和生成，使水化硅酸钙变得致密，提高了自保温砖的抗折强度和抗压强度，高压蒸汽养护的自保温砖，砖内活性组分水热反应充分，强度高、性能稳定、生产周期短，可直接代替实心粘土砖用于6层以下民用承重建筑。

污泥取自本地污水处理厂污泥脱水车间，其脱水工艺主要采用添加CaO和FeCl₃稳定后进行板块框压滤，含水率控制在50%，其重金属含量符合《城市污水处理厂污泥检验方法》（CJ/T221-2005）规定之要求。

粉煤灰取自本地热电厂煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，呈现黑褐色，粉煤灰的比表面积达到486m²/kg，密度为2.5g/cm³，主要的矿物组成为SiO₂、Al₂O₃以及CaO，在2θ为25°左右出现了弥散的衍射峰，可知粉煤灰中含有大量的玻璃体。

粘土取自本地区表层土壤，使用前经过干燥、球磨及筛分处理，粒径细度为100目，经干燥至含水率达到4％，备用。

矿化垃圾取自本地生活垃圾填埋场，将矿化垃圾筛分至粒径细度为100目，经干燥至含水率达到25％，备用。

海贝壳灰为将废弃在海滩的海生贝类动物骨骼质素，经烘干、煅烧、粉磨得到的海贝壳灰，粒径细度为160目，海贝壳灰中CaCO₃成份含量为96.5%。

建筑垃圾取自建筑废弃物，经破碎至粒径70目的细粉占50％以上，其余的粒径在2mm以下，备用。

改性污泥取自本地污水处理厂污泥脱水车间的污泥经改性而成，在污泥中加入1.0%的1.5MNaOH溶液，使用高压均质改性污泥机在4500r/min转速下强力剪切45min得改性污泥；改性机的特殊结构可以打破污泥的网状结构及生物质细胞壁等，污泥原本呈现絮凝状没有流动性，随着NaOH溶液的加入，污泥流动性明显转好，污泥中的酸性物质与NaOH反应加速，产生了部分自由水，加上NaOH对未被剪切的生物质细胞有渗透作用，释放出自由水，同时NaOH的强碱性将污泥中的结合水变成自由水释放出来，使污泥能够有效分散在自由水中，改善了污泥的流动性。

固结剂由浙江宁波纯恒固废科技有限公司供货，固结剂是一种无机胶凝材料，其性状如下：灰色粉状固体颗料；密度为2.75g/cm³；细度为80um方筛筛余量不超过4.0%；无机固体废物磨制的粉体，不用煅烧，替代水泥的产品。

胶结剂中含有以下含量的混合物质：11.5%硝酸铝、15.0%硝酸钠、18.5%氧化镁、16%氯化钠、7.5%氟化钠、17.5%磷酸钙，还含有11.4%改性纤维素乙酸酯、2.6%8-苯基䓝基丙酮酸酯；胶结剂中的镁离子、铝离子、氯离子等激发剂离子会促进水化硅酸钙的结晶和生成，提高水化硅酸钙的生成效率；F^-和Ca²⁺生成沉淀吸附于刚生成的水化硅酸钙表面，因此F^-的存在会阻碍反应的进一步进行，形成的氟化钙沉淀吸附在水化硅酸钙表面使得水化硅酸钙尺寸变小；磷酸钙在水热条件下会发生水化反应生成更加难溶的羟基磷灰石，羟基磷灰石吸附于新生成的氢氧化钙及水化硅酸钙表面从而限制了水化硅酸钙进一步的生成，水化硅酸钙的高效率并迅速生成使得自身分布比较均匀，质地较为致密，这大大提高了自保温砖的抗折强度和抗压强度。另外，改性纤维素乙酸酯和8-苯基䓝基丙酮酸酯一方面起到强效粘结剂的作用，可以有效提高自保温砖三维结构实体的各向异性的匀质性，有利于降低其非线性与不连续性的力学性质，最大限度上消减砖体内部存在的复杂的微观应力、应变和微小裂缝，同时在其上墙与砌筑砂浆、梁、柱、抹灰层、外墙装饰层等构成整体之后，可以显著的降低这些附加应力的增强，在微观结构上提高自保温砖的强度与结构牢度；另一方面，改性纤维素乙酸酯和8-苯基䓝基丙酮酸酯二者之间的协同作用与激发剂中的离子汇同水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硅铝酸钙等凝胶物质形成更庞大的凝胶体系，利用多组分复合超叠加效应，使之形成多晶聚集体，其一是提高了结构牢度，其二还固定其内含的重金属离子、有害微生物等，其三是内部含有大量的微小密闭孔洞，使其内部具有较强的保温隔热效果，大大降低了自保温砖在温度变化时与其他墙体材料的变形之间的差异，降低了建筑物的温度应力，即在“整体墙”内抑制了附加内应力，延长了墙体的使用期限，降低了成本，消除了危害。

胶结剂中各组分的纯度如下：

硝酸铝，Al(NO₃)₃含量≥99.0%；

硝酸钠，NaNO₃含量≥99.0%；

氧化镁，MgO含量≥98.0%；

氯化钠，NaCl含量≥99.5%；

氟化钠，NaF含量≥99.0%；

磷酸钙，Ca₃(PO₄)₂含量≥99.0%；

8-苯基䓝基丙酮酸酯，分析纯级，含量≥99.8%。

改性纤维素乙酸酯的制备方法为：漂白竹浆经清水浸泡，洗涤，烘干后，经2mol/L氢氧化钠溶液纯化处理除去其中少量的木质素、半纤维素等杂质，最后水洗烘干粉碎制得竹纤维原料；称取竹纤维原料置于反应容器内，加入10倍冰乙酸，于恒温水浴中浸泡活化120min；然后加入竹纤维原料6倍的乙酸酐和0.1倍的浓硫酸，在38℃条件下恒温改性100min；乙酰化后的溶液用20%的乙酸镁溶液终止反应，并加入蒸馏水析出松散絮状的白色沉淀，过滤并洗至中性，65℃真空干燥得纤维素乙酸酯；将获得的纤维素乙酸酯置于68%的浓硝酸溶液中，35℃温度下浸泡改性30min，然后加热挥尽硝酸与水，粉碎即得改性纤维素乙酸酯；竹纤维的羟基被乙酰基取代，其纤维素中晶格遭到破坏，竹纤维乙酰化反应程度进行得彻底，其原有的结晶区相互缔合的羟基基团大部分发生了反应；经改性后，纤维素乙酸酯中的硝酸-醋酸混合纤维素脂的含量增大，纤维素酯的粘附能力大大增强。

二次轮碾步骤中，胶结剂的添加方式是首先将适当分量的硝酸铝、硝酸钠、氧化镁、氯化钠、氟化钠与磷酸钙的混合物加入到混合料中，其次将适当分量的改性纤维素乙酸酯和8-苯基䓝基丙酮酸酯溶解于5倍量的乙醇中，溶解后均匀掺入混合料中；分先后批次将胶结剂加入到混合料中，不仅避免了将胶结剂所有物质混杂所可能造成的相互间化学反应进而影响其最终的性能，而且还可以将改性纤维素乙酸酯和8-苯基䓝基丙酮酸酯的乙醇溶液与白炭黑、硝酸铝、硝酸钠、氧化镁、氯化钠、氟化钠与磷酸钙的混合物充分的混合到混合物料中，其分散度与均质化程度较高。

依据中华人民共和国国家标准《混凝土实心砖》（GB/T21144-2007）中的测试方法，测试免烧结自保温砖的综合性能指标，测试结果如表4所示。由表4可知，免烧结自保温砖符合国家标准《混凝土实心砖》（GB/T21144-2007）中的相关标准。

表4.免烧结自保温砖的性能测试结果

实施例4：

预处理：取改性污泥92重量份、海贝壳灰8重量份，采用污泥泵、粉体泵送至污泥干燥机中，混合均匀，然后脱水干燥，使污泥的脱水率达到94%，重复研磨并过100目筛得活化污泥；各原料之间相互配合，可以除去污泥的臭味，将污泥调节成为中性，同时提高污泥中的钙含量，促进海贝壳灰水化进度，激发污泥活性；

轮碾：将120重量份的活化污泥、15重量份的海贝壳灰、50重量份的粉煤灰、50重量份的矿化垃圾、50重量份的建筑垃圾、25重量份的粘土、5重量份的F14激发剂、50重量份的水输入至XLH-800型行星式轮碾混合机轮碾混合，轮碾时间为6min即成为混合料；轮碾可以激发活化污泥、海贝壳灰、粉煤灰、矿化垃圾及建筑垃圾的活性，使这些原料的粒径变小，水和激发剂进入原料粒子中心的距离大大缩短，也就更容易进入其内部，原料粒子越细，水和激发剂到达其颗粒中心的速度越快，活化越快，而且，使原料粒子出现裂纹、擦伤等缺陷，打破它的完整性，为水和激发剂的进入及硅铝的溶出开辟了道路，因而可促进活化；

消化：将混合料输入至连续式消化仓内进行物料消化，消化仓内保持温度为55℃，消化时间为120min，成为消化料；消化步骤一是可以使原料充分消解，以便各原料之间发生反应，二是提高混合料的可塑性，便于成型制坯；

二次轮碾：将185重量份的消化料、1.2重量份的胶结剂、10重量份的固结剂与0.2重量份的聚羧酸盐高效减水剂输入至XLH-800型行星式轮碾混合机重复轮碾混合，碾研时间为6min，成为制坯料，输入贮备箱备用；二次轮碾可增加消化料的溶解度，使得消化料中有效的活性成分彻底激发，使物料间发生化学反应，增大消化料颗粒比表面积，提高其与胶结剂、固结剂的接触机会，充分激发其活性，提高可塑性；

制坯：将自制的模具四周及上下均匀涂上机油，然后把二次轮碾后的制坯料放入模具中，封闭后将模具置于压力机中，压力机加压速率控制在1KN/s，成型压力为30MPa，在最高压力处保压15s，放压卸下模具，取出砖坯；制坯成型工艺中的加压速率、压力、保压时间根据产品设计强度、混合料成分配比不同其压力可作相应变动；

养护：砖坯养护工艺分三个步骤：1）预养护：控制养护车间温度为10℃，采用自然预养法，静置养护48h；2）常压蒸汽养护：控制养护车间温度为90℃，常压下蒸汽养护6h；3）高压蒸汽养护：控制养护车间温度为160℃，蒸汽压力为1.2MPa，高压蒸汽养护4h；自然降至室温后取出，放在混凝土标准养护室内继续养护7d即得自保温砖；将砖坯在相关条件下进行常压蒸汽养护与高压蒸汽养护，促进了水化的进行，使得制品具有了一定的强度及耐久性，水热养护过程中，砖坯中的镁离子、铝离子、氯离子等激发剂离子会促进水化硅酸钙的结晶和生成，使水化硅酸钙变得致密，提高了自保温砖的抗折强度和抗压强度，高压蒸汽养护的自保温砖，砖内活性组分水热反应充分，强度高、性能稳定、生产周期短，可直接代替实心粘土砖用于6层以下民用承重建筑。

污泥、粉煤灰、粘土、矿化垃圾、海贝壳灰、建筑垃圾、胶结剂与固结剂均同实施例3中所述。

污泥中加入1%的1.5MNaOH溶液，使用高压均质改性污泥机在3500r/min转速下强力剪切25min；另取1重量份(S)-α-甲基苄胺、4.8重量份古豆碱溶解于40份无水乙醇中，将乙醇溶液按照污泥重量的0.8‰加入到污泥中，并逐渐加大改性污泥机的转速至5000r/min，继续强力剪切35min即得改性污泥；一方面，NaOH与污泥中的酸性物质发生反应，产生了部分自由水，同时NaOH对未被剪切的生物质细胞有渗透作用，释放出自由水，NaOH的强碱性将污泥中的结合水变成自由水释放出来，使污泥能够有效分散在自由水中，改善了污泥的流动性；另一方面，乙醇溶液中的(S)-α-甲基苄胺、古豆碱可以强效杀灭污泥中未被剪切致死的微生物、虫卵等有害生物质，降低其对污泥的影响，同时，特殊配比的(S)-α-甲基苄胺、古豆碱具有协同作用，该协同租用能使污泥中的某种组分如聚丙烯酰胺发生部分降解，释放出部分自由水，导致污泥浓度大幅度降低，污泥的流态也得到了明显改善，高压均质改性污泥机、NaOH溶液、(S)-α-甲基苄胺、古豆碱多方协同处理的效果十分明显，可使改性污泥的黏度降低32.7～38.5%，为进一步的混合、轮碾、消化做好准备。

依据中华人民共和国国家标准《混凝土实心砖》（GB/T21144-2007）中的测试方法，测试免烧结自保温砖的综合性能指标，测试结果如表5所示。由表5可知，免烧结自保温砖符合国家标准《混凝土实心砖》（GB/T21144-2007）中的相关标准。

表5.免烧结自保温砖的性能测试结果

本发明操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.利用污泥、矿化垃圾和建筑垃圾制备免烧结自保温砖的方法，包括：预处理、轮碾、消化、二次轮碾、成型、养护，其特征在于：所述二次轮碾步骤为：将消化料、胶结剂、固结剂与聚羧酸盐高效减水剂输入轮碾混合机重复轮碾混合成为制坯料，所述胶结剂中含有改性纤维素乙酸酯、8-苯基䓝基丙酮酸酯。

2.根据权利要求1所述的利用污泥、矿化垃圾和建筑垃圾制备免烧结自保温砖的方法，其特征在于：所述二次轮碾步骤中，胶结剂中含有以下含量的混合物质：11.5～13.5%硝酸铝、14.8～15.0%硝酸钠、17.6～18.5%氧化镁、13.6～25.8%氯化钠、6.8～8.5%氟化钠、13.5～18.5%磷酸钙，还含有10.3～12.5%改性纤维素乙酸酯、2.6～2.8%8-苯基䓝基丙酮酸酯。

3.根据权利要求2所述的利用污泥、矿化垃圾和建筑垃圾制备免烧结自保温砖的方法，其特征在于：所述二次轮碾步骤中，胶结剂中的改性纤维素乙酸酯的制备方法为：漂白竹浆经清水浸泡，洗涤，烘干后，经氢氧化钠溶液纯化处理，水洗烘干粉碎制得竹纤维原料；称取竹纤维原料置于反应容器内，加入冰乙酸浸泡活化；然后加入乙酸酐和浓硫酸恒温改性；乙酰化后的溶液用20～21%的乙酸镁溶液终止反应，并加入蒸馏水析出松散絮状的白色沉淀，过滤并洗至中性，真空干燥得纤维素乙酸酯；将获得的纤维素乙酸酯置于65～68%的浓硝酸溶液中，30～35℃温度下浸泡改性30～45min，然后加热挥尽硝酸与水，粉碎即得改性纤维素乙酸酯。

4.根据权利要求1或2所述的利用污泥、矿化垃圾和建筑垃圾制备免烧结自保温砖的方法，其特征在于：所述二次轮碾步骤中，胶结剂的添加方式是首先将硝酸铝、硝酸钠、氧化镁、氯化钠、氟化钠与磷酸钙的混合物加入到混合料中，其次将改性纤维素乙酸酯和8-苯基䓝基丙酮酸酯溶解于3～5倍量的乙醇中，溶解后均匀掺入混合料中。

5.根据权利要求1所述的利用污泥、矿化垃圾和建筑垃圾制备免烧结自保温砖的方法，其特征在于：所述预处理步骤为：取改性污泥90～96重量份、海贝壳灰3～9重量份，采用污泥泵、粉体泵送至污泥干燥机中，混合均匀，然后脱水干燥，使污泥的脱水率达到90～95%，重复研磨并过筛得活化污泥。

6.根据权利要求5所述的利用污泥、矿化垃圾和建筑垃圾制备免烧结自保温砖的方法，其特征在于：所述预处理步骤中，改性污泥为污泥经改性而得，污泥中加入0.5～1.2%的1.2～1.5MNaOH溶液，使用高压均质改性污泥机在3000～4500r/min转速下强力剪切45～60min得改性污泥。

7.根据权利要求1所述的利用污泥、矿化垃圾和建筑垃圾制备免烧结自保温砖的方法，其特征在于：所述轮碾步骤为：将100～128重量份的活化污泥、12～18重量份的海贝壳灰、30～60重量份的粉煤灰、50～55重量份的矿化垃圾、34～50重量份的建筑垃圾、15～30重量份的粘土、5～10重量份的F14激发剂、30～60重量份的水输入轮碾混合机轮碾混合即得混合料。

8.根据权利要求1所述的利用污泥、矿化垃圾和建筑垃圾制备免烧结自保温砖的方法，其特征在于：所述消化步骤为：将混合料输入至连续式消化仓内进行物料消化，消化仓内保持温度为40～58℃，消化时间为120～150min，成为消化料。

9.根据权利要求1所述的利用污泥、矿化垃圾和建筑垃圾制备免烧结自保温砖的方法，其特征在于：所述制坯步骤为：将自制的模具四周及上下均匀涂上机油，然后把二次轮碾后的制坯料放入模具中，封闭后将模具置于压力机中，压力机加压速率控制在0.5～1KN/s，成型压力为25～35MPa，在最高压力处保压15～20s，放压卸下模具，取出砖坯。

10.根据权利要求1所述的利用污泥、矿化垃圾和建筑垃圾制备免烧结自保温砖的方法，其特征在于：所述养护步骤为：砖坯养护工艺分三个步骤：1）预养护：控制养护车间温度为10～15℃，采用自然预养法，静置养护36～48h；2）常压蒸汽养护：控制养护车间温度为90～100℃，常压下蒸汽养护4～6h；3）高压蒸汽养护：控制养护车间温度为140～180℃，蒸汽压力为1.1～1.3MPa，高压蒸汽养护4～6h；自然降至室温后取出，放在混凝土标准养护室内继续养护7～10d即得自保温砖。