專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用煅燒提高活性制備淤積泥沙成高強(qiáng)度建筑材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用煅燒提高活性制備淤積泥沙成高強(qiáng)度建筑材料的方法。
背景技術(shù)：
目前江河淤積泥沙主要通過(guò)傳統(tǒng)燒成方法生產(chǎn)建筑材料，如黃河泥沙燒結(jié)內(nèi)燃 磚、黃河泥沙灰砂實(shí)心磚、黃河泥沙燒結(jié)空心磚、黃河泥沙燒結(jié)多孔磚(承重空心磚)、黃河 泥沙建筑瓦和琉璃瓦等建筑材料。如中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局2008年9月3日公開(kāi)的公開(kāi)號(hào)CN 1948204為發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)《一種黃河泥沙節(jié)能磚及其生產(chǎn)方法》。所公開(kāi)的方法由以下重量 百分比的原料組成黃河泥沙50-64 %，煤矸石35-45 %，添加劑0_10 %。將混合后的原材 料送入擠磚機(jī)擠出成型，成型體干燥后送入輪窯燒成得到成品。傳統(tǒng)方法中燒成溫度比較 高，一般在800°C以上，而且燒結(jié)時(shí)間比較長(zhǎng)，一般在24小時(shí)以上，故耗能高，成本高。又如 中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局2008年9月3日公開(kāi)的公開(kāi)號(hào)CN 101255045為發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)《一種利用 黃河泥沙制成的免燒磚及其生產(chǎn)方法》，所公開(kāi)的方法是由如下重量配比的原料混合后，用 壓機(jī)擠壓而成的免燒磚，黃河泥沙50 70%，氟石膏粉20 30%，水泥5 10%，硫酸 鋁鉀3 5%，丙烯酸類(lèi)建筑用膠粉2 5%。這種方法生產(chǎn)免燒磚需添加水泥等多種添 加物，而且免燒磚強(qiáng)度不強(qiáng)，制約大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利號(hào)為ZL 2005 1 0096205. 5的發(fā)明專(zhuān)利《將江河淤積泥沙固化成陶瓷建筑材料的方法》雖然在制備溫度以及 產(chǎn)品的強(qiáng)度上有了很大改進(jìn)，但是由于江河淤積泥沙中含有有機(jī)質(zhì)，阻礙了泥沙顆粒間的 接觸，影響其反應(yīng)，以及有機(jī)質(zhì)的揮發(fā)等原因制約了制品強(qiáng)度的進(jìn)一步提高。本申請(qǐng)是在《將江河淤積泥沙固化成陶瓷建筑材料的方法》專(zhuān)利的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì) 泥沙進(jìn)行煅燒預(yù)處理去除泥沙中的有機(jī)物，而且煅燒使泥沙中某些礦物脫去層間水，使其 成為不穩(wěn)定的狀態(tài)，增大了泥沙的活性，提高了反應(yīng)速度，進(jìn)而得到了高強(qiáng)度建筑材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用煅燒提高活性制備淤積泥沙成高強(qiáng)度建筑材料的 方法。本發(fā)明提出的利用煅燒提高活性制備淤積泥沙成高強(qiáng)度建筑材料的方法，具體步 驟如下(1)泥沙的前處理將所取淤積泥沙在300°C 1000°C溫度下進(jìn)行煅燒，煅燒時(shí)間為1-6小時(shí)，冷卻后 的泥沙即可作為水熱處理的始料；(2)成型向步驟(1)所得的泥沙中添加消石灰組成混合料，使混合物料中CaO與SiO2的摩 爾比為0.2 1 1.2 1，然后加入混合料總重量5% 20%的水，混合均勻后，放入模具 中成型，控制成型壓強(qiáng)為10 40MPa ；
(3)水熱處理將脫模后的成型品放入水熱反應(yīng)釜內(nèi)，在溫度為70 200°C、壓強(qiáng)為0. 1 1. 55MPa的飽和蒸汽壓下水熱處理1 36h，即得所需產(chǎn)品。本發(fā)明中，煅燒的目的是除去泥沙中所含的有機(jī)物、去除礦物中的結(jié)合水和結(jié)晶 水或使某些礦物分解、結(jié)構(gòu)達(dá)不穩(wěn)態(tài)，以提高泥沙的反應(yīng)活性。

本發(fā)明的方法為水熱固化法，與傳統(tǒng)燒成工藝相比，水熱固化溫度低，節(jié)約能源。 煅燒處理可以去除淤積泥沙中吸附水和有機(jī)物，使其結(jié)構(gòu)為不穩(wěn)定狀態(tài)，所以反應(yīng)活性提 高，進(jìn)而增強(qiáng)產(chǎn)品的強(qiáng)度。


圖1水熱固化未煅燒和800°C煅燒后泥沙樣品的抗彎強(qiáng)度比較。圖2800°C煅燒時(shí)間對(duì)水熱固化樣品抗彎強(qiáng)度的影響。圖3300°C泥沙煅燒后水的加入量對(duì)水熱固化樣品抗彎強(qiáng)度的影響。圖4300°C泥沙煅燒后成型壓強(qiáng)對(duì)水熱固化樣品抗彎強(qiáng)度的影響。圖5泥沙未煅燒和煅燒后消石灰的添加量對(duì)樣品抗彎強(qiáng)度的影響。圖6泥沙未煅燒和500°C煅燒后不同Ca/Si對(duì)樣品生成物相的影響。圖6泥沙未煅燒和煅燒后水熱固化時(shí)間對(duì)樣品抗彎強(qiáng)度的影響。
圖7泥沙未煅燒和500 0C煅燒后水熱固化樣品的SEM圖。
圖8泥沙在500°C煅燒前后經(jīng)水熱固化后的樣品微觀形貌。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1 選取300°C煅燒6小時(shí)后的江河淤積泥沙作為主原料，消石灰為添加料。將上述原 料按一定比例混合，使其CaCVSiO2摩爾比為0.2 1。然后，向上述混合料中加入混合料總 重量5%的水，混合均勻后，在壓機(jī)上成型(成型壓強(qiáng)為20MPa)。最后，將脫模后的樣品放入 反應(yīng)釜內(nèi)，在條件為溫度70°C、時(shí)間1小時(shí)下水熱固化，待水熱反應(yīng)結(jié)束后，將樣品取出， 即得到最終的產(chǎn)品。實(shí)施例2 選取500°C煅燒1小時(shí)后的江河淤積泥沙作為主原料，消石灰為添加料。將二者 按一定比例混合，使混合料中的CaCVSiO2摩爾比為0.6 1。然后，向上述混合料中加入混 合料總量10%的水，混合均勻后，在壓機(jī)上成型(成型壓強(qiáng)為30MPa)。最后，將脫模后的成 型體放入反應(yīng)釜內(nèi)，在水熱固化溫度為100°C，固化時(shí)間為12小時(shí)下固化，待水熱反應(yīng)結(jié)束 后，將樣品取出，即得到最終的產(chǎn)品。實(shí)施例3 選取500°C煅燒2小時(shí)后江河淤積泥沙為主原料，消石灰為添加料。將上述原料按 一定比例混合，使混合料中的&0/5102摩爾比為0.8 1。然后，向上述混合料中加入混合 料總量10%的水，混合均勻后，在壓機(jī)上成型(成型壓強(qiáng)為40MPa)。最后，將脫模后的成型 體放入反應(yīng)釜內(nèi)，在溫度為150°C，24小時(shí)下水熱固化，待水熱反應(yīng)結(jié)束后，將樣品取出，即 得到最終的產(chǎn)品。
實(shí)施例4 選取800°C煅燒2小時(shí)后江河淤積泥沙為主原料，消石灰為添加料。將上述原料混 合，使混合料中的CaCVSiO2摩爾比為1 1。然后，向上述混合料中加入混合料總量15% 的水，混合均勻后，在壓機(jī)上成型(壓強(qiáng)為IOMPa)。最后，將脫模后的成型體放入反應(yīng)釜內(nèi)， 在溫度為200°C，時(shí)間為36小時(shí)下水熱固化，待水熱反應(yīng)結(jié)束后，將樣品取出，即得到最終 的產(chǎn)品。實(shí)施例5:
選取1000°C煅燒2小時(shí)后江河淤積泥沙為主原料，消石灰為添加料。將上述原料 混合，使混合料中的CaCVSiO2摩爾比為1.2 1。然后，向上述混合料中加入混合料總量 20%的水，混合均勻后，在壓機(jī)上成型(成型壓強(qiáng)為30MPa)。最后，將脫模后的成型體放入 反應(yīng)釜內(nèi)，在溫度為200°C，時(shí)間為9小時(shí)的條件下水熱固化，待水熱反應(yīng)結(jié)束后，將樣品取 出，即得到最終的產(chǎn)品。水熱固化煅燒后江河淤積泥沙為高強(qiáng)度材料的硬化機(jī)理是泥沙煅燒可以去除泥 沙中的有機(jī)物、層間水和結(jié)合水，形成不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高泥沙的反應(yīng)活性。水熱固化 屬于溶解-沉淀過(guò)程，在水熱條件下泥沙中礦物的溶解度得到大大提高，加速生成水化硅 酸鈣，水化硅酸鈣的生成增加了樣品的致密度，所以強(qiáng)度得到初步提高。隨著反應(yīng)的進(jìn)行， 水化硅酸鈣轉(zhuǎn)化為層狀結(jié)構(gòu)的托勃莫來(lái)石，其呈纖維狀或片狀，互相交織在一起，填充在泥 沙顆粒間的空隙中，對(duì)強(qiáng)度的最終提高起著至關(guān)重要作用。下面以某地黃河淤積泥沙作實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明圖1給出了煅燒處理2小時(shí)對(duì)水熱固化后樣品強(qiáng)度的影響。從圖中可以看出，在 &/^102摩爾比相同時(shí)，未煅燒泥沙水熱固化樣品的抗彎強(qiáng)度遠(yuǎn)低于泥沙800°C煅燒后水熱 固化樣品的抗彎強(qiáng)度。表明煅燒處理可提高樣品強(qiáng)度。圖2給出了 800°C下不同煅燒時(shí)間的樣品抗彎強(qiáng)度。從圖中可以看出，煅燒時(shí)間從 2小時(shí)開(kāi)始，樣品抗彎強(qiáng)度變化不大。而較少的煅燒時(shí)間下樣品抗彎強(qiáng)度較低，可能是因?yàn)?煅燒不徹底所致。圖3說(shuō)明了水的添加量對(duì)淤積泥沙固化體強(qiáng)度的影響。通過(guò)向300°C煅燒2小時(shí) 后的淤積泥沙和消石灰的混合物(Ca0/Si02 = 0. 8)中加入5%、10%、15%和20%的水，混 合均勻后在30MPa壓強(qiáng)下成型，成型體在200°C下水熱固化12小時(shí)?？梢钥闯觯S著水的添 加量的增大，樣品抗彎強(qiáng)度增大，但當(dāng)水加入過(guò)多時(shí)，制品強(qiáng)度增加不明顯。圖4表明成型壓力對(duì)樣品抗彎強(qiáng)度的影響。300°C煅燒2小時(shí)的泥沙和消石灰的 混合物(Ca0/Si02 = 0.8)中加入10%的水，混合均勻后放入模具中成型，成型壓強(qiáng)分別為 10MPa、20MPa、30MPa、40MPa，脫模后的成型體在200°C下水熱固化12小時(shí)。由圖可知，樣品 強(qiáng)度隨成型壓力的增大而增大。但過(guò)大的成型壓力對(duì)強(qiáng)度提高并不明顯。圖5說(shuō)明了消石灰的加入量(Ca0/Si02)以及泥沙煅燒對(duì)樣品抗彎強(qiáng)度的影響。泥 沙的煅燒溫度分別為300 V、500 V、800°C和1000°C，時(shí)間為2小時(shí)?？梢钥闯?，泥沙未煅燒 時(shí)，CaCVSiO2比在0.8時(shí)，樣品強(qiáng)度最高；而煅燒后，同等煅燒溫度下，隨CaCVSiO2比的增大 而增大，CaCVSiO2比為0. 6時(shí)，各煅燒溫度下的樣品抗彎強(qiáng)度最大，隨后強(qiáng)度有所下降。隨著 泥沙煅燒溫度的提高，在相同CaCVSiO2的條件下，800°C溫度煅燒的樣品強(qiáng)度最高，在CaO/ SiO2比為0. 8時(shí)的抗彎強(qiáng)度高達(dá)23MPa。但是1000°C煅燒后的樣品強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，低于500°C煅燒的樣品，略高于未煅燒的樣品。說(shuō)明泥沙的最佳煅燒溫度為800°C，過(guò)燒會(huì)對(duì)強(qiáng)度 提高起到負(fù)面影響，但總體而言，煅燒后樣品強(qiáng)度優(yōu)于未煅燒的。圖6給出了未煅燒和500°C煅燒2小時(shí)后樣品中的物相隨消石灰的添加量加入量 (Ca0/Si02)變化的XRD圖譜。水熱固化條件為10%的水，30MPa成型，200°C水熱處理12小 時(shí)。由圖(a)可知，泥沙未經(jīng)煅燒時(shí)，所含物相包括石英、長(zhǎng)石、斜硅鈣石和斜方鈣沸石等。 當(dāng)CaCVSiO2為0. 6時(shí)，出現(xiàn)了新相托勃莫來(lái)石，而且托勃莫來(lái)石的衍射峰不十分明顯。由 圖(b)可知，煅燒后泥沙在CaCVSiO2為0.4時(shí)就出現(xiàn)了托勃莫來(lái)石相。說(shuō)明煅燒使得托勃 莫來(lái)石相更容易生成。

圖7為水熱固化時(shí)間對(duì)泥沙煅燒前后處理的樣品抗彎強(qiáng)度的影響。泥沙的煅燒 條件與圖5相同。由圖可知，在相同的煅燒處理后，泥沙與消石灰的混合物(CaCVSiO2 = 0.8) 200°C水熱固化24小時(shí)的強(qiáng)度最高，延長(zhǎng)固化時(shí)間時(shí)樣品抗彎強(qiáng)度開(kāi)始下降。在泥沙 煅燒后的樣品中，800°C的抗彎強(qiáng)度高于其他煅燒溫度下的樣品強(qiáng)度，其次為500°C，1000°C 和300°C。說(shuō)明泥沙的最佳煅燒溫度為800°C，而泥沙過(guò)燒(IOO(TC)對(duì)樣品強(qiáng)度的提高起 到一定的負(fù)面影響，比較浪費(fèi)能源。此外，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，煅燒處理的泥沙與消石灰的混 合物(Ca0/Si02 = 0. 8)，短時(shí)間水熱固化后樣品強(qiáng)度明顯高于煅燒前的。表明，煅燒的確有 利于提高泥沙的活性。圖8給出了泥沙在500°C煅燒前后經(jīng)水熱固化后的樣品微觀形貌。水熱固化條件 為Ca0/Si02*0. 8，10%的水，3010^成型，2001水熱處理12小時(shí)。由圖(a)(所用泥沙未 煅燒)和圖b(500°C煅燒)可知，樣品中生成了相互粘結(jié)的網(wǎng)絡(luò)狀托勃莫來(lái)石，它們充滿(mǎn)了 泥沙顆粒間隙，對(duì)強(qiáng)度提高起著重要作用。以上對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，文中應(yīng)用了具體的實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行闡述，這 是為了便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員可以 容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在本發(fā)明的思想應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò) 創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì) 于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種利用煅燒提高活性制備淤積泥沙成高強(qiáng)度建筑材料的方法，其特征在于具體步驟如下(1)泥沙的前處理將所取淤積泥沙在300℃～1000℃溫度下進(jìn)行煅燒，煅燒時(shí)間為1-6小時(shí)，冷卻后的泥沙即可作為水熱處理的始料；(2)成型向步驟(1)所得的泥沙中添加消石灰組成混合料，使混合物料中CaO與SiO2的摩爾比為0.2∶1～1.2∶1，然后加入混合料總重量5％～20％的水，混合均勻后，放入模具中成型，控制成型壓強(qiáng)為10～40MPa；(3)水熱處理將脫模后的成型品放入水熱反應(yīng)釜內(nèi)，在溫度為70～200℃、壓強(qiáng)為0.1～1.55MPa的飽和蒸汽壓下水熱處理1～36h，即得所需產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用煅燒提高活性制備淤積泥沙成高強(qiáng)度建筑材料的方法。具體步驟為將所取淤積泥沙在300℃～1000℃溫度下進(jìn)行煅燒，煅燒時(shí)間為1-6小時(shí)，冷卻后的泥沙即可作為水熱處理的始料；向所得的泥沙中添加消石灰組成混合料，使混合物料中CaO與SiO2的摩爾比為0.2∶1～1.2∶1，然后加入混合料總重量5％～20％的水，混合均勻后，放入模具中成型，控制成型壓強(qiáng)為10～40MPa；將脫模后的成型品放入水熱反應(yīng)釜內(nèi)，在溫度為70～200℃、壓強(qiáng)為0.1～1.55MPa的飽和蒸汽壓下水熱處理1～36h，即得所需產(chǎn)品。本發(fā)明通過(guò)對(duì)淤積泥沙的煅燒處理，提高了泥沙的反應(yīng)活性，使產(chǎn)品強(qiáng)度大為提高。
文檔編號(hào)C04B14/06GK101844906SQ201010148419
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者冉獻(xiàn)強(qiáng), 周磊, 景鎮(zhèn)子, 潘曉輝, 魯磊 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)