公布日：2023.10.10

申請日：2023.05.13

分類號：C04B28/12(2006.01)I

摘要

本申請涉及免燒磚領(lǐng)域，具體公開了一種洗砂污泥免燒磚及其制備工藝，其中洗砂污泥免燒磚包括以下重量份原料，洗砂污泥500-550份；水泥80-150份；石粉280-320份；生石灰20-50份；固化劑30-50份；改性秸稈纖維140-200份；粘結(jié)劑50-100份；減水劑5-20份；早強(qiáng)劑10-20份；水3-11份，改性秸稈纖維為硅烷和丙烯酸酯復(fù)合改性秸稈纖維。本申請制備得到的洗砂污泥免燒磚的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度最高分別為42.0MPa、7.73MPa，吸水率、堆積密度最低分別為2.39%、1.51kg/m3，提高了洗砂污泥免燒磚的力學(xué)性能。

權(quán)利要求書

1.一種洗砂污泥免燒磚，其特征在于，包括以下重量份原料，洗砂污泥500-550份；水泥80-150份；石粉280-320份；生石灰20-50份；固化劑30-50份；改性秸稈纖維140-200份；粘結(jié)劑50-100份；減水劑5-20份；早強(qiáng)劑10-20份；水3-11份；所述改性秸稈纖維為硅烷和丙烯酸酯復(fù)合改性秸稈纖維。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的洗砂污泥免燒磚，其特征在于，所述改性秸稈纖維通過如下步驟制備得到：步驟S1：將0.5-1.2kg硅烷偶聯(lián)劑、3-4kg單體、0.5-1.7kg乳化劑在30-50℃、1000-1500r/min條件下攪拌形成預(yù)聚體；步驟S2：在步驟S1制備的預(yù)聚體中加入1-1.5kg水和0.1-0.3kg緩沖劑NaHCO3攪拌，升溫至60-80℃，加入0.4-0.5kg引發(fā)劑，反應(yīng)1-3h，調(diào)節(jié)乳液pH至8~9，得到硅烷與丙烯酸酯復(fù)合乳液；步驟S3：將3-5kg秸稈纖維粉碎，干燥后，經(jīng)堿處理后再烘干，加入到步驟S2制備的硅烷與丙烯酸酯復(fù)合乳液中，加熱到30-50℃下攪拌，即得硅烷和丙烯酸酯復(fù)合改性秸稈纖維。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的洗砂污泥免燒磚，其特征在于，所述乳化劑為烯丙氧基羥丙磺酸鈉和烷基糖苷混合物。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的洗砂污泥免燒磚，其特征在于，所述烯丙氧基羥丙磺酸鈉和烷基糖苷重量配比為（0.7-1.2）：1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的洗砂污泥免燒磚，其特征在于，所述改性秸稈纖維和水泥的重量份配比為（1.5-1.7）：1。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的洗砂污泥免燒磚，其特征在于，所述減水劑用量占全部原料總重量百分?jǐn)?shù)與洗砂污泥含水量之比0.35-1.5wt%：10-30%。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的洗砂污泥免燒磚，其特征在于，所述秸稈纖維的長度為4-10mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的洗砂污泥免燒磚，其特征在于，所述洗砂污泥免燒磚原料還包括10-50重量份的馬來酸酐接枝聚丙烯和聚二甲基硅氧烷混合物。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的洗砂污泥免燒磚，其特征在于，所述馬來酸酐接枝聚丙烯和聚二甲基硅氧烷的重量份配比為（1-2）：1。

10.權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的洗砂污泥免燒磚的制備工藝，其特征在于，先對將植物秸稈進(jìn)行粉碎、改性，得到改性秸稈纖維預(yù)料；然后按原料組成稱量各組分原料，將石粉、水泥、生石灰混合后，加入到洗砂污泥中，加水中攪拌，再加入改性秸稈纖維預(yù)料攪拌；然后加入固化劑和粘結(jié)劑以及其余原料攪拌，注模，靜置，壓制成型，脫模，自然養(yǎng)護(hù)，得到洗沙污泥免燒磚。

發(fā)明內(nèi)容

為了提高洗砂污泥免燒磚的力學(xué)性能，本申請?zhí)峁┝艘环N洗砂污泥免燒磚及其制備工藝。

第一方面，本申請?zhí)峁┮环N洗砂污泥免燒磚，其采用如下技術(shù)方案：一種洗砂污泥免燒磚，包括以下重量份原料，洗砂污泥500-550份；水泥80-150份；石粉280-320份；生石灰20-50份；固化劑30-50份；改性秸稈纖維140-200份；粘結(jié)劑50-100份；減水劑5-20份；早強(qiáng)劑10-20份；水3-11份，；所述改性秸稈纖維為硅烷和丙烯酸酯復(fù)合改性秸稈纖維。

本申請洗砂污泥免燒磚可選用500-550份洗砂污泥；80-150份水泥；280-320份石粉；20-50份生石灰；30-50份固化劑；140-200份改性秸稈纖維；50-100份粘結(jié)劑；5-20重量份減水劑；10-20重量份早強(qiáng)劑；3-11份水；洗砂污泥原料可選用各自范圍內(nèi)的任一值。

通過采用上述技術(shù)方案，洗砂污泥含泥量高，砂子顆粒較細(xì)，制備免燒磚時(shí)，污泥可以填充在砂子的空隙中，與砂子緊密堆積，而且洗沙污泥還可以將其他原料顆粒膠結(jié)在一起，提高免燒磚的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度及軟化系數(shù)，是一種優(yōu)良的免燒磚的基質(zhì)材料；加入水泥，可使免燒磚浸水后不開裂，提高免燒磚的強(qiáng)度和耐水性能；加入石粉和生石灰，石粉中的SiO2與生石灰中的CaO水熱成具有促凝作用的水化硅酸鈣，可以增加免燒磚的粘結(jié)力；加入固化劑，可在各個(gè)原料之間形成膜狀結(jié)構(gòu)，提高原料間的包裹聚合作用和彈性模量，增強(qiáng)免燒磚的力學(xué)性能；加入粘結(jié)劑，可以增加免燒磚的熱導(dǎo)率和粘結(jié)力，提高穩(wěn)定性；加入減水劑，對免燒磚原料起著分散的作用，還能增強(qiáng)其流動(dòng)性，改善工作性能，減少單位用水量，降低水灰比的作用，起到提高磚坯強(qiáng)度的作用；加入早強(qiáng)劑，同原料中的水泥形成能促凝的復(fù)雜化合物，這些化合物能為C3S、GaS的水化、結(jié)晶提供晶核，加速水泥組分的溶解，促進(jìn)水化反應(yīng)進(jìn)行，最終提高免燒磚力學(xué)性能；加入水，可以促進(jìn)洗砂污泥免燒磚原料的拌合；改性秸稈纖維的加入，一方面，秸稈纖維的結(jié)構(gòu)呈多孔狀，且其優(yōu)異的親水性有助于存儲(chǔ)拌制時(shí)的水分，使得水化反應(yīng)過程持續(xù)充分地開展，同時(shí)所存水分還可優(yōu)化免燒磚內(nèi)部的濕度指數(shù)，發(fā)揮內(nèi)養(yǎng)護(hù)的功能；另一方面，秸桿纖維的摻入可以增加基材的連續(xù)性，改善其孔隙結(jié)構(gòu)和抑制裂縫的生長，從而提高基材的力學(xué)性能；丙烯酸酯中的C＝C雙鍵和硅烷偶聯(lián)劑發(fā)生加成反應(yīng)，將硅烷偶聯(lián)劑中的基團(tuán)引入到丙烯酸酯聚合物分子鏈上，增加丙烯酸酯與硅烷偶聯(lián)劑之間的交聯(lián)，形成大分子鏈連接成網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，秸稈纖維表面有大量羥基的存在，硅烷偶聯(lián)劑可與其發(fā)生反應(yīng)，在纖維與丙烯酸酯乳液之間形成“橋梁”，附著在秸稈纖維的表面，增加其交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，改善兩者的相容性，還起到防止秸稈纖維團(tuán)聚的作用，提高其分散性，并促進(jìn)硅烷和丙烯酸酯復(fù)合改性秸稈纖維的粘合性；從而增強(qiáng)免燒磚的力學(xué)性能。

作為優(yōu)選：所述改性秸稈纖維通過如下步驟制備得到：步驟S1：將0.5-1.2kg硅烷偶聯(lián)劑、3-4kg單體、0.5-1.7kg乳化劑在30-50℃下，在1000-1500r/min下攪拌形成預(yù)聚體；步驟S2：在步驟S1制備的預(yù)聚體中加入1-1.5kg水和0.1-0.3kg緩沖劑NaHCO3攪拌，升溫至60-80℃，加入0.4-0.5kg引發(fā)劑，反應(yīng)1-3h，調(diào)節(jié)乳液pH至8～9，得到硅烷與丙烯酸酯復(fù)合乳液；步驟S3：將3-5kg秸稈纖維粉碎，干燥后，經(jīng)堿處理后再烘干，加入到步驟S2制備的硅烷與丙烯酸酯復(fù)合乳液中，加熱到30-50℃下攪拌，即得硅烷和丙烯酸酯復(fù)合改性秸稈纖維。

通過上述技術(shù)方案，首先在硅烷偶聯(lián)劑、單體、乳化劑預(yù)聚形成種子，在加入水和緩沖劑，在60-80℃下加入引發(fā)劑作用下發(fā)生自交聯(lián)得到硅烷與丙烯酸酯復(fù)合乳液；先用堿性溶液對秸稈纖維進(jìn)行處理，除去秸稈纖維表面的半纖維素、木質(zhì)素、果膠等物質(zhì)，改變纖維表面的粗糙度，增強(qiáng)纖維與聚合物的界面結(jié)合能力；將秸稈纖維和硅烷與丙烯酸酯復(fù)合乳液在30-50℃充分融合，促使偶聯(lián)劑與秸稈纖維形成化學(xué)鍵來改善秸稈纖維與乳液間的界面相容性，從而提高秸稈纖維在洗砂污泥免燒磚原料體系中的交聯(lián)密度，進(jìn)一步提高洗砂污泥免燒磚的力學(xué)性能。

作為優(yōu)選：所述乳化劑為烯丙氧基羥丙磺酸鈉和烷基糖苷混合物。

通過上述技術(shù)方案，兩種乳化劑復(fù)合使用時(shí)，反應(yīng)型烯丙氧基羥丙磺酸鈉形成負(fù)電子層，烷基糖苷上的親水基團(tuán)形成氫鍵，二者的乳化劑分子交替吸附在乳膠粒子表面上，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，可提高聚合物乳液穩(wěn)定性，促進(jìn)硅烷和丙烯酸酯復(fù)合改性秸稈纖維的穩(wěn)定性，從而提高洗沙污泥免燒磚的力學(xué)性能。

作為優(yōu)選：所述烯丙氧基羥丙磺酸鈉和烷基糖苷重量配比為(0.7-1.2)：1。

通過上述技術(shù)方案，控制烯丙氧基羥丙磺酸鈉和烷基糖苷重量配比為(0.7-1.2)：1，可進(jìn)一步提高洗沙污泥免燒磚的力學(xué)性能。

作為優(yōu)選：所述改性秸稈纖維和水泥的重量比為(1.5-1.7)：1。

通過上述技術(shù)方案，控制改性秸稈纖維和水泥的重量比為(1.5-1.7)：1，改性秸稈纖維表面的硅烷偶聯(lián)劑，水解后形成硅羥基，與水泥及其水化后表面產(chǎn)生的羥基縮合成鍵，二者間以硅氧共價(jià)鍵相連，起到連接有機(jī)聚合物與水化產(chǎn)物的作用，從而增加秸稈纖維和水泥之間的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步提高免燒磚的力學(xué)性能。

作為優(yōu)選：所述減水劑用量占全部原料總重量百分?jǐn)?shù)與洗砂污泥含水量之比0.35-1.5wt％：10-30％。

通過上述技術(shù)方案，控制減水劑用量占全部原料總重量百分?jǐn)?shù)與洗砂污泥含水量之比0.35-1.5wt％：10-30％，可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)免燒磚原料中的水分含量，使體系整體處于合適的水分含量下，提高原料的和易性，進(jìn)而提高洗砂污泥的力學(xué)性能。

作為優(yōu)選：所述秸稈纖維的長度為4-10mm。

通過上述技術(shù)方案，將秸稈纖維的長度控制到為4-10mm，能夠有效填充下沙污泥免燒磚的孔隙，使洗沙污泥免燒磚內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變得更加密實(shí)，從而提高洗沙污泥免燒磚力學(xué)性能。

作為優(yōu)選：所述洗砂污泥免燒磚原料還包括10-50重量份馬來酸酐接枝聚丙烯和聚二甲基硅氧烷混合物。

通過上述技術(shù)方案，將洗砂污泥免燒磚原料還包括馬來酸酐接枝聚丙烯和聚二甲基硅氧烷混合物，馬來酸酐接枝聚丙烯可以增強(qiáng)原料分散性，聚二甲基硅氧烷的表面張力低，使得洗沙污泥免燒磚原料更好的分散，還可消除攪拌過程體系中產(chǎn)生大量的氣泡，兩者的復(fù)配使用可以提高免燒磚原料的流動(dòng)性，提高了體系的致密度，進(jìn)一步提高免燒磚力學(xué)性能。

作為優(yōu)選：所述馬來酸酐接枝聚丙烯和聚二甲基硅氧烷的重量份配比為(1-2)：1。

通過上述技術(shù)方案，控制馬來酸酐接枝聚丙烯和聚二甲基硅氧烷的重量份配比為(1-2)：1，可進(jìn)一步提高洗沙污泥免燒磚的力學(xué)性能。

第二方面，本申請?zhí)峁┮环N上述任一項(xiàng)所述的洗砂污泥免燒磚的制備工藝。

一種洗砂污泥免燒磚的制備工藝，其包括如下操作步驟：先對將植物秸稈進(jìn)行粉碎、改性，得到改性秸稈纖維預(yù)料；然后按原料組成稱量各組分原料，將石粉、水泥、生石灰混合后，加入到洗砂污泥中，加水中攪拌，再加入改性秸稈纖維預(yù)料攪拌；然后加入固化劑和粘結(jié)劑以及其余原料攪拌，注模，靜置，壓制成型，脫模，自然養(yǎng)護(hù)，得到洗沙污泥免燒磚。

綜上所述，本申請包括以下至少一種有益技術(shù)效果：(1)本申請通過調(diào)節(jié)各原料的種類和摻量，將改性秸稈纖維制備為硅烷和丙烯酸酯復(fù)合改性秸稈纖維，制備得到的洗砂污泥免燒磚的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度最高分別為42.0MPa、7.73MPa，吸水率、堆積密度最低分別為2.39％、1.51kg/m3，力學(xué)性能較好。

(2)本申請通過控制改性秸稈纖維和水泥的重量份配比，增加秸稈纖維和水泥之間的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，使制備得到的洗砂污泥免燒磚的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度分別為32.2MPa、6.37MPa，吸水率、堆積密度分別為4.99％、1.63kg/m3，提高了洗砂污泥免燒磚的力學(xué)性能。

(3)本申請通過控制馬來酸酐接枝聚丙烯和聚二甲基硅氧烷的重量份配比，提高了提高洗砂污泥免燒磚體系的致密度，使制備得到的洗砂污泥免燒磚的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度分別為35.7MPa、6.86MPa，吸水率、堆積密度分別為4.04％、1.58kg/m3，進(jìn)一步提高了洗砂污泥免燒磚的力學(xué)性能。

(4)本申請通過控制烯丙氧基羥丙磺酸鈉和烷基糖苷的重量份配比，提高了硅烷和丙烯酸酯復(fù)合改性秸稈纖維的穩(wěn)定性，使制備得到的洗砂污泥免燒磚的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度分別為42.0MPa、7.73MPa，吸水率、堆積密度分別為2.39％、1.51kg/m3，進(jìn)一步提高了洗砂污泥免燒磚的力學(xué)性能。

（發(fā)明人：吳平凡）