盾构渣土生物炭基免烧砖及其制备方法与流程

本发明涉及固体废物资源化再利用，尤其涉及一种盾构渣土生物炭基免烧砖及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，中国经济发展，城市化建设步伐加速，地下空间开发利用进入快速发展阶段。在公路和铁路项目中，隧道工程占据较大比例。国内外隧道修建方法主要是明挖法、暗挖法、盾构法、盖挖逆作法和盖挖半逆作法。其中，盾构法凭借其稳定、快速、安全、经济等优势被广泛应用于城市基础设施建设，推动了中国城市化过程。但是，盾构法施工过程中会产生大量的渣土，按照洞径6m估计，松散系数取1.25，每1km地铁盾构隧道施工会产生约3.5万m3的渣土。同时，随着经济的发展和城镇化建设的进行，旧城改造等每年产生的混凝土废物数量非常巨大，且不易降解。往往一个城市的老旧城区改造等产生的废弃混凝土可达到2500万m3。我国城市中旧城区的改造整治产生大量建筑渣土，有资料表明拆除1m2建筑物产生0.5-1m3建筑废弃物，每1万m2建筑施工过程会产生500-600t建筑渣土，大部分建筑垃圾被简单填埋或露天堆存，对环境造成了极大的不利影响。

2、与其它城市垃圾相比，渣土具有低毒、无害、可资源化利用等特点，随着城市建设的迅猛发展，天然材料将日益枯竭，如果将渣土通过一定的技术进行有效再生利用，不仅可以解决这个矛盾，还能消除垃圾对环境的危害，实现经济的可持续发展。我国对渣土循环利用的研究比较晚，目前虽取得了一定初步研究成果，但仍缺乏较系统的研究，缺少完善的再生技术的标准和规程。建设各种道路需要大量的材料，如果能够将渣土用于道路工程中，则将会产生极大的经济价值。

3、然而，现行技术标准和规范中缺少建筑渣土作为建筑物料相关方面的内容，在城市道路建设中建筑渣土利用无标准和规范可遵循，如何利用城市建筑渣土达到较好的工程效果仍需要深入细致的研究。另外，道路铺筑材料日益严格的标准要求等因素，使得渣土在道路铺筑材料中的应用受到诸多限制，例如渣土利用率不高，建筑材料中渣土所占的比例偏小。

4、盾构渣土、混凝土废物作为固体废料，不仅占用大量的土地资源，还对环境造成了污染，为了适应城市建设的快速发展，需要一种将盾构渣土与建筑混凝土废物复合制备的建筑材料，其可以用于道路基层、楼层墙体中，同时，针对现有技术存在的问题和研究领域的局限性，亟须开发一种盾构渣土生物炭基免烧砖的新方法，以满足建设发展的要求。

5、有鉴于此，有必要设计一种改进的盾构渣土生物炭基免烧砖的制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种盾构渣土生物炭基免烧砖及其制备方法，所述盾构渣土生物炭基免烧砖采用盾构渣土作为主材料，提高盾构渣土的综合利用率和附加值，为盾构渣土和混凝土废物的资源化利用提供了一种途径。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种盾构渣土生物炭基免烧砖的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤1：将废弃混凝土原料进行暴晒、筛分、破碎处理，得到混凝土再生微粉；

4、步骤2：将盾构渣土进行晾晒，将原料中的大颗粒石块进行破碎处理，将盾构渣土粒径控制在预定的范围，得到盾构渣土颗粒；

5、步骤3：将木质废弃物在300℃-500℃条件下缺氧热解4-8小时，在自然条件下冷却，用破碎机破碎，得到生物炭颗粒；

6、步骤4：将混凝土再生微粉、盾构渣土颗粒、纤维、生物炭颗粒、激发剂按预定的质量配比，放进预混搅拌机中搅拌均匀，送到成型设备进行定型，形成砖坯；

7、步骤5：对砖坯进行养护。

8、作为本发明的进一步改进，在步骤1中，所述废弃混凝土原料为固体建筑垃圾，得到的所述混凝土微粉的粒径小于45μm，密度为1.5-3.5g/cm3，含水量为2-5％，烧失量为20-30％。

9、在步骤2中，所述盾构渣土为地下渣土，得到的所述盾构渣土颗粒的粒径控制在2mm之内。

10、在步骤3中，所述木质废弃物为果壳、木屑、竹条、麻杆中的一种或者几种，得到的所述生物炭颗粒的粒径小于1mm。

11、在步骤4中，所述纤维包括聚丙烯纤维，所述激发剂为氢氧化钠、硅酸钠以及硫酸钠中的一种或者几种。

12、在步骤4中，所述预定的质量配比为混凝土再生微粉20-30％、盾构渣土颗粒40-70％、纤维1-3％、生物炭颗粒10-20％、激发剂2-5％。

13、在步骤5中，砖坯成型后3天内雾化喷水，3天后到保湿养护结束之前直接喷水，浇透。

14、进一步的，当温度≥20℃时，保湿养护≤14天；当温度＜20℃时，保湿养护≤7天；保湿养护湿度＜75％时，在砖垛表面洒水养护；其余时间自然干燥养护。

15、在砖垛表面洒水养护时，早、中、晚各一次。

16、本发明还提供了一种盾构渣土生物炭基免烧砖，所述盾构渣土生物炭基免烧砖由上述盾构渣土生物炭基免烧砖的制备方法制得。

17、本发明的有益效果是：

18、1.本发明提供的一种盾构渣土生物炭基免烧砖及其制备方法，通过将混凝土再生微粉、盾构渣土、激发剂、纤维、生物炭颗粒以适当比例混合，制成符合要求的免烧砖，实现混凝土废物、盾构渣土、生物炭的资源化再利用。

19、2.免脱水：简化盾构渣土处理工艺，减少处理过程，降低多余工艺带来的能耗浪费，新工艺盾构渣土无需筛分和脱水。

20、3.免烧制：降低增效，用混凝土再生微粉与激发剂作为胶凝材料，减少碳排放，同时节约渣土弃置成本，将废弃物再生利用，不仅节约了能源，同时制成的免烧砖能优异，低收缩，强度高，低重金属渗出率及低成本特性，具有较高的社会效益和经济效益。

21、激发剂为氢氧化钠、硅酸钠以及硫酸钠中的一种或者几种，混凝土再生微粉掺加激发剂充当无机固化剂，所含的硅酸盐等无机材料在水作用下会产生凝胶物质，这些凝胶物质一部分自身硬化形成骨架，一部分与土颗粒作用生成络合物，最终形成空间稳定的网状结构，增加了固化渣土的稳定性。同时该类型固化剂的组分在与水作用后产生的钙、镁或者铝离子与土胶粒吸附层中的钠或钾离子会进行离子交换，减薄了土胶粒双电层的厚度，从而使土颗粒产生凝聚现象。另外，对于某些固化材料，与土混合后在大气环境中和水的参与下，会产生更加难溶的物质碳酸钙或者形成含结晶水的晶体物质钙矾石，这些晶体物质填充了土胶粒之间的孔隙，起着“显微加筋”的作用，增强了固化土的强度。

22、4.不使用水泥、石灰等物料：减少水泥、石灰等物料制作、加工、使用过程中的碳排放，同时利用废弃混凝土材料代替水泥等物料，减少固废排放。

23、5.免压制：本发明的产品可以免压制，制品均匀性好，泡水不软化，且发明的产品抗冻性好。

24、6.减碳排：利用的木质废弃物中大量的生物炭被固定封存在盾构渣土以及混凝土废弃物内部，避免二氧化碳产生和循环进入大气圈，降低了材料生命周期内碳排放量，使得本发明的免烧砖具有良好的生态环保效益。

25、7.不使用砂石等物料：盾构渣土中化学组分主要包括二氧化硅、三氧化铝、三氧化二铁和氧化钙等，与砂石中的主要成分相似，因此能够取代部分砂石作为骨架，节省能源，同时盾构渣土在成型之后，孔隙率较小，强度较高，符合建筑材料标准。

26、8.抗老化、抗腐蚀：纤维作为辅助添加料，作用是提高盾构生物炭基免烧砖的抗老化性、抗腐蚀性，同时还能够提高免烧砖的强度和硬度，避免免烧砖发生变形。

27、纤维优选为聚丙烯纤维，聚丙烯纤维质地较轻，强度较高，将其添加在免烧砖中，能够提高免烧砖的连接强度和自身强度，使其符合建筑材料要求；聚丙烯纤维的吸湿性和染色性在化学纤维中是最差的，几乎不吸湿，其回潮率小于0.03％，在免烧砖中添加聚丙烯纤维能够降低免烧砖的吸水性，使其保持干燥状态，避免出现因使用免烧砖导致环境湿度较大，影响使用；同时聚丙烯纤维的染色性较差，颜色淡，染色牢度差，不会轻易改变免烧砖本身的颜色；聚丙烯纤维的电阻率很高，导热系数小，与其他化学纤维相比，聚丙烯纤维的电绝缘性和保暖性最好，因此在免烧砖中添加聚丙烯纤维能够降低免烧砖的导热性，利用免烧砖制备的房屋等保暖性较好，冬暖夏凉，适合居住；同时，聚丙烯纤维本身耐腐蚀性较好，特别是耐微生物腐蚀，在免烧砖中添加聚丙烯纤维能够提高其本身的耐腐蚀性，延长其使用寿命。