一种全固废碳化养护免烧砖的制备方法及碳化养护设备

本发明涉及固废资源化利用及建筑材料，具体涉及一种全固废碳化养护免烧砖的制备方法及碳化养护设备。

背景技术：

1、随着我国工业的不断发展，钢渣、煤矸石、粉煤灰等工业固体废弃物和二氧化碳等工业废气的排放量也不断增多。未利用的固废大都采用堆存处理，这种处理不仅占用土地还会造成严重的环境污染，极大影响了人类的居住安全和舒适度；此外，二氧化碳的增多会加剧温室效应，给人类的生存环境带来严重危害。

2、随着建筑业的发展，砌体砖的用量也在大幅度提升。现阶段我国使用的砌体材料还是以粘土砖和蒸压砖为主，其制备原料主要为自然资源和高耗能资源，且制造工艺复杂、制备过程消耗能源较多，会对环境造成污染，严重影响社会的可持续发展。因此以全固废材料替代自然资源，采用简单工艺制备免蒸免压免烧砖替代粘土砖和蒸压砖是实现资源可持续化的有效途径。

3、目前，对于全固废免烧砖的制备，通常是以钢渣粉为主要原料，通过添加磷酸钙渣、矿渣粉、石粉和水，经静压成型得到的生砖坯，并进行蒸压养护。然而钢渣的胶凝能力比较低，体积稳定性比较差。这主要是由于其内部活性物质会受到高温的影响而降低。此外，由于炼钢过程中会加入大量的石灰石，并在炼钢过程中生成游离氧化钙，这些游离氧化钙在制砖过程中发生水化，生成体积更大的氢氧化钙，最终导致砖出现外观开裂的现象。此外，以钢渣粉为主要原料的全固废原料，彼此之间物理和化学性质差异较大，如何合理配比这些材料以获得理想的砖体性能是一个需要解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决钢渣免烧砖在制砖过程中可能出现的外观开裂的问题，本发明的目的在于提供一种全固废碳化养护免烧砖的制备方法及碳化养护设备。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

3、本发明提供一种全固废碳化养护免烧砖的制备方法，包括以下步骤：

4、将钢渣粉末、煤矸石粉末和粉煤灰在水体系下混合，利用煤矸石粉末对钢渣粉末进行改性，得到浆料；其中，钢渣、煤矸石、粉煤灰和水的质量比为70~100:8~24:10~30:30；

5、将浆料置于模具中，成型脱模后得到砖坯；对砖坯进行预养护，以调节所述砖坯的剩余含水率至4%~16%；之后将砖坯进行碳化养护，得到碳化养护免烧砖。

6、剩余含水率是指经过控水后的砖坯中残余水含量与集料重量的比值。对砖坯进行预养护是在常温常压下进行预养护，以调节所述砖坯的剩余含水率至4%~16%；避免在后续碳化养护过程中，由于孔隙内水分过多导致二氧化碳气体无法扩散进入砖体内部，以及碳化反应剧烈导致砖体外观开裂。

7、在前期研究中，通过对钢渣的性质进行研究发现，钢渣的胶凝能力和体积稳定性主要受内部的活性物质影响，而在高温的影响下矿物内部的活性会进一步降低。此外，由于炼钢过程中会加入大量的石灰石，并在炼钢过程中生成游离氧化钙，这些游离氧化钙在制砖过程中发生水化，生成体积更大的氢氧化钙，从而造成砖坯开裂现象。因此游离氧化钙在大量二氧化碳环境中通过碳化固定，不仅能够有效避免后期对试件的安定性产生影响，还能够生成致密的碳酸钙，增强其力学性能。

8、通常，利用煤矸石制备砖块，往往需要添加80%以上的煤矸石，并需要配合加入一定量的石灰；煤矸石中的氧化铝和氧化硅等活性成分会与氧化钙发生水化。而且现有技术将煤矸石制备砖的过程中，是以煤矸石为主要原料，添加量在80%以上，且需要配合加入氧化钙。但是氧化钙加入量过多不利于砖块的力学性能。基于此，本发明利用少量的煤矸石对钢渣进行改性，使煤矸石中游离出的氧化铝、氧化硅等活性物质，对钢渣中的游离氧化钙进行吸收，减少游离氧化钙的含量，避免影响其后期耐久性问题。并且通过加入一定量的粉煤灰，进一步提高砖的强度、减少收缩，改善耐久性，从而达到提高砖的性能的目的。

9、在一个优选的实施例中，钢渣粉末是将钢渣球磨成粉末后过200目筛得到。钢渣粉末过200目筛，用以确保粒径均匀，且有较大的比表面积，增强反应活性。在一个优选的实施例中，煤矸石粉末是将煤矸石破碎、球磨成粉末后过200目筛得到。将煤矸石粉末过200目筛，以去除煤矸石中较大的颗粒以及杂质。

10、在一个优选的实施例中，碳化养护的条件是：碳化温度为25~35℃，碳化湿度为55~65%，碳化浓度为40~80%，碳化时间为8~32h。在一个优选的实施例中，碳化浓度为碳化养护过程中二氧化碳的浓度。

11、碳化养护免烧砖的砖体的强度形成主要分为两部分，第一部分为原材料发生的水化反应产生的强度，包括钢渣的水化反应，具体反应方程式为：

12、cao+h2o→ca(oh)2；

13、3cao·sio2+(n+3-x)h2o→xcao·sio2·nh2o+(3-x)ca(oh)2；

14、2cao·sio2+(n+2-x)h2o→xcao·sio2·nh2o+(2-x)ca(oh)2。

15、粉煤灰、煤矸石的火山灰效应，具体反应方程式为：

16、xca(oh)2+sio2+mh2o→xcao·sio2·nh2o；

17、xca(oh)2+al2o3+mh2o→ xcao·al2o3·nh2o。

18、第二部分为碳化反应产生的强度，包括原材料的碳化反应，具体反应方程式为：3cao·sio2+(3-x)co2+nh2o→xcao·sio2·nh2o+(3-x)caco3；

19、2cao·sio2+(2-x)co2+nh2o→xcao·sio2·nh2o+(2-x)caco3。

20、水化反应生成产物的碳化反应，具体反应方程式为：

21、ca(oh)2+co2→caco3+h2o；

22、xcao·sio2·nh2o+xco2→xcaco3 +sio2·nh2o。

23、上述两部分反应形成的强度使碳化养护免烧砖具有良好的力学性能。

24、在一个优选的实施例中，钢渣、煤矸石、粉煤灰和水的质量比为80~90:8~16:10~20:30。

25、本发明还提供一种碳化养护设备，所述的碳化养护采用碳化养护设备进行，所述碳化养护设备包括：设备本体，所述设备本体的上部具有进料口，所述设备本体的下部具有出料口；

26、伸缩止挡部件，配置在所述设备本体的一侧内壁；

27、翻转板，所述翻转板的一端与所述设备本体的另一侧内壁铰接，所述翻转板的另一端搭接在所述伸缩止挡部件上；

28、出料板，固定在所述翻转板的下侧，且朝向所述出料口的方向倾斜设置；

29、随着所述伸缩止挡部件朝向远离所述翻转板的方向移动，所述翻转板的一端朝向所述出料板翻转，使所述翻转板上的砖坯转移至所述出料板。

30、在一个优选的实施例中，所述翻转板的一端具有铰接部，所述铰接部与所述设备本体的另一侧内壁铰接，所述铰接部上连接有翻转驱动件，用以驱动所述翻转板沿所述铰接部翻转。

31、在一个优选的实施例中，所述设备本体的外壁固定安装有外壳，所述外壳与所述设备本体组合形成进气腔室；所述进气腔室具有进气口，所述进气口与外部烟道连接；所述设备本体位于所述所述进气腔室的侧壁开设有多个通风口；所述进气腔室通过多个所述通风口与所述设备本体的内腔连通；所述设备本体的顶部设有出风口。

32、在一个优选的实施例中，所述翻转板的一端安装有翻料结构，所述翻料结构包括：立柱，具有两个，且垂直固定在所述翻转板的靠近所述伸缩止挡部件的一端，且位于所述伸缩止挡部件的两侧；

33、翻转件，呈u型，所述翻转件的两端分别与其对应的立柱可转动连接；

34、挡料板，铰接在所述翻转件上，所述挡料板的一侧垂直延伸出一托部，所述托部与所述翻转板的一端抵接；随着所述翻转板的一端翻转至与所述出料板抵接，所述砖坯朝向所述出料板移动，并与所述挡料板的托部抵接，随着所述砖坯的移动，所述翻转件发生翻转并带动所述砖坯发生翻转。

35、本发明的有益效果：

36、1、本发明制备的碳化养护免烧砖主要利用少量的煤矸石粉末对钢渣粉末进行改性，使煤矸石中游离出的氧化铝、氧化硅等活性物质，对钢渣中的游离氧化钙进行吸收，减少游离氧化钙的含量，避免影响其后期耐久性问题。并且通过加入一定量的粉煤灰，进一步提高砖的强度、减少收缩，改善耐久性，从而达到提高砖的性能的目的。

37、2、本发明利用钢渣、煤矸石和粉煤灰等工业固废作为原材料，无需水泥和天然矿物，减少高能耗资源和天然资源的使用，采用碳化养护的方式制备碳化养护免烧砖，在将co2快速固化到砖中，缓解温室效应的同时，还能实现工业固废的大量利用，极大的缓解了环境的负荷。本发明制备的碳化养护免烧砖，由全固废原料发生水化反应和碳化反应生成的胶凝物质形成力学结构体系，从制备到成品的周期只需要三天，且各项性能均符合国家砌体砖的规范要求；且具备良好的力学性能，可将其应用于砌体建筑中。

38、3、本发明的方法操作简单、成本低、生产周期短、具有普适性、易于规模化生产，具有显著的经济效益和环境效益。