灌注无机保温芯材的烧结复合保温砌块制备关键技术研究.pdf

142023年5 月试验与研究江西建材灌注无机保温芯材的烧结复合保温砌块制备关键技术研究曾兴华12，杨良12，吴炎平1,21.江西省建材科研设计院有限公司，江西南昌330001;2.江西省建材产品质量监督检验站有限公司，江西南昌330001摘要：文中研究了一种灌注保温芯材的城市污泥烧结复合保温砌块。混合料的塑性指数和热值是制备烧结保温砌块两个重要技术指标，按照城市污泥：页岩：煤研石为10：7 0：2 0 的比例制得的混合料塑性指数为12.1，干燥敏感性系数为0.6，烧制的保温砌块表面平整，无过烧、欠火等质量问题。掺入适量的速凝剂（SQ）或SAC可制备出稳定不塌模的保温芯材，其干密度为19 7 kg/m、抗压强度为0.3 5 MPa、导热系数为0.0 7 0 3 W/（mK）。经孔型孔结构设计，综合利用孔洞内空气与保温芯材对热流的阻隔作用，提高复合保温砌块的保温性能。制备的城市污泥烧结复合保温砌块的干密度为10 8 9 kg/m、抗压强度为5.9 MPa、传热系数K值为1.27W/（mK），可应用于建筑外墙自保温围护结构体系。关键词：城市污泥；发泡水泥；保温芯材；烧结复合保温砌块中图分类号：TU522.3文献标识码：A文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 5-0 0 14-0 3Research on Key Technologies for the Preparation of Sintered CompositeInsulation Blocks with Injected Inorganic Insulation Core MaterialsZeng Xinghual,Yang Liang,Wu Yanping1，21.Jiangxi Building Materials Research and Design Institute Co.Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330001;2.Jiangxi Building Materials Product Quality Supervision and Inspection Station Co.Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330001Abstract:This article studies a type of urban sludge sintered composite insulation block filled with insulation core materials.The plasticityindex and calorific value of the mixture are two important technical indicators for preparing sintered insulation blocks.The plasticity index ofthe mixture prepared in the ratio of(urban sludge:shale:coal gangue)(10:70:20)is 12.1,and the drying sensitivity coefficientis O.6.The surface of the fired insulation blocks is flat,without quality issues such as over burning or under fire.A stable and non collapsinginsulation core material can be prepared by adding an appropriate amount of accelerator(SQ)or SAC,with a dry density of 197kg/m,compressive strength of 0.35MPa,and thermal conductivity of 0.0703W/(m K).Through the design of hole structure,the insulationperformance of composite insulation blocks is improved by comprehensively utilizing the blocking effect of air in the hole and insulation corematerial on heat flow.The prepared urban sludge sintered composite thermal insulation block has a dry density of 1089kg/m,a compressivestrength of 5.9MPa,and a Heat transfer coeficient K value of 1.27W/(mK),which can be applied to the building exterior wall selfinsulation enclosure structure system.Key words:Urban sludge;Foamed cement;Insulation core material;Sintered composite insulation block0引言城市污泥是城市生活污水处理厂产生的固体废物。随着中国城镇化迅速发展，城市污水处理量的逐年增加，城市污水处理产生的污泥量居高不下，若不进行有效处理，将造成严重的二次污染 1-2 。城市污泥中的有机物在高温下释放大量热能用于制备污泥烧结轻质保温制品的内燃料，降低制品烧结过程中的综合能耗，同时，有机物被烧后在制品中形成大量微小均匀的孔隙，可降低制品的密度，提高制品的保温隔热性能 3-5 。在作者简介：曾兴华（19 8 3-），男，江西泰和人，硕士，高级工程师，主要研究方向为建筑保温材料与工业废渣资源综合利用。基金项目：江西省重点研发计划项目城市污泥无害化协同绿色建材制备的共性技术研究（项目编号：2 0 2 0 2 BBGL73078）。对城市污泥无害化处理的同时，又实现了一定的经济效益。本文研究了在烧结保温砌块的空洞内灌注发泡水泥保温浆料，制备烧结复合保温砌块，与传统填插聚苯板等有机材料的复合保温砌块相比，该烧结复合保温砌块防火性能等级更高、耐久性能强、整体性好，可应用于建筑外墙自保温围护结构体系。1主要原材料与试验方法1.1主要原材料（1）页岩：塑性指数控制在15%以下。（2）煤研石：煤研石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。煤石的热值在15 0 0 kcal/kg左右。（3）城市污泥：经过预处理后，塑性指数为7.8，干密度为15试验与研究2023年5 月江西建材0.68g/cm，颜色为灰色，发热量约达19 5 2 J/g。（4）水泥：海螺P042.5级水泥。（5）粉煤灰：南昌电厂II级粉煤灰。（6）早强型硫铝酸盐水泥：作为早强组分。（7）发气剂：为双氧水（H,0），分析纯试剂，含固量为3 0%。（8）添加剂：主要包括憎水剂（硬脂酸钙）、聚羧酸减水剂（含固量为18%）、稳泡剂、速凝剂（SQ）等。（9）水：自来水。1.2主要试验方法（1）污泥烧结复合保温砌块性能测试。参照GB/T2542-2012砌墙砖试验方法（2）污泥烧结复合保温砌块热工性能（传热系数K值）采用沈阳某公司生产的WTRZ-1515B型建筑墙体稳态热传递性能试验机，参照GB/T13475一2 0 0 8 绝热稳态传热性质的测定、标定和防护热箱法，试件的有效测量面积为1.44m。（3）保温芯材发泡水泥保温芯材性能测试参照JC/T22002013水泥基泡沫保温板标准进行。2试验结果与讨论2.1烧结保温砌块混合料配料研究制备烧结保温砌块混合料配料主要考虑混合料的塑性指数和发热量。混合料的塑性好，有利于挤出的砖坏表面光滑，减少砖坏裂纹，提高烧制的保温砌块外观质量，同时有利于坏体的码放及干燥。混合料的热值控制对烧结保温砌块的产品性能影响至关重要。混合料热值过高，烧制的保温砌块会由于过烧而变形；混合料热值过低，烧制的保温砌块会欠烧而影响砌块强度等力学性能。根据煤研石、城市污泥原材料的发热量，通过试烧试验，得出城市污泥、页岩、煤研石的最佳配比见表1。表1混合料中原材料最佳配比%原材料名称城市污泥页岩煤研石占比107020表2最佳配比混合料砖坏性能塑性干燥收缩率干燥敏感性指标塑限/%液限/%指数1%系数结果22.935.012.14.50.6由表2 数据可知，城市污泥、页岩、煤研石按最佳配比配料后，经破碎、陈化后，混合料的塑性指数为12.1。页岩的塑性指数为14.6，说明掺入城市污泥后有利于降低混合料的塑性指数，提高混合料的塑性，此时混合料的干燥收缩率只有4.5%，干燥敏感性系数也较低，为0.6，有利于降低砖坏在干燥过程中发生开裂等风险，提高了砖坏质量。2.2烧结保温砌块的烧制将制备的砖坏进行高温烧制，烧成工艺参数为，升温速度2.5/min，烧成最高温度10 5 0，达到最高温度后保温120min，自然冷却至室温。制备的保温砌块的性能见表3。表3城市污泥烧结保温砌块外观质量及物理力学性能指标干密度抗压强度吸水率欠火转、指标外观质量/(g:cm3)/MPa1%酥砖表面平整，结果9805.419.7无无贯穿裂纹由表3 数据可知，烧制的保温砌块干密度为9 8 0 kg/m,强度等级达到MU5.0，吸水率2 0%，砌块表面平整，无贯穿裂纹，未出现过烧、欠火砖、酥砖等质量问题，2.3烧结复合保温芯材的研制2.3.1保温芯材凝结速度调控灌注到烧结保温砌块中的保温芯材应具有较快的凝结速度，避免灌注到砌块孔洞后塌模。试验研究了两种早强组分硫铝酸盐水泥（SAC）和速凝剂（SQ）对发泡水泥保温浆体凝结时间的影响。其中稳泡剂为外掺，掺量为0.5%（相对于胶凝材料，下同），发气剂掺量为5.0%，防水剂掺量为1.0%，聚羧酸减水剂掺量为1.0%，水胶比为0.6 0。试验配比和结果见表4。表4硫铝酸盐水泥（SAC）和速凝剂（SQ）对发泡水泥浆体稳定性影响试验结果%水泥I 级早强组分速凝剂编号试验结果(P0 42.5)粉煤灰(SAC)(SQ)浆体稳定性1#901000差，塌模浆体稳定性2#831070好，未塌模浆体稳定性3#901000.5好，未塌模由表4可知：1配比不掺硫铝酸盐水泥（SAC）和速凝剂（S Q），浆体成型后试块出现严重塌模；2 配比内掺人7%的SAC，浆体的浇注稳定性好，未塌模；3 配比掺人0.5%速凝剂（S Q），浆体成型稳定性好，未出现塌模。速凝剂（SQ）和SAC对于发泡水泥浆体的调凝效果显著，均可作为生产发泡水泥保温板的调凝剂。2.3.2超轻低导热系数保温芯材制备为提高烧结复合保温砌块的保温隔热性能，需提高保温芯材的保温隔热性能，保温芯材越轻，孔洞率越高，保温效果越好 6 。试验研究了掺人发气剂对发泡水泥保温浆料干密度、抗压强度和导热系数的影响。其中，稳泡剂为外掺，掺量为0.5%，发气剂掺量为6.0%，防水剂掺量为1.0%，聚羧酸减水剂掺量为1.5%，早强剂掺量为0.5%，水胶比为0.6 0。试验配比和结果见表5 和图1、图2 和图3。表5陶瓷微珠掺量对发泡水泥保温板物理力学性能影响试验结果发气剂干密度抗压强度导热系数编号掺量/%/(g:cm)/MPa/W(mK)l15.02330.420.075426.02200.380.072637.01970.350.0703162023年5 月试验与研究江西建材240(su.3)/泽230220210200190180170567发气剂掺量/%图1发气剂掺量对保温芯材干密度影响0.450.40.350.30.250.20.150.10.050567发气剂掺量/%图2发气剂掺量对保温芯材强度影响0.076（Y W）M/兰洋吉0.0750.0740.0730.0720.0710.070.0690.0680.067567发气剂掺量/%图3发气剂量对保温芯材导热系数的影响由表5 试验结果可知，随着发气剂掺量增加，发泡水泥保温芯材的干密度逐渐降低，抗压强度也逐渐降低，导热系数逐渐降低。发气剂掺量从5%增加到7%，发泡水泥保温芯材的干密度从2 3 3 kg/m降低到19 7 kg/m；抗压强度从0.42MPa降低到0.3 5 MPa；导热系数从0.0 7 5 4W/（m K）降低到0.0 7 0 3 W/（m K）。最终选用第三组配比的发泡水泥保温材料作为城市污泥烧结复合保温砌块的保温芯材。2.4城市污泥烧结复合保温砌块性能在烧结保温砌块的大排孔中灌注发泡水泥保温芯材，通过综合利用孔洞内空气与保温芯材对热流的阻隔作用，提高城市污泥烧结复合保温砌块的保温性能。制备的城市污泥烧结复合保温砌块主要性能指标见表6。表6城市污泥烧结复合保温砌块性能干密度传热系数K值技术指标抗压强度/MPa/(kgm)/W(m K)-测试结果10835.91.213结论（1）按照城市污泥：页岩：煤研石为10：7 0：2 0 的比例配料制得的混合料，经破碎、陈化后，混合料的塑性指数为12.1，掺人城市污泥后有利于降低混合料的塑性指数，提高混合料的塑性，此时混合料的干燥收缩率只有4.5%，干燥敏感性系数也较低，仅为0.6，有利于降低砖坏在干燥过程中发生开裂等干燥缺陷的风险，提高砖坏质量。（2）按照城市污泥：页岩：煤研石为10：7 0：2 0 的比例配料制得的混合料，经高温烧制后，保温砌块干密度为9 8 0 kg/m，强度等级达到MU5.0，吸水率2 0%，砌块表面平整，无贯穿裂纹，未出现过烧、欠火砖、酥砖等质量问题。（3）速凝剂（SQ）和SAC对于发泡水泥浆体的调凝效果显著，掺人适量的速凝剂（SQ）或SAC可制备出稳定不塌模的保温芯材。（4）发气剂掺量从5%增加到7%，发泡水泥保温芯材的干密度从2 3 3 kg/m降低到19 7 kg/m；抗压强度从0.42 MPa降低到0.3 5 MPa；导热系数从0.0 7 5 4W/（m K）降低到0.0703W/（m K）。最终选用第三组配比的发泡水泥保温材料作为城市污泥烧结复合保温砌块的保温芯材。（5）在烧结保温砌块的大排孔中灌注发泡水泥保温芯材，通过综合利用孔洞内空气与保温芯材对热流的阻隔作用，提高城市污泥烧结复合保温砌块的保温性能。制备的城市污泥烧结复合保温砌块的干密度为10 8 9 kg/m、抗压强度为5.9 MPa、传热系数K值为1.2 1W/（m.K）。参考文献【1冯玉林，高鸽，柴喜林，等.城市污泥尾矿陶粒的制备工艺及其性能与应用J】。硅酸盐通报，2 0 2 3，42（4）：13 7 4-13 8 3.2 角解道雷，孔慈明，徐龙乾，等.城市污泥中重金属存在形态、去除及稳定化研究进展【J化工进展，2 0 18，3 7（1）：3 3 0-342.【3 郭晋荣，贾里，王彦霖，等.城市污泥热解特性及理化性能研究【J】中南大学学报（自然科学版），2 0 2 1，5 2（6）：2 0 2 3-2031.【4徐振华，污水厂污泥与河道底泥联合高温烧结制备陶粒的技术研究D.北京：清华大学，2 0 12.【5 赵思源，刘卫东，陆美荣.市政污泥制备烧结砖的试验研究【J】.新型建筑材料，2 0 2 2，49（5）：9 2-9 5.【6 曾兴华，吴炎平.陶瓷微珠在轻质高强保温砂浆中应用研究 J。水泥与混凝土制品，2 0 17（4）：7 2-7 5.