本發明涉及建筑材料，具體涉及一種利用工業固體廢棄物固化盾構渣土的免燒磚及其制備工藝。
背景技術：
1、目前針對盾構渣土綠色排放及資源化回收利用的研究較少，應用案例較為匱乏。膨潤土、發泡劑、高分子聚合物等添加劑的應用使得盾構渣土的堆放、運輸對水質、土壤、環境、交通等造成了不同的惡劣影響。盾構渣土廢漿的處理方法還存在諸多問題，包括運輸過程無污染要求，大面積場地需求，控制泡沫劑對環境造成污染，固結后難以分離等。這些問題導致了很多地方寧可把堆積永久化也不愿對堆積的渣土做后續處理，對國土、環境資源的造成直接傷害或浪費，突出反映了建設與發展的矛盾沖突，也表明了渣土回收利用技術的必要性和緊迫性。
2、目前市場上流通的磚主要為兩種，一是傳統的燒結紅磚；二是免燒壓結磚，通過混凝土廢棄料，添加水泥、水，壓制而成，此類磚質量較好，但成本較高，且不能參雜土料。如果能將盾構渣土用來制造磚，尤其是免燒壓結磚，不僅能降低免燒壓結磚的制造成本，還可以實現盾構渣土的資源化利用，具有重要的經濟效益和環境效益。
3、與傳統硅酸鹽水泥固化方式相比，地質聚合物固化技術有替代水泥，減少碳排放；高力學性和高耐久性等諸多優勢。但是也同時伴隨著諸多缺陷：1)地聚物的收縮大、抗碳化性能差，盾構施工過程中，通常會向土倉內加入水、膨潤土、泡沫劑、高分子聚合物、增粘劑等添加劑，收縮開裂的高浸出特性會對環境造成潛在的污染問題；2)地聚物的強度倒縮問題嚴重，長期力學性能不能夠得到保證；3)地聚物的塑化時間很短，為滿足施工生產，需要盡可能的延長保塑時間。因此，收縮大、抗碳化性能差、強度倒縮以及塑化時間短的問題為本領域的亟需解決的一項難題。
4、專利cn115353336a公開了一種堿激發免燒廢渣土磚用再生砂漿及其制備方法和應用，所用的原材料基本全為來自建筑業和工業的固體廢棄物，包括盾構渣土、再生砂、再生粉、礦渣粉和粉煤灰，將這些固廢通過堿激發實現了再生利用，一方面消納了大量不同類型的固廢，另一方面也減少了對天然資源的依賴，符合循環經濟的思想，此外，該再生砂漿與堿激發免燒磚砌體結構的砌塊有著更好的適應性，使得最終的砌體結構整體性更強，且砂漿具有早強、粘結性強、無需濕養護、耐久性更高等優勢。
5、專利cn108046669a公開了一種地質聚合物及其制備方法和應用，采用粉煤灰、高含泥率盾構渣土及堿性激發劑為原料制備而成，其中高含泥率盾構渣土主要成份為黏土，經過烘干后作為細骨料，粉煤灰為火山灰材料，制備原料不包括任何類型的水泥和石灰等傳統膠凝材料，避免較大的碳排放量，成本低，對高含泥率盾構渣土進行資源化利用；上述地質聚合物具有極低孔隙率和極小的滲透系數，強度高且耐水性好；地質聚合物為氧化物網絡結構體系，不會氧化和分解，具有很好的耐久性，可以用于建材產品，也可用于水下建筑、耐酸、耐堿、耐高溫建筑等。
技術實現思路
1、針對現有技術中制備免燒磚過程中存在的收縮大、抗碳化性能差、強度倒縮以及塑化時間短等問題，本發明提供一種利用工業固體廢棄物固化盾構渣土的免燒磚及其制備工藝，所得免燒磚不僅具有優異的力學性能、抗裂性能以及抗水穩定性等長期耐久性能，且涉及的成本較低、制備方法簡單，與現有技術相比，能夠取代水泥基材料固化，具有低碳環保的潛在優勢。
2、一種利用工業固體廢棄物固化盾構渣土的免燒磚，包括以下原料：低熱節能微膨脹水泥、工業固體廢棄物、盾構砂、盾構泥漿、堿激發劑、增塑劑、水；
3、以盾構砂(ss)和盾構泥漿(sm)為惰性骨料(a)，兩者比例為(3～4):(1～2)；
4、低熱節能微膨脹水泥(c)和工業固體廢棄物(iw)為膠凝材料(b)，分別占惰性骨料質量5～9％、35％～50％；
5、堿激發劑(jf)質量為工業固體廢棄物30～40％；
6、增塑劑(pc)質量為工業固體廢棄物1～1.8％；
7、用水量為固體質量的32～45％；
8、上述低熱節能微膨脹水泥以廢棄煤矸石或石灰渣作為ca源、以造紙污泥或鋁尾礦渣作為al源并混合爐灰、mgo、baco3、磷石膏制備得到；
9、其中各原料及其所占質量百分比為：廢棄煤矸石75～87％或石灰渣80～87％、造紙污泥4～12％或鋁尾礦渣5～13％、爐灰4～11％、mgo?0.5～1.5％、baco31.0～1.5％；
10、磷石膏的用量與上述原料總質量之比為(0.03～0.05)：1。
11、上述低熱節能微膨脹水泥通過以下步驟制備得到：(1)ca源、al源、爐灰、mgo(膨脹組分)和baco3(活化劑)球磨混合均勻；(2)向步驟(1)球磨所得混合料中加入其質量2％～4％的水分，繼續混合均勻后進行壓制得生料壓片；(3)將所得生料壓片加熱至1150～1200℃，燒結范圍為100℃，維持溫度40～50min，然后取出在空氣中急冷，再磨細至0.075mm以下得磨細熟料；(4)將磨細熟料與工業磷石膏混合均勻，再磨細至0.045mm以下(質量占95％以上)，即得低熱節能微膨脹水泥。
12、低熱節能微膨脹水泥具有較強的后期強度增長能力，能夠解決地聚物的強度倒縮問題，并在一定程度上彌補地聚物自身化學收縮以及干燥收縮。低熱節能微膨脹水泥用量限定為占惰性骨料質量5～9％，是由于用量少了影響后期強度的提升，用量過多又會增加膨脹開裂風險。
13、上述ca源中的石灰渣來源于乙炔工業廢料，經脫水處理得到；
14、上述工業固體廢棄物包括花崗巖石粉、粉煤灰、鋼渣粉，其中花崗巖石粉質量占比為15～30％；超出此范圍內的花崗巖石粉用量，會對收縮和抗碳化性能沒有特別好的效果，甚至起到反作用。
15、上述花崗巖石粉為加工石材副產物，經細磨、篩分簡易處理，粒度在200目以下即可；花崗巖石粉中有占比較高的(鈉、鉀)長石，高達60～70％，(鈉、鉀)長石能夠促進堿活化渣的水化進程和c-a-s-h凝膠的生成，從而顯著提升地聚物抗碳化、抗收縮性能。
16、粉煤灰為ⅲ級及以上，燒失量≤15％，玻璃體含量≥60％；鋼渣粉在制備工藝中免除噴水處理、自然冷卻，再由機械破碎、粉磨處理，比表面積380m2/kg以上，要求鋼渣粒度、成分均勻，f-cao含量小于3％。
17、工業固體廢棄物主要含有al2o3、cao、sio2等成分，具有類似于火山灰和高爐礦渣等輔助膠結型材料的特性，能夠在堿環境和暴露于水的條件下發生地質聚合反應。
18、上述堿激發劑為水玻璃、naoh復合溶液，水玻璃sio2/na2o摩爾比為1.5～2.4，naoh溶液濃度6m～8m，na2o·n?sio2/naoh比值為0.5～0.7。針對活性較低的固體廢棄物不易被單獨的na2sio3溶液激發，需要使用強堿氫氧化物部分溶解廢棄物顆粒，以觸發鋁硅酸鹽凝膠的形成。無論堿含量多少，na2sio3/naoh的最佳比例范圍在0.5～0.7，需要高百分比的naoh來實現提高抗壓強度，是因為磨渣里面的si和al的溶解度需要靠naoh，當溫度低于65℃條件下不足以使廢棄物顆粒與naoh溶液反應，渣土中的白云母、粘土等硅酸鹽礦物無法有效活化，需要更高的溫度來釋放更多的游離硅和鋁離子進行反應。
19、上述增塑劑為k2hpo4或h3po4復合木質磺酸鈣的水溶液，k2hpo4或h3po4濃度分別為30～50g/l、40～70g/l，木質磺酸鈣濃度100～200g/l，能夠抑制堿激發早期硬化效果，延長保塑時間；磷酸鹽作為緩凝劑起到協調保塑作用。
20、上述盾構砂通過盾構渣土水洗篩分、旋流處理后得到，盾構砂粒徑為20μm～0.6mm，含水率小于15％；上述盾構泥漿為盾構渣土經二級旋流，然后通過添加泥漿5％質量分數的石灰作為助濾劑、壓榨脫水處理后的粉質黏土類盾構泥漿，其含水率小于25％。
21、進一步的，盾構渣土通過在過江通道工程項目中泥水盾構工藝施工得到。
22、一種利用工業固體廢棄物固化盾構渣土的免燒磚的制備工藝，包括以下步驟：
23、(a)將工業固體廢棄物、低熱節能微膨脹水泥、盾構砂、盾構泥漿混合攪拌2～4min，繼續加入堿激發劑、增塑劑和水，持續攪拌不低于5min；
24、(b)將步驟(a)混合料裝入模具，振搗5～8s，振搗設備頻率50±2hz，臺面垂直振幅0.5mm±0.02mm，振搗成型；
25、(c)將步驟(b)成型的免燒磚置于相對濕度90％、溫度為50℃環境下養護48h，以及155℃高溫養護12h或者85℃高溫養護24h，最后放置于自然條件下即可
26、本發明相比現有技術具有以下優點：
27、1)顯著降低收縮、抑制碳化，減小收縮開裂風險，高浸出特性對環境造成潛在的污染問題也得到了解決；
28、2)地聚物強度倒縮問題得到解決，提升了免燒磚的長期耐久性；
29、3)增塑劑保證新拌混合物≥2h的塑化時間，保證施工生產。