CN101445355A - 利用工业废渣生产的建筑材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用工业废渣生产的建筑材料。目的在于提供一种具有轻质、隔音、隔热、低成本、防火，制品密实、硬度高等优点的建筑材料，同时解决磷矿渣、磷石膏占用土地和污染环境的问题。通过以下技术方案来实现：将磷矿渣、磷石膏作为生产原料用于生产建筑材料，其配方按重量份数计为：磷矿渣占35－65份，磷石膏占10－40份，石灰占5－15份，水泥占15－28份，轻集料0.1－0.4份，水玻璃占0.02－0.05份，减水剂占0.01－0.05份，缓凝剂占0－0.004份，早强剂占0－0.005份，消泡剂占0－0.008份，按配方称量后加入搅拌器中，按照4∶10的水料比供水搅拌均匀，浇注到模具里，成型自然风干即可。根据用途，采用不同结构的模具进行浇注成型，可以生产建筑用墙板、护栏装饰柱、门窗套、花瓶柱等建筑材料。
Description
技术领域：
本发明涉及一种建筑材料，具体涉及一种利用磷矿渣生产的建筑材料。
背景技术：
磷矿渣是制备黄磷时排出的一种工业废渣，由熔融状态下经水淬冷却而成，其主要成分是硅酸盐玻璃体，SiO2和CaO总含量在80％以上，具有潜在的水化活性，在碱性激发物的作用下可逐渐水化硬化；此外还含有AL2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、K2O、Na2O等氧化物，具有微膨胀性。磷石膏是生产磷铵和磷酸氢钙的过程中排出的工业废渣，它的主要成分是二水石膏(CaSO4.2H2O)，CaSO4.2H2O是缓凝剂的主要成分，可以一定程度上增大混合物的初、终凝时间；此外还含有AL2O3、Fe2O3、P2O5、MgO、SiO2等氧化物及F离子。因磷矿渣和磷石膏化学成分复杂而增加了利用难度。磷矿渣一般作为生产水泥、硅肥、烧结砖的原料而被利用，经济效益不明显。我国磷石膏综合利用技术现处于初级阶段，一部分磷石膏被作为改良剂用于改良土壤，但用量相比极小；或在一些石膏资源匮乏的地区通过以水洗为主要手段的初级处理后作为生产石膏的原料使用，但水洗处理方式产生大量的废水，既浪费了水资源，也恶化了生态环境。这些较为简易的处理或利用方式所消化的磷矿渣、磷石膏对于磷化工企业累年沉积、堆积如山的磷矿渣、磷石膏无异于杯水车薪。长期积累下来的磷矿渣、磷石膏不仅占用了大量的土地，并且由于磷矿渣和磷石膏含有有机磷、无机磷和氟化物，在雨水的冲淋下，会渗入地下造成土地污染和水污染。众所周知，磷矿渣中含有的氧化钙(CaO)和二氧化硅(SiO2)具有低温膨胀率低，粘结性能比较好等特点。磷石膏具有轻质、隔声、隔热、阻燃性能好、防火等许多优良特性。更深层次的利用磷矿渣、磷石膏不仅具有较高的经济效益，还能解决占用土地和避免环境污染等问题，具有很好的生态和社会效益。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种生产建筑材料的配方，利用该配方可以生产各种形状的建筑材料，生产出来的建筑材料具有轻质、隔音、隔热、低成本、防火等特点，制品密实、硬度高，外表光洁。同时利用了大量磷矿渣、磷石膏，解决其占用大量土地和污染环境的问题。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
本发明所述的生产建筑材料的配方，按重量份数计算为：磷矿渣占35-65份，磷石膏占5-30份，粉煤灰占3-15份，水泥占15-30份，轻集料5-20份，水玻璃占2-5份，复合高效早强减水剂占水泥重量的1％-5％，引气剂占0.5-3份。更优选的配比为：磷矿渣占40-60份，磷石膏占8-20份，粉煤灰占6-13份，水泥占20-30份，轻集料8-18份，水玻璃占3-5份，复合高效早强减水剂占水泥重量的2％-4％，引气剂占0.8-2.5份。最优选的配比为：磷矿渣占45-50份，磷石膏占10-15份，粉煤灰占8-12份，水泥占20-25份，轻集料10-15份，水玻璃占4-5份，复合高效早强减水剂占水泥重量的2％-3％，引气剂占1-2份。
本发明配方中各种原料的运用原理如下：
在本发明配方中磷矿渣作为混合物的主要组成物具有以下特点：磷矿渣内K、Na、Mg的氧化物含量较高，这些氧化物容易吸湿膨胀，所以加入了磷矿渣的混合物具有微膨胀性，在本发明中磷矿渣的这个特性可以避免混合物因水泥水化热引起的裂纹和塌陷。
磷矿渣具有潜在的水化活性，在激发剂的作用下，磷矿渣逐步水化硬化，可与磷石膏构成一个结晶结构体，其强度随着磷矿渣掺量的增加而提高。
此外，磷矿渣对混合物还有缓凝作用。
磷石膏具有轻质、隔声、隔热、阻燃性能好、防火等许多优良特性。磷石膏中含有大量的CaSO4.2H2O和少量的P2O5，CaSO4.2H2O是缓凝剂的主要成分，可以一定程度上增大混合物的初、终凝时间，并且P2O5能够使混合物后期强度有较高的增长率。
粉煤灰是一种工业废弃物，掺加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料；减少了用水量；改善了混合物的和易性，减少水化热、热能膨胀性；提高抗渗能力；增加修饰性。
水玻璃，也叫“泡化碱”，主要成分是硅酸钠。一般由石英砂与碳酸钠高温熔融后和水蒸煮而成。或由浓碱溶液和石英砂在加压条件下共热制得。其化学组成表示为xNa2O·ySiO2·zH2O。硅酸钠是略带色的透明或半透明粘稠液体，它的粘结力，耐酸性、耐热性好。在本发明中的配方中是将水玻璃作为粘合剂，起胶凝作用，使生产出来的建筑材料质地紧密，不易吸水膨胀。
本发明配方中采用的水泥最好是具有明显的快硬、早强特性的42.5以上低碱硫铝酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、42.5以上硅酸盐水泥、高铝水泥、铁铝酸盐水泥等水泥、磷酸锌胶凝材料中的一种或几种的混合物。
为了减轻生产出来的建筑材料的单位重量，本发明中加入了轻集料，轻集料可以是膨胀珍珠岩、松脂岩膨胀微珠、膨胀黑曜岩、浮石、聚乙烯泡沫、膨胀粘土中的一种或二种以上的组合物。
复合高效早强减水剂是高效表面活性剂，它具有高效减水剂的减水早强性能，是缩短混合物凝结时间、提高早期强度的外加剂。
此外，为了提高产品质量，改善产品外观，还可以将减水剂和引气剂作为少量添加剂加入，减水剂是一种高效表面活性剂，主要作用是改善混合物的和易性，减少混合物的水用量。引气剂能提高混合物坍落度、流动性和可塑性，减少混合物泌水和离析，提高了混合物的均质性，提供混合物的抗折强度，当含气量为3％—5％时，抗折强度提高10％—20％，弹性模量较低，刚性较小，柔韧性好，混合物的热扩散及传导系数降低，提高了混合物的体积稳定性，增强了结构的耐候性，延长了使用寿命。
按照上述配比配好原料之后，按照以下生产工艺生产制得成品：①除去磷矿渣、磷石膏中的杂质；②将磷矿渣、磷石膏原料进行细化过筛；③将所需原料按照配方称量后加入到机械搅拌器中，按照4：10的水料比供水搅拌均匀；④将搅拌均匀的材料浇注到预先准备的模具里，模具中都铺设低碱或无碱、耐碱玻纤网格布作为加强筋，成型自然风干即可。
由上述原料按照本发明配方所制得的混合体，可以根据具体用途，采用不同形状和结构的模具进行浇注成型，生产建筑用墙板、护栏装饰柱、门窗套、花瓶柱等建筑材料。
本发明具有以下有益效果：
本发明利用磷矿渣和磷石膏作为原料生产建筑材料，制造工艺简单，原料来源广泛，成本较低，具有推广的前景，生产出来的产品具有以下的优点：
①、按照本发明配方规定配比的原料加水搅拌均匀后，所得混合体不需要经过高温烧结，只要在常温下自然风干即可，所以主要原料磷矿渣的膨胀率小，生产出来的建筑材料成型规则、不易变形。
②、磷矿渣中SiO2和CaO总含量在80％以上，具有潜在的水化活性，在氢氧化钙的作用下可逐渐水化硬化，产生具有强度的结晶结构网，耐水性能得到明显改善，提高了生产出来的建筑材料的软化系数，并且由于其水化特点是早期强度较低，但后期强度持续增长，所以利用本发明配方生产的产品能够满足建筑行业使用要求的强度。
③、加入了磷矿渣的混合物具有微膨胀性，可补偿混合物温降收缩，避免因水泥水化热引起的裂纹；同时磷矿渣对混合物有缓凝作用，能在一定程度上降低生产时的施工强度，保证混合物结合完好。
④、本发明采用具有早强、快硬特性的水泥，缩短混合体的凝结时间，使其早期强度能够迅速增长，便于搬运，满足流水线生产的需要；并且产品的后期强度能够持续增长，从而使得生产出来的建筑材料具有较高的强度，满足在建筑中使用的要求。
⑤、由于加入了具有质轻、体积大、保温、隔热特性的原料作为轻集料，可以在保证材料强度和硬度的情况下有效减轻制品的重量。保证建筑材料具有轻质，容易安装的特点，并且还有保温隔热的作用。
⑥、本发明的配方中加入了水玻璃作为粘合剂，粘结力较强，使各原料之间紧密结合，保证生产的建筑材料的强度满足使用要求。
⑦、本发明的配方中可以加入引气剂，它能提高混合物坍落度、流动性和可塑性，减少混合物泌水和离析，提高了混合物的均质性，提供混合物的抗折强度，提高了混合物的体积稳定性，增强了结构的耐候性，延长了使用寿命。
⑧、本发明利用磷矿渣、磷石膏作为原料，可以生产很多不同用途的建筑材料，一方面是满足市场的需求，具有很好的经济效益；另一方面也可以更大程度上扩大磷矿渣、磷石膏利用产业的规模，减少废弃物占用土地资源，避免磷化物污染环境。并且由于生产过程不用高温烧结，可以减少燃料的使用，节能减排，控制环境污染，具有很好的生态和社会效益。
具体实施方式：
实施例1
制品为建筑用轻质环保墙板，轻质墙板包括上下混合物加强层、泡沫夹层、骨架，在墙板上相对的两边分别设有榫头或榫槽，泡沫夹层位于上下混合物加强层之间，泡沫夹层由八块泡沫组成，泡沫之间和泡沫与模具侧边之间留有间隙，在间隙内填充混合物，形成一个带外围的“井”字结构的骨架，上下混合物加强层外侧设有铺10×10mm低碱网格玻璃纤维布的面层。
生产上下混合物加强层的原料配方如下：
| 原料名称 | 磷矿渣 | 磷石膏 | 粉煤灰 | 42.5以上低碱硫铝酸盐水泥 | 复合高效早强减水剂 | 水玻璃 | 引气剂 | 膨胀珍珠岩 | 水 |
| 使用量(Kg) | 500 | 40 | 40 | 150 | 1.5 | 20 | 0.5 | 35 | 292 |
生产轻质墙板的方法如下：
生产轻质墙板的模具尺寸为：长3000mm，宽600mm，厚60mm，在模具中预先铺有10×10mm低碱网格玻璃纤维布。将其它原料按上述配比，准确称量，经除杂过筛，装入搅拌器加水搅拌均匀，将混合物浇注到模具中抹平，底层厚度为8-12mm，放上八块阻燃聚苯乙烯泡沫，继续浇注，直到将整个模具及泡沫之间的缝隙填满充实，抹平后加低碱网格玻璃纤维布自然风干即可。
生产出来的轻质复合墙板分别按照JG/T 169-2005的测定规定的方法测试其抗压强度、抗弯强度、软化系数、含水率、收缩率、耐火极限、传热系数。
技术指标如下：
| 项目 | 指标 |
| 板厚60mm | |
| 抗冲击性能/次 | ≥5 |
| 抗弯破坏荷载/板自重倍数 | ≥1.5 |
| 抗压强度/Mpa | ≥3.5 |
| 软化系数 | ≥0.8 |
| 面密度/Kg/m2 | ≤70 |
| 含水率&/％ | ≤12/10/8 |
| 干燥收缩值 | ≤0.6 |
| 吊挂力/N | ≥1000 |
| 空气声隔声量/dB | ≥30 |
| 耐火极限/h | ≥1 |
| 传热系数b/w/m2.K | ------------- |
实施例2
制品为建筑用轻质环保隔墙。实施方式与实施例1相同，在此不再重复，其原料组份和配比如下：
| 原料名称 | 磷矿渣 | 磷石膏 | 粉煤灰 | 42.5以上低碱硫铝酸盐水泥 | 复合高效早强减水剂 | 引气剂 | 水玻璃 | 膨胀珍珠岩和浮石的混合物 | 水 |
| 使用量(Kg) | 400 | 40 | 60 | 90 | 1.8 | 2.5 | 17 | 36 | 240 |
生产出来的轻质复合墙板分别按照JG/T 169-2005的测定规定的方法测试其抗压强度、抗弯强度、软化系数、含水率、收缩率、耐火极限、传热系数。
技术指标如下：
| 项目 | 指标 |
| 板厚90mm | |
| 抗冲击性能/次 | ≥5 |
| 抗弯破坏荷载/板自重倍数 | ≥1.5 |
| 抗压强度/Mpa | ≥3.5 |
| 软化系数 | ≥0.8 |
| 面密度/Kg/m2 | ≤90 |
| 含水率&/％ | ≤12/10/8 |
| 干燥收缩值 | ≤0.6 |
| 吊挂力/N | ≥1000 |
| 空气声隔声量/dB | ≥35 |
| 耐火极限/h | ≥1 |
| 传热系数b/w/m2.K | ---------- |
实施例3
制品为建筑用轻质环保隔墙。实施方式与实施例1相同，在此不再重复，其原料组份和配比如下：
| 原料名称 | 磷矿渣 | 磷石膏 | 粉煤灰 | 42.5以上低碱硫铝酸盐水泥 | 复合高效早强减水剂 | 引气剂 | 水玻璃 | 膨胀珍珠岩和松脂岩膨胀微珠 | 水 |
| 使用量(Kg) | 450 | 90 | 30 | 135 | 4 | 3 | 27 | 49 | 300 |
生产出来的轻质复合墙板分别按照JG/T 169-2005的测定规定的方法测试其抗压强度、抗弯强度、软化系数、含水率、收缩率、耐火极限、传热系数。技术指标如下：
| 项目 | 指标 |
| 板厚120mm | |
| 抗冲击性能/次 | ≥5 |
| 抗弯破坏荷载/板自重倍数 | ≥1.5 |
| 抗压强度/Mpa | ≥3.5 |
| 软化系数 | ≥0.8 |
| 面密度/Kg/m2 | ≤110 |
| 含水率&/％ | ≤12/10/8 |
| 干燥收缩值 | ≤0.6 |
| 吊挂力/N | ≥1000 |
| 空气声隔声量/dB | ≥40 |
| 耐火极限/h | ≥1 |
| 传热系数b/w/m2.K | ≤2.0 |
实施例4
制品为护栏装饰柱。其原料组份和配比如下：
| 原料名称 | 磷矿渣 | 磷石膏 | 粉煤灰 | 高铝水泥 | 复合高效早强减水剂 | 引气剂 | 水玻璃 | 膨胀珍珠岩和膨胀粘土的混合物 | 水 |
| 使用量(Kg) | 28 | 25 | 3 | 16 | 1 | 1.5 | 2.5 | 2.8 | 30 |
按上述配比，将原料准确称量，经筛选除杂，装入搅拌器混合均匀，将混合物浇注到门窗套的模具中，经过一段时间的固化，自然风干，脱去模具加以养护即可。
制得的围栏，表面细腻，造型圆润，质量较轻，结实耐用。
实施例5
制品为护栏装饰柱。其原料组份和配比如下：
| 原料名称 | 磷矿渣 | 磷石膏 | 粉煤灰 | 铁铝酸盐水泥 | 复合高效早强减水剂 | 引气剂 | 水玻璃 | 浮石 | 水 |
| 使用量(Kg) | 65 | 35 | 10 | 28 | 1.4 | 2 | 5 | 3.9 | 52 |
按上述配比，将原料准确称量，经筛选除杂，装入搅拌器混合均匀，将混合物浇注到门窗套的模具中，经过一段时间的固化，自然风干，脱去模具加以养护即可。
制得的围栏柱柱体光滑，表面细腻，造型圆润，轻质易安装。
实施例6
制品为门窗套。其原料组份和配比如下：
| 原料名称 | 磷矿渣 | 磷石膏 | 粉煤灰 | 磷酸锌胶凝材料 | 复合高效早强减水剂 | 引气剂 | 水玻璃 | 浮石和膨胀粘土混合物 | 水 |
| 使用量Kg | 45 | 5 | 3 | 22 | 0.6 | 2.8 | 2 | 1.6 | 30 |
按上述配比，将原料准确称量，经筛选除杂，装入搅拌器混合均匀，将混合物浇注到门窗套的模具中，经过一段时间的固化，自然风干，脱去模具加以养护即可。
制得的轻质窗套具有轻质、强度高，且造型美观的特点。
实施例7
制品为门窗套。其原料组份和配比如下：
| 原料名称 | 磷矿渣 | 磷石膏 | 粉煤灰 | 42.5以上低碱硫铝酸盐水泥 | 复合高效早强减水剂 | 引气剂 | 水玻璃 | 松脂岩膨胀微珠和膨胀黑曜岩的混合物 | 水 |
| 使用量(Kg) | 43 | 33 | 8 | 18 | 0.5 | 0.5 | 3 | 8 | 45 |
按上述配比，将原料准确称量，经筛选除杂，装入搅拌器混合均匀，将混合物浇注到门窗套的模具中，经过一段时间的固化，晾干，脱去模具加以养护即可。
制得的门窗套具有轻质、强度高，且造型美观的特点。
实施例8
制品为花瓶柱。其原料组份和配比如下：
| 原料名称 | 磷矿渣 | 磷石膏 | 粉煤灰 | 42.5以上硅酸盐水泥 | 减水剂 | 引气剂 | 水玻璃 | 膨胀粘土 | 水 |
| 使用量(Kg) | 123 | 30 | 7 | 30 | 0.8 | 2 | 5 | 10 | 72 |
按上述配比，将原料准确称量，经筛选除杂，装入搅拌器混合均匀，将混合物浇注到门窗套的模具中，经过一段时间的固化，晾干，脱去模具加以养护即可。
制得的花瓶柱具有外观质量好、轻质、防水性好的特点。
Claims (6)
1、利用工业废渣生产的建筑材料，其特征在于：组分及含量按重量份数计，磷矿渣占35-65份，磷石膏占5-30份，粉煤灰占3-15份，水泥占15-30份，轻集料5-20份，水玻璃占2-5份，复合高效早强减水剂占水泥重量的1％-5％，引气剂占0.5-3份，这些原料混合后，加水搅拌均匀，浇注到模具中固化成型，模具中都铺设低碱或无碱、耐碱玻纤网格布作为加强筋。
2、根据权利要求1所述的利用工业废渣生产的建筑材料，其特征在于：磷矿渣占40-60份，磷石膏占8-20份，粉煤灰占6-13份，水泥占20-30份，轻集料8-18份，水玻璃占3-5份，复合高效早强减水剂占水泥重量的2％-4％，引气剂占0.8-2.5份。
3、根据权利要求2所述的利用工业废渣生产的建筑材料，其特征在于：磷矿渣占45-50份，磷石膏占10-15份，粉煤灰占8-12份，水泥占20-25份，轻集料10-15份，水玻璃占4-5份，复合高效早强减水剂占水泥重量的2％-3％，引气剂占1-2份。
4、根据权利要求1、2或3中任意一项所述的利用工业废渣生产的建筑材料，其特征在于：所述的水泥是42.5以上低碱硫铝酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、42.5以上硅酸盐水泥、高铝水泥、铁铝酸盐水泥及磷酸锌胶凝材料中的一种或二种以上的混合物。
5、根据权利要求1、2或3中任意一项所述的利用工业废渣生产的建筑材料，其特征在于：所述的轻集料可以是膨胀珍珠岩、松脂岩膨胀微珠、膨胀黑曜岩、浮石、聚乙烯泡沫、膨胀粘土中的一种或二种以上的组合物。
6、根据权利要求4所述的利用工业废渣生产的建筑材料，其特征在于：所述的轻集料可以是膨胀珍珠岩、松脂岩膨胀微珠、膨胀黑曜岩、浮石、聚乙烯泡沫、膨胀粘土中的一种或二种以上的组合物。
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