CN101555113B

CN101555113B - 一种加气混凝土及其制备方法

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Publication number: CN101555113B
Application number: CN2009100154367A
Authority: CN
Inventors: 李秋义
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2029-05-19
Also published as: CN101555113A

Abstract

本发明属于建筑材料领域，涉及可以综合利用工业和建筑废料的混凝土。本发明的各原料组分和按质量百分比含量为：钙质材料：包括高硫石油焦灰渣15％～40％和水泥0％～15％；硅质材料：含量为59.95％～70％；发气剂：含量为0.05％～0.2％。本发明为合理、清洁地利用建筑垃圾、工业废渣和高硫石油焦灰渣等工业废料提供了一种新的途径，突破了低硅材料制作加气混凝土的技术瓶颈，使加气混凝土的材料使用范围更加广泛；本发明制备方法简单，采用蒸压养护工艺制成砖、砌块或其他形式的墙体建材，不仅强度高，而且利废、环保，节约资源，原材料取材更加广泛，完全可以替代现有的同类型墙体建材，具有显著的经济和社会效益，应用前景非常广阔。

Description

一种加气混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，涉及一种墙体材料，特别是一种可以综合利用工业和建筑废料的混凝土。

背景技术

随着资源和环境保护意识的提高，传统建材以资源的大量消耗和生态环境的严重破坏为代价换取的非持续性发展已越来越不能满足社会的要求，新型绿色建材是新形势、新理念下建筑业的发展方向。

石油焦是炼油厂延迟焦化装置的产品，具有热值高、灰分低、氮硫含量高和挥发分低等特点。根据含硫量的不同，可分高硫焦(硫含量3％以上)和低硫焦(含硫量3％以下)。上世纪90年代以前，我国炼油行业主要加工低硫含量的原油，生产的石油焦具有良好的工业应用性能，可代替焦炭用于生产优质钢材，也可以生产电解铝、电解铜等行业中使用的电极。由于国内的原油不足，近年来大量增加了进口原油数量，在沿海地区所建的炼油厂主要加工中东高硫原油。随着世界石油的大量开采，原油的品质越来越差，延迟焦化装置生产的石油焦的含硫量高达5～8％，用于钢铁行业会降钢铁质量，用于电解铝行业会降低生产效率，不适合用于要求较高的化工和冶金工业，目前高硫石油焦主要用作工业锅炉的燃料。

据统计，2008年我国原油进口量达到了17888万吨，比上年增长9.6％，而且将会逐年增加。高硫石油焦产量约为焦化原料油的25％-30％，每年将达到4000-5000万吨，目前主要用作循环流化床锅炉(CFB)的燃料。循环流化床燃烧技术是近年来迅速发展的高效、低污染的清洁燃烧技术，其主要特点在于燃料及脱硫剂石灰石经多次循环低温燃烧和脱硫反应，脱硫效率超过90％，能达到环保标准。但循环流化床锅炉燃烧高硫石油焦的优点和缺点都很明显。其优点是在燃烧的同时完成脱硫过程，不需要煤粉制备过程，其缺点是钙硫摩尔比高，以高硫石油焦含硫量为5％～6％为例，石灰石用量约为石油焦的40％～50％，需要配套建设石灰石制粉、输送系统，排渣量与石灰石用量大体相同，镇海炼化公司两台CFB锅炉年耗高硫石油焦296kT，年消耗石灰石130kT，排渣量约130kT，目前排渣的利用价值不高。随着这种清洁燃烧技术的推广，循环流化床锅炉(CFB)燃烧产物——高硫石油焦灰渣的产量也越来越大，如何清洁合理地利用这些新生工业废料，避免新的环境污染，成为一个新的问题。

此外，近些年来，随着全国各地城市化进程的推进，城市建设中的旧房改造、楼房拆迁、改建、扩建工程所带来的建筑垃圾已成为各地建筑部门和城管部门十分头痛的问题。除了需要缴纳大量的征地费用及运输费用外，还会污染环境和破坏人文景观。建筑垃圾作为一种新型污染源，其治理工作正日益受到人们的重视。

如何才能更好地实现高硫石油焦灰渣的清洁利用，如何避免建筑垃圾带来的环境污染，如何变废为宝，将这些工业及建筑废料变成有效的再生资源，创造更多的经济效益和社会效益，是一个亟待解决的社会难题。

发明内容

本发明的一个目的在于克服上述缺陷，提供一种高性能的、可以综合利用高硫石油焦灰渣和建筑垃圾或工业废渣的加气混凝土。

本发明加气混凝土的各原料组分和按质量百分比含量为：

1)钙质材料：包括高硫石油焦灰渣15％～40％和水泥0％～15％，其中，所述高硫石油焦灰渣是高硫石油焦脱硫燃烧产生的废渣，包括经磨细处理的炉底渣和收尘设备收集下来的飞灰；

2)硅质材料：含量为59.95％～70％，包括磨细后的天然砂、建筑垃圾再生粉料、工业废渣中的任一种或者是一种以上的混合料，其中，建筑垃圾再生粉料包括废弃混凝土、砂浆、砖瓦或石材粉碎过程中产生的粉料及其组合，工业废渣包括粉煤灰、锅炉渣以及金矿、铜矿、铁矿或石墨矿的尾矿砂；

3)发气剂：含量为0.05％～0.2％，具体是铝粉、过氧化氢或碳化钙中的任一种。

本发明加气混凝土中可应用的高硫石油焦灰渣形式多样，可以分别使用磨细的炉底渣或收尘设备收集下来的飞灰，也可以将二者混和在一起使用。所述水泥可以是硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥或复合水泥。本发明加气混凝土所采用的硅质材料可以是低硅材料，只要硅质材料中的SiO₂含量不低于30％，都可以满足使用要求。此外，为保证产品性能，所采用的钙质材料和硅质材料的细度均应高于160目。

本发明的另一个目的在于提供一种加气混凝土的制备方法，包括如下步骤：

(1)原料称量：按各原料组份质量配比分别称量出发气剂以及细度高于160目的钙质材料和硅质材料，或将细度低于160目的钙质材料和硅质材料分别经过粉碎筛分直至满足细度要求后称量备用；

(2)一次混合搅拌：将称量好的钙质材料和硅质材料混合，并加水搅拌均匀，根据原料种类和含量不同，水料比为0.35～0.7；

(3)二次混合搅拌：在步骤(2)所得料浆中加入发气剂，继续搅拌均匀；

(4)注模：将步骤(3)所得料浆注入模具；

(5)静停：在温度45±10℃的条件下静停不少于2小时；

(6)脱模：将已发气完全并具有一定强度的坯体从模具中脱出；

(7)切割：按要求的尺寸对坯体进行切割；

(8)蒸养：将切割好的坯块放入蒸压釜，实施蒸压养护；

(9)出釜：将养护好的坯块取出，即为成品。

对于细度不符合要求的钙质材料和硅质材料，除在上述方法中提到的将钙质材料和硅质材料分别粉碎筛选，直至满足细度要求后再称量使用外，也可以先称量钙质材料和硅质材料，将二者混合后再进行粉碎筛选处理，从而得到满足细度要求的混合料。

利用蒸压釜进行蒸压养护时，使用饱和蒸汽，其工艺参数范围为：升压/温不少于2小时，恒压/温不少于4小时，降压/温不少于2小时，恒定蒸汽压力为0.8MPa-1.6MPa。在一次混合搅拌所得料浆中加入发气剂继续搅拌时，为了防止产生的气体逸出，应严格控制搅拌时间，一般情况下加入发气剂后的搅拌时间不超过60s，然后立即注模。因为发气剂发气的最佳温度40℃～60℃，故一次混合搅拌时最好采用40℃-70℃的热水，根据不同的配方需水量有所不同，一般来说水料比在0.35～0.7。为了保证发气效果，并使坯体在切割前具有一定的强度，注模后应在45℃±10℃的条件下静停，静停时间一般不少于2小时。

利用蒸压釜对切割后的坯块进行蒸压养护时，蒸压釜的压力表上反映出的压力是蒸汽和空气两个分压力之和，所以，在蒸养之前需要排冷空气或抽真空。若采用排冷空气的方式，应保证有大量蒸汽喷出至少20分钟后再关闭排气阀；若采用抽真空的方式，优选的将真空度控制在-0.06～-0.07MPa。降温阶段是高温生成矿物向低温稳定矿物转变的过程，这一阶段的物理及化学动力，对于制品最终的矿物组成与结构构造至关重要，需要缓慢进行，所以降温一般不少于2h。

建筑垃圾、工业废渣如不合理利用将严重危害社会环境，本发明加气混凝土为合理、清洁地利用建筑垃圾、工业废渣和高硫石油焦灰渣等工业废料提供了一种新的途径，并突破了低硅材料制作加气混凝土的技术瓶颈，使加气混凝土的材料使用范围更加广泛。本发明加气混凝土的制备方法，操作简单，切实可行，根据不同的质量配比和养护方法，按照该方法生产的加气混凝土产品干密度可达B03、B04、B05、B06、B07，甚至更高，强度级别可达A1.0、A2.0、A2.5、A3.5、A5.0、A7.5甚至更高，因此本发明加气混凝土制成的墙体建材产品既可用于维护结构墙体，也可用于承重结构墙体，应用范围十分广泛。本发明加气混凝土以高硫石油焦脱硫燃烧废渣和水泥作为钙质材料，并综合利用其他工业废渣或建筑垃圾作为硅质材料，采用蒸压养护工艺制成砖、砌块或其他形式的墙体建材，不仅强度高，而且利废、环保，节约资源，原材料取材更加广泛，完全可以替代现有的同类型墙体建材，具有显著的经济意义和社会意义，应用前景非常广阔。

具体实施方式

实施例一

下面以制作本发明加气混凝土砌块为例进行说明，加气混凝土采用以下配方，各组分及其质量百分比含量如下：

1)钙质材料：包括高硫石油焦灰渣25％和水泥10％，具体为磨细炉底渣和普通硅酸盐水泥；

2)硅质材料：64.92％，具体为低硅金尾矿砂，SiO₂含量39％；

3)发气剂：0.08％，具体为加气混凝土专用铝粉；

具体的加气混凝土制备方法如下：

(1)将高硫石油焦灰渣和低硅金尾矿砂用球磨机磨细至200目筛余≤5％；

(2)按上面配方所列质量配合比称量出高硫石油焦灰渣、水泥、低硅金尾矿砂及铝粉；

(3)将步骤(2)称量好的除铝粉外的各种原料混合，按水料比0.54加入60℃的热水搅拌4分钟，待料浆搅拌均匀后，加入铝粉悬浮液继续搅拌约30s，使铝粉均匀分散在料浆中；

(4)将步骤(3)得到的料浆注入模具，并置于45±5℃的环境下静停3小时；

(5)经步骤(4)静停发气稠化凝结后的坯体已具有一定的强度，将其进行脱模，

(6)按所需尺寸对坯体进行切割；

(7)将经步骤(6)切割后的砌块坯送入蒸压釜中，排除冷空气，直至有大量蒸汽喷出至少20分钟后再关闭排气阀，利用饱合蒸汽进行蒸压养护，养护过程采用升温2小时，1.0MPa蒸汽压力下蒸养6h，降温4小时；

(8)将养护好的砌块坯取出，即为本发明成品砌块。

按这个配方及方法制成的本发明加气混凝土砌块的干密度级别可达B05，强度级别可达A2.5。若适当提高蒸气压力和蒸压时间，或者使用SiO₂含量更高的硅质材料，都可以提高制品的强度。例如，当蒸汽压力提高至1.2Mpa，蒸养时间提高至8h，其余条件不变，制品强度等级可以提高至A3.5；若利用磨细的天然砂等量替代50％的金尾矿砂，其余条件不变，则产品的强度等级可提高至A5.0。

依据本例所述质量配比和制作方法，钙质材料也可以仅使用高硫石油焦灰渣，或者仅使用高硫石油焦灰渣中的飞灰；硅质材料也可以采用磨细天然砂或建筑垃圾再生粉料，或者采用其他工业废渣，例如粉煤灰、锅炉渣、铜矿、铁矿或石墨矿的尾矿砂，只要满足细度不小于160目的要求，都可以用于本发明加气混凝土；除铝粉外，还可以采用过氧化氢、碳化钙或其他活泼金属作为发气剂，据此加工出的加气混凝土制品，其干密度级别至少可达B03，强度级别至少可达A1.0，完全可以满足相关建材标准的要求。例如，不改变实施例一的其他条件，按不利于强度的极限条件将加气混凝土的配方修改为：

1)钙质材料：29.8％，包括高硫石油焦灰渣15％和水泥14.8％，具体为磨细炉底渣和普通硅酸盐水泥；

2)硅质材料：70％，具体为低硅金尾矿砂，SiO₂含量39％；

3)发气剂：0.2％，具体为加气混凝土专用铝粉；

最终所得本发明砌块的干密度级别达到B03，强度级别达到A1.0。若全部采用磨细炉底渣替代普通硅酸盐水泥作为钙质材料，所得砌块产品干密度级别和强度级别均有明显提高；如果按有利于强度的极限条件将配方修改为：

1)钙质材料：40％，全部为高硫石油焦灰渣，具体为磨细炉底渣；

2)硅质材料：59.95％，具体为低硅金尾矿砂，SiO₂含量39％；

3)发气剂：0.05％，具体为加气混凝土专用铝粉；

最终所得本发明砌块的干密度级别超过B07，强度级别超过A7.5水平。即使最大限度减少磨细炉底渣的使用量，改为使用普通硅酸盐水泥，即40％的钙质材料中，15％采用普通硅酸盐水泥，25％仍采用高硫石油焦灰渣中的磨细炉底渣，据此所得本发明砌块干密度级别仍超过B05，强度级别也超过A3.5水平。甚至将硅质材料替换成SiO₂含量仅为30％的建筑垃圾再分粉料后，据此加工出的加气混凝土制品，其干密度级别仍至少可达B04，强度级别至少可达A2.0

根据具体的使用要求，通过调整配方或调整养护条件，就可以生产出适用于维护结构墙体或承重结构墙体的、不同强度等级的本发明加气混凝土产品，其具体形式可以是砌块，也可以是板。

在本发明新型加气混凝土的生产过程中，由于原料的多样性，在搅拌过程中需水量会有所不同，一般情况下加入水的量按水料比控制在0.35～0.7，在生产时应视实际情况不同来给予调整。需要强调的是，加入发气剂继续搅拌时，为了防止产生的气体逸出，应严格控制搅拌时间，一般情况下加入发气剂后的搅拌时间不超过60s。

实施例二

采用以下本发明加气混凝土配方，各组分及其质量百分比含量如下：

1)钙质材料：包括高硫石油焦灰渣30％和水泥10％，其中，高硫石油焦灰渣包括质量配比为1∶1的磨细炉底渣和飞灰，水泥为普通硅酸盐水泥；

2)硅质材料：59.92％，具体为粉煤灰；

3)发气剂：0.08％，具体为加气混凝土专用铝粉；

制备上述本配方的本发明加气混凝土并应用其生产砌块的步骤如下：

(1)按上面配方所列质量配合比称量出高硫石油焦灰渣、粉煤灰、水泥以及加气混凝土专用铝粉；

(2)将步骤(1)称量好的除发气剂以外的各种原料混合，按水料比0.48加入60℃的热水搅拌4分钟，待料浆搅拌均匀后，加入铝粉悬浮液继续搅拌约30s，使铝粉均匀分散在料浆中，即得到本发明加气混凝土的料浆；

(3)将步骤(2)得到本发明加气混凝土料浆注入模具，并置于45±10℃的环境下静停3小时；

(4)经步骤(3)静停发气稠化凝结的坯体已固化并具有一定的强度，将其进行脱模，按所需尺寸进行切割；

(5)将经步骤(4)脱模切割后的砌块坯送入蒸压釜中，排除冷空气，直至有大量蒸汽喷出至少20分钟后再关闭排气阀，利用饱合蒸汽进行蒸压养护，养护过程采用升温2小时，1.1MPa蒸汽压力下蒸养4h，降温4小时；

(6)将养护好的砌块坯取出，即为成品。

按照上述质配配比及方法制成的本发明加气混凝土砌块的干密度等级达到B06，强度级别达到A3.5。若适当延长养护时间或蒸汽压力，或者提高硅质材料中的SiO₂含量，产品可达到更高的强度等级。在本例所述方案中，也可以完全用飞灰替代磨细炉底渣作为钙质材料使用，所得产品的干密度等级和强度等级会有所下降，但仍可满足干密度等级不低于B04和强度等级不低于A2.0水平。

实施例三

本发明加气混凝土采用以下配方，各组分及其质量百分比含量如下：

1)钙质材料：包括高硫石油焦灰渣30％和水泥5％，其中，高硫石油焦灰渣包括质量配比为2∶1的磨细炉底渣和飞灰，水泥为普通硅酸盐水泥；

2)硅质材料：64.9％，为建筑垃圾粉料；

3)发气剂：0.1％，具体为碳化钙；

制备上述配方的加气混凝土的料浆，并应用其生产砌块的过程如下：

(1)将炉底渣用球磨机磨细至200目筛余≤5％，由于建筑垃圾破碎过程中回收的粉料含有部分较大颗粒，故也需要用球磨机适当磨细至200目筛余≤5％，按上面配方所列质量配合比称量出高硫石油焦灰渣、建筑垃圾粉料、水泥以及碳化钙；

(2)将步骤(1)称量好的各种原料混合，按水料比0.60加入60℃的热水搅拌5分钟，待料浆搅拌均匀后，加入碳化钙继续搅拌约40s，使碳化钙均匀分散在料浆中，得到本发明加气混凝土的料浆；

(3)将步骤(2)得到的本发明加气混凝土的料浆注入模具，并置于温度为45±5℃的养护室内静停2小时；

(4)经步骤(3)静停发气稠化后的加气混凝土材料已固化成型，具有一定的强度，将其进行脱模，按所需尺寸进行切割；

(5)将经步骤(4)脱模切割后的砌块坯送入蒸压釜中，抽真空，将蒸压釜内的真空度控制在-0.06～-0.07MPa，利用饱合蒸汽进行蒸压养护，养护过程采用升温3小时，1.1MPa蒸汽压力下蒸养8h，降温5小时；

(6)将养护好的砌块坯取出，即为成品。

按照上述配方及方法制成的本发明加气混凝土砌块，其产品干密度达到了B05，强度等级达到了A2.5。需指出的是本例使用了建筑垃圾粉料，故搅拌过程中用水量较大，为了提高产品的强度将蒸养的时间提高到8h。如果利用磨细天然砂等量替换三分之一的建筑垃圾粉料作为硅质材料，则产品强度至少可提高至A3.5。本例中以球磨机作为粉碎设备进行说明，在实际应用中也可以使用其他粉碎设备，只要能将原料粉碎达到本发明使用要求，都可以用于本发明的原料制备。

本发明加气混凝土的钙质材料和硅质材料可以广泛利用工业废渣或建筑垃圾，特别是硅质材料的选取不仅包含SiO₂含量较高的天然砂、粉煤灰、高硅尾矿等，而且还包含多种低硅材料，如建筑垃圾再生粉料、低硅尾矿等，SiO₂含量只要达到30％即可满足使用要求，这大大拓宽了原料范围，有利于降低生产成本，提高利废率，其环境效益、经济效益和社会效益均非常显著，具有极高的推广价值和广阔的应用前景。

Claims

1.一种加气混凝土，其特征在于各原料组分及质量百分比含量为：

2)硅质材料：含量为59.95％～70％，包括磨细后的天然砂、建筑垃圾再生粉料、工业废渣中的一种以上的混合料，其中，建筑垃圾再生粉料包括废弃混凝土、砂浆、砖瓦、石材粉碎过程中产生的粉料或其组合，工业废渣包括粉煤灰、锅炉渣以及金矿、铜矿、铁矿或石墨矿的尾矿砂；

2.根据权利要求1所述的加气混凝土，其特征在于将磨细的炉底渣和收尘设备收集下来的飞灰分别单独使用，或混和在一起使用。

3.根据权利要求1所述的加气混凝土，其特征在于硅质材料的SiO₂含量不低于30％。

4.根据权利要求1所述的加气混凝土，其特征在于钙质材料和硅质材料的细度高于160目。

5.一种权利要求1所述加气混凝土的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)原料称量：按各原料组份质量配比分别称量出发气剂以及细度高于160目的钙质材料和硅质材料，或将细度低于160目的钙质材料和硅质材料分别经过磨细筛分直至满足细度要求后称量备用；

2)一次混合搅拌：将称量好的钙质材料和硅质材料混合，并加水搅拌均匀，根据原料种类和含量不同，水料比为0.35～0.7；

3)二次混合搅拌：在步骤2)所得浆料中加入发气剂，继续搅拌均匀；

4)注模：将步骤3)所得料浆注入模具

5)静停：在温度45±10℃的条件下静停不少于2小时；

6)脱模：将已发气完全并具有一定强度的坯体从模具中脱出；

7)切割：按要求的尺寸对坯体进行切割；

8)蒸养：将切割好的坯块放入蒸压釜，实施蒸压养护；

9)出釜：将养护好的坯块取出，即为成品。

6.根据权利要求5所述的加气混凝土的制备方法，其特征在于将细度低于160目的钙质材料和硅质材料按质量配比称量混合后再磨细筛选出细度高于160目的粉料备用。

7.根据权利要求5所述的加气混凝土的制备方法，其特征在于一次混合搅拌过程中混合物料内加入40℃-70℃的热水搅拌均匀，再加入发气剂进行二次混合搅拌，加入发气剂后继续搅拌的时间不超过60s。

8.根据权利要求5所述的加气混凝土的制备方法，其特征在于采用蒸压养护时，使用饱和蒸汽，其工艺参数为：升温不少于2小时，恒温不少于4小时，降温不少于2小时，恒定蒸汽压力为0.8Mpa-1.6MPa。

9.根据权利要求5所述的加气混凝土的制备方法，其特征在于利用蒸压釜对成型后的坯块进行蒸压养护之前，蒸压釜需要排冷空气或抽真空。

10.根据权利要求9所述的加气混凝土的制备方法，其特征在于蒸压釜排冷空气时，需有大量蒸汽喷出至少20分钟后再关闭排气阀，蒸压釜抽真空时，釜内压力控制在-0.06～-0.07MPa。