CN102424599A

CN102424599A - 利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法

Info

Publication number: CN102424599A
Application number: CN2011102537385A
Authority: CN
Inventors: 杨秀丽; 崔崇; 江金国; 郑伟琴; 程佳平; 朱志萍
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Zhejiang Zhongjin Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2031-08-31
Also published as: CN102424599B

Abstract

本发明公开了一种利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法，将废弃的加气混凝土砌块破碎后，在球磨机中磨成粉状；测定石灰中的有效氧化钙含量、粉煤灰或石英粉中的二氧化硅含量、废弃加气混凝土中未反应的二氧化硅的含量；将石灰、粉煤灰或石英粉、石膏粉、加气混凝土粉、搅拌用水进行配料混合、搅拌、静置、碾压，倒入成球盘中，制成球，将制备好的球于室温下放置，并保湿养护，将养护后的陶粒放入蒸压釜中蒸压养护，得到硅酸盐陶粒。本发明有效的解决了废弃加气混凝土的资源化再利用的问题，且利用率高，对加气混凝土厂来说，既解决了废品堆放问题，又增加了附加产品的利益。

Description

利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法

技术领域

本发明属于无机固体废弃物资源化利用领域，特别是一种利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法。

背景技术

加气混凝土砌块自重轻，保温隔热性能良好，可作为节能建筑的墙体材料，已经成为各地新型建筑墙体市场的主导产品。但是其强度不高，造成生产过程中大量的砌块破损，一般加气混凝土砌块企业生产过程中的破损达到5％～8％,加上出厂运输和工地使用过程中的破损，废品率可达10％左右，有的企业甚至达到15％，废弃的加气混凝土的再利用是广大加气混凝土厂亟待解决的问题。

仅江苏省加气混凝土年产量已达到600万立方，企业数量达40多家，随着加气混凝土砌块生产企业的增多，产量的增加，各企业破损的废弃加气混凝土砌块数量也伴随其不断增加。许多企业已出现废弃加气混凝土砌块堆积如山的局面。据调查，企业为处理这些废弃物，一般采用破碎后，做成粒子，以约40元/吨的价格卖给房屋施工企业做屋面保温层。但是加气混凝土粒子制作屋面保温层有许多应用问题，保温效果不好，房屋维修不便，找坡层易破损，目前销售并不畅，大部分堆放在厂内，占地、污染环境。目前，加气混凝土砌块产品市场价一般在180元/m³，一个符合国家最低标准（15万m³/年）的加气混凝土砌块生产企业，将因10％的不合格率，年损失约210万元。企业经济损失巨大，已经严重影响到企业正常生产，加气混凝土企业对废弃加气混凝土砌块的处理方法遇到瓶颈，若不尽快加以解决，将影响到加气混凝土行业的健康发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法，用石灰作为主要钙质材料，粉煤灰或石英粉做为主要硅质材料，掺入废弃的加气混凝土，经搅拌、成球、养护工艺，制备成硅酸盐陶粒。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法，包括以下步骤：

第一步，将废弃的加气混凝土砌块破碎后，在球磨机中磨成粉状；

第二步，测定石灰中的有效氧化钙含量、粉煤灰或石英粉中的二氧化硅含量、废弃加气混凝土中未反应的二氧化硅的含量；

第三步，将石灰、粉煤灰或石英粉、石膏粉、加气混凝土粉、搅拌用水进行配料，原料配比如下，单位是按重量计：

石灰:粉煤灰或石英粉:石膏粉:加气混凝土粉:搅拌用水=1: 1～2.5: 0.02～0.03:0.1～4: 0.4～1.5；

第四步，按照第三步的原料配比与钙硅比计算原料的用量，并称重，其中钙硅比为原材料中氧化钙与二氧化硅的摩尔质量之比，石灰中的有效氧化钙含量、粉煤灰或石英粉中的二氧化硅含量、废弃加气混凝土中未反应的二氧化硅的含量作为钙硅比的计算依据，调整钙硅比为0.5～0.83；

第五步，将称好重量的石灰、粉煤灰或石英粉、石膏粉放入搅拌机中搅拌，加入计量好的水再搅拌；

第六步，缓慢加入称量好的已磨成粉的加气混凝土，并搅拌均匀；

第七步，将搅拌好的混合料静置，待石灰消化，让氧化钙转化为氢氧化钙；

第八步，消化后的混合料搅拌轮碾后，倒入成球盘中，制成球；

第九步，将制备好的球于室温下放置，并保湿养护；

第十步，将养护后的陶粒放入蒸压釜中蒸压养护，得到硅酸盐陶粒。

本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）本发明将废弃的加气混凝土破碎后，放入球磨机中磨成粉状，细度控制在180目筛余≤8%，，此时，未反应的硅质内核裸露出来，在高温下具有再水化的能力。原料的利用率更为充分。（2）本发明利用废弃加气混凝土中的主要水化产物结晶态的托贝莫来石，结晶态的托贝莫来石没有活性，不能发生水化反应。但是，通过球磨机球磨之后，托贝莫来石晶体成了更细小的晶体，在新的水化体系中，具有晶核作用，新的水化产物以此为晶核，继续生长。提高了晶核生长速度和晶粒长大速度，缩短了晶核长出及晶体长大所需要的时间，从而加快了水化反应的速度，在相同的时间内，反应产物中长出的晶体数量更多，晶体尺寸更大，晶体形貌更好，反应产物的强度也就更高。（3）本发明制备陶粒的工艺简单，采用二次加料搅拌、一次搅拌轮碾的方法，保证了物料的均匀性；混合料放置2～5个小时，让石灰充分消化；这样的工艺安排确保了成球之后不会因石灰继续消化而产生内应力，影响陶粒的强度。（4）本发明采用170～190℃，饱和蒸汽压0.8MPa～1.25MPa，恒温恒压养护8～10h的蒸压养护制度，能耗低，相对于目前普遍使用的烧结陶粒，节约了大量的能源，并且蒸压养护的陶粒收缩率低，与混凝土界面结合紧密。（5）本发明利用废弃加气混凝土制备硅酸盐陶粒，废弃加气混凝土的掺量大，利用率高，对加气混凝土厂来说，解决了废品堆放问题，又增加了附加产品的效益。（6）本发明制备出的硅酸盐陶粒，可作为轻骨料用于混凝土中，替代普通混凝土中的石子，从而制备出轻质、高强的混凝土，可用于承重结构。普通混凝土中石子的开采，需要开山炸石，造成植被破坏、水土流失，对生态环境造成严重破坏。

本发明生产的陶粒为球状固体，粒型系数≤1.2，粒径在5～16mm，堆积密度为650～820kg/m3，表观密度为1300～1700 kg/m3，筒压强度为9.5～15.5MPa，配置的陶粒混凝土强度可达到30～60 MPa。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的工艺流程图。

图2是利用废弃加气混凝土砌块制作的硅酸盐陶粒制品。

图3是利用废弃加气混凝土陶粒制备的轻骨料混凝土。

图4是硅质材料水化反应过程示意图。

图5是废弃加气混凝土球磨后再水化原理图。

具体实施方式

结合图1，本发明利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法，包括以下步骤：

第一步：将废弃的加气混凝土砌块简单破碎后，在球磨机中磨成粉状，细度控制180目筛余≤8%。

第二步：测定石灰中的有效氧化钙含量、粉煤灰或石英粉中的二氧化硅含量、废弃加气混凝土中未反应的二氧化硅的含量。

第三步：将石灰、粉煤灰或石英粉、石膏粉、加气混凝土粉、搅拌用水进行配料，原料配比如下，单位是按重量计：

石灰:粉煤灰或石英粉:石膏粉:加气混凝土粉:搅拌用水=1: 1～2.5: 0.02～0.03:0.1～4: 0.4～1.5。

第四步：按照第三步的原料配比与钙硅比计算原料的用量，并称重。其中钙硅比为原材料中氧化钙与二氧化硅的摩尔质量之比。石灰中的有效氧化钙含量、粉煤灰或石英粉中的二氧化硅含量、废弃加气混凝土中未反应的二氧化硅的含量作为钙硅比的计算依据，调整钙硅比为0.5～0.83。

第五步：将称好重量的石灰、粉煤灰或石英粉、石膏粉放入搅拌机中搅拌1～2分钟，加入计量好的水搅拌2～3分钟。其中废弃加气混凝土经粉磨到要求的细度后，掺量最多可达到总粉料的65%。

第六步：缓慢加入称量好的已磨成粉的加气混凝土，并搅拌2～3分钟。

第七步：将搅拌好的混合料静置2～5小时左右，待石灰消化，让氧化钙转化为氢氧化钙，确保了成球之后不会因石灰继续消化而产生内应力，影响陶粒的强度。

第八步：消化后的混合料搅拌轮碾2～3分钟后，倒入成球盘中，制成球。前述内容，采用了两次加料搅拌、一次搅拌轮碾的方法，确保物料的混合均匀性。

第九步：将制备好的球于室温下放置20-24h，并保湿养护。

第十步：将养护20-24h后的陶粒放入蒸压釜中蒸压养护，蒸压的工艺条件为：（1）升温：升温时间为2～5小时，达到170～190℃，饱和蒸汽压0.8MPa～1.25MPa；（2）恒温：保持170～190℃，饱和蒸汽压0.8MPa～1.25MPa，恒温恒压养护8～10h；（3）降温：自然降温。

图2是本发明利用废弃加气混凝土砌块制做的硅酸盐陶粒制品，陶粒为球状固体，粒型系数≤1.2，粒径在5～16mm范围内，堆积密度为650～820kg/m3，表观密度为1300～1700 kg/m3，筒压强度为9.5～15.5MPa。

图3是利用废弃加气混凝土陶粒制备的轻骨料混凝土，强度可达到30～60 MPa，从图上看出陶粒和混凝土界面明显，并且未见陶粒与基体界面剥落的情况，陶粒与基体结合强度很高。

本发明中废弃的加气混凝土砌块需破碎后放入球磨机中球磨，球磨到一定细度后的废弃加气混凝土粉末可再进行水化反应。本发明基于以下两个原理：

1、加气混凝土的水化反应分三个阶段，水化反应初期，硅质材料的外部逐渐向内进行水化反应，在水化反应中期，硅质材料外层部分已经发生了水化反应，并且包覆了一层水化产物，晶体向外部空间生长。随着反应进行，外部生长的水化产物晶体越来越多，晶体尺寸越来越大。到水化反应后期，加气混凝土的蒸压养护结束后，硅质材料并未完全反应，在内部留有未反应的内核部分。这个水化反应过程可以用图4来表示。

加气混凝土的水化产物可溶于盐酸，不溶解的部分主要成分为未反应的二氧化硅。通常加气混凝土的酸不溶物可达20～45%。通过测定加气混凝土酸不溶物为X₁，酸不溶物中二氧化硅的含量为X₂，可知加气混凝土中未反应的二氧化硅含量为M=X₁*X₂。

本发明将废弃的加气混凝土破碎后，放入球磨机球磨，经过球磨之后，未反应的硅质内核裸露出来，在高温下可继续发生水化反应，原料的利用更为充分。

2、加气混凝土的主要水化产物是托贝莫来石，通过扫描电镜以看见在加气混凝土的孔洞内，存在大量的生长良好的结晶态的托贝莫来石。结晶态的托贝莫来石没有活性，不能发生水化反应。通过球磨机球磨之后，托贝莫来石晶体成了更细小的晶体，在新的水化体系中，具有晶核作用，新的水化产物以此为晶核，继续生长。缩短了晶核长出及晶体长大所需要的时间，从而加快了水化反应的速度，反应产物中的晶体数量更多，晶体尺寸更大，晶体形貌更好，提高了反应产物的强度。本发明的两个原理可用图5来表示。

实施例1：本发明利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法，包括以下步骤：

1）将加气混凝土砌块破碎后，放入球磨机内磨成粉，细度控制180目筛余≤8%。

2）测定石灰中的有效氧化钙含量为73.4%、石英粉中的二氧化硅含量为98.3%、废弃加气混凝土酸不溶物为36.4%，酸不溶物中二氧化硅含量为76.1%，则加气混凝土中未反应的二氧化硅的含量为27.7%。

3）计算各原材料的使用量，调整钙硅约比为0.83。

石灰100kg，石英粉100kg，石膏粉2.0kg，磨细的加气混凝土粉10kg，搅拌用水40kg。

校核钙硅比：

氧化钙=氧化钙_石灰=100*0.734=73.4

二氧化硅=二氧化硅_石英粉+二氧化硅_{加气混凝土粉}=100*0.983+10*0.277=101.07

钙硅比=(73.4/56)/(101.07/64)=0.83

4）将称量好的石灰、石英粉、石膏粉，搅拌1～2分钟，加入计量好的水，继续搅拌2～3分钟。

5) 缓慢加入称量好的已磨成粉的加气混凝土，搅拌2～3分钟。

6) 将搅拌好的混合料静置四小时，待石灰消化，氧化钙转化为氢氧化钙。

7) 将消化后的混合料搅拌轮碾2～3分钟后，倒入成球盘中，制成球。

8) 将制备好的球于室温下放置24h，并保湿养护。

9）将养护24h后的陶粒放入蒸压釜中蒸压养护。蒸压制度为：1）升温：升温时间为2～5小时，达到170～190℃，饱和蒸汽压0.8MPa～1.25MPa；2）恒温：保持170～190℃，饱和蒸汽压0.8MPa～1.25MPa，恒温恒压养护8～10h；3）降温：自然降温。

制备的陶粒堆积密度为748kg/m3，表观密度为1480kg/m3，筒压强度为14.38MPa。

实施例2：本发明利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法，包括以下步骤：

2）测定石灰中的有效氧化钙含量为83.5%、粉煤灰中的二氧化硅含量为53.3%、废弃加气混凝土酸不溶物为22.89%，酸不溶物中二氧化硅含量为62.91%，则加气混凝土中未反应的二氧化硅的含量为14.4%。

3）计算各原材料的使用量，调整钙硅约比为0.80。

石灰100kg，粉煤灰115kg，石膏粉2.2kg，磨细的加气混凝土粉400kg，搅拌用水100kg。

校核钙硅比：

氧化钙=氧化钙_石灰=100*0.835=83.5

二氧化硅=二氧化硅_粉煤灰+二氧化硅_{加气混凝土粉}=115*0.533+400*0.144=118.895

钙硅比=(83.5/56)/(118.895/64)=0.8026

8) 将制备好的球于室温下放置24h，并保湿养护。

制备的陶粒堆积密度为713kg/m3，表观密度为1420kg/m3，筒压强度为13.65MPa。

实施例3：本发明利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法，包括以下步骤：

2）测定石灰中的有效氧化钙含量为78.1%、粉煤灰中的二氧化硅含量为55.3%、废弃加气混凝土酸不溶物为29.4%，酸不溶物中二氧化硅含量为57.48%，则加气混凝土中未反应的二氧化硅的含量为16.9%。

3）计算各原材料的使用量，调整钙硅约比为0.70。

石灰100kg，粉煤灰200kg，石膏粉3.0kg，磨细的加气混凝土粉100kg，搅拌用水80kg。

校核钙硅比：

氧化钙=氧化钙_石灰=100*0.781=78.1

二氧化硅=二氧化硅_粉煤灰+二氧化硅_{加气混凝土粉}=200*0.553+100*0.169=127.5

钙硅比=(78.1/56)/(127.5/64)=0.70

8) 将制备好的球于室温下放置24h，并保湿养护。

制备的陶粒堆积密度为753kg/m3，表观密度为1530kg/m3，筒压强度为14.73MPa。

实施例4：本发明利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法，包括以下步骤：

2）测定石灰中的有效氧化钙含量为73.4%、石英粉中的二氧化硅含量为98.3%、废弃加气混凝土酸不溶物为22.0%，酸不溶物中二氧化硅含量为70.91%，则加气混凝土中未反应的二氧化硅的含量为15.6%。

3）计算各原材料的使用量，调整钙硅约比为0.50。

石灰100kg，石英粉150kg，石膏粉2.5kg，磨细的加气混凝土粉130kg，搅拌用水70kg。

校核钙硅比：

氧化钙=氧化钙_石灰=100*0.734=73.4

二氧化硅=二氧化硅_石英粉+二氧化硅_{加气混凝土粉}=150*0.983+130*0.156=167.73

钙硅比=(73.4/56)/(167.73/64)=0.50

8) 将制备好的球于室温下放置24h，并保湿养护。

制备的陶粒堆积密度为803kg/m3，表观密度为1660kg/m3，筒压强度为15.36MPa。

实施例5：本发明利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法，包括以下步骤：

3）计算各原材料的使用量，调整钙硅约比为0.50。

石灰100kg，粉煤灰250kg，石膏粉3.0kg，磨细的加气混凝土粉400kg，搅拌用水150kg。

校核钙硅比：

氧化钙=氧化钙_石灰=100*0.835=83.5

二氧化硅=二氧化硅_粉煤灰+二氧化硅_{加气混凝土粉}=250*0.533+400*0.144=190.85

钙硅比=(83.5/56)/(190.85/64)=0.50

8) 将制备好的球于室温下放置24h，并保湿养护。

制备的陶粒堆积密度为632kg/m3，表观密度为1380kg/m3，筒压强度为12.70MPa。

Claims

1.一种利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法，其特征在于包括以下步骤：

第九步，将制备好的球于室温下放置，并保湿养护；

2.根据权利要求1所述的利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法，其特征在于第一步中，球磨机中磨成粉状的细度控制在180目筛余≤8%。

3.根据权利要求1所述的利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法，其特征在于第五步中，第一次搅拌1～2分钟，加入计量好的水搅拌2～3分钟。

4.根据权利要求1所述的利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法，其特征在于第六步中，搅拌2～3分钟。

5.根据权利要求1所述的利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法，其特征在于第七步中，将搅拌好的混合料静置2～5小时。

6.根据权利要求1所述的利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法，其特征在于第八步，消化后的混合料搅拌轮碾2～3分钟。

7.根据权利要求1所述的利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法，其特征在于第九步中，将制备好的球于室温下放置20-24h。

8.根据权利要求1所述的利用废弃加气混凝土砌块制作硅酸盐陶粒的方法，其特征在于陶粒放入蒸压釜中蒸压养护，蒸压的条件为：（1）升温：升温时间为2～5小时，达到170～190℃，饱和蒸汽压0.8MPa～1.25MPa；（2）恒温：保持170～190℃，饱和蒸汽压0.8MPa～1.25MPa，恒温恒压养护8～10h；（3）降温：自然降温。