CN102432262A

CN102432262A - 轻质高强复合基砌块及其生产方法

Info

Publication number: CN102432262A
Application number: CN2011102851315A
Authority: CN
Inventors: 邓菊初; 易国清; 邓欧阳
Original assignee: Changsha Yukang Building Material Technology Co Ltd; CHANGSHA XIHUA THERMAL INSULATION MATERIAL Co Ltd
Current assignee: Changsha Yukang Building Material Technology Co Ltd; CHANGSHA XIHUA THERMAL INSULATION MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2031-09-23
Also published as: CN102432262B

Abstract

本发明公开了一种轻质高强复合基砌块及其生产方法，所述砌块其原料按重量份包括如下组份：建筑石膏粉10—80份、硅酸盐水泥10—30份、粉煤灰10—40份、硼砂0.1—1.5份。该砌块的生产方法是按照重量份计配备原料：建筑石膏粉10—80份、硅酸盐水泥10—30份、粉煤灰10—40份、硼砂0.1—1.5份；在每立方米的容积中使用500-1100公斤的原料，加水并充分搅拌成料浆，直到料浆每立方米重量达到1.6-1.65吨时停止加水；将料浆浇注到模子中，固化后脱模，在50℃—95℃温度下养护10-12小时。本发明砌块的隔声保温性能好、成型后加工性能好、强度高、耐水抗冻抗渗性好。

Description

轻质高强复合基砌块及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种轻质高强复合基砌块及其生产方法。

背景技术

我国现行标准涉及的轻质砌块，主要有：加气混凝土砌块、泡末混凝土砌块、石膏砌块、石膏空心条板等。

加气混凝土砌块是由生石灰、粉煤灰、水泥、河砂再微量添加铝粉、石膏等，按照一定比例混合并加水搅拌、发泡、切块和经高温蒸养后，经一定时间的自然养护再出厂。加气混凝土砌块容重轻、强度较高、保温性能较好，成砖速度快，是目前市面流行的主要轻质砌块。但其吸水率高，抗渗能力差，打孔易碎裂，二次装修时的加工性能差（切槽与打孔易碎），严重影响建筑物墙体使用功能的正常发挥。

泡沫混凝土砌块是以水泥、粉煤灰为主要原料、有时适量添加陶粒等轻集料、增强剂并加入泡沫，经加水搅拌、浇注成型后脱模，并养护而成的一种轻质砌块。泡沫混凝土容重轻，吸水率较低，保温性能好，但其强度较低，脱模与养护时间长，不利于工业化生产。

石膏砌块以建筑石膏粉为主要原料，有时微量添加水泥（≤5%）、矿渣粉等、将上述原料称量后加水搅拌、浇注成型后经自然干燥（或人工干燥）后即得石膏砌块。石膏砌块的容重较轻（正常情况下一般为1000kg/m³）,保温、隔声、防火性能优越，但其强度较低（一般约为1-3Mpa），不耐水，遇水易软化，抗渗抗冻性差。若以石膏制成空心条板，除上述缺陷外，还增加易开裂的严重缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隔声防火保温性能优异、成型后加工性能好、强度高、耐水且抗冻抗渗性好的轻质高强复合基砌块及其生产方法。

本发明提供的这种轻质高强复合基砌块，其原料按重量份包括如下组份：建筑石膏粉10—80份、硅酸盐水泥10—30份、粉煤灰10-40份、硼砂0.1—1.5份。

本发明轻质高强复合基砌块的生产方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）配备原料：按照重量份计配备建筑石膏粉10—80份、硅酸盐水泥10—30份、粉煤灰10—40份、硼砂0.1—1.5份；在每立方米的容积中使用500-1100公斤的原料，加水并充分搅拌成料浆，直到料浆每立方米重量达到1.6-1.65吨时停止加水；

（2）将步骤（1）获得的料浆浇注到模子中，固化后脱模，在５０℃—9５℃温度下养护10-12小时。

所述步骤（2）中的养护工艺分前期、中期和后期，其中前期加温一小时，排湿15分钟，再加温一小时，排湿15分钟，如此连续3-4次；中期加温半小时，排湿15分钟，再加温半小时，排湿15分钟，如此连续3-4次；后期敞开加温，边加温边排湿。

本发明通过采用石膏与水泥两种胶凝材料的复合，实现两种胶凝材料的优势互补。同时，通过添加水泥、粉煤灰与硼砂，实现了对石膏的改性。首先，是硼砂与石膏反应，在一定温度条件下，部分石膏转化成偏硼酸钙。第二，水泥中的铝酸三钙与石膏反应，迅速生成钙矾石，既阻止了石膏还原成二水石膏，钙矾石又大大增强了砌块的强度。第三，粉煤灰经OH ^—的溶解，经低温热处理后，粉煤灰的水化产物转化成两种矿物相，在有石膏存在时，粉煤灰中分解出的铝氧化物与氢氧化钙、石膏水化生成钙矾石，对砌块起增强作用，同时，又阻止了石膏还原成二水石膏，彻底实现了石膏的改性。经过改性处理后，石膏固有的强度低、不耐水、遇水易软化、不抗冻的缺陷完全消失，从而实现了轻质、高强、保温性能好、隔声性能好、防火性能好、抗渗、抗冻性能好，加工性能优异的特点。本发明砌块及其生产方法克服了石膏强度低，耐水性差，遇水易软化，抗冻抗渗性差，耐久性差的缺点同时又保留了石膏原本的优点，成为一种综合性能很好且富含偏硼酸钙.钙矾石.铝酸钙.硅酸钙的轻质高强复合基砌块。

具体实施方式

实施例一：这是一种干容重1100kg/m3，抗压强度为10.25Mpa的高强复合基砌块的实例，它的原料组份和生产方法如下：

配备原料：建筑石膏粉80份,水泥10份，粉煤灰20, 硼砂1份。

生产时按如下步骤进行：

(1)在每立方米的容积中使用1100公斤的原料，加水并充分搅拌成料浆，直到料浆每立方米重量达到1600Kg时停止加水；

（2）浇模：将步骤（2）获得的料浆浇入钢模中，固化后后脱模；

（3）在50-95℃温度下养护10-12小时，得到干容重1100kg/m³，抗压强度为10.75Mpa的高强复合基砌块。

养护工艺分前期、中期和后期，其中前期加温一小时，排湿15分钟，再加温一小时，排湿15分钟，如此连续3次；中期加温半小时，排湿15分钟，再加温半小时，排湿15分钟，如此连续4次；后期敞开加温，边加温边排湿。

发明人作了很多实验，下面随机列出几个实施案例，见表一。

表一：

实施例序号	水（份）	建筑石膏粉（份）	水泥（份）	粉煤灰（份）	硼砂（份）	养护温度（℃）	养护时间（h）	抗压强度(MPa)
									1	50	80	10	20	1	65-90	12	10.25
2	70	40	20	30	0.8	60-85	11	7.53
									3	90	10	30	30	0.7	50-95	12	3.05
4	60	60	10	30	1.0	50-85	11	6.53
									5	60	60	20	20	1.0	60-90	12	8.42
6	60	50	30	20	1.0	65-90	10	9.56
									7	70	60	20	10	0.9	50-90	12	8.37
8	60	55	20	25	1	60-85	12	8.95
									9	55	50	15	40	1	70-95	11	9.05
10	60	60	20	20	0.5	60-95	11	7.56
									11	60	60	20	20	1.0	65-90	10	9.05
12	60	60	20	20	1.5	65-95	10	9.78

上述实验是先配备原料：按照重量份计建筑石膏粉10—80份、硅酸盐水泥10—30份、粉煤灰10—40份、硼砂0.1—1.5份进行配备；然后在每立方米的容积中使用500-1100公斤的原料，加水并充分搅拌成料浆，直到料浆每立方米重量达到1600-1650Kg时停止加水，满足这个要求水的份量大约在50-90份；再浇模，将料浆浇入钢模中，固化后脱模，在50-95℃下加温养护10-12小时，最佳养护温度是65-90℃。养护工艺分前期、中期和后期，其中前期加温一小时，排湿15分钟，再加温一小时，排湿15分钟，如此连续3-4次；中期加温半小时，排湿15分钟，再加温半小时，排湿15分钟，如此连续3-4次；后期敞开加温，边加温边排湿。

本发明的反应机理是：半水石膏中富含CaO和SO₃，其化学分子式为CaSO₄ ·0.5H₂O 。硅酸盐水泥的主要熟料矿物相为：硅酸三钙（3CaO·SiO₂即C₃S ）.硅酸二钙（2CaO·SiO₂即C₂S）.铝酸三钙（3CaO·Al₂O₃即C₃A）和铁铝酸四钙（4CaO·Al₂O_3·Fe₂O₃即C₄AF)。粉煤灰的主要化学成分则为SiO_2、Al₂O_3、Fe₂O_3、CaO等。硼砂的化学组成为Na₂B₄O₇·10H₂O；上述组分按照一定的配方要求组合后，经加水搅拌，产生一系列的化学反应，并朝着水化－反应－凝结－生成新的晶体相的方向发展。在加水搅拌并在随后的５０℃—9５℃养护温度下，上述组分发生复杂的多种反应，主要反应包括：

a).Na₂B₄O₇·10H₂O与CaO、Ca(OH)₂反应，生成偏硼酸钙 CaB₂O₄·4H₂O或CaB₂O₄·6H₂0。

b). 水泥在水化过程中，形成C—S—H胶凝，Ca(0H)₂、钙矾石（AFt相）、单硫型（AFm相）、水榴石相、以及Al³⁺和SO₄ ^2-的无定型相。水泥在水化过程中，硅酸三钙遇水反应式为：

2（3CaO·SiO₂）+7H₂O 3CaO·2SiO₂·4H₂O+3Ca(OH)₂

硅酸二钙遇水的反应式为

2(2CaO·SiO₂)+5H₂O

3CaO·2SiO₂·4H₂O+Ca(OH)₂

铝酸三钙遇水反应式为

3C₃A+21H

C₄AH₁₃+C₂AH₈

2C₃AH₆+9H

在饱和的Ca(OH)₂溶液中，C₂AH₈和Ca(OH)₂反应生成 C₄AH₁₃或C₃AH₆，当C₃A遇水后在80℃以上也可以直接生成C₃AH₆，即C₃A+6H C₃AH_6。在正常水化条件下，水化C₃A的强度低于硅酸盐水泥的强度，在高温下，C₃A直接反应生成C₃AH₆的强度远远高于水化C₃A的强度。

c). 在石膏含量足够满足C₃A与石膏的反应时，C₃A和石膏在几分钟内反应生成钙矾石，其反应式为

C₃A+3C₅H₂+26H

C₃A·3CSH₃₂

d). 粉煤灰的反应机理

OH^—能促进粉煤灰中铝硅的溶解。水泥水化过程中产生20—25%的Ca(OH)₂，其对水泥混凝土强度无增强作用。当掺加粉煤灰时，Ca(OH)₂便与粉煤灰结合形成稳定的水泥水化产物，对水泥混凝土起增强作用。其反应式为：

xCH+yS+zH

C_xS_yH_x+z

xAS₂+_yCH+zH

Cy_-2xS_xH_y+z-8x+XC₂ASH₈

在特定条件下，通过低温热处理（75—85℃），上述水化产物转化成C₂S和C₁₂A₇两种矿物相。尤其在CaSO₄（石膏）存在时，粉煤灰中铝氧化物与氢氧化钙与石膏水化生成钙矾石，经低温热处理后，亦转化成C₁₂A₇。经上述处理后的粉煤灰，所含活性矿物C₂S和C₁₂A₇分别为20%—8%，如前所述，C₂S 遇水又转化成3CaO·2SiO₂· 4H₂O 和Ca(OH)₂，对混凝土起增强作用。

砌块性能改善机理

1). 传统石膏制品强度低，耐水性差，遇水易软化，抗冻抗渗性差，因而耐久性差，但其凝结速度快，成砖速度快，生产效率高，内部空隙粗大，结构不致密，因而隔声保温性能好，由于结晶水的存在，遇火时可散出结晶水，阻止火势蔓延，所以是一种很好的防火材料。同时该砌块可钉、可刨、可打孔、可切槽，加工性能优异。若能保留其优点，克服其缺点，将是一种理想的建筑材料。本发明针对石膏制品的缺陷，进行改性研究，使其综合性能大大提高。

2). 采用本发明的配方，且在一定温度条件下可顺利实现石膏改性。

a). 硼砂的加入，使石膏部分转化成偏硼酸钙，偏硼酸钙是一种强度、硬度相对较高，且结构稳定的化学物质，它的产生大大提高了石膏制品的强度；

b). 水泥的加入，其水化过程中产生的C₃A与石膏反应，迅速吸收石膏中的SO₄ ^－离子，产生钙矾石。钙矾石的产生，不仅大大提高了石膏、水泥制品的强度，还使半水石膏在水化过程中还原成二水石膏的进程受阻，反应后的二水石膏生成量大大减少，从而顺利实现石膏的改性，实现了石膏制品朝着强度高、耐水、遇水不软化、抗冻抗渗能力强的方向发展；

c). 水泥的加入，使水化后的复合基混凝土中含有大量的硅酸钙、铝酸钙，进一步提高了该复合基砌块的强度；

d). 粉煤灰的加入，与水泥水化反应的Ca(OH)₂结合形成稳定的水泥水化产物，对复合基砌块起增强作用。特别是在75—85℃的特定条件下，石膏与粉煤灰中的铝氧化物、氢氧化钙水化生成钙矾石，进一步削弱了半水石膏还原成二水石膏的原动力；

e). 粉煤灰与水泥的共同加入，在水化过程中，大量的水泥粒子和活性粉煤灰粒子渗入石膏的空隙，或与石膏晶体界面相互搭接，交织连锁而成网状结构，使石膏制品的显微结构更为均匀、致密。从而增强其抗冻、抗渗性能；

f). 容重调节：通过调节水灰比（W/C），可以实现砌块的单位容重在500—1100kg/M3范围内任意变化，而又保证强度等级与干密度等级相互匹配。同时，在水灰比恰当时，养护干燥时水的蒸化而出现的微观气泡空隙，又降低了砌块的导热系数，使砌块的保温性能得以改善；

g). 养护温度调节：通过调节砌块的养护温度（或称热处理温度），可以实现偏硼酸钙的固化与硬化。同时，粉煤灰的铝氧化物、氢氧化钙与石膏中的SO4^－水化生成钙矾石，也需在75—85℃的温度下对粉煤灰进行预水化处理，以形成活性矿物C₂S和C₁₂A₇ ；

h). 凝结速度调节：高比例石膏粉的加入，使砌块成砖时间可以控制在6分钟左右，从而提高成砖速度。同时，钙矾石在形成过程中，有一个形成—消失—再形成的过程。砌块高速凝结后，钙矾石的这一过程终止，从而使钙矾石得以稳定存在。调节石膏粉的添加比例，将使复合基砌块的成砖速度由数十小时缩短至数十分钟或数分钟，在保证砌块综合性能满足要求的前提下，提高成砖速度，对生产效率的影响巨大。

Claims

1.一种轻质高强复合基砌块，其特征在于该砌块的原料按重量份包括如下组份：建筑石膏粉10—80份、硅酸盐水泥10—30份、粉煤灰10—40份、硼砂0.1—1.5份。

2.一种根据权利要求1所述轻质高强复合基砌块的生产方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）配备原料：按照重量份计配备建筑石膏粉10—80份、硅酸盐水泥10—30份、粉煤灰10—40份、硼砂0.1—1.5份；在每立方米的容积中使用500-1100公斤的原料，加水并充分搅拌成料浆，直到料浆每立方米重量达到1600-1650Kg时停止加水；

（2）将步骤（1）获得的料浆浇注到模子中，固化后脱模，在５０℃—95℃温度下养护10-12小时。

3.根据权利要求2所述的轻质高强复合基砌块的生产方法，其特征在于步骤（2）所述的温度为65-90℃。

4.根据权利要求2或3所述的轻质高强复合基砌块的生产方法，其特征在于步骤（2）中的养护工艺分前期、中期和后期，其中前期加温一小时，排湿15分钟，再加温一小时，排湿15分钟，如此连续3-4次；中期加温半小时，排湿15分钟，再加温半小时，排湿15分钟，如此连续3-4次；后期敞开加温，边加温边排湿。