CN102674786B - 一种以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块及其制备方法。由脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰、石灰、水泥、早强剂、海泡石纤维、聚丙烯酸酯乳胶粉、羧甲基纤维素与甲基丙烯酸甲酯的接枝共聚物(CMC-g-PMMA)、憎水剂和玻化微珠组成。使用本发明实现脱硫石膏的大消纳量、节能高效的综合资源化利用目标。使用本发明可有效避免脱硫石膏水化较慢和传统石膏保温制品耐水性差的问题。本发明适用于各类建筑物的墙体保温工程施工，亦可满足一定的强度要求。

Description

一种以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块及其制备方法
技术领域
本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块及其制备方法。
背景技术
脱硫石膏又称烟气脱硫石膏（Flue Gas Desulphurization Gypsum），是对含硫燃料（煤、油等）燃烧后产生的烟气进行脱硫净化处理而得到的工业副产石膏。我国煤炭消耗量大且煤的含硫量普遍较高，煤炭燃烧将产生大量SO2对大气造成严重污染，而脱硫产生的脱硫石膏又带来了很大的环境负担。另一方面我国建材业对石膏的需求量越来越大，而高品味的石膏储藏量不大。如何优化脱硫石膏资源利用结构，平衡资源供求迫在眉睫。用脱硫石膏替代天然石膏生产各种石膏建材，不仅可以减少天然石膏的消耗量，减少矿山开采给环境带来的负面影响，还可以形成脱硫石膏制品的新产业和市场。
目前市场上应用较多的蒸压加气混凝土砌块，是以硅质材料和钙质材料为主要原料，掺加发气剂（铝粉），通过配料、搅拌、浇注、预养、切割、蒸压、养护等工艺过程制成的轻质多孔硅酸盐制品。其生产工艺较为复杂并且能耗较大，难以作为建筑节能材料推广，此外，由于生产工艺及材料的影响，加气混凝土砌块在工程上应用易形成墙体开裂等应用问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块及其制备方法。以工业废气物脱硫石膏、高炉粒化矿渣和粉煤灰等复合构成胶凝体系，以无机玻化微珠为保温骨料，配合多种外加剂，加水搅拌成型后经蒸汽养护制成。本发明不仅实现了脱硫石膏等工业废弃物的大规模资源化利用目标，同时得到了保温性、耐久性以及安全性能均十分优异的建筑保温产品，带来了良好的经济和社会效益。
本发明提出的一种以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块，由脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰、石灰、水泥、早强剂、海泡石纤维、聚丙烯酸酯乳胶粉、羧甲基纤维素与甲基丙烯酸甲酯的接枝共聚物(CMC-g-PMMA)、憎水剂和玻化微珠组成，各组份的重量比为：
脱硫石膏              100
矿渣粉                50-120
粉煤灰                2-10
石灰                  1-5
水泥                  20-80
早强剂                0.1-1
海泡石纤维            2-8
聚丙烯酸酯乳胶粉      0.5-4
CMC-g-PMMA         0.02-0.2
憎水剂                0.2-0.6
玻化微珠             30-120。
各组份较佳的重量比为：
脱硫石膏              100
矿渣粉                70-110
粉煤灰                3-10
石灰                  1-4
水泥                  30-65
早强剂                0.1-0.8
海泡石纤维            2-7
聚丙烯酸酯乳胶粉      1-3
CMC-g-PMMA         0.04-0.2
憎水剂                0.2-0.5
玻化微珠              60-110。
本发明中，所述脱硫石膏为电厂烟气脱硫石膏在60oC低温下干燥除去自由水的非煅烧的脱硫石膏，SO3含量大于和等于35%。
本发明中，所述矿渣粉为S95矿渣粉或S105矿渣粉中的一种。
本发明中，所述粉煤灰为II级高钙粉煤灰或III级高钙粉煤灰中的一种。
本发明中，所述石灰为消石灰粉。
本发明中，所述水泥为42.5级硅酸盐水泥或52.5级硅酸盐水泥中的一种。
本发明中，所述早强剂为氟化钠或甲酸钙中的一种。
本发明中，所述海泡石纤维为天然海泡石粉磨所得，0.315mm筛余量小于15%。
本发明中，所述聚丙烯酸酯乳胶粉为聚丙烯酸酯乳液(玻璃化温度-10-15oC)加入抗结块剂通过喷粉设备烘干所得粉体。
本发明中，所述CMC-g-PMMA为羧甲基纤维素与甲基丙烯酸甲酯的接枝共聚而得的偶联剂。
本发明中，所述憎水剂为有机硅憎水剂粉末。
本发明中，所述玻化微珠堆积密度为70-150Kg/m3，吸水率低于10%。
本发明提出的以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块的制备方法，具体步骤为：
(1)按前述各重量比例称取各组份，将脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰、石灰、水泥、早强剂、海泡石纤维、聚丙烯酸酯乳胶粉、羧甲基纤维素与甲基丙烯酸甲酯的接枝共聚物(CMC-g-PMMA)、憎水剂和玻化微珠通过机械干拌至均匀状态。
(2)准确称取步骤(1)中材料和水，先将水加入搅拌机，在搅拌机叶片转动情况，再将步骤(1)中材料匀速投入搅拌机继续搅拌至均匀状态。加水量为本发明材料重量的30%-160%。
(3)将步骤(2)中所得浆料按具体工程规格要求成型静停1-5h后实行蒸汽养护，蒸养过程中升温速率为10-40℃/h，蒸养温度为30-90℃，蒸养时间为2-12h，降温速率为10-40℃/h。蒸养结束后即得所需产品。
本发明中，步骤(2)中较佳加水量为本发明材料重量的40%-150%。
本发明中，步骤(3)中所述较佳静停时间为1-4h，升温速率为10-30℃/h，蒸养温度为40-90℃，蒸养时间为4-12h，降温速率为10-30℃/h。
本发明中，脱硫石膏作为主要的胶凝组分，矿渣粉、粉煤灰、少量水泥作为辅助胶凝材料，与脱硫石膏一起组成复合胶凝体系，石灰作为碱性激发剂，有助于激发脱硫石膏-矿渣粉-粉煤灰-水泥多元化胶凝体系的活性。矿渣粉和粉煤灰均是工业废弃物，其主要成分与水泥熟料很相似，是具有潜在胶凝活性的硅酸盐和硅铝酸盐，其水化生成的水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙凝胶能够促进体系的强度发展。水泥自身不仅是胶凝材料，而且还起到激发作用，它在水化过程中生成的氢氧化钙，能够促进另一种水硬性水化产物钙矾石的生长，从而加快脱硫石膏的水化进程，明显增加体系的早期强度。掺入早强剂也是为了激发脱硫石膏的活性，提高整个复合胶凝体系的早期强度，弥补大量石膏及矿物掺合料在早期强度发展方面的不足。采用蒸汽养护工艺可以使得制品在短时间内获得较高的强度，提高生产周转率。掺入聚丙烯酸酯乳胶粉是为了提高体系的内聚力和柔韧性，掺入海泡石纤维的目的在于有水情况下它能吸水膨胀，起到保水作用，失去水分后则形成短状矿物纤维，起到增强和抗裂的作用。掺入CMC-g-PMMA的目的在于增强玻化微珠的持水能力，提高玻化微珠与浆料之间的结合力。掺入憎水剂在于提高整个产品的防水性，而有机硅憎水剂的存在不影响砌块砌筑中砌筑砂浆与砌块之间的粘结力。玻化微珠作为保温骨料不仅导热系数低，而且属于无机不燃颗粒，其较有机材料而言具有不燃、阻燃的性质，大大提高保温产品的防火安全性能。此外，相对于传统的无机轻质集料膨胀珍珠岩等材料而言，玻化微珠可以更好解决材料耐水性差的痼疾。
本发明为一种以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块，在满足一定力学性能、保温性能、防水性能及耐久性能的前提下，最大限度地采用各种工业废弃物为原材料，具有很高的环境效益和社会效益。
本发明可供石膏建材生产厂、建筑砌块生产厂或一般建筑材料厂生产，广泛适用于墙体保温工程施工中。 
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1，一种以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块，按脱硫石膏100，S105矿渣粉50，III级高钙粉煤灰2，石灰1，52.5级硅酸盐水泥20，氟化钠早强剂0.1，聚丙烯酸酯乳胶粉0.5，CMC-g-PMMA0.02，憎水剂0.6和玻化微珠30的重量比例称取各组份，通过机械干拌至均匀状态。准确称取占前述混合材料重量30%的水，先将水加入搅拌机，在搅拌机叶片转动情况，再将混合材料匀速投入搅拌机搅拌至均匀状态。所得浆料按具体工程规格要求成型，静停1h后实行蒸汽养护，蒸养过程中升温速率为10℃/h，蒸养温度为30℃，蒸养时间为2h，降温速率为10℃/h。蒸养结束后即得所需产品。该保温砌块干密度为400kg/m3，立方体抗压强度为2.5MPa，导热系数为0.089W/(m2·K)，90天线性收缩率为0.019%。
实施例2，一种以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块，按脱硫石膏100，S105矿渣粉120，II级高钙粉煤灰10，石灰5，42.5级硅酸盐水泥80，甲酸钙早强剂1，聚丙烯酸酯乳胶粉4，CMC-g-PMMA0.2，憎水剂0.2和玻化微珠120的重量比例称取各组份，通过机械干拌至均匀状态。准确称取占前述混合材料重量160%的水，先将水加入搅拌机，在搅拌机叶片转动情况，再将混合材料匀速投入搅拌机搅拌至均匀状态。所得浆料按具体工程规格要求成型静停5h后实行蒸汽养护，蒸养过程中升温速率为40℃/h，蒸养温度为90℃，蒸养时间为12h，降温速率为40℃/h。蒸养结束后即得所需产品。该保温砌块干密度为350kg/m3，立方体抗压强度为2.0 MPa，导热系数为0.081 W/(m2·K)，90天线性收缩率为0.011%。
实施例3，一种以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块，按脱硫石膏100，S105矿渣粉100，III级高钙粉煤灰8，石灰3，52.5级硅酸盐水泥40，甲酸钠早强剂0.7，聚丙烯酸酯乳胶粉2，CMC-g-PMMA0.08，憎水剂0.4和玻化微珠100的重量比例称取各组份，通过机械干拌至均匀状态。准确称取占前述混合材料重量140%的水，先将水加入搅拌机，在搅拌机叶片转动情况，再将混合材料匀速投入搅拌机搅拌至均匀状态。所得浆料按具体工程规格要求成型静停3h后实行蒸汽养护，蒸养过程中升温速率为30℃/h，蒸养温度为70℃，蒸养时间为8h，降温速率为30℃/h。蒸养结束后即得所需产品。该保温砌块干密度为360kg/m3，立方体抗压强度为2.7MPa，导热系数为0.082W/(m2·K)，90天线性收缩率为0.014%。
实施例4，一种以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块，按脱硫石膏100，S105矿渣粉70，III级高钙粉煤灰10，石灰3，42.5级硅酸盐水泥80，氟酸钠早强剂1，聚丙烯酸酯乳胶粉4，CMC-g-PMMA0.02，憎水剂0.4和玻化微珠90的重量比例称取各组份，通过机械干拌至均匀状态。准确称取占前述混合材料重量60%的水，先将水加入搅拌机，在搅拌机叶片转动情况，再将混合材料匀速投入搅拌机搅拌至均匀状态。所得浆料按具体工程规格要求成型静停5h后实行蒸汽养护，蒸养过程中升温速率为25℃/h，蒸养温度为90℃，蒸养时间为2h，降温速率为30℃/h。蒸养结束后即得所需产品。该保温砌块干密度为376kg/m3，立方体抗压强度为1.9MPa，导热系数为0.085 W/(m2·K)，90天线性收缩率为0.011%。

Claims (10)

1.一种以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块，由脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰、石灰、水泥、早强剂、海泡石纤维、聚丙烯酸酯乳胶粉、羧甲基纤维素与甲基丙烯酸甲酯的接枝共聚物CMC-g-PMMA、憎水剂和玻化微珠组成，各组份的重量比为：
脱硫石膏              100
矿渣粉                50-120
粉煤灰                2-10
石灰                  1-5
水泥                  20-80
早强剂                0.1-1
海泡石纤维            2-8
聚丙烯酸酯乳胶粉      0.5-4
CMC-g-PMMA         0.02-0.2
憎水剂                0.2-0.6
玻化微珠             30-120。
2.根据权利要求1所述的以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块，其特征在于各组份的重量比为：
脱硫石膏              100
矿渣粉                70-110
粉煤灰                3-10
石灰                  1-4
水泥                  30-65
早强剂                0.1-0.8
海泡石纤维            2-7
聚丙烯酸酯乳胶粉      1-3
CMC-g-PMMA         0.04-0.2
憎水剂                0.2-0.5
玻化微珠              60-110。
3.根据权利要求1所述的一种以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块，其特征在于所述脱硫石膏为电厂烟气脱硫石膏在60℃低温下干燥除去自由水的非煅烧的脱硫石膏，SO3含量大于等于35%。
4.根据权利要求1所述的一种以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块，其特征在于所述矿渣粉为S95矿渣粉或S105矿渣粉中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块，其特征在于所述粉煤灰为II级高钙粉煤灰或III级高钙粉煤灰中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块，其特征在于所述石灰为消石灰粉。
7.根据权利要求1所述的一种以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块，其特征在于所述水泥为42.5级硅酸盐水泥或52.5级硅酸盐水泥中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块，其特征在于所述早强剂为氟化钠或甲酸钙中的一种；所述海泡石纤维为天然海泡石粉磨所得，0.315mm筛余量小于15%；所述聚丙烯酸酯乳胶粉为聚丙烯酸酯乳液加入抗结块剂通过喷粉设备烘干所得粉体；所述CMC-g-PMMA为羧甲基纤维素与甲基丙烯酸甲酯的接枝共聚而得的偶联剂；所述憎水剂为有机硅憎水剂粉末；所述玻化微珠堆积密度为70-150Kg/m3，吸水率低于10%；其中：聚丙烯酸酯乳液的玻璃化温度为10-15oC。
9.一种如权利要求1或2所述的以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块的制备方法，其特征在于具体步骤为：
(1)按前述各重量比例称取各组份，将脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰、石灰、水泥、早强剂、海泡石纤维、聚丙烯酸酯乳胶粉、羧甲基纤维素与甲基丙烯酸甲酯的接枝共聚物CMC-g-PMMA、憎水剂和玻化微珠通过机械干拌至均匀状态；
 (2)准确称取步骤(1)中材料和水，先将水加入搅拌机，在搅拌机叶片转动情况下，再将步骤(1)中材料匀速投入搅拌机继续搅拌至均匀状态，加水量为无机保温砌块重量的30%-160%；
(3)将步骤(2)中所得浆料按具体工程规格要求成型静停1-5h后实行蒸汽养护，蒸养过程中升温速率为10-40℃/h，蒸养温度为30-90℃，蒸养时间为2-12h，降温速率为10-40℃/h；蒸养结束后即得所需产品。
10.根据权利要求9所述的以非煅烧脱硫石膏为主要胶凝材料的无机保温砌块的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述加水量为无机保温砌块重量的40-150%；步骤(3)中所述较佳静停时间为1-4h，升温速率为10-30℃/h，蒸养温度为40-90℃，蒸养时间为4-12h，降温速率为10-30℃/h。
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