CN103723988B

CN103723988B - 利用玻璃粉制备的轻质高强加气混凝土及其方法

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Publication number: CN103723988B
Application number: CN201310664027.6A
Authority: CN
Inventors: 邱树恒; 陈向荣; 冯阳阳; 陈霏; 杨志明; 梁燕飞; 欧天安
Original assignee: Guangxi University
Current assignee: Guangxi University
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2033-12-09
Also published as: CN103723988A

Abstract

本发明公开了一种利用玻璃粉制备的轻质高强加气混凝土及其方法，发明人对高岭土尾矿加气混凝土进一步改进，使用玻璃粉取代部分尾矿，显著地提高了制品强度；调节铝粉用量和外加早强剂CaCl₂，也有效地改善了制品密度且未丧失过多强度；并通过调节搅拌时间来协调料浆的稠化与发气膨胀，最终生产出了保温性能良好、重量适宜、强度较高的轻质高强加气混凝土。本发明充分利用资源，降低了生产成本具有良好的经济效益，又在保证加气混凝土砌块保温性能的基础上，提高了其强度而又保持了较小密度，能够满足如今建筑领域对加气混凝土承重性的高要求，同时还符合绿色环保建筑的要求。

Description

利用玻璃粉制备的轻质高强加气混凝土及其方法

技术领域

本发明属于新型建筑墙体材料技术领域，尤其涉及一种利用玻璃粉制备的轻质高强加气混凝土及其方法。

背景技术

在“利用高岭土尾矿研制加气混凝土”（新型建筑材料，2013（9））中，发明人初步尝试利用高岭土尾矿成功研制了加气混凝土。实验结果表明，所得高岭土尾矿加气混凝土密度为600～700Kg.m^-3，抗压强度为5～6MPa，已经达到或略强于普通加气混凝土制品的强度，为加气混凝土的生产提供了新的原材料，而且有效解决了高岭土尾矿对环境造成的污染问题，节省了为解决污染和堆放而需要的大量投入，同时增加了企业的产品品种和经济增长点。然而，我国人均占有土地面积的稀少，决定了我国必须发展高层建筑，这就对加气混凝土承重性提出了更高的要求。因此，研制轻质高强加气混凝土具有十分重要的意义。

伴随着国民经济的蓬勃发展，玻璃因其独特的性能广泛应用于建筑，化工，日化等行业，因此每年产生大量的废弃玻璃，如城市垃圾中的废弃玻璃幕墙，化学试剂瓶，玻璃灯泡等。我国每年产生的废弃玻璃约占城市固体废弃物的6%-11%。将它们弃之不用，在污染了环境的同时又造成了资源的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种节约资源、绿色环保的利用玻璃粉制备的轻质高强加气混凝土及其方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：利用玻璃粉制备的轻质高强加气混凝土，包括以下质量百分比的主要原料：

高岭土尾矿粉45～60%，玻璃粉5～20%，P.O42.5普通水泥7～12%，生石灰20～26%，天然石膏或脱硫石膏1～4%。

生石灰选用中速消解石灰，消解时间6～10min，消解温度85～100℃，有效CaO含量75～85%，细度200目，筛余为10～15%。

上述轻质高强加气混凝土，还包括主要原料总质量0.12～0.15%的铝粉膏和49～55%的40～50℃温水，以及P.O42.5普通水泥和生石灰（两者合为外加钙质材料）总质量的0.25±0.05%的无机盐类外加剂。

无机盐类外加剂为CaCl₂。

上述轻质高强加气混凝土的制备方法，包括以下步骤：

<1>将高岭土尾矿烘干至含水率≦1%，再磨细至200目、筛余为2-10%制成高岭土尾矿粉；将回收的废玻璃瓶或建筑玻璃破碎并磨细至325目、筛余≦5%的玻璃粉；石膏磨细至200目、筛余为3-8%；

<2>将高岭土尾矿粉、玻璃粉、石膏和温水混合慢速搅拌60s，然后加入水泥慢速搅拌60s，再加入无机盐类外加剂、生石灰慢速搅拌60s，最后加入铝粉膏先快速搅拌45s，再慢速搅拌30s，制得混合料浆；慢速搅拌为100r/min，快速搅拌为360r/min。

上述轻质高强加气混凝土制成的砌块。

上述砌块的制备方法，包括以下步骤：将高岭土尾矿轻质高强加气混凝土的混合料浆浇注入模成型，并在40℃下预养护4-7h后，切割成砌块体；随后送入蒸压釜进行蒸压养护。

蒸压制度为抽真空至绝对压强0.06MPa，并在此压强下将真空维持0.5h；升压2h，恒压10h，降压2h，恒压压力为1.0MPa。

在已有研究的基础上，发明人对高岭土尾矿加气混凝土进一步改进，使用玻璃粉取代部分尾矿，显著地提高了制品强度；调节铝粉用量和外加早强剂CaCl₂，有效地改善了制品密度且未丧失过多强度；并通过调节搅拌时间来协调料浆的稠化与发气膨胀，最终生产出了保温性能良好、重量适宜、强度较高的轻质高强加气混凝土（导热系数0.12-0.18W/(m.k)，绝干密度600～800Kg/m³，抗压强度6～10MPa）。本发明利用高岭土尾矿作为硅质原料制备加气混凝土，减少了对河沙以及粘土资源的开发利用，保护了自然资源，又解决了高岭土尾矿大量堆存对环境造成的污染和占用土地资源等问题；废弃玻璃的主要组成为无定型SiO₂，有很强的火山灰活性，使用它作为矿物掺合料变废为宝，既降低了生产成本具有良好的经济效益，又在保证加气混凝土砌块保温性能的基础上，提高了其强度而又保持了较小密度，能够满足如今建筑领域对加气混凝土承重性的高要求，同时还符合绿色环保建筑的要求。

具体实施方式

在“利用高岭土尾矿研制加气混凝土”的基础上，发明人深入研究了制备工艺（如搅拌时间）、矿物掺合料（如玻璃粉）、铝粉量和外加剂（如CaCl₂）等影响因素，优化了加气混凝土的配方和制法，获得了轻质高强加气混凝土。

搅拌时间对加气混凝土料浆发气膨胀的影响

搅拌时间是高岭土尾矿加气混凝土发气膨胀的一个重要参数，对于料浆中孔结构的形成以及原材料的混合均匀有着重大影响。加气混凝土的搅拌时间包括两部分：一部分是高岭土尾矿、水泥、石灰等的搅拌时间；另一部分指的是铝粉溶液的搅拌时间。前者的目的是为了使各种物料混合均匀，进而水化产物可以均匀的分散于料浆中，对料浆的稠化过程有一定的影响；而后者主要通过两个方面来影响料浆发气膨胀速度和料浆稠化速度的协调性。首先是铝粉投进料浆的时机，其次是铝粉在料浆中的搅拌时间。铝粉的投入时间主要是通过控制铝粉与碱性料浆接触的时机进而调控铝粉开始发气的时间，而铝粉的搅拌时间则主要是通过调控铝粉搅拌时间的长短来控制铝粉的发气速度。研究表明，随着搅拌时间的延长，石灰和水泥的水化反应速度加快，溶液迅速呈现碱性，而铝粉能在碱性溶液中很好的产生氢气，进而有利于料浆的发气膨胀。但是，并不是搅拌时间越长越好，如果时间过长，料浆中已经形成的气泡就会被破坏，进而气泡的内压力就会减小，无法克服料浆的极限剪应力以及上部料浆的重力，不利于料浆的发气膨胀。为此，发明人通过调节搅拌时间来协调料浆的稠化与发气膨胀，试验显示，干物料混合均匀的搅拌时间为3min，随后加铝粉膏进行搅拌并控制转速，先快搅（360r/min）45s，再慢搅（100r/min）30s，得到的料浆稠化适宜、发气膨胀较佳、气孔结构比较理想。

矿物掺合料对加气混凝土料浆强度的影响

发明人先在“利用高岭土尾矿研制加气混凝土”最优配合比的基础上，分别利用矿渣微粉和玻璃粉来取代部分水泥和尾矿用量，结果如下（表1和表2）：

表1矿渣微粉对加气混凝土性能的影响

表1可见，当矿渣微粉替代量0到30%之间时，试验制备的加气混凝土的强度以及比强度均无明显提高，而其密度却在不断增大；随着矿渣微粉取代量的继续增加，加气混凝土制品的密度持续增长，但其强度有所下降，尤其是比强度下降明显。推测是因为矿渣微粉的比表面积比较大，大于水泥的比表面积，故其需水量也比较大，在固定水料比的情况下，其取代量越高，料浆浇注后稠化越快，与铝粉的发气反应不相匹配，故无法形成良好的气孔结构，宏观表现就是制品的强度下降。可见，利用矿渣微粉取代水泥生产加气混凝土是可行的，而且节约了水泥的用量，大大提高了企业的经济效益。但是，矿渣微粉的掺入未能提高加气混凝土的强度，不适宜作该发明的外掺料。

表2玻璃粉对加气混凝土性能的影响

浇注过程中发现选取同样的水料比（0.59）时，料浆的稠度过稀，极易流模，因此后续依据具体浇注情况调整了用水量。从表2可知，采用玻璃粉取代高岭土尾矿，能够使加气混凝土制品的强度有很大的提高，取代量为5%时，其比强度最高，达到12.78。随后随着取代量的继续增加，其强度及比强度的增长幅度均有所下降。一方面玻璃粉的加入降低了制品的水料比，在满足制品浇注稳定性的情况下，其所需水量大大降低，然而由于水料比对强度的影响比较大，随着水料比的降低，制品的强度增大；另一方面，磨细玻璃粉属于活性掺合料，其反应速度比较快。同时磨细玻璃粉的加入可以提高制品孔壁的密实度，增加了水化反应物的生成量，使内部结构胶结的更加密实，进而提高制品的强度。此外，观察发现其内部气孔分布均匀，且多为圆形小孔，对于加气混凝土来说，孔结构的好坏直接关系到制品最终强度的高低，良好的孔结构是制品获得高强度的前提。经XRD检测表明，加入玻璃粉后制品内部生成了更多的托贝莫来石，而托贝莫来石的含量对加气混凝土制品的强度有积极作用；此外，有新的水化产物Cebollite[Ca₅Al₂(OH)₄Si₃O₁₂]生成，这种罕见的水合钙铝硅酸盐矿物，可能也是玻璃粉优良替代效果的来源，具体机理待进一步研究。调节铝粉用量和复合掺杂无机盐类外加剂对加气混凝土料浆强度的影响

选用玻璃粉取代尾矿可以获得很高的强度，但是其绝干体积密度也比较大，未达到理想效果，为此，通过调整铝粉用量来降低加气混凝土制品的密度以达到设定目标。为保证强度不至于损失太多，同时复掺0.25%的CaCl₂作为早强剂，试验结果见表3。

表3铝粉用量和复合掺杂CaCl₂的影响

从表3可以看出，随着铝粉掺量的增加，制品强度和绝干密度都逐渐下降，当铝粉掺量为0.15%时，制品绝干密度为623.9，抗压强度为7.14，达到既定目标。

前期对Na₂SO₄和CaCl₂的加入进行了比较，Na₂SO₄对制品强度的提高并不显著，可能因为原料中已添加了石膏，料浆中已经有一定量的SO₄ ^2-存在；同时随着Na₂SO₄加入量的增多强度反而有一定程度的下降，料浆的碱度增大，铝粉发气过快，形成的气孔结够偏大。综合分析，Na₂SO₄不适宜作为本试验的早强剂使用。而掺入CaCl₂能够使加气混凝土的强度有比较明显的提高，在掺入量为0.25%时，其比强度最高，达到10.02，可能料浆中引入了Cl-，它能够加快钙质材料的溶解速度，进而使反应速度加快，反应率提高。

实施例1

（1）将高岭土尾矿（已烘干至含水率≦1%）磨细至200目筛余为3.93%的高岭土尾矿粉；碎玻璃磨细至325目玻璃粉，筛余为1.19%；生石灰磨细至200目筛余为11.88%，石灰有效CaO含量为84.62%，消解时间为7min，消化温度90℃；200目石膏筛余为6.2%。

（2）按质量百分比将步骤（1）准备的原料按照高岭土尾矿粉60%，玻璃粉5%，P.O42.5水泥9%，生石灰24%，石膏2%，外加占以上混合干料总质量0.12%的铝粉膏和52%的45℃的温水，外加占钙质材料总质量0.25%的无机盐类外加剂CaCl₂。先将高岭土尾矿粉、玻璃粉、石膏和温水混合慢速搅拌60s，然后加入水泥慢速搅拌60s，再加入无机盐类外加剂、生石灰慢速搅拌60s，最后加入铝粉膏先快速搅拌45s，再慢速搅拌30s，制得混合料浆；其中，慢速搅拌为100r/min，快速搅拌为360r/min。

（3）将步骤（2）得到的混合料浆浇注入模成型，并在40℃下养护6h，切割成砌块体；随后送入蒸压釜进行蒸压养护。蒸压制度为：抽真空至绝对压强0.06MPa，并在此压强下将真空维持0.5h；升压2h，恒压10h，降压2h，恒压压力为1.0MPa。

按上述工艺过程制备的加气混凝土砌块的性能指标如表4所示。

表4实施例1所制备出的加气混凝土砌块的性能指标

性能	绝干密度Kg/m³	抗压强度MPa	导热系数W/(m.k)
				指标	787.6	10.12	0.17

实施例2

（1）将高岭土尾矿（已烘干至含水率≦1%）磨细至200目筛余为4.74%的高岭土尾矿粉；碎玻璃磨细至325目玻璃粉，筛余为2.87%；生石灰磨细至200目筛余12.69%，生石灰有效CaO含量为80.33%，消解时间为6min，消化温度95℃；石膏细度200目筛余为6.2%。

（2）按重量百分比将步骤（1）准备的原料按照高岭土尾矿粉55%，玻璃粉10%，P.O42.5水泥8%，生石灰24%，石膏3%，外加占以上混合干料总质量0.13%的铝粉膏和51%的40℃的温水，外加占钙质材料总质量0.20%的无机盐类外加剂CaCl₂。先将高岭土尾矿粉、玻璃粉、石膏和温水混合慢速搅拌60s，然后加入水泥慢速搅拌60s，再加入生石灰和无机盐类外加剂慢速搅拌60s，最后加入铝粉膏先快速搅拌45s，再慢速搅拌30s，制得混合料浆；其中，慢速搅拌为100r/min，快速搅拌为360r/min。

（3）将步骤（2）得到的混合料浆浇注入模成型，在40℃下养护7h，切割成砌块体；随后送入蒸压釜进行蒸压养护。蒸压制度为：抽真空至绝对压强0.06MPa，并在此压强下将真空维持0.5h；升压2h，恒压10h，降压2h，恒压压力为1.0MPa。

按上述工艺过程制备的加气混凝土砌块的性能指标如表5所示。

表5实施例2所制备出的加气混凝土砌块的性能指标

性能	绝干密度Kg/m³	抗压强度MPa	导热系数W/(m.k)
				指标	691.6	8.22	0.15

实施例3

（1）将高岭土尾矿（已烘干至含水率≦1%）磨细至200目筛余为5.49%的高岭土尾矿粉；碎玻璃磨细至325目玻璃粉，筛余为0.98%；生石灰磨细至200目筛余为10.42%，石灰有效CaO含量为82.61%，消解时间为8min，消化温度92℃；200目石膏筛余为6.2%。

（2）按重量百分比将步骤（1）准备的原料按照高岭土尾矿粉52%，玻璃粉13%，P.O42.5水泥11%，生石灰20%，石膏4%，外加占以上混合干料总质量0.15%的铝粉膏和50%的50℃的温水。先将高岭土尾矿粉、玻璃粉、石膏和温水混合慢速搅拌60s，然后加入水泥慢速搅拌60s，再加入生石灰慢速搅拌60s，最后加入铝粉膏先快速搅拌45s，再慢速搅拌30s，制得混合料浆；其中，慢速搅拌为100r/min，快速搅拌为360r/min。

（3）将步骤（2）得到的混合料浆浇注入模成型，在40℃下养护6h，切割成砌块体；随后送入蒸压釜进行蒸压养护。蒸压制度为：抽真空至绝对压强0.06MPa，并在此压强下将真空维持0.5h；升压2h，恒压10h，降压2h，恒压压力为1.0MPa。

按上述工艺过程制备的加气混凝土砌块的性能指标如表6所示。

表6实施例3所制备出的加气混凝土砌块的性能指标

性能	绝干密度Kg/m³	抗压强度MPa	导热系数W/(m.k)
				指标	621.4	7.08	0.13

Claims

1.一种利用玻璃粉制备的轻质高强加气混凝土，其特征在于包括以下质量百分比的主要原料：

高岭土尾矿粉45～60％，玻璃粉5～20％，P.O42.5普通水泥7～12％，生石灰20～26％，天然石膏或脱硫石膏1～4％；

还包括主要原料总质量0.12～0.15％的铝粉膏和49～55％的40～50℃温水，以及P.O42.5普通水泥和生石灰总质量的0.25±0.05％的无机盐类外加剂；

所述生石灰选用中速消解石灰，消解时间6～10min，消解温度85～100℃，有效CaO含量75～85％，细度200目，筛余为10～15％。

2.根据权利要求1所述的利用玻璃粉制备的轻质高强加气混凝土，其特征在于：所述无机盐类外加剂为CaCl₂。

3.根据权利要求2所述轻质高强加气混凝土的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

<1>将高岭土尾矿烘干至含水率≦1％，再磨细至200目、筛余为2-10％制成高岭土尾矿粉；将回收的废玻璃瓶或建筑玻璃破碎并磨细至325目、筛余≦5％的玻璃粉；石膏磨细至200目、筛余为3-8％；

<2>将高岭土尾矿粉、玻璃粉、石膏和温水混合慢速搅拌60s，然后加入水泥慢速搅拌60s，再加入无机盐类外加剂、生石灰慢速搅拌60s，最后加入铝粉膏先快速搅拌45s，再慢速搅拌30s，制得混合料浆；所述慢速搅拌为100r/min，快速搅拌为360r/min。

4.由权利要求1所述轻质高强加气混凝土制成的砌块。

5.根据权利要求4所述砌块的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将所述高岭土尾矿轻质高强加气混凝土的混合料浆浇注入模成型，并在40℃下预养护4-7h后，切割成砌块体；随后送入蒸压釜进行蒸压养护；所述蒸压制度为抽真空至绝对压强0.06MPa，并在此压强下将真空维持0.5h；升压2h，恒压10h，降压2h，恒压压力为1.0MPa。