CN103964888A - 一种石材加工粉末废料生产加气混凝土砌块的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石材加工粉末废料生产加气混凝土砌块的方法，包括如下步骤：将石材粉末废料用筛孔为3mm的筛子进行筛分，除去杂物，得石材粉末废料A；将生石灰用球磨机磨至0.15mm以下，得石灰粉；将石材粉末废料A、石灰粉、水泥、石膏粉、铝粉按比例进行配料后，混匀；加入一定量的水进行搅拌制浆，得料浆。本发明采用花岗岩石材加工粉末废料为主要原料，适当填加水泥、生石灰等胶结料，以铝粉为发泡剂，通过静养发泡、蒸压养护等工艺可生产出10级以上加气混凝土砌块。

Description

一种石材加工粉末废料生产加气混凝土砌块的方法
技术领域
本发明涉及一种石材加工粉末废料生产加气混凝土砌块的方法。
背景技术
花岗岩石材加工过程中，由于切割、研磨等工艺产生大量粉末废料。研究表明，由于粒度太细，用此粉末废料生产蒸压养护建筑砌墙砖时需要加入大量的粗骨料，粉末废料的加入量不足24％，因此该粉末废料的使用受到了限制。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种石材加工粉末废料生产加气混凝土砌块的方法，采用花岗岩石材加工粉末废料为主要原料，适当填加水泥、生石灰等胶结料，以铝粉为发泡剂，通过静养发泡、蒸压养护等工艺可生产出10级以上加气混凝土砌块。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种石材加工粉末废料生产加气混凝土砌块的方法，包括如下步骤：
S1、将石材粉末废料用筛孔为3mm的筛子进行筛分，除去杂物，得石材粉末废料A；将生石灰用球磨机磨至0.15mm以下，得石灰粉；
S2、将石材粉末废料A、石灰粉、水泥、石膏粉、铝粉按比例进行配料后，混匀；
S3、加入一定量的水进行搅拌制浆，得料浆；
S4、料浆在温度45℃～65℃的条件下，静止养护发泡2～3小时，得加气混凝土砌块粗品；
S5、将加气混凝土砌块粗品在钢丝切割机上切割成块状，得加气混凝土砌块初品；
S6、将加气混凝土砌块初品在恒温蒸汽压力值为1.2-1.5Mpa的条件下采用，升温2小时、恒温4小时、降温2小时的蒸压养护后，得加气混凝土砌块成品。
所述S1步骤中石材粉末废料主要化学成分为SiO2、Al2O3、TiO2、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等。
所述S2步骤中铝粉发气率为87％；发气时间为18min；松装密度为0.18g/cm；粒度为d50＝40μm。
所述S2步骤中铝粉的用量为0.5～0.6kg/m3砌块。
所述S2步骤中的石材粉末废料用量为80％、生石灰用量为14％、石膏用量为2％，水泥用量为4％。
所述S3步骤中料浆的最佳含水率为36.8％～37.9％。
本发明采用花岗岩石材加工粉末废料为主要原料，适当填加水泥、生石灰等胶结料，以铝粉为发泡剂，通过静养发泡、蒸压养护等工艺可生产出10级以上加气混凝土砌块。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为生石灰用量与砌块抗压强度的关系图；
图3为静养温度与产品抗压强度之间的关系图；
图4为恒温蒸汽压力与制品抗压强度的关系图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本具体实施的粉末废料的化学组成如表1所示：
表1石材加工粉末废料的化学成分
粉末废料中主要矿物为石英，其次为长石、云母等，微量的含铁矿物主要为黄铁矿和赤铁矿。
粉末废料的物理性能为：密度2.72g/cm3，容重0.98g/cm3，硬度f＝6-7，含水率4.5％-6.5％，粒度组成如表2所示。
表2石材加工粉末废料的粒度组成
粒级mm 质量(g) 频率分布(％) 筛下累计分布(％)
2.00～0.15 0.50 0.25 100
0.15～0.074 0.90 0.45 99.75
0.074～0.043 3.54 1.77 99.30
0.043～0.038 20.02 10.01 97.53
0.038～0 175.04 87.52 87.52
合计 200 100 --
从表2中可以看出，小于0.038mm(400目)含量为87.52％，粒度极细。
水泥的作用主要为胶结料，水泥中的硅酸三钙、β-硅酸二钙等成分水化反应后生成水化硅酸钙凝胶(用C-S-H表示)，从而使砌块产生强度。
生石灰的作用与水泥类似，也是胶结料。石灰中的钙与粉末废料中的活性组分合成水化硅酸钙和水化铝酸钙(晶体或它们的凝胶)而形成一定强度。另外，生石灰在消化过程中放出一定热量，有利于发泡和水化反应的进行。
生石灰需研磨成粉末，磨细粒度要求100目(0.15mm)筛上含量不大于5％；另外要求有效氧化钙含量大于80％。
石膏的作用为水泥、石灰的水化激发剂，掺入少量石膏后能加速水化产物的生成，提高砌块中水化产物的结晶度，从而提高砌块的早期强度。研究所用石膏为α型半水石膏，粒度小于0.2mm。
1.5铝粉
铝粉的主要作用为加气混凝土发气剂。铝作为活泼的两性金属，能够与酸、碱反应放出氢气。料浆中投入铝粉后与细生石灰或与水泥水化生成的氢氧化钙作用，从而生成氢气气泡.随着作用的加剧，气泡压力上升，并传给具有一定塑粘性强度的料浆，当气体压力超过料浆的塑性极限时，料浆开始变形，也就是发气。在料浆固化后，其内部形成蜂窝状结构，就形成了轻质的加气混凝土。
研究所用铝粉发气率为87％；发气时间为18min；松装密度为0.18g/cm；粒度为d50＝40μm。
花岗岩石材加工粉末废料加气混凝土砌块是将石材粉末废料、生石灰、水泥、石膏、铝粉及水进行混合，混合后在静停过程中开始发气，发气机理如下：
2A1+3Ca(OH)2+6H2O＝3CaO+Al2O3+6H2O+3H2↑
或2A1+Ca(OH)2+6H2O＝Ca[Al(OH)4]O2+3H2↑
加气混凝土砌块采用蒸压养护方式，强度来源主要依靠粉末废料中的SiO2、Al2O3与石灰中的钙产生水化反应以及水泥的水化反应而获得强度。石灰水化反应的基本原理如下。
CaO+H2O＝Ca(OH)2
mCa(OH)2+SiO2+xH2O＝mCaO·SiO2·xH2O(CSH)+mH2O
mCa(OH)2+Al2O3+xH2O＝mCaO·Al2O3·xH2O(CAH)+mH2O
水泥的水化反应产物统称为水化硅酸钙凝胶(用C-S-H表示)或水化铝酸钙凝胶(用C-A-H表示)。
3CaO·SiO2(硅酸三钙)+nH2O＝xCaO·SiO2·yH2O+(3-x)Ca(OH)2
2CaO·SiO2(β-硅酸二钙)+mH2O＝xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2
如果上述反应中存在二水石膏(CaSO4·2H2O)则发生如下反应：
mCaO·Al2O3·xH2O+CaSO4·2H2O＝mCaO·Al2O3·CaSO４·(x+2)H2O
CSH、CAH正是花岗岩石材加工粉末废料加气混凝土砌块的强度来源。而他们的生成速度、强度形成时间的长短与反应条件、发气剂的性能及粉末废料本身的硅铝含量、活性等性能有关。
生石灰、水泥及石膏主要为胶结作用，增加砌块的初期强度和产品的最终强度。
生石灰的用量及有效氧化钙含量决定砌块最终的抗压强度。采用正交试验方法，生石灰用量与砌块强度的关系曲线如图2所示。
由图2知，生石灰用量为10％-18％时，砌块的抗压强度可以达到3.0Mpa以上。用量小于10％或大于18％，砌块的抗压强度均较低，用量小则钙质含量不足，生成的水化硅酸钙晶体少，用量大则钙质富余，造成砌块膨胀、疏松。根据实验，确定生石灰最佳用量为14％。
石膏可以提高砌块的初坯强度和砌块的最终强度，在适当范围内石膏用量增加，砌块强度也相应提高，但考虑所用石膏的成本较高，确定石膏的用量为2％。
水泥的用量、初凝时间、终凝时间对砌块的初期强度有较大影响，对砌块的最终强度也有一定影响。水泥用量对砌块的影响如表3所示。
表3水泥用量试验
由表3知，水泥用量超过4％时，切割后的初坯规整，砌块的抗压强度可以达到3.5MPa以上。确定水泥用量为4％。
采用铝粉作为加气混凝土砌块的发气剂，铝粉的的发气率、发气速度、粒度、松装密度对加气混凝土砌块的质量有较大影响，另外料浆的碱度也影响发气质量。研究所用铝粉发气率为87％；发气时间为18min；松装密度为0.18g/cm；粒度为d50＝40μm。
根据理论计算，1kg铝粉可以制出1.25m3的氢气，研究发现，按此理论计算量添加铝粉，发气量往往不足，虽然砌块的抗压强度较大，但砌块的干体积密度大，从而使砌块保温性能差，产品体积量少，成本高。本研究铝粉用量与砌块之间的关系如表4所示。
表4铝粉用量与砌块之间的关系
由表4知，当铝粉用量等于0.5kg/m3砌块时，砌块的干体积密度为552kg/m3，发泡时有适量的泡溢出；当铝粉用量大于0.7kg/m3砌块时，砌块的干体积密度小于410kg/m3，发泡时有大量的泡溢出，说明铝粉用量大于0.7kg/m3砌块时，铝粉浪费严重。
因此确定铝粉用量为0.5～0.6kg/m3砌块。
料浆的稠度与原料的性质(包括矿物成分、含水率、细度等)、胶结料(水泥、石灰、石膏等)的性质、加水量等因素有关。加气混凝土砌块生产中料浆的稠度控制在28～29cm较好。水料比试验如表5所示。
表5水料比试验
由表5知，控制水料比在0.61～0.58范围内，可满足料浆的稠度在28～29cm。按此计算，料浆的含水率为36.8％～37.9％，确定料浆含水率为37.4％。
料浆配置好后，立即倒入模具中进行发泡(即静养)。此过程主要的影响因素为静养温度和静养时间，试验得到的静养温度与产品抗压强度之间的关系如图3所示。由图3知，适宜的静养温度在45℃以上，一般控制在45℃～65℃，当静养温度低于15℃时，发泡效果很差，但如果提高料浆温度，也会得到较好的发泡效果。
试验知，静养的最佳时间为120-180min。时间小于120min发泡不足，初坯的气孔率低，砌块的干体积密度大；时间大于180min，生产率低，而且水泥反应时间过长，初坯过硬，切割困难。
4.3.2蒸压养护制度的确定
试验采用升温2小时、恒温4小时、降温2小时蒸压养护制度，恒温蒸气压力与砌块强度的关系如图4所示。
由图4知，恒温蒸气压力在1.2Mpa以上时，砌块抗压强度可以达到3.5Mpa以上。确定适宜的恒温蒸气压力为1.2-1.5Mpa。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种石材加工粉末废料生产加气混凝土砌块的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将石材粉末废料用筛孔为3mm的筛子进行筛分，除去杂物，得石材粉末废料A；将生石灰用球磨机磨至0.15mm以下，得石灰粉；
S2、将石材粉末废料A、石灰粉、水泥、石膏粉、铝粉按比例进行配料后，混匀；
S3、加入一定量的水进行搅拌制浆，得料浆；
S4、料浆在温度45℃～65℃的条件下，静止养护发泡2～3小时，得加气混凝土砌块粗品；
S5、将加气混凝土砌块粗品在钢丝切割机上切割成块状，得加气混凝土砌块初品；
S6、将加气混凝土砌块初品在恒温蒸汽压力值为1.2-1.5Mpa的条件下采用，升温2小时、恒温4小时、降温2小时的蒸压养护后，得加气混凝土砌块成品。
2.根据权利要求1所述的一种石材加工粉末废料生产加气混凝土砌块的方法，其特征在于，所述S1步骤中石材粉末废料主要化学成分为SiO2、Al2O3、TiO2、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等。
3.根据权利要求1所述的一种石材加工粉末废料生产加气混凝土砌块的方法，其特征在于，所述S2步骤中铝粉发气率为87％；发气时间为18min；松装密度为0.18g/cm；粒度为d50＝40μm。
4.根据权利要求1所述的一种石材加工粉末废料生产加气混凝土砌块的方法，其特征在于，所述S2步骤中铝粉的用量为0.5～0.6kg/m3砌块。
5.根据权利要求1所述的一种石材加工粉末废料生产加气混凝土砌块的方法，其特征在于，所述S2步骤中的石材粉末废料用量为80％、生石灰用量为14％、石膏用量为2％，水泥用量为4％。
6.根据权利要求1所述的一种石材加工粉末废料生产加气混凝土砌块的方法，其特征在于，所述S3步骤中料浆的最佳含水率为36.8％～37.9％。
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