CN104193391A

CN104193391A - 一种加气混凝土及其制备方法

Info

Publication number: CN104193391A
Application number: CN201410419221.2A
Authority: CN
Inventors: 徐磊; 张冠洲
Original assignee: SHANDONG HUANNENG DESIGN INSTITUTE Co Ltd
Current assignee: SHANDONG HUANNENG DESIGN INSTITUTE Co Ltd
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2014-12-10

Abstract

本发明提供有一种加气混凝土包括水硬性凝胶材料、钙质材料、硅质材料、发泡剂、外加剂(分散剂、表面活性剂、稳泡剂、活性激发剂、调节剂)等。各物料的干基重量百分比为：水泥和水渣混合物5％-15％、砂料5％-10％、生石灰10％-20％、普通粉煤灰25％-35％、脱硫灰渣20％-30％、电石渣6％-8％、铝粉0.1％-0.2％、六偏磷酸钠0.7％-1％、焦磷酸钠0.5％-0.7％、活性激发剂0.2％-0.5％、调节剂3％-4％、减水剂0.1％-0.2％，PP纤维0.15％-0.2％。本发明可获得成本低、保水性好、粘结强度高的加气混凝土。

Description

一种加气混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是一种加气混凝土砌块及其制备方法。

背景技术

加气混凝土是以发气剂和水泥制成的多孔轻混凝土。加气混凝土按原料，基本有三种:水泥、石灰、粉煤灰加气砖；水泥、石灰、砂加气砖；水泥、矿渣、砂加气砖。通过配料、搅拌、浇筑、预养、切割、蒸压、养护等工艺过程制成。适用于高层建筑的填充墙和低层建筑的承重墙。由于加气混凝土具有容重轻、保温性能高、吸音效果好，具有一定的强度和可加工性等优点，是我国推广应用最早，使用最广泛的轻质墙体材料之一。

加气混凝土生产原料丰富，一般使用粉煤灰为原料，既能综合利用工业废渣、治理环境污染、不破坏耕地，又能创造良好的社会效益和经济效益，是一种替代传统实心粘土砖理想的墙体材料，多年来受到国家墙改政策、税收政策和环保政策的大力支持，具有广阔的市场发展前景。粉煤灰加气混凝土必须有发气材料作为发气剂，使混凝土产生气孔，才能形成轻质多孔结构。一般来说，粉煤灰加气混凝土的加气剂为铝粉，缺点是用量大，价格高。

电石废渣是电石与水反应生产乙炔气体后留下来的工业残渣，目前利用价值很低，一般作为废料丢弃。如果不经处理直接填埋会造成严重的环境污染，其主要成分是消石灰，由于其溶液为碱性，腐蚀性强，干后成粉末扬灰严重。所以如何处理好电石废渣，变废为宝，一种是人们想要解决而没有得到很好的解决的问题。

随着我国不断加强SO₂污染的控制，越来越多的燃煤电厂或冶炼行业采用脱硫工艺处理排放烟气。但由此产生的脱硫灰的去处，却成为一大难题。欧洲对脱硫灰的研究较早,主要用于建筑工业回填，少量用于土壤修复、路基材料和水泥工业中。根据美国煤燃烧协会(ACAA)对脱硫灰的分类统计表明,美国90％脱硫灰已经资源化利用，其中半数以上用于煤矿回填区域用于废物稳定和固化。我国对脱硫灰的综合利用研究尚处于起步阶段。由于脱硫灰含有大量亚硫酸钙和游离钙，并且化学成分极其不稳定，难以利用。目前我国脱硫灰主要采用堆放或填埋的方式处理，不但占用大量土地，而且造成环境污染，因此急需解决脱硫灰的资源化利用问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中按常规方法将脱硫灰在大量用于生产加气混凝土砌块时，产品的产量、质量和生产的稳定性均受到严重影响的不足，还可同时利用脱硫灰和电石渣两种废弃物，获得成本低、保水性好、粘结强度高的加气混凝土。

本发明技术方案如下，一种加气混凝土，包括水硬性凝胶材料、钙质材料、硅质材料、发泡剂、外加剂(分散剂、表面活性剂、稳泡剂、活性激发剂、调节剂)等，各物料的干基重量百分比为：水泥和水渣混合物5％-15％、砂料5％-10％、生石灰10％-20％、普通粉煤灰25％-35％、脱硫灰渣20％-30％、电石渣6％-8％、铝粉0.1％-0.2％、六偏磷酸钠0.7％-1％、焦磷酸钠0.5％-0.7％、活性激发剂0.2％-0.5％、调节剂3％-4％、减水剂0.1％-0.2％，PP纤维0.15％-0.2％。

本发明中水料比为0.56-0.58；本发明所述水泥为普通硅酸盐水泥P.O42.5；所述水泥和水渣混合物为水泥和水渣按照1:1(质量比)比例混合；所述砂料球磨至0.08mm，方孔筛筛余10％，SiO₂含量约95％，符合JC/T 622的规定。所述生石灰，活性CaO含量大于85％，粉磨至0.1mm，方孔筛筛余<14％。所述脱硫灰渣为烟气干法或者半干法脱硫的产物，化学组成为亚硫酸钙、硫酸钙、碳酸钙、氢氧化钙、氯化钙、氟化钙等。所述铝粉为铝含量大于90％以上的铝粉或者铝粉膏，优选为铝粉膏。符合JC/T407的规定。所述PP纤维为普通PP纤维或者经表面处理后的PP纤维。

六偏磷酸钠作为分散剂，焦磷酸钠作为表面活性剂；活性激发剂的主要成分为无机盐和萘磺酸盐复合物，具有激发粉煤灰活性和减水、致密实、增强的功效。调节剂为石膏：氢氧化钠(质量比)＝3:1-7:1。石膏CaSO₄·5H₂O＞80％，0.08mm方孔筛余＜15％。

本发明加气混凝土的主要制备工艺过程如下：

(1)水泥、水渣、砂料、粉煤灰、脱硫灰渣、电石渣等原料在球磨机内进行干磨，时间为30-60min，得到一定细度(0.08mm方孔筛筛余量为0.5％-1.5％)的原料备用。

(2)准备9组三联模，涂上脱模剂待用。

(3)将NaOH、石膏计量后混合均匀，加总水量10％的水量，混合搅拌1min，制成碱性调节剂溶液。

(4)水泥、水渣、砂料、粉煤灰、脱硫灰渣、电石渣等原料计量后干混合均匀，然后加总水量的90％，混合搅拌1min，得到水泥浆。

(5)将制得的碱性调节剂溶液倒入水泥浆中混合搅拌，搅拌时问为1-2min，直至得到均匀混凝土浆，然后加入铝粉、分散剂、表面活性剂等外加剂，搅拌60s。

(6)浇注料浆入试模，浇注的体积约为三联模总体积的2/3，发气静停2-2.5h，然后用铲子将试模表面刮平。

(7)24h后脱模，并放在空气中进行常压养护。

加气混凝土是一种多孔结构的轻质硅酸盐人工石材。混凝上的固有弱点是因脆性而容易产生裂缝。混凝土的裂缝问题一直困扰着人们，人们也在从不同途径解决这一问题。本发明人发现，在混凝土掺入微细纤维的纤维混凝土不仅能够提高混凝土本身的延性和韧性，增强混凝土的抗裂能力，而且对原材料和工艺几乎没有特别的要求，成本增加不大。通过加气混凝土制备工艺试验、性能检测及理论分析，研究了聚丙烯纤维增强加气混凝土常压制备及工艺问题。根据加气混凝土目前存在的张度偏低、收缩较大、需蒸压养护、制备工艺复杂、能耗高等问题，在进行了大量研究的基础上，采用纤维增强，碱活性激发、原料细磨等工艺手段进行了常压制备工艺及性能改进研究。获得了良好成效，按照本发明工艺制得的加气混凝土砌块的平均抗压强度为9.8Mpa，干密度平均为620kg/m³，符合GB11968-2006对B07级的优等品要求。本发明具有如下有益效果：

(1)本发明采用脱硫灰渣、电石渣等固体废弃物生产蒸汽加压混凝土砌块，且脱硫灰渣的掺入量20％-30％，电石渣的掺入量为6％-8％，不仅可以大量有效利用工业废渣，缓解普通粉煤灰供应紧张的矛盾，更为脱硫灰的综合利用找到可行途径。

(2)本法明混凝土中添加了PP纤维，极大地提高了混凝土本身的延性和韧性，增强混凝土的抗裂能力。

(3)本发明加气混凝土中石膏和生石灰添加量较普通加气混凝土明显降低，节约了天然石膏和生石灰。对解决日益严重的环境污染问题和节约石化类天然资源问题具有重要意义。

(4)本发明工艺在常温常压下养护即可，无需再蒸压釜中蒸养，因此无需添加蒸压釜等设备，大大节约了生产时间和生产成本。取得了显著经济效益、环境效益和社会效益。

具体实施方式

实施例1、一种加气混凝土，各物料的干基重量百分比为：水泥和水渣混合物5％、砂料10％、生石灰20％、普通粉煤灰34.2％、脱硫灰渣20％、电石渣6％、铝粉0.1％、六偏磷酸钠0.7％、焦磷酸钠0.5％、活性激发剂0.2％、调节剂3％、减水剂0.1％，PP纤维0.2％。水料比为0.56。

本发明加气混凝土砌块的主要制备工艺过程如下：

(2)准备9组三联模，涂上脱模剂待用。

(5)将制得的碱性调节剂溶液倒入水泥浆中混合搅拌，搅拌时问为1-2min，直至得到均匀混凝土浆，然后加入铝粉、稳泡剂、分散剂、表面活性剂等外加剂，搅拌60s。

(7)24h后脱模，并放在空气中进行常压养护。

实施例2、一种加气混凝土，各物料的干基重量百分比为：水泥和水渣混合物10％、砂料8％、生石灰10％、普通粉煤灰27.4％、脱硫灰渣30％、电石渣8％、铝粉0.2％、六偏磷酸钠1％、焦磷酸钠0.7％、活性激发剂0.3％、调节剂4％、减水剂0.2％，PP纤维0.2％。水料比为0.58。

制备工艺过程同实施例1。

实施例3、一种加气混凝土，各物料的干基重量百分比为：水泥和水渣混合物10％、砂料8％、生石灰14.2％、普通粉煤灰25％、脱硫灰渣30％、电石渣7％、铝粉0.2％、六偏磷酸钠0.8％、焦磷酸钠0.6％、活性激发剂0.4％、调节剂3.5％、减水剂0.15％，表面改性PP纤维0.15％。水料比为0.57。

制备工艺过程同实施例1。

试验例1、PP纤维的加入量对混凝土强度和密度的影响

采用不同PP纤维的掺入量，其余按照前述配方及工艺制作混凝土砌块，测试其强度、密度。

抗压和抗折强度的测量：按照国家标准GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》的方法进行硬化混凝土的抗压强度和抗弯拉(折)强度测试.

密度测量及比强度计算：参照GB/T 11969-2008《加气混凝土体积密度、含水率和吸水率试验方法》，中的规定测试式样的干密度。按照材料张度除以密度计算得到加气混凝土的比强度值。试验结果见表1

表1 PP纤维用量与混凝土强度及密度的试验结果

PP掺入量％	0	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25
							3d抗折强度，MPa	0.20	0.21	0.21	0.25	0.28	0.25
3d密度，kg/m³	865	862	859	860	849	848
							7d抗折强度，MPa	0.30	0.35	0.35	0.40	0.40	0.40
7d密度，kg/m³	795	788	784	777	774	770

从表1可知，随龄期的增加，PP纤维增强加气混凝土的张度明显提高。这与混凝土本身强度密度变化不大而强度随龄期增加有关。另外，随PP纤维用量的增加，混凝土的抗折强度也有变化。在PP纤维用量开始增大时，混凝土的抗折强度稍有增加，但增加不多。在纤维用量在0.15％-0.2％之间，混凝土的抗折强度有较大增加。当PP纤维用量达到0.2％以后，混凝土的强度不再增加。因此，PP纤维的最佳掺入最应为0.2％左右。

从表1可知，与基准混凝土相比，随聚丙烯纤维用量增加，混凝土的抗弯强度提高了。在聚丙烯纤维用量为0.2％时，较基准混凝土的7d抗折强度提高了33％。从试验现象观察，混凝土破坏时的延性提高了，说明混凝土吸收能量的能力增加了。证实聚丙烯纤维的加入能有效提高混凝土的断裂变形能力。聚丙烯纤维还可以增加混凝土的抗冲击强度，当混凝土承受拉力和冲击力时，均匀分布、数最众多的纤维起到了吸收能量和分担应力的加强筋作用。

在混凝土凝结的过程中，聚丙烯纤维的乱向分布形式削弱了混凝土基体的塑性收缩，收缩的能量被分散到无数的纤维丝上，使纤维的这些微细配筋作用消耗了能量，从而有效地增加了混凝土抵抗变形的能力，减少混凝上初凝时收缩引起的裂纹和裂缝。同时，无数的纤维丝在混凝土内部形成的乱向撑托托体系可以有效阻碍骨料的离析和下沉，抑制了新拌混凝土的泌水和离析，从而阻碍了沉降裂纹的形成，改善了混凝土拌合物的和易性，这些都能够有效地减少混凝土中的微小裂缝，提高混凝土的张度。

同时，在聚丙烯纤维加气混凝土中，水泥作为胶凝材料，握裹了大量的微细纤维，均匀分散的纤维联结为乱向分布的网状撑托系统，承托骨料，凝结后即使微裂纹产生。在内部或外部应力作用下，它要扩展也必然遭受到纤维在基体内部构成的乱向分布的致密网状系统的重要阻挡，难以扩展成为大的裂纹。因此，纤维力学的作用就表现为类似于一种“多维无序分布的置筋作用”，这种作用充分抵抗了水泥基体的变形收缩，达到有效的抗裂抗冲击目的。

试验例2碱性调节剂和活性激发剂的加入对混凝土强度和密度的影响

本发明采用碱性调节剂和活性激发剂来激发活性矿物掺合料的活性，达到不用蒸压，而在常压养护条件下制各加气混凝土的目的。研究了碱性调节剂和活性激发剂的加入量对混凝土强度的和密度影响。表2是碱性调节剂和活性激发剂对混凝上强度及密度的影响试验结果。

表2 碱性调节剂和活性激发剂对混凝土强度及密度的影响

碱性调节剂	0	3	3	3.5	3.5	4	4
								活性激发剂	0	0.2	0.5	0.2	0.5	0.2	0.5
3d抗折强度，MPa	0.25	0.47	0.51	0.49	0.55	0.52	0.59
								3d密度，kg/m³	884	974	996	977	984	991	997
7d抗折强度，MPa	0.51	0.72	0.75	0.74	0.79	0.75	0.80
								7d密度，kg/m³	851	866	864	877	889	897	903

从表2可知，随龄期的增加，混凝土的强度明显增加。碱性调节剂和活性激发剂，混凝土的强度稍有增加，增加不明显。所以，石膏与氢氧化钠质量比在3:1-7:1均可。分析活性矿物掺合料在碱性调节剂和激发剂的作用下聚合分为4个阶段：铝硅酸盐矿物粉体原料在碱性溶液中溶解；溶解的铝硅配合物由固体颗粒表面向颗粒间隙的扩散；凝胶相的形成，导致在碱硅酸盐溶液和铝硅配合物之间发生聚合作用；凝胶相逐渐排除剩余的水分，固结硬化成矿物聚合材料块体。由于碱性调节剂和活性激发剂的共同作用，使得活性矿物掺合料能够溶解并最终聚合形成矿物聚合物，因此，使得加气混凝土在常压养护的条件下能够具有较高的强度，简化了生产工艺，减少了加气混凝土制备中的能源消耗。

试验例3表面改性聚丙烯纤维对加气混凝土的影响

聚丙烯纤维的表面处理工艺方法如下：首先将适量的聚乙烯醇按聚乙烯醇:水＝1:20的比例混合，再在水浴中加热溶化，将待处理的聚丙烯纤维浸入其中，处理完后捞出并在恒温箱中低温烘千(50-60℃)，然后将其分散，得到经表面处理的聚丙烯纤维。将表面处理的PP纤维代替普通纤维，考察其对混凝土的影响。结果见表3。

表3 表面改性聚丙烯纤维对加气混凝土强度和密度的影响

本发明研究了不同掺量和不同处理的聚丙烯纤维加气混凝土的性能，对比表1和表3的结果表明，聚丙烯纤维对加气混凝土试块的抗折性能影响比较显著，经聚乙烯醇处理过的聚丙烯纤维在掺量为0.05％-0.15％时，其对粉煤灰加气混凝土的抗折性能增强显著的高于未处理的聚丙烯纤维。

Claims

1.一种加气混凝土，包括水硬性凝胶材料、钙质材料、硅质材料、发泡剂、外加剂等，其特征是，各物料的干基重量百分比为：水泥和水渣混合物5％-15％、砂料5％-10％、生石灰10％-20％、普通粉煤灰25％-35％、脱硫灰渣20％-30％、电石渣6％-8％、铝粉0.1％-0.2％、六偏磷酸钠0.7％-1％、焦磷酸钠0.5％-0.7％、活性激发剂0.2％-0.5％、调节剂3％-4％、减水剂0.1％-0.2％，PP纤维0.15％-0.2％。

2.如权利要求1所述的加气混凝土，其特征是，所述水泥和水渣混合物为水泥和水渣按照1:1比例混合。

3.如权利要求1所述的加气混凝土，其特征是，所述砂料球磨至0.08mm，方孔筛筛余10％，SiO₂含量约95％。

4.如权利要求1所述的加气混凝土，其特征是，所述生石灰，活性CaO含量大于85％，粉磨至0.1mm，方孔筛筛余<14％。

5.如权利要求1所述的加气混凝土，其特征是，所述铝粉为铝含量大于90％以上的铝粉或者铝粉膏。

6.如权利要求1所述的加气混凝土，其特征是，所述PP纤维为普通PP纤维或者经表面处理后的PP纤维。

7.如权利要求1所述的加气混凝土，其特征是，所述调节剂为石膏和氢氧化钠，两者质量比为3:1-7:1。

8.如权利要求1所述的加气混凝土，其特征是，所述混凝土中水料比为0.56-0.58。

9.制备权利要求1-8任一所述的加气混凝土的方法，其特征是，工艺过程如下：

(1)水泥、水渣、砂料、粉煤灰、脱硫灰渣、电石渣等原料在球磨机内进行干磨，时间为30-60min，得到一定细度的原料备用；

(2)准备9组三联模，涂上脱模剂待用；

(3)将NaOH、石膏计量后混合均匀，加总水量10％的水量，混合搅拌1min，制成碱性调节剂溶液；

(4)水泥、水渣、砂料、粉煤灰、脱硫灰渣、电石渣等原料计量后干混合均匀，然后加总水量的90％，混合搅拌1min，得到水泥浆；

(5)将制得的碱性调节剂溶液倒入水泥浆中混合搅拌，搅拌时问为1-2min，直至得到均匀混凝土浆，然后加入铝粉、分散剂、表面活性剂等外加剂，搅拌60s；

(6)浇注料浆入试模，浇注的体积约为三联模总体积的2/3，发气静停2-2.5h，然后用铲子将试模表面刮平；

(7)24h后脱模，并放在空气中进行常压养护。

10.如权利要求9所述的加气混凝土的制备方法，其特征是，所述步骤(1)原料细度为0.08mm方孔筛筛余量为0.5％-1.5％。