CN104631688B - 利用尾砂生产的微晶发泡墙体砌块及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用尾砂生产的微晶发泡墙体砌块及其制造方法。本发明由尾砂复合料高温制成的尾砂微晶发泡基体上烧结有一层装饰面层，其制造方法包括以下步骤：①预热，升温至800～950℃，保温10～40分钟；②一体化烧结，升温至1000～1350℃，保温30～120分钟；③退火冷却，降温至280℃以下后出窑；④自然降温至100℃以下后出模，得到微晶发泡墙体砌块板材；将微晶发泡墙体砌块板材自然放置60小时以上消除应力后，经打磨或抛光、切割、干燥后得到微晶发泡墙体砌块。本发明具备高强度、耐火、保温隔热、防潮防水、装饰、轻质、耐候、环保等多项功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑工程材料技术领域，特别涉及一种利用尾砂生产的微晶发泡墙体砌块及其制造方法。
背景技术
随着世界能源的逐渐匮乏，我国制定了“节约能源，实现可持续发展”的基本原则，因此建筑节能也成为了目前中国建筑事业发展的一个重点。目前建筑节能的主要手段是外墙保温技术，可以有效解决我国冬夏两季室内外温差而造成的能源损失问题，它代表了我国节能保温技术的发展方向。
目前的外墙保温系统是由聚合物砂浆、玻璃纤维网格布、保温材料、抹面砂浆、饰面材料等材料复合而成，集保温、防水、饰面等功能于一体。但这种复杂的施工方式却存才极大的问题隐患，一般在施工完毕后一段时间，或经冬夏气温循环变化后出现。主要有四大问题：①保温层脱落，表现为保温板材移位、空鼓、脱落；②抹面层开裂，表现为抹面砂浆变形量差大，产生裂缝；③室内结露，主要发生于窗口附近，表现为室内返霜、结露，墙面潮湿发霉；④外墙面砖空鼓、脱落，表现为外墙面砖、材料空鼓、脱落，除使墙面外观不好看之外，也容易发生事故。因而，外墙外保温系统从施工方式上就存在很大的弊端。
外墙保温系统所涉及的保温材料包括有机保温材料和无机保温材料两大类。有机保温材料如热塑性材料EPS、XPS、热固性材料聚氨酯(PU)、酚醛(PF)等，具有较好的保温效果，但阻燃性很差。在国家防火标准的检测下都能达到B1、B或C难燃级别，但在真实火灾中，不仅不会形成抗火灾功能碳化层结构，还会出现熔融滴落，熔融滴落物会引发火灾蔓延。因而是“火灾性能”极差的保温材料。而为提高其防火性能，加入的溴化阻燃剂，具有很大的毒性，危害环境与人体健康，根据联合国《斯德哥尔摩公约》，这种阻燃剂于2014年11月份开始将在全球范围内禁用，这就给无阻燃剂的无机保温材料如岩棉、膨胀珍珠岩、发泡水泥、发泡玻璃、玻璃棉等打开了广阔的前景。无机保温材料防火性能较好，在防火标准中属于A级不燃，在火灾初始阶段不燃烧、不蔓延，但同样是经不住高温火攻击，玻璃棉350℃以上脆化、粉化，岩棉在650℃以上开始粉化，在真实大火中均烧成一把粉，不能有效地保护建筑物。而且其保温效果差，容重大，易吸水，耐侯性差，很难达到节能75％。因而，保温材料的发展方向是既高效节能，又要防火安全可靠。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题是公开一种利用尾砂生产的微晶发泡墙体砌块及其制造方法，利用沙漠风积沙、河流淤泥废沙、煤矸石粉煤灰、各种尾矿矿渣、建筑垃圾等固体废弃物等尾砂作为原材料制的砌块同时具备高强度、耐火、保温隔热、防潮防水、装饰、轻质、耐候、环保等多功能。
为解决上述技术问题，本发明公开的利用尾砂生产的微晶发泡墙体砌块是在尾砂微晶复合料高温制备的发泡基体上烧结有一层装饰面层。
所述的尾砂微晶发泡体体积密度为0.2～0.8g/cm3，厚度为30～300mm；装饰面层厚度为0.5～10mm。
所述的基体与装饰面层之间有一过渡层，过渡层的密度由下而上是递增结构。
以重量百分比计，所述的尾砂微晶复合料包括由50～95％尾砂微晶料、2～35％添加剂和1～15％发泡剂构成。
所述的添加剂为硼酸、磷酸钾、长石、白云石、釉料、陶瓷或碎玻璃中的一种或几种。
所述的发泡剂为炭黑、碳化硅、石灰石、纯碱、二氧化锰、石膏中的一种或几种。
所述的装饰面层由尾砂微晶料、尾砂、矿物料、高温颜料四类物质中每类物质中的一种或几种制成；所述的尾砂包括：沙漠风积沙、砂岩砂粒、河流淤泥废沙、煤矸石粉煤灰、各种尾矿矿渣、陶瓷、碎玻璃、建筑垃圾等固体废弃物；所述的矿物料包括：方解石、长石、辉石、闪石、砂岩。
本发明还提供了一种微晶发泡墙体砌块的制造方法，包括如下步骤：
1)以重量百分比计，取所述尾砂微晶料50～95％，添加剂2～35％，发泡剂1～15％，混合制成尾砂微晶复合料，所述添加剂包括硼酸、磷酸钾、长石、白云石、釉料、陶瓷或碎玻璃中的一种或几种，所述发泡剂包括炭黑、碳化硅、石灰石、纯碱、二氧化锰、石膏中的一种或几种；
2)将所述尾砂微晶复合料放入磨机(包括球磨，立式磨，振动磨，气流磨等)加工至所需目数的细粉；
3)利用破碎机或磨机与振动筛将尾砂微晶料、尾砂、矿物料、高温颜料四类物质中每类物质中的一种或几种加工至所需目数的装饰面料，所述尾砂包括沙漠风积沙、砂岩砂粒、河流淤泥废沙、煤矸石粉煤灰、各种尾矿矿渣、陶瓷、碎玻璃、建筑垃圾等固体废弃物，所述矿物料包括方解石、长石、辉石、闪石、砂岩；
4)用布料机依次将尾砂微晶复合料细粉与装饰面料铺撒到组合模具；
5)将所述铺撒有尾砂微晶复合料细粉与装饰面料的组合模具送入晶化窑按下述步骤烧制：
①预热，升温至800～950℃，保温10～40分钟；
②一体化烧结，升温至1000～1350℃，保温30～120分钟；
③退火冷却，降温至280℃以下后出窑；
④自然降温至100℃以下后出模，得到微晶发泡墙体砌块板材；
6)将微晶发泡墙体砌块板材自然放置60小时以上消除应力后，经打磨或抛光、切割、干燥后得到微晶发泡墙体砌块。
进一步地，步骤2)所述的尾砂微晶复合料细粉的粒度为100～600目，步骤3)所述的装饰面料的粒度为200目～10mm。
进一步地，上述的步骤5)-②中的保温过程中对组合模具施加水平往复或三维循环振动，并且在上述的5)-③之前用辊体对砌块板材进行一定压力的往复施压。
本发明提供的利用尾砂生产的微晶发泡墙体砌块具有以下特点：
1、利用沙漠风积沙、砂岩砂粒、河流淤泥废沙、煤矸石粉煤灰、各种尾矿矿渣、陶瓷、碎玻璃、建筑垃圾等固体废弃物等尾砂作为生产的原材料，废品及生产中产生的固体废弃物仍可回收利用，制品经1000℃以上高温烧结而成，制品无放射性元素，成型过程无有害气体产生，因而，自身具备环保功能的同时还可帮助减轻现有的环境压力；
2、制品由发泡基体与装饰面层经熔融晶化过程一体化烧结而成，复合强度极高，不存在装饰面脱落等问题；
3、制品装饰面层可以是微晶素色面、大理石面、砂岩面、彩斑点磨石面，种类样式繁多且花色质地天然；
4、为多功能集成墙体材料，具备强度(1.5～20MPa)、耐火(A1级质量损失率≤5％)、保温隔热(导热系数0.07～0.2W/(m·K))、防潮防水、装饰、轻质(干密度0.2～0.7g/cm3)、耐候耐腐蚀(40％硫酸浸泡750h的质量损失率≤3％)、环保等建筑材料所需的集成功能。
5、直接作为墙体砌块，代替传统的砖混+防水+砂浆+网格+保温+抹面+装饰的复杂结构，砌筑施工简单；
6、作为墙体砌块，其厚度可根据墙体厚度与保温要求综合设计，弥补了无机保温材料保温性能差的缺陷。
具体实施方式
本发明实施例提供的利用尾砂生产的微晶发泡墙体砌块，包括由尾砂微晶复合料制成的发泡基体，及一体化复合烧结在所述发泡体基表面的装饰面层。
其中，尾砂微晶发泡基体密度为0.2～0.8g/cm3，厚度为30～300mm；装饰面层厚度为0.5～10mm。
其中，基体与装饰面层之间有一过渡层，过渡层的密度由下而上是递增结构。
其中，以重量百分比计，尾砂微晶复合料由50～95％的尾砂微晶料、2～35％的添加剂和1～15％的发泡剂构成。
添加剂为硼酸、磷酸钾、长石、白云石、釉料、陶瓷或碎玻璃中的一种或几种。
发泡剂为炭黑、碳化硅、石灰石、纯碱、二氧化锰、石膏中的一种或几种。
其中，装饰面层包括尾砂微晶料、尾砂、矿物料、高温颜料四类物质中每类物质中的一种或几种。其中，尾砂包括：沙漠风积沙、砂岩砂粒、河流淤泥废沙、煤矸石粉煤灰、各种尾矿矿渣、陶瓷、碎玻璃、建筑垃圾等固体废弃物；矿物料包括：方解石、长石、辉石、闪石、砂岩。
本发明实施例提供的一种利用尾砂生产微晶发泡墙体砌块的制造方法，包括如下步骤：
1)以重量百分比计，取所述尾砂微晶料50～95％，添加剂2～35％，发泡剂1～15％，混合制成尾砂微晶复合料，所述添加剂包括硼酸、磷酸钾、长石、白云石、釉料、陶瓷或碎玻璃中的一种或几种，所述发泡剂包括炭黑、碳化硅、石灰石、纯碱、二氧化锰、石膏中的一种或几种；
2)将所述尾砂微晶复合料放入磨机(包括球磨，立式磨，振动磨，气流磨等)加工至粒度为100～600目数的细粉；
3)利用破碎机或磨机与振动筛将尾砂微晶料、尾砂、矿物料、高温颜料四类物质中每类物质中的一种或几种加工至粒度为200目～10mm的装饰面料，其中，尾砂包括沙漠风积沙、砂岩砂粒、河流淤泥废沙、煤矸石粉煤灰、各种尾矿矿渣、陶瓷、碎玻璃、建筑垃圾等固体废弃物，所述矿物料包括方解石、长石、辉石、闪石、砂岩；
4)用布料机依次将尾砂微晶复合料细粉与装饰面料铺撒到组合模具；
5)将所述铺撒有尾砂微晶复合料细粉与装饰面料的组合模具送入晶化窑按下述步骤烧制：
①预热，升温至800～950℃，保温10～40分钟；
②一体化烧结，升温至1000～1350℃，保温30～120分钟；
③退火冷却，降温至280℃以下后出窑；
④自然降温至100℃以下后出模，得到微晶发泡墙体砌块板材；
6)将微晶发泡墙体砌块板材自然放置60小时以上消除应力后，经打磨或抛光、切割、干燥后得到微晶发泡墙体砌块。
在上述的步骤5)-②中的保温过程中对组合模具施加水平往复或三维循环振动，并且在上述的5)-③之前用辊体对砌块板材进行一定压力的往复施压。
在低密度发泡基体与高密度装饰面层之间设有一过渡层，并且过渡层的密度由下而上是递增结构，且过渡层的平均密度高于发泡基体的密度并低于装饰面层的密度，在实际工艺步骤中，在高温一体化烧结步骤的保温过程中，对组合模具使水平往复或三维循环往复振动，在交界面上部分装饰层粉料会进入发泡状的微晶复合料内而形成一个密度适中渐变的过渡层，也就是说过渡层的部分气泡会被填充，这样的过渡层会减小热膨胀系数的差异，且密度值是一个渐变值，这一点特别有利；当然除上述振动方式形成过渡层外，还可在铺撒微晶复合料后，用一具有波浪型的压板对上述的微晶复合料层进行一定压力的压制，则微晶复合料的表面形成变界面形成波浪状的起伏面，然后再铺撒装饰层粉料，则在两层粉料之间有一相互交错的粉料区，烧制后，在发泡基体与装饰面层之间的波浪型的交界面形成相互交错区构成的过渡层，过渡层即增加了两层之间的相互渗透而形成密度过渡区，且会增加砌块两层之间的结构强度。
在砌块的实际制备中，由于高温烧制，在降温过程中，因砌块表面与内部存在温度差，砌块内会存在热应力，而应力的存在和结晶体的有序或无序均会影响砌块的脆性，且会在实际的长期使用中对砌块的寿命有影响，前述的过渡层的存在减小了存在应力的跳跃，故对砌块的使用有利，退火过程或/和常温长时间静置会消除部分的热应力，但结晶体的有序性或方向性亦会影响砌块的脆性，因此在前述的退火步骤中可用辊体对砌块板材进行一定压力的往复施压，该压力对结晶体的形成和方向性起作用，使结晶结构均一，则相应减小热应力产生的砌块板材的脆性，对后继的打磨、抛光和切割工序亦十分有利，减小了裂纹出现导致的废品的生产概率。前述的发泡基体的密度为0.2～0.8g/cm3，厚度为30～300mm，装饰面层的厚度为0.5～10mm，对发泡基体和装饰面层的密度或/和厚度的不同的选择，使砌块可作为建筑的墙体的主体或建筑的保温层等，基于砌块可有不同的用途，所述的过渡层的厚度选择为0.3～5mm较为合适。
实施例1：
以重量百分比计，石英砂为主原料制成的微晶玻璃料70％、磷酸钾2％、碳化硅2％、碎玻璃20％、白云石5％、石灰石1％，按上述组分及用量进行配料，将得到的混合料放入球磨机中研磨，得到350目的尾砂微晶复合料细粉，用振动筛筛取1～3mm的白沙颗粒为装饰面料，用自动布料机在组合耐火模具内分别将尾砂微晶复合料细粉和白沙依次铺撒刮平，按厚度比例要求，作为发泡体材料的尾砂微晶复合料细粉铺撒为组合模具容量的30％，作为装饰面的白沙铺撒为组合模具容量的2％，将铺撒好物料的组合模具送入辊道窑烧制，首先升温至850℃，保温20分钟；一体化烧结段，升温至1150℃，保温60分钟；退火冷却至200℃出窑；最后降温至80℃以下后，从模具中取出，自然放置5天，将装饰面未与发泡体复合的多余白沙刮掉，然后按尺寸要求切割，得到以石英砂为主原料的砂岩面尾砂微晶发泡墙体砌块。
实施例2：
以重量百分比计，以风积沙为主原料制成的微晶玻璃料75％、硼酸5％、废旧陶瓷10％、玻璃粉2％、纯碱3％、炭黑5％，按上述组分及用量进行配料，将得到的混合料放入球磨机中研磨，得到400目的尾砂微晶复合料细粉，取风积沙为主原料制成的微晶玻璃料作为装饰面料，用自动布料机在组合耐火模具内分别将尾砂微晶复合料细粉和微晶玻璃料依次铺撒刮平，按厚度比例要求，作为发泡体材料的尾砂微晶复合料细粉铺撒为组合模具容量的30％，作为装饰面的白沙铺撒为组合模具容量的5％，将铺撒好物料的组合模具送入辊道窑烧制，首先升温至900℃，保温30分钟；一体化烧结段，升温至1200℃，保温80分钟；退火冷却至150℃出窑；最后降温至60℃以下后，从模具中取出，自然放置3天，将装饰面进行抛光处理，然后按尺寸要求切割，得到以风积沙为主原料的微晶面尾砂微晶发泡墙体砌块。
实施例3：
以重量百分比计，以铁尾矿为主原料制成的微晶玻璃料70％、硼酸1.5％、碎玻璃12％、釉料10％、碳化硅1.5％、石膏5％，按上述组分及用量进行配料，将得到的混合料放入球磨机中研磨，得到250目的尾砂微晶复合料细粉，用破碎机与振动筛分别制取80目的风积沙40％与60目的以铁尾矿为主原料制成的微晶玻璃料60％，混合后作为装饰面料，用自动布料机在组合耐火模具内分别将尾砂微晶复合料细粉和装饰面料依次铺撒刮平，按厚度比例要求，作为发泡体材料的尾砂微晶复合料细粉铺撒为组合模具容量的45％，作为装饰面的白沙铺撒为组合模具容量的1.5％，将铺撒好物料的组合模具送入辊道窑烧制，首先升温至900℃，保温30分钟；一体化烧结段，升温至1150℃，保温100分钟；退火冷却至100℃出窑；最后降温至60℃以下后，从模具中取出，自然放置3天，将装饰面进行打磨处理，然后按尺寸要求切割，得到以铁尾矿为主原料的大理石面尾砂微晶发泡墙体砌块。实施例4：
以重量百分比计，以粉煤灰为主原料制成的微晶玻璃料85％、白云石6％、钾长石4％、碳化硅2％、二氧化锰3％，按上述组分及用量进行配料，将得到的混合料放入球磨机中研磨，得到300目的尾砂微晶复合料细粉，取粉煤灰为主原料制成的微晶玻璃料作为装饰面料，用自动布料机在组合耐火模具内分别将尾砂微晶复合料细粉和微晶玻璃料依次铺撒刮平，按厚度比例要求，作为发泡体材料的尾砂微晶复合料细粉铺撒为组合模具容量的45％，作为装饰面的白沙铺撒为组合模具容量的5％，将铺撒好物料的组合模具送入辊道窑烧制，首先升温至900℃，保温30分钟；一体化烧结段，升温至1180℃，保温90分钟；退火冷却至200℃出窑；最后降温至60℃以下后，从模具中取出，自然放置3天，将装饰面进行抛光处理，然后按尺寸要求切割，得到以粉煤灰为主原料的微晶面尾砂微晶发泡墙体砌块。
本发明实施例提供的利用尾砂生产的微晶发泡墙体砌块的体积密度、抗压强度、硬度、导热系数及防火等级性能参数见表1。
表1
从表1中性能参数可以看出，本发明实施例提供的利用尾砂生产的微晶发泡墙体砌块具有较高的抗压强度与硬度，而体积密度却很低，可大大降低建筑物的自身重量，具有较强的防火能力，以及较好的抗热保温性能。另外，砌块的厚度可以根据表1各性能参数与建筑墙体保温要求综合而定，应用灵活。
Claims (8)
1.一种利用尾砂生产的微晶发泡墙体砌块，其特征在于包括由尾砂微晶复合料高温制成的尾砂微晶发泡基体上烧结有一层装饰面层；所述的尾砂微晶发泡基体密度为0.2～0.8g/cm3，厚度为30～300mm；装饰面层厚度为0.5～10mm；所述的基体与装饰面层之间有一过渡层，过渡层的密度由下而上是递增结构。
2.根据权利要求1所述的利用尾砂生产的微晶发泡墙体砌块，其特征在于以重量百分比计，所述的尾砂微晶复合料由50～95％尾砂微晶料、2～35％添加剂和1～15％发泡剂构成。
3.根据权利要求2所述的利用尾砂生产的微晶发泡墙体砌块，其特征在于所述的添加剂为硼酸、磷酸钾、长石、白云石、釉料、陶瓷或碎玻璃中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的利用尾砂生产的微晶发泡墙体砌块，其特征在于所述的发泡剂为炭黑、碳化硅、石灰石、纯碱、二氧化锰、石膏中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的利用尾砂生产的微晶发泡墙体砌块，其特征在于所述的装饰面由尾砂、矿物料、高温颜料三类物质中每类物质中的一种或几种制成；所述的尾砂包括：沙漠风积沙、砂岩砂粒、河流淤泥废沙、煤矸石粉煤灰、各种尾矿矿渣、陶瓷、碎玻璃、建筑垃圾固体废弃物；所述的矿物料包括：方解石、长石、辉石、闪石、砂岩。
6.一种根据权利要求1～4之一所述的微晶发泡墙体砌块的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
1)以重量百分比计，取所述尾砂微晶料50～95％，添加剂2～35％，发泡剂1～15％，混合制成尾砂微晶复合料，所述添加剂包括硼酸、磷酸钾、长石、白云石、釉料、陶瓷或碎玻璃中的一种或几种，所述发泡剂包括炭黑、碳化硅、石灰石、纯碱、二氧化锰、石膏中的一种或几种；
2)将所述尾砂微晶复合料放入磨机加工至所需目数的细粉；
3)利用破碎机或磨机与振动筛将尾砂、矿物料、高温颜料三类物质中每类物质中的一种或几种加工至所需目数的装饰面料，所述尾砂包括沙漠风积沙、砂岩砂粒、河流淤泥废沙、煤矸石粉煤灰、各种尾矿矿渣、陶瓷、碎玻璃、建筑垃圾固体废弃物，所述矿物料包括方解石、长石、辉石、闪石、砂岩；
4)用布料机依次将尾砂微晶复合料细粉与装饰面料铺撒到组合模具；
5)将所述铺撒有尾砂微晶复合料细粉与装饰面料的组合模具送入晶化窑按下述步骤烧制：
①预热，升温至800～950℃，保温10～40分钟；
②一体化烧结，升温至1000～1350℃，保温30～120分钟；
③退火冷却，降温至280℃以下后出窑；
④自然降温至100℃以下后出模，得到微晶发泡墙体砌块板材；
6)将微晶发泡墙体砌块板材自然放置60小时以上消除应力后，经打磨或抛光、切割、干燥后得到微晶发泡墙体砌块。
7.根据权利要求6所述的微晶发泡墙体砌块的制造方法，其特征在于步骤2)所述的尾砂微晶复合料细粉的粒度为100～600目，步骤3)所述的装饰面料的粒度为200目～10mm
8.根据权利要求7所述的微晶发泡墙体砌块的制造方法，其特征在于在上述的步骤5)-②中的保温过程中对组合模具施加水平往复或三维循环振动，并且在上述的5)-③之前用辊体对砌块板材进行一定压力的往复施压。
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