CN105110811B - 一种石材废料加气混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种石材废料加气混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石材废料加气混凝土，其主要成分包括预处理石粉料、炉渣灰、水泥、生石灰、脱硫石膏、铝粉膏和超分散剂，其中预处理石粉由石材加工废料和废弃加气混凝土砌块经破碎混合粉磨而成。本发明对石材加工废料和工业湿排炉渣灰进行加工再处理，有效解决了石材等废料的利用问题，节能环保；且涉及的制备工艺简单、成本低；所述超分散剂可有效改善混凝土浆料的分散性能，降低石粉颗粒间的粘滞阻力，保证浆料早期发气与稠化相协调，使所得加气混凝土表现出干燥收缩值低、保温性能好和抗压强度高等优点；同时天然石材废料、废弃加气混凝土和炉渣灰的再生利用减缓了土壤劣化、地下水污染和粉尘污染等环境问题，适合推广应用。

Description

一种石材废料加气混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种石材废料加气混凝土及其制备方法。
背景技术
传统加气混凝土砌块(AAC)的制备是通过硅质材料与钙质材料在高温高压的条件下相互反应形成C-S-H和托贝莫来石产生强度的。随着能源形势越来越严峻，工业固体废弃物不断增加，环境保护和生态可持续发展成为研究的重点。加气混凝土具有轻质、保温、隔音、抗震等显著优点，同时可加工性强，具有较大的市场发展前景。近年来，将各种工业矿渣固废回收处理来制备加气混凝土砌块取得了不错的经济、环境和社会效益。
然而，将石粉或尾矿渣粉运用到加气混凝土中存在以下问题：1)石粉或尾矿渣粉颗粒细度大，吸水性强，容易发生粉料颗粒团聚，混合料浆通常会因发气滞后于料浆稠化过程而出现发气不完全，从而导致容重超标、强度偏低等问题；2)采用炉渣灰等矿物分散剂部分取代石粉一定程度上可以延缓料浆的稠化速度，但取代量小，且容易造成坍模，成品率得不到控制；3)石粉或尾矿渣粉加气混凝土坯体切割时，浆料稠化后形成的较大粘滞阻力严重影响混凝土块的表面质量，出现较大毛糙感，不利于后期墙体表面的找平；4)若采用传统的高效减水剂可以延缓料浆的稠化速度，但容易出现稠化滞后于发气过程，导致实际生产中坍模率较高，内部气孔分布不均匀，结构薄弱，强度不达标。这些问题限制了石粉在加气混凝土实际生产中的推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种石材废料加气混凝土及其制备方法，所述石材废料加气混凝土浆料分散性好、早期粘度低(早期稠化速率低)、发气完全，具有干燥收缩值低、保温性能好和抗压强度高等优点；并可充分利用石材加工废料、废弃加气混凝土和炉渣灰等废料，且涉及的制备方法简单、成本低、节能环保，适合推广应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种石材废料加气混凝土，各组分含量为：预处理石粉250～300kg/m3、炉渣灰50～100kg/m3、水泥30～60kg/m3、生石灰80～120kg/m3、脱硫石膏10～25kg/m3、铝粉膏0.50～0.65kg/m3、超分散剂0.25～0.50kg/m3。
上述方案中，所述预处理石粉由石材加工废料粉末和废弃加气混凝土粉末以(9～20):1的质量比进行混合粉磨2～3h而成。其中，石材加工废料粉末由石材加工废料(花岗岩为主的石材在锯片、切削、磨片等加工工程中产生的边角料和粉料等，SiO2含量为70～95wt％)进行粉磨，筛分取0.60mm以下粉料而成(筛上部分也可进一步破碎达到0.60mm以下备用)，其比表面积为2000～3500cm2/g，200目筛余为20～40wt％；所述废弃加气混凝土粉末由废弃加气混凝土砌块进行简单破碎，取粒度小于0.60mm的粉末而成，其200目筛余≤30wt％，比表面积为3000～4500cm2/g。
上述方案中，所述超分散剂的制备方法包括以下步骤：1)将木质素与亚硫酸钠进行磺化反应生成木质素磺酸钠，再将木质素磺酸钠与甲基丙烯酸进行枝接共聚反应生成大单体A，其中甲基丙烯酸占木质素磺酸钠质量的8～15％，反应温度为80～85℃，PH为9.0～10，反应时间为3.0～3.5h；将马来酸酐与聚环氧乙烷以(1～2):1的摩尔比进行酯化反应生成大单体B，其中酯化反应温度为90～105℃，PH为10～10.5，反应时间为3.0～4.0h；2)将步骤1)中合成的大单体A、大单体B加热到70～95℃，然后依次滴加甲基丙烯磺酸钠、烯丙醇聚氧乙烯醚进行共聚反应3～6h，各组分所占质量百分比为：大单体A 70～80％，大单体B 10～25％，甲基丙烯磺酸钠1～5％，烯丙醇聚氧乙烯醚1～5％，总和为100％，反应结束后加入NaOH溶液调节PH至中性，得所述超分散剂。
上述方案中，所述炉渣灰为电厂湿排炉渣灰，200目筛余≤40wt％，使用前测定含水率扣除所含水量后称量拌合。
上述方案中，所述水泥为42.5R普通硅酸盐水泥，符合标准GB175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》。
上述方案中，所述生石灰中f-CaO含量≥65wt％，密度为3.1～3.3g/cm3，消解温度为55～58℃，消解时间为12～15min。
上述方案中，所述脱硫石膏中CaO+SO3含量≥90wt％，200目筛余≤10wt％。
上述方案中，所述铝粉膏中有效铝含量≥90wt％，发气时间≤55min。
上述一种石材废料加气混凝土的制备方法，它包括以下步骤：
1)按以下质量配比称取各原料：预处理石粉250～300kg/m3、炉渣灰50～100kg/m3、水泥30～60kg/m3、生石灰80～120kg/m3、脱硫石膏10～25kg/m3、铝粉膏0.50～0.65kg/m3、超分散剂0.25～0.50kg/m3；将预处理石粉与粉煤灰、水泥、生石灰、脱硫石膏进行混合搅拌2～3min，然后按0.55～0.65的水料比加入水拌合1～2min，控制料浆的温度为40～45℃，料浆扩展度为280～320mm，得混合浆料；2)将称取的超分散剂加入所得混合料浆中搅拌控制混合浆料的流动度为380～420mm；3)加入铝粉膏快速搅拌45～60s，在55～65℃下湿热养护2.5～3.0h静停发气，避免温度过高引起混凝土开裂；最后切割脱模，进行蒸压养护(在1.0～1.2Mpa和175～185℃的条件下)6～9h，得所述石材废料加气混凝土。
本发明的原理为：
1)经过高温高压蒸压工艺处理的废弃加气混凝土砌块不含粗骨料，水化反应充分，水化结晶物程度高。将废弃加气混凝土砌块进行粉磨后，C-S-H和三硫型水化硫铝酸钙晶体晶型结构发生改变，反应势垒降低，起到反应晶核的作用。同时经粉磨的废弃加气混凝土促进了Ca2+等离子的析出和固化，Na+等水溶性离子进一步提高了石粉和炉渣灰中二氧化硅的溶解度，降低了体系中Ca2+、Al3+的浓度，有利于硅钙水化产物向托贝莫来石的转变，提高了水泥石致密性和混凝土强度。水化结晶产物C-S-H、少量C-H、石粉中含有的Al2O3和生石灰、水泥提供的氢氧化钙会与脱硫石膏形成CaO和CaO+SO3+Al2O3类膨胀剂体系，减少了加气混凝土砌块的干燥收缩，增加了二次水化强度。
2)超分散剂通过对木质素进行磺化和共聚改性，引入磺酸基、羧酸根、羟基、醚基、酯基等基团，对相互粘结的石粉和水泥颗粒起到分散作用，降低所得浆料的粘度。石粉的比表面积高，吸水性强，浆料稠化迅速。将脱硫石膏、炉渣灰作为矿物降粘剂并与超分散剂复合使用，可以增加浆料流动性，适当延缓混合浆料的早期稠化速度，降低浆料的粘度，保证发气协调。超分散剂中的磺酸基、醚基、酯基可有效降低浆料水溶液的表面张力，降低因水分蒸发流失而引起的干燥收缩。同时超分散剂聚合物中的羧酸根、羰基、羟基、酚羟基等可减少用水量，增加气孔的介稳性，进而取代传统的稳泡剂和脱脂剂。
3)本发明利用石材加工废料和湿排炉渣灰作为廉价硅质材料来制备加气混凝土砌块，有效节约了原材料成本。石材加工废料中二氧化硅和氧化铝含量大，细度高，与废弃加气混凝土砌块进行混合辊磨提高了所得石粉料的颗粒均匀性，解决了石材废料回收处理的问题，减少了石材加工厂对土壤、大气等环境的污染。
本发明的有益效果为：
1)利用石材加工废料和发电厂湿排炉渣灰的加工再处理，有效解决了石材等废料的利用问题，节约了自然资源，保护了生态环境。
2)充分利用废弃加气混凝土砌块的潜在水化活性，有效减少了废弃加气混凝土砌块的浪费，降低了生产成本，实现了废弃加气混凝土的有效再利用。
3)在石粉蒸压加气混凝土中引入超分散剂，取代传统的稳泡剂、脱脂剂和高效减水剂。该超分散剂具有分散、稳泡、减水等复合功能，可有效解决石粉料浆在早期稠化速率与发气过程不协调的问题，降低了料浆的早期粘度，表面质量和强度得到较大改善。
4)设计制备出了B05级加气混凝土砌块，其密度为500～525kg/m3，强度可达2.5～3.5Mpa，干燥收缩小，导热系数低。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中，如无具体说明，采用的试剂均为市售化学试剂。
所述炉渣灰为发电厂湿排炉渣灰，200目筛余为29.2wt％，SiO2含量为85.7wt％；水泥为42.5R普通硅酸盐水泥，符合标准GB175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》；生石灰中f-CaO含量为68.2wt％，密度为3.25g/cm3，消解温度为56℃，消解时间为14min；脱硫石膏中CaO+SO3含量为91wt％，200目筛余8.9wt％；铝粉膏中有效铝含量为90wt％，发气时间为51～53min。
所述预处理石粉料由石材加工废料粉末和废弃加气混凝土粉末以15:1的质量比混合粉磨3h而成。其中，石材加工废料粉末由石材加工厂的石材加工废料进行粉磨，筛分取0.60mm以下粉料而成，其比表面积为3000cm2/g，200目筛余32.4wt％，SiO2含量73.7wt％，Al2O3含量13.5wt％；废弃加气混凝土粉末由废弃加气混凝土砌块进行简单破碎，取粒度小于0.60mm的粉末而成，其200目筛余≤22％，比表面积为4100cm2/g左右。
所述超分散剂的制备方法包括以下步骤：1)将木质素与亚硫酸钠进行磺化反应生成木质素磺酸钠，将所得木质素磺酸钠与甲基丙烯酸在温度为80℃和PH≈10的条件下进行枝接共聚反应3h生成大单体A；将马来酸酐与聚环氧乙烷以1.5:1的摩尔比在温度为100℃和PH≈10的条件下进行酯化反应3h生成大单体B；2)将步骤1)中合成的大单体A、大单体B加热到90℃，然后滴加甲基丙烯磺酸钠、烯丙醇聚氧乙烯醚进行共聚反应4h，各单体所占质量百分比为：大单体A 75％，大单体B 18％，甲基丙烯磺酸钠3％，烯丙醇聚氧乙烯醚4％，总和为100％，反应结束后加入NaOH溶液调节PH至中性，得所述超分散剂。
以下实施例中，按照GB/T11969-1997《加气混凝土性能试验方法总则》、GB/T11970-1997《加气混凝土体积密度、含水率和吸水率试验方法》、GB/T11971-1997《加气混凝力学性能试验方法》、GB/T11972-1997《加气混凝土干燥收缩试验方法》进行所得加气混凝土的性能测试。
实施例1
一种石材废料加气混凝土，其制备方法包括以下步骤：
1)原料的称取：按以下重量百分比称量各原料：预处理石粉270kg/m3、炉渣灰90kg/m3、水泥40kg/m3、生石灰90kg/m3、脱硫石膏10kg/m3、铝粉膏0.65kg/m3、超分散剂0.50kg/m3；
2)加气混凝土的制备与养护：将上述预处理石粉与炉渣灰、水泥、生石灰、脱硫石膏按配比混合，在混合磨中粉磨混合3min，然后按水料比0.58称取水量进行拌合1min，控制料浆的温度在43℃，料浆扩展度在290mm，得混合浆料；将称取的超分散剂加入所得混合浆料中搅拌1min，控制混合浆料的流动度为380mm，加入铝粉膏快速搅拌60s，然后在60℃下湿热养护2.5h静停发气，避免温度过高引起混凝土开裂；切割脱模，进入蒸压养护室(1.0Mpa、180℃)蒸压养护7h，得所述的石材废料加气混凝土。
将本实施例制备的石材废料加气混凝土进行干密度、抗压强度、干燥收缩和导热性能测试，结果如下：干密度为512kg/m3，抗压强度为3.3Mpa，干燥收缩值为0.27，导热系数为0.09W/(m·K)，满足国家标准GB/T 11968-2006的要求。
实施例2
一种石材废料加气混凝土，其制备方法包括以下步骤：
1)原料的称取：按以下重量百分比称量各原料：预处理石粉290kg/m3、炉渣灰65kg/m3、水泥30kg/m3、生石灰100kg/m3、脱硫石膏15kg/m3、铝粉膏0.55kg/m3、超分散剂0.50kg/m3；
2)加气混凝土的制备与养护：将上述预处理石粉与炉渣灰、水泥、生石灰、脱硫石膏按配比混合，在混合磨中粉磨混合3min，然后按水料比0.56称取水量进行拌合1.5min，控制料浆的温度在43℃，料浆扩展度在300mm，得混合浆料；将称取的超分散剂加入所得混合浆料中搅拌1min，控制混合浆料的流动度为400mm；加入铝粉膏快速搅拌45s，然后在55℃下湿热养护2.5h静停发气，避免温度过高引起混凝土开裂；切割脱模，进入蒸压养护室(1.0Mpa、180℃)蒸压养护9h得所述的石材废料加气混凝土。
将本实施例制备的石材废料加气混凝土砌块进行干密度、抗压强度、干燥收缩和导热性能测试，结果如下：干密度为520kg/m3，抗压强度为3.1Mpa，干燥收缩值为0.29，导热系数为0.06W/(m·K)，满足国家标准GB/T 11968-2006的要求。
实施例3
一种石材废料加气混凝土，其制备方法包括以下步骤：
1)原料的称取：按以下重量百分比称量各原料：预处理石粉250kg/m3、炉渣灰95kg/m3、水泥50kg/m3、生石灰80kg/m3、脱硫石膏25kg/m3、铝粉膏0.60kg/m3、超分散剂0.35kg/m3；
2)加气混凝土的制备与养护：将上述预处理石粉与炉渣灰、水泥、生石灰、脱硫石膏按配比准确称量混合，在混合磨中粉磨混合2.5min，然后按水料比0.60称取水量进行拌合2min，控制料浆的温度在45℃，料浆扩展度在310mm，得混合浆料；将称取的超分散剂加入所得混合浆料中搅拌1min，控制混合浆料的流动度为410mm；加入铝粉膏快速搅拌50s，然后在57℃下湿热养护2.5h静停发气，避免温度过高引起混凝土开裂；切割脱模，进入蒸压养护室(1.0Mpa、180℃)蒸压养护8h，得所述的石材废料加气混凝土。
将本实施例制备的石材废料加气混凝土进行干密度、抗压强度、干燥收缩和导热性能测试，结果如下：干密度为505kg/m3，抗压强度为2.9Mpa，干燥收缩值为0.24，导热系数为0.09W/(m·K)，满足国家标准GB/T 11968-2006的要求。
对比例
对比例1～3
对比例1～3中所述混凝土的制备方法分别与实施例1～3所述方法基本相同，不同之处在于分别去除超分散剂或者采用高效减水剂替代超分散剂，其配比分别见表1，所得混凝土的性能测试结果分别见表2。
表1 对比例1～3所述混凝土配合比(kg/m3)
其中，对比例1～3中不掺超分散剂或者采用聚羧酸减水剂替代，但保证配制的料浆流动度分别与实施例1～3保持基本一致。所述聚羧酸减水剂为武汉苏博HPWR(PC100-R)型减水剂。
表2 对比例1～3所述混凝土的性能测试结果
由表1、表2可以看出：超分散剂可以明显改善石材废料加气混凝土浆料的早期稠化速率，保证浆料发气与稠化过程相协调，使混凝土粘度降低，其稳泡减缩效果明显，力学性能得到优化且表面质量显著提高。
综上所述，本发明将超分散剂应用到石材废料加气混凝土中，解决了石粉料浆早期粘度大、分散性能差等问题，降低了料浆粘度，保证了早期料浆稠化与发气过程相互协调，同时具有减水、稳泡等附加功能，使得制备的混凝土密度低，强度高，干燥收缩值小，保温隔热性能优异等优点；同时石材加工废料、废弃加气混凝土和炉渣灰的再生利用缓解了环境压力并实现了资源的回收利用，具有重要的环境效益和经济效益，适合推广应用。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种石材废料加气混凝土，其特征在于，各组分及含量为：预处理石粉250～300kg/m3、炉渣灰50～100kg/m3、水泥30～60kg/m3、生石灰80～120kg/m3、脱硫石膏10～25kg/m3、铝粉膏0.50～0.65kg/m3、超分散剂0.25～0.50kg/m3；
所述超分散剂的制备方法包括以下步骤：1)将木质素与亚硫酸钠进行磺化反应生成木质素磺酸钠，将所得木质素磺酸钠与甲基丙烯酸进行枝接共聚反应生成大单体A，其中甲基丙烯酸占木质素磺酸钠质量的8～15％，反应温度为80～85℃，PH为9.0～10，反应时间为3.0～3.5h；将马来酸酐与聚环氧乙烷以(1～2):1的摩尔比进行酯化反应生成大单体B，其中酯化反应温度为90～105℃，PH为10～10.5，反应时间为3.0～4.0h；2)将步骤1)合成的大单体A、大单体B加热到70～95℃，然后依次滴加甲基丙烯磺酸钠、烯丙醇聚氧乙烯醚进行共聚反应3～6h，各组分所占质量百分比为：大单体A 70～80％，大单体B 10～25％，甲基丙烯磺酸钠1～5％，烯丙醇聚氧乙烯醚1～5％，总和为100％，反应结束后加入NaOH溶液调节PH至中性，得所述超分散剂。
2.根据权利要求1所述的石材废料加气混凝土，其特征在于，所述预处理石粉由石材加工废料粉末和废弃加气混凝土粉末以(9～20):1的质量比进行混合粉磨2～3h而成；其中，石材加工废料粉末由石材加工废料进行粉磨，筛分取0.60mm以下粉料而成，其比表面积为2000～3500cm2/g，200目筛余为20～40wt％；废弃加气混凝土粉末由废弃加气混凝土砌块进行破碎，取粒度小于0.60mm的粉末而成，其200目筛余≤30wt％，比表面积为3000～4500cm2/g。
3.根据权利要求1所述的石材废料加气混凝土，其特征在于，所述炉渣灰为电厂湿排灰，200目筛余≤40wt％；所述水泥为42.5R普通硅酸盐水泥；生石灰中f-CaO含量≥65wt％，密度为3.1～3.3g/cm3，消解温度为55～58℃，消解时间为12～15min；脱硫石膏中CaO+SO3含量≥90wt％，200目筛余≤10wt％；铝粉膏中有效铝含量≥90wt％，发气时间≤55min。
4.根据权利要求1～3任一项所述石材废料加气混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按以下质量配比称取各原料：预处理石粉250～300kg/m3、炉渣灰50～100kg/m3、水泥30～60kg/m3、生石灰80～120kg/m3、脱硫石膏10～25kg/m3、铝粉膏0.50～0.65kg/m3、超分散剂0.25～0.50kg/m3；将预处理石粉与炉渣灰、水泥、生石灰、脱硫石膏进行混合搅拌2～3min，然后按0.55～0.65的水料比加入水拌合1～2min，控制料浆的温度为40～45℃，料浆扩展度为280～320mm，得混合浆料；2)将称取的超分散剂加入所得混合浆料中搅拌控制混合浆料的流动度为380～420mm；3)加入铝粉膏快速搅拌45～60s，在55～65℃下湿热养护2.5～3.0h静停发气；最后切割脱模，在1.0～1.2Mpa和175～185℃的条件下蒸压养护6～9h，得所述石材废料加气混凝土。
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