CN105859233B - 一种原状脱硫石膏泡沫混凝土及其制备方法 - Google Patents

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    • B28B1/50—Producing shaped prefabricated articles from the material specially adapted for producing articles of expanded material, e.g. cellular concrete

Abstract

本发明提供了一种原状脱硫石膏泡沫混凝土及其制备方法，该泡沫混凝土的原料由以下重量份的组分组成：湿法脱硫石膏30～50份，干法脱硫石膏13～32份，矿渣微粉19～28份，水泥6～11份，灰钙粉6～9份，减水剂0.63～0.70份，碱性激发剂1.0～1.9份，发泡剂2.3～2.7份，稳泡剂2.8～3.4份，催化剂0.03～0.05份，聚丙烯纤维0.13～0.17份，水35～42份。本发明所制备的泡沫混凝土具有环保节能、强度高、导热系数低、线性收缩率低等特点。本发明成功的将原状脱硫石膏用于制备泡沫混凝土，有效的节约了自然资源，为固体废弃物的综合利用开辟了一条新途径，大大扩大了工业废石膏的应用范围。

Description

一种原状脱硫石膏泡沫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，尤其涉及一种原状脱硫石膏泡沫混凝土及其制备方法。
背景技术
我国是世界上最大的煤炭生产和消费大国，燃煤排放的SO2已成为我国重点控制的主要大气污染物。SO2的大量排放，造成我国大气污染及酸雨问题日益严重，酸雨和SO2污染的危害是多方面的，它严重威胁河湖水系和饮用水源、致使土壤酸化、破坏生态环境、腐蚀损坏建筑物、污染空气、危害人体健康。加强环境保护，积极推进节能减排战略，广泛实施燃煤脱硫新技术，有效减少SO2的排放已成为近期我国环保工作的重大任务。为降低SO2污染气体的排放量，我国政府相继制定了严格的SO2污染物排放法规、标准，许多燃煤电厂都安装了脱硫装置。但随之而来的各种脱硫副产品却日益增多，如果这些脱硫产物不加以有效的资源化利用，必然形成新的污染源，直接影响脱硫环保工作的发展与普及；同时如果这类副产物利用不合理，又可能造成二次污染。因此如何有效开发对烟气脱硫石膏的资源化应用技术具有重要的理论和社会现实意义。能源是人类赖以生存和发展的基础，建筑能耗在社会总能耗中所占比例越来越大。建筑节能是在满足居住舒适性的基础上，将采暖空调设备和隔热保温材料用于住房建筑中，以达到节能、提高能源利用效率的目的。经过十几年的发展，我国建筑保温隔热材料已取得了显著成效，其中泡沫混凝土在建筑节能材料中扮演着重要角色。如果能将烟气脱硫石膏用于制备泡沫混凝土，将具有重要的理论和社会现实意义。
本申请人已授权专利CN201310660955“一种石膏基高强胶凝材料的制备方法”也提供了一条利用原状脱硫石膏制备了胶凝材料的方法，但该方法仅仅是提供了一条如利用原状脱硫石膏制备出具有良好水硬性的胶凝材料的方法。已公开专利CN 102690094A“一种节能利废砌块或板材及其制备方法”也提到利用脱硫石膏制备泡沫混凝土，但该专利的发泡工艺为物理发泡，同时该专利的原材料只利用到了湿法脱硫石膏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原状脱硫石膏泡沫混凝土及其制备方法，以解决现有技术中存在的原状脱硫石膏无法用于制备泡沫混凝土造成的资源浪费的问题。本发明所制备的材料具有环保节能、强度高、导热系数低、线性收缩率低等特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种原状脱硫石膏泡沫混凝土，该泡沫混凝土的原料由以下重量份的组分组成：湿法脱硫石膏30～50份，干法脱硫石膏13～32份，矿渣微粉19～28份，水泥6～11份，灰钙粉6～9份，减水剂0.63～0.70份，碱性激发剂1.0～1.9份，发泡剂2.3～2.7份，稳泡剂2.8～3.4份，催化剂0.03～0.05份，聚丙烯纤维0.13～0.17份，水35～42份。
优选的，所述的湿法脱硫石膏的附着水含量为7％～15％。
优选的，所述的干法脱硫石膏的密度为2.35～2.65g/cm3。
优选的，所述的矿渣微粉的比表面积为350～450m2/kg。
优选的，所述的水泥为市售52.5水泥；所述的灰钙粉为市售灰钙粉，细度为300～450目。
优选的，所述的减水剂为萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺甲醛树脂或聚羧酸减水剂中的一种。
优选的，所述的碱性激发剂为水玻璃，模数为1.4～2.0。
优选的，所述的稳泡剂为硬脂酸钙或硬脂酸钠中的一种。
优选的，所述的发泡剂为双氧水H2O2，其有效成分的质量含量为30％。
优选的，所述的催化剂为MnO2，其有效成分的质量含量≥85％。
优选的，所述的聚丙烯纤维的长度为6mm～12mm，直径为15～39μm，弹性模量为2800～3650MPa。
一种原状脱硫石膏泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，除发泡剂和催化剂以外的所有原材料按预定比例混匀后；
步骤2，加入按预定配比称量好的发泡剂，以搅拌10～15s；
步骤3，然后快速掺入按预定配比称量好的催化剂，以搅拌10～15s；
步骤4，将浆体注入模具，自然养护两天后，将试样放入60℃的蒸汽养护箱中蒸养21h后脱模，然后标准条件下养护至龄期。
有益效果：
本发明以原状脱硫石膏为主要原材料，以H2O2为化学发泡剂，同时在催化剂MnO2的作用下，利用反应后产生的O2达到自主发泡的目的，而且胶凝组分中的CaO与水反应生成的氢氧化钙在泡沫混凝土的早期硬化过程中起到了很好的促凝作用，保证了泡沫混凝土有一定的早期强度，防止塌模，无需另加促凝剂。同时掺入一定量的聚丙烯纤维和稳泡剂硬脂酸钙分别起到增强增韧和稳定气泡的作用。本发明经过大量的实验研究，制备出了性能优良的原状脱硫石膏泡沫混凝土，为固体废弃物脱硫石膏的综合利用开辟了一条新途径。
本发明成功的将原状脱硫石膏用于制备泡沫混凝土，有效的节约了自然资源，为固体废弃物的综合利用开辟了一条新途径，大大扩大了工业废石膏的应用范围，使脱硫石膏固体废弃物有效的得到了资源化利用，具有良好的经济、社会和环保效益。
与本申请人已授权专利CN201310660955“一种石膏基高强胶凝材料的制备方法”相比，本发明则是提供了一种利用原状脱硫石膏制备性能优异的泡沫混凝土的方法，本发明绝不是在前一专利的基础通过简单的理论和实验推演就能得到的，制备泡沫混凝土的核心技术首先是要能够成功的控制发泡过程，发泡过程的控制与很多因素有关，包括发泡剂的选择，发泡工艺的设计，胶凝体系配合比的设计等等，要想成功的制备出性能优良的泡沫混凝土，需要进行大量的理论和实验研究。
与专利CN 102690094A“一种节能利废砌块或板材及其制备方法”相比看，本发明存在重大差别，首先本专利采用的化学发泡，与物理发泡是两种截然不同的发泡工艺，发泡过程的控制更具有挑战性；同时通过对发泡工艺的合理控制，本发明的制备方法无需使用促凝剂；更重要的是本发明成功的将干法脱硫石膏与湿法脱硫石膏共同使用，湿法脱硫石膏的主要成分和天然石膏差不多，都是CaSO4·2H2O，但由于脱硫工艺的不同，导致干法脱硫石膏的颗粒更细、成分更加复杂，其主要矿物组成有CaSO3、CaSO4、CaSO4·1/2H2O、CaO、Ca(OH)2和CaCO3，以及来源于粉煤灰的矿物成分如莫来石、石英等。干法脱硫石膏复杂的矿物组成能够对泡沫混凝土的发泡过程和产品性能造成极大的影响，给制备方法的确定造成了极大的困难。本发明人经过大量深入细致的实验研究，最终确定了一种利用原状脱硫石膏制备性能优良的泡沫混凝土的方法。
附图说明
图1为原状脱硫石膏泡沫混凝土的制备工艺图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明的实施例通过以下方法进行测定：
干密度、力学性能、线性收缩率、吸水率测定：将养护至龄期的试样在60℃烘干至恒重，按JC/T 266-2011《泡沫混凝土》中第7.3中的相关规定进行测定。
导热系数测试：采用DRE-2C导热系数测试仪进行，该导热系数测试仪是采用瞬态平面热源法(Transient Plane Source Method，TPS)，基于TPS瞬态平面热源技术，用HotDisk作为探头的导热系数测定仪。
实施例1
一种原状脱硫石膏泡沫混凝土，其中原状脱硫石膏包括湿法脱硫石膏和干法脱硫石膏，该泡沫混凝土的原料由以下重量份数的组分组成：附着水含量为7％的湿法脱硫石膏30份，密度为2.35g/cm3的干法脱硫石膏27份，比表面积350m2/kg的矿渣微粉28份，水泥6份，细度为300目的灰钙粉9份，减水剂0.63份，模数为1.4的碱性激发剂1.9份，发泡剂2.3份，稳泡剂2.8份，催化剂0.03份，长度为6mm的聚丙烯纤维0.17份，水42份。
其中，水泥采用市售52.5水泥；灰钙粉采用市购灰钙粉；发泡剂为双氧水H2O2，其有效成分质量含量30％；催化剂为MnO2，其有效成分质量含量≥85％；减水剂为萘磺酸盐甲醛缩合物；稳泡剂采用硬脂酸钙；聚丙烯纤维的直径在15～39μm范围内，弹性模量范围为2800～3650MPa。
实施例2
一种原状脱硫石膏泡沫混凝土，其中原状脱硫石膏包括湿法脱硫石膏和干法脱硫石膏，该泡沫混凝土的原料由以下重量份数的组分组成：附着水含量为15％的湿法脱硫石膏50份，密度为2.65g/cm3的干法脱硫石膏13份，比表面积450m2/kg的矿渣微粉19份，水泥11份，细度为450目的灰钙粉7份，减水剂0.70份，模数为2.0的碱性激发剂1.0份，发泡剂2.7份，稳泡剂3.4份，催化剂0.05份，长度为12mm的聚丙烯纤维0.13份，水35份。
其中，水泥采用市售52.5水泥；灰钙粉采用市购灰钙粉；发泡剂为双氧水H2O2，其有效成分质量含量30％；催化剂为MnO2，其有效成分质量含量≥85％；减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂；稳泡剂采用硬脂酸钠；聚丙烯纤维的直径在15～39μm范围内，弹性模量范围为2800～3650MPa。
实施例3
一种原状脱硫石膏泡沫混凝土，其中原状脱硫石膏包括湿法脱硫石膏和干法脱硫石膏，该泡沫混凝土的原料由以下重量份数的组分组成：附着水含量为10％的湿法脱硫石膏32份，密度为2.50g/cm3的干法脱硫石膏32份，比表面积400m2/kg的矿渣微粉22份，水泥8份，细度为400目的灰钙粉6份，减水剂0.66份，模数为1.6的碱性激发剂1.3份，发泡剂2.5份，稳泡剂3.2份，催化剂0.04份，长度为9mm的聚丙烯纤维0.15份，水38份。
其中，水泥采用市售52.5水泥；灰钙粉采用市购灰钙粉；发泡剂为双氧水H2O2，其有效成分质量含量30％；催化剂为MnO2，其有效成分质量含量≥85％；减水剂为聚羧酸减水剂；稳泡剂采用硬脂酸钠；聚丙烯纤维的直径在15～39μm范围内，弹性模量范围为2800～3650MPa。
实施例4
一种原状脱硫石膏泡沫混凝土，其中原状脱硫石膏包括湿法脱硫石膏和干法脱硫石膏，该泡沫混凝土的原料由以下重量份数的组分组成：附着水含量为8％的湿法脱硫石膏44份，密度为2.40g/cm3的干法脱硫石膏19份，比表面积380m2/kg的矿渣微粉23份，水泥8份，细度为350目的灰钙粉6份，减水剂0.64份，模数为1.8的碱性激发剂1.7份，发泡剂2.4份，稳泡剂2.9份，催化剂0.04份，长度为7mm的聚丙烯纤维0.16份，水40份。
其中，水泥采用市售52.5水泥；灰钙粉采用市购灰钙粉；发泡剂为双氧水H2O2，其有效成分质量含量30％；催化剂为MnO2，其有效成分质量含量≥85％；减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂；稳泡剂采用硬脂酸钙；聚丙烯纤维的直径在15～39μm范围内，弹性模量范围为2800～3650MPa。
实施例5
一种原状脱硫石膏泡沫混凝土，其中原状脱硫石膏包括湿法脱硫石膏和干法脱硫石膏，该泡沫混凝土的原料由以下重量份数的组分组成：附着水含量为13％的湿法脱硫石膏38份，密度为2.55g/cm3的干法脱硫石膏21份，比表面积430m2/kg的矿渣微粉26份，水泥7份，细度为430目的灰钙粉8份，减水剂0.68份，模数为1.7的碱性激发剂1.5份，发泡剂2.6份，稳泡剂3.0份，催化剂0.04份，长度为11mm的聚丙烯纤维0.14份，水36份。
其中，水泥采用市售52.5水泥；灰钙粉采用市购灰钙粉；发泡剂为双氧水H2O2，其有效成分质量含量30％；催化剂为MnO2，其有效成分质量含量≥85％；减水剂为萘磺酸盐甲醛缩合物；稳泡剂采用硬脂酸钠；聚丙烯纤维的直径在15～39μm范围内，弹性模量范围为2800～3650MPa。
实施例1-实施例5所述的纳米改性水泥的制备方法，包括以下步骤：
除发泡剂H2O2和催化剂MnO2以外的所有原材料按预定比例混匀后，加入按预定配比称量好的发泡剂，搅拌10～15s后，然后快速掺入催化剂MnO2，搅拌10～15s后，将浆体注入待测性能所要求的试样模具，自然养护两天后，将试样放入60℃的蒸汽养护箱中蒸养21h后脱模，然后标准条件下养护至龄期待测。其具体制备工艺如图1所示。
相关参数测试结果如表1所示。
表1
表1所测原状脱硫石膏泡沫混凝土的各项性能符合标准JC/T 266-2011《泡沫混凝土》相关性能的要求，本发明开拓了一条利用废弃物原状脱硫石膏制备具有环保节能、强度高、导热系数低、线性收缩率低等特点的新型泡沫混凝土的新途径。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种原状脱硫石膏泡沫混凝土，其特征在于：该泡沫混凝土的原料由以下重量份的组分组成：湿法脱硫石膏30～50份，干法脱硫石膏13～32份，矿渣微粉19～28份，水泥6～11份，灰钙粉6～9份，减水剂0.63～0.70份，碱性激发剂1.0～1.9份，发泡剂2.3～2.7份，稳泡剂2.8～3.4份，催化剂0.03～0.05份，聚丙烯纤维0.13～0.17份，水35～42份。
2.如权利要求1所述的原状脱硫石膏泡沫混凝土，其特征在于：所述的湿法脱硫石膏的附着水含量为7％～15％；所述的干法脱硫石膏的密度为2.35～2.65g/cm3。
3.如权利要求1所述的原状脱硫石膏泡沫混凝土，其特征在于：所述的矿渣微粉的比表面积为350～450m2/kg。
4.如权利要求1所述的原状脱硫石膏泡沫混凝土，其特征在于：所述的水泥为市售52.5水泥；所述的灰钙粉为市售灰钙粉，细度为300～450目。
5.如权利要求1所述的原状脱硫石膏泡沫混凝土，其特征在于：所述的减水剂为萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺甲醛树脂或聚羧酸减水剂中的一种。
6.如权利要求1所述的原状脱硫石膏泡沫混凝土，其特征在于：所述的碱性激发剂为水玻璃，模数为1.4～2.0。
7.如权利要求1所述的原状脱硫石膏泡沫混凝土，其特征在于：所述的稳泡剂为硬脂酸钙或硬脂酸钠中的一种。
8.如权利要求1所述的原状脱硫石膏泡沫混凝土，其特征在于：所述的发泡剂为双氧水H2O2，其有效成分的质量含量为30％；所述的催化剂为MnO2，其有效成分的质量含量≥85％。
9.如权利要求1所述的原状脱硫石膏泡沫混凝土，其特征在于：所述的聚丙烯纤维的长度为6mm～12mm，直径为15～39μm，弹性模量为2800～3650MPa。
10.一种权利要求1-9任一所述的原状脱硫石膏泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，除发泡剂和催化剂以外的所有原材料按预定比例混匀后；
步骤2，加入按预定配比称量好的发泡剂，搅拌10～15s；
步骤3，然后快速掺入按预定配比称量好的催化剂，搅拌10～15s；
步骤4，将浆体注入模具，自然养护两天后，将试样放入60℃的蒸汽养护箱中蒸养21h后脱模，然后标准条件下养护至龄期。
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