CN106810169A - 一种含铝托勃莫来石渣土蒸压加气混凝土砌块及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以渣土为原料制造具有含铝托勃莫来石相的蒸压加气混凝土砌块的方法及生产工艺。原料重量配比为：渣土20‑40％、水泥10‑15％、生石灰15‑25％、砂15‑40％、脱硫石膏3‑5％、发泡剂0.05‑0.08％、稳泡剂0.01‑0.03％、外加剂0.02‑0.10％，各组份重量配比之和为100％，水料比为足以使料浆流动度达到210‑240mm。该产品性能优良，制备反应生成了铝托勃莫来石，保证了砌块良好的强度和耐久性，符合《蒸压加气混凝土砌块》(GB11968‑2006)B06合格品技术要求。本发明为解决城市建筑渣土余泥大量堆积、难以消化利用的难题提供了一种可行办法，且工艺简单、成本较低、易于推广。

Description

一种含铝托勃莫来石渣土蒸压加气混凝土砌块及生产方法

技术领域

本发明涉及一种以渣土为原料的含铝托勃莫来石蒸压加气混凝土砌块及生产方法，属于建筑用新型墙体材料及生产方法技术领域。本发明中的一种主要原材料为城市中大量堆堆积、且难以处理和利用的建筑渣土余泥，涉及固体废弃物处置领域。

背景技术

建筑垃圾是城市的副产物，城市发展和居民生活产生了大量建筑垃圾，渣土余泥是其中重要一种。在2000年以前，许多城市待建地和低洼地带分布广泛，建设项目的土地平整工程以“缺方”为主，渣土余泥的生产规模相对有限，通过填筑地基、就地掩埋等方式可由社会自发基本完成。随着我国城市现代化建设步伐加大，尤其是地铁项目的开工建设，城市低洼地带基本填平，建设项目的土地平整工程以“弃方”为主，国家也开始严格限制填海填湖行为，由社会自发实现的渣土余泥排放平衡被打破。在一些大中城市，由政府和民间建设的渣土余泥受纳场或“收土点”应运而生，然而并未从根本上解决渣土余泥处置难的问题。其主要原因是受纳场数量有限、库容不足、消化艰难，导致大量渣土余泥乱排乱放、越堆越高，造成严重的水土流失、滑土滑坡、河道淤塞和环境污染，危及人民的生产、生活安全。

因此，对渣土余泥的资源化利用和消化处理成为政府和环保企业亟待解决的技术问题。部分建筑垃圾经自然风化降解后会变成颗粒粗细不一的渣土余泥，外观呈泥质或粘土质，主要化学成分为50-70％二氧化硅、20-30％氧化铝。渣土经进一步破碎处理可作为硅质原料用于生产水泥混凝土制品，主要有标准砖、免蒸压砌块和蒸压加气混凝土砌块等。

中国专利申请号为201210082187.5公布了利用建筑垃圾生产免蒸养混凝土加气保温砖及其生产方法，原材料为水泥、建筑垃圾骨料、CaO、CaSO₄、碳酸胺、聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维、甲酸钙，采用铝粉、铝粉膏、双氧水或碳酸氢钠发泡，经配料、混合、注模、固化养护得到免蒸压混凝土保温砖。中国专利申请号为201410122099.2公布了一种采用建筑垃圾制作加气混凝土砌块的配方及加工方法，其配料比为建筑垃圾35-40％、粉煤灰15-25％、生石灰6-11％、水泥10-15％、硅沙3-7％、脱硫石膏3-5％、红泥5-10％。原料种类较多，且未对建筑垃圾的成分和品质作具体说明，也未对生产过程中关键技术参数如钙硅比、料浆扩展度等作阐述，产业化存在技术难度。中国专利申请号为201410349225.8公布了一种再生加气混凝土砌块及其制备方法，通过以25-50％(wt)再生混凝土粉料替代砂料制得再生加气混凝土砌块，控制再生加气混凝土砌块含硅量为51.9-71.6％(wt)，成品符合国标B06技术标准。其缺点是再生粉料替代率偏低，且再生混凝土粉料化学成分与渣土差别较大。中国专利申请号为200410036554.3公布了一种黄金尾矿蒸压加气混凝土砌块及生产方法。它是采用黄金尾矿(金矿选厂废渣)替代常用的粉煤灰为主要原料，配合适量水泥、生石灰、铝粉、磷石膏和水等，生产环保型蒸压加气混凝土砌块。该产品被山东建筑工程质量检测中心批准为合格产品，已作为成熟产品进入市场，但仍需进一步改进。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种以渣土为主要原料之一，且工艺简单、易于实现、质量稳定的含铝托勃莫来石蒸压加气混凝土砌块及生产方法。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种含铝托勃莫来石渣土蒸压加气混凝土砌块，按重量百分比，原料配制比为：渣土20-40％、水泥10-15％、生石灰15-25％、砂15-40％、脱硫石膏3-5％、发泡剂0.05-0.08％、稳泡剂0.01-0.03％、外加剂0.02-0.10％，各组份重量配比之和为100％；

所述渣土是指渣土受纳场的堆填渣土余泥，主要矿物组成为石英、长石和高岭土等，主要化学成分为氧化硅50-70％、氧化铝15-30％。

所述水泥为PO42.5水泥。

所述生石灰为中速消解石灰，有效氧化钙含量高于80％。

所述砂为河砂或海砂，二氧化硅含量高于70％。

所述发泡剂为铝粉或铝粉膏，活性铝含量高于95％。

所述稳泡剂为市售的加气混凝土专用稳泡剂，具有抑制石灰消解、促进铝粉脱脂和提高浇注稳定性的作用。

加气混凝土之所以能够具有一定的强度，其根本原因是由于加气混凝土的钙质材料和硅质材料在蒸压养护条件下相互作用，氧化钙与二氧化硅之间进行水热合成反应产生新的水化产物的结果，脱硫石膏起缓凝的作用。通常而言，水泥-石灰-砂体系加气混凝土钙质材料(水泥、石灰)约占35-45％，硅质材料(砂、渣土)约占55-65％，如果超出这个范围，加气块品质波动较大。本发明是以一部分渣土来取代砂，导致材料中铝元素含量增大，因此需要通过对铝元素在反应过程中对材料性质的影响研究和配方的调整，获得性能优异的产品。

所述外加剂为0.01-0.05％纳米二氧化钛和0.01-0.05％海藻酸钠。

渣土中的粘土质成分对加气混凝土性能的影响有两重性：一方面，由于粘土是一种高分散物料，吸水性强，含量过高时，会使料浆粘度增大，若为保证一定的粘度而增加用水量，则又延长坯体硬化时间；另一方面，粘土中含有一定量的Al₂O₃，它可以促进铝托勃莫来石的生成。

由于铝和硅性质相近、结构相似，在蒸压养护条件下Al³⁺会取代Si⁴⁺进入硅氧四面体，与氢氧化钙反应生成含铝托勃莫来石，置换后的含铝托勃莫来石硅氧四面体更为紧凑，从而增强了结构的稳定性，铝托勃莫来石耐久性和耐高温性能更佳，比纯物质合成的托勃莫来石耐热温度高出90℃左右，蒸压加气块中的铝托勃莫来石对强度和耐久性是有利的。通过掺入纳米二氧化钛、海藻酸钠等外加剂，可以促进水化反应加速进行，加快铝托勃莫来石相的转变，增多铝托勃莫来石相的生成，从而使渣土蒸压加气混凝土砌块强度更高、耐久性更好。该工艺在实现建筑废弃物资源化的同时也发挥了其中活性矿物的优点，达到了物尽其用的效果。

用水量应足以使加气混凝土料浆流动度符合要求，料浆流动度宜为210-240mm。

本发明中渣土料浆粘性较大，颗粒分散性远不如砂、粉煤灰、黄金尾矿、页岩等硅质材料，导致生产过程中用水量难以把握，料浆发气不稳定，是现有技术存在的难点之一。本发明通过严格控制料浆的流动度，在合适的流动度下添加发泡剂和稳泡剂等，保证蒸压加气混凝土砌块容重稳定。

优选地，原材料CaO/SiO₂摩尔比的适宜范围为0.65-0.75。原材料中的氧化钙与二氧化硅成分之间维持一定的比例，使其能够进行充分有效的反应，从而使加气混凝土获得强度。对任一种类的加气混凝土和一定的材料、生产工艺来说，钙硅比都有一个最佳值和最佳范围。本发明中的渣土蒸压加气混凝土砌块，其钙硅比的适宜范围为0.65-0.75，在此范围内的加气混凝土强度最高。

一种前述含铝托勃莫来石渣土蒸压加气混凝土砌块的生产方法，按所述配方采用蒸压加气的制备方法，制备的蒸压加气混凝土砌块含有一定铝托勃莫来石相。

具体地，一种含铝托勃莫来石渣土蒸压加气混凝土砌块的生产方法，其生产方法流程包括：

(a)渣土和砂加水湿磨，磨细细度为料浆能通过180目方孔筛，存入浆料储罐；水泥、石灰干磨，磨细细度为80μm方孔筛筛余小于15％，存入干料储罐。

(b)渣土、水泥、石灰、砂、石膏、外加剂均经计量配料后，至浇注搅拌机搅拌均匀，调节水料比，使流动度符合要求。

(c)加入发泡剂和稳泡剂、搅拌、浇注入模，浇注温度38-45℃。

(d)静停养护、发气、稠化，养护温度45-55℃，养护时间3.5h。

(e)脱模，切面包头，按所需尺寸规格进行切割。

(f)入釜蒸压，进釜时釜内温度110-120℃，抽真空0.5h，升温1-2h至温度190℃，压力1.10MPa，恒压7-8h，降压2-3h，出釜得到成品。

本发明考虑到实际生产中渣土余泥含水率一般较高，磨细的渣土颗粒为薄层片状结构，虽然比表面积较大，但实际上颗粒团聚严重，在水中难以分散，与水泥、石灰胶结性较差。因此，采用渣土和砂混合湿磨的方法，既节省渣土烘干、再粉磨的时间和成本，又可以破坏渣土的层状结构，使渣土和砂在悬浮浆液中均匀分布。由于不同区域、不同来源的渣土成分差异较大，通过对渣土原料进行初选，并调节渣土和砂的掺量，控制适宜的原材料钙硅比，可以保证蒸压加气混凝土砌块强度稳定。

本发明相对于现有技术的有益效果包括：

以渣土替代一部分天然砂生产加气混凝土，既节省了成本和自然矿物资源，又处置了渣土这一难以消化的城市固体废弃物，实现了一举两得的目的。利用本发明技术方案生产的蒸压加气混凝土砌块通过强度、容重、干燥收缩和导热系数试验，证明其符合《蒸压加气混凝土砌块》(GB11968-2006)B06合格品技术要求。砌块孔隙较均匀，不掉粉，质量稳定，是良好的新型墙体保温材料。

相比其他已公开的技术方案，本发明中渣土的利用率大，最大掺量可以达到40％，且对生产过程中的重要参数如原材料品质、原料钙硅比、料浆流动度、蒸养制度等进行了详细阐述和说明，这些参数均会对制品性能产生直接影响。此外，通过大量研究试验，掺加外加剂使加气混凝土的强度得以提高，弥补了渣土的不利特征对加气混凝土性能的削弱。这种新型的渣土蒸压加气混凝土砌块容重稳定在600kg/m³左右，强度可达到4MPa以上，工艺成熟，真正意义从工业化应用层面上实现了渣土余泥的处置和利用。

附图说明

图1，本发明实施例1方案的XRD图谱

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明及其有效的技术效果作进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。

本发明比较完整的具体实施方案如下：

实施例1

一种含铝托勃莫来石渣土蒸压加气混凝土砌块，按照重量百分比，主要原料配比为：渣土29.81％、水泥12％、生石灰25％、砂30％、脱硫石膏3％、发泡剂0.07％、稳泡剂0.02％、纳米二氧化钛0.05％、海藻酸钠0.05％。

渣土化学成分SiO₂含量58.7％、Al₂O₃含量25.3％；水泥为华润PO42.5水泥，28d强度48MPa；生石灰氧化钙含量90.1％，消解时间12min，消解温度70℃；砂中SiO₂含量82％；发泡剂为济南银鹏公司生产的铝粉膏；稳泡剂为浙江江山天顺生物化工厂制备的加气混凝土专用外加剂；纳米二氧化钛为亲水性、金红型、颗粒尺寸40nm。

生产方法流程为：

(a)渣土和砂加水湿磨，磨细细度为料浆能通过180目方孔筛，存入浆料储罐；水泥、石灰干磨，磨细细度为80μm方孔筛筛余小于15％，存入干料储罐。

(b)渣土、水泥、石灰、砂、石膏、外加剂均经计量配料后，至浇注搅拌机搅拌均匀，调节水料比，料浆流动度为210-240mm。

(c)加入发泡剂和稳泡剂、搅拌、浇注入模，浇注温度38-45℃。

(d)静停养护、发气、稠化，养护温度45-55℃，养护时间3.5h。

(e)脱模，切面包头，切割成600×200×200mm长方体砌块。

(f)入釜蒸压，进釜时釜内温度110-120℃，抽真空0.5h，升温1h至温度190℃，压力1.10MPa，恒压7h，降压2h，出釜得到成品。

实施例2

本实施例的一种含铝托勃莫来石渣土蒸压加气混凝土砌块及生产方法与实施例1的区别：按照重量百分比，主要原料配比为：渣土20.81％、水泥15％、生石灰25％、砂36％、脱硫石膏3％、发泡剂0.07％、稳泡剂0.02％、纳米二氧化钛0.05％、海藻酸钠0.05％。

实施例3

本实施例的一种含铝托勃莫来石渣土蒸压加气混凝土砌块及生产方法与实施例1的区别：按照重量百分比，主要原料配比为：渣土39.81％、水泥13％、生石灰22％、砂21％、脱硫石膏4％、发泡剂0.07％、稳泡剂0.02％、纳米二氧化钛0.05％、海藻酸钠0.05％。

将成品按《蒸压加气混凝土砌块》(GB11968-2006)进行性能检测，结果如下。各项指标均达到普通蒸压加气混凝土砌块B06等级合格品要求，可以进行工业化生产和应用。

将实施例1制备的蒸压加气混凝土破碎、磨细成粉，通过80μm标准筛进行小角度X射线衍射分析(2θ＝5-20°)，观察水化产物类型，XRD图谱如下图1所示。由图可知，蒸压加气混凝土水化后的产物包括Portlandite(氢氧化钙)、AFt(钙矾石)和Tobermorite,syn(含铝托勃莫来石)。Tobermorite,syn是Tobermorite(托勃莫来石)的不同晶型，是Tobermorite的一种，XRD卡片中显示其化学结构式为Ca₅Si₅Al(OH)O₁₇·5H₂O，其中含有Al组分，而Tobermorite化学式为5CaO·6SiO₂·5H₂O，可以证明该物质Ca₅Si₅Al(OH)O₁₇·5H₂O为含铝托贝莫来石。

托勃莫来石是加气混凝土中最主要的水化产物之一，是一种结晶完好的单碱水化硅酸钙，在蒸压养护时间较长的情况下，半结晶的CSH(I)可以逐渐转变成结晶良好的托勃莫来石。在大量细小、结晶度较低的CSH(I)中穿插一些结晶好良的托勃莫来石，能够显著提高制品的强度。由于铝和硅性质相近、结构相似，在生成托贝莫来石的过程中，渣土含铝矿物中的A1³⁺能取代部分Si⁴⁺进入托贝莫来石结构中，置换后的含铝托贝莫来石硅氧四面体更为紧凑，从而增强了结构的稳定性，提高了制品的强度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种以渣土为原材料制造含铝托勃莫来石蒸压加气混凝土砌块的方法及生产工艺，其特征在于：按照重量百分比，原料配比为：渣土20-40％、水泥10-15％、生石灰15-25％、砂15-40％、脱硫石膏3-5％、发泡剂0.05-0.08％、稳泡剂0.01-0.03％，外加剂0.02-0.10％，各组份重量配比之和为100％，

所述渣土是指渣土受纳场的堆填渣土余泥，主要矿物组成为石英、长石和高岭土等，主要化学成分为氧化硅50-70％、氧化铝15-30％；所述水泥为PO42.5水泥；所述生石灰为中速消解石灰，有效氧化钙含量高于80％；所述砂为河砂或淘洗海砂，二氧化硅含量高于70％；所述发泡剂为铝粉或铝粉膏，活性铝含量高于95％。

2.根据权利要求1所述的一种含铝托勃莫来石渣土蒸压加气混凝土砌块，其特征在于，所述外加剂为纳米二氧化钛0.01-0.05％、海藻酸钠0.01-0.05％。

3.根据权利要求1所述的一种含铝托勃莫来石渣土蒸压加气混凝土砌块，其特征在于：用水量为足以使加气混凝土料浆流动度符合要求，料浆流动度宜为210-240mm。

4.根据权利要求1所述的一种含铝托勃莫来石渣土蒸压加气混凝土砌块，其特征在于：原材料中CaO/SiO₂摩尔数比(钙硅比)的适宜范围为0.65-0.75。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的一种含铝托勃莫来石渣土蒸压加气混凝土砌块的生产方法，其特征在于，按所述配方采用蒸压加气的生产方法，制备的蒸压加气混凝土砌块含有一定铝托勃莫来石相。

6.根据权利要求5所述的一种含铝托勃莫来石渣土蒸压加气混凝土砌块的生产方法，生产方法流程包括：

(a)渣土和砂加水湿磨，磨细细度为料浆能通过180目方孔筛，存入浆料储罐；水泥、石灰干磨，磨细细度为80μm方孔筛筛余小于15％，存入干料储罐；

(b)渣土、水泥、石灰、砂、石膏、外加剂均经计量配料后，至浇注搅拌机搅拌均匀，调节水料比，使流动度符合要求；

(c)加入发泡剂和稳泡剂、搅拌、浇注入模，浇注温度38-45℃；

(d)静停养护、发气、稠化，养护温度45-55℃，养护时间3.5h；

(e)脱模，切面包头，按所需尺寸规格进行切割；

(f)入釜蒸压，进釜时釜内温度110-120℃，抽真空0.5h，升温1-2h至温度190℃，压力1.10MPa，恒压7-8h，降压2-3h，出釜得到成品。