CN107522453A

CN107522453A - 加气混凝土及其制备方法

Info

Publication number: CN107522453A
Application number: CN201610448286.9A
Authority: CN
Inventors: 方立柱; 王伟林
Original assignee: Xinjiang New Special Energy Building Materials Co Ltd
Current assignee: Xinjiang New Special Energy Building Materials Co Ltd; Xinte Energy Co Ltd
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2017-12-29
Anticipated expiration: 2036-06-20
Also published as: CN107522453B

Abstract

本发明提供了一种制备加气混凝土的方法，该包括以下步骤：(I)制备料浆步骤、(II)浇筑步骤、(III)发泡硬化步骤和(V)蒸汽加压养护步骤，其中在步骤(I)中使用的原料包含基础物料、外加废浆料剂和水，所述基础物料包含高钙高硫粉煤灰，所述高钙高硫粉煤灰中的CaO用量在30重量％以上，SO₃用量在20重量％以上。本发明还提供了一种通过上述方法制备的加气混凝土。根据本发明的方法，能够独立使用高钙高硫粉煤灰制造符合国家标准的加气混凝土砌块，适当减少石灰的用量，降低生产成本；同时，能够适当降低蒸压养护环节中恒温恒压阶段的耗时，提高蒸压釜周转循环速率，提高生产效率。

Description

加气混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型建筑材料，特别是涉及一种加气混凝土以及其制造方法。

背景技术

普通粉煤灰又称低钙粉煤灰，使用燃煤发电的火电发电厂排出的一种工业废渣。通常是将磨的很细的煤粉，用热空气高速吹进电站额度煤粉锅炉燃烧后生成的。煤的平均灰分为煤质量的30％，大约80％的煤灰最终与烟道气一起被带到炉外，经过静电收尘后，即得到称之为飞灰的粉煤灰。普通粉煤灰的化学成分取决于煤中的粘土矿物的成分，其化学成分主要是二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙和未燃的碳。但不同的煤源的粉煤灰的化学组成变化很大。我国大多数现代发电厂的粉煤灰化学组成范围如下：

组分	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	R₂O	SO₃	烧失量
									％	34-35	16-34	1.5-19	1-10	0.7-2.0	1-2.5	0-2.5	1-15

粉煤灰的性质除了受燃烧条件、煤粉细度、锅炉形式、以及收尘系统运行状态等因素的影响外，主要取决于燃烧用煤的煤种。根据GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》标准定义电厂粉煤炉烟道气体中收集的粉末(即粉煤灰)，其中按国标中的分类方法，分为F类和C类粉煤灰，即由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰称为F类粉煤灰，由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰称为C类粉煤灰，其氧化钙用量一般大于10％。

与普通低钙粉煤灰相比较，高钙粉煤灰的矿物组成特点为：含有与低钙粉煤灰相同的某些矿物，如石英、莫来石等，但峰强削弱，特别是莫来石更弱；还含有低钙粉煤灰中没有的铝酸三钙CA，硅酸二钙CS，f-CaO，MgO等数量不等的矿物，其中含量较高的f-CaO容易造成水泥、混凝土等制品体积膨胀而引起安定性不良。

与通常使用的低钙粉煤灰相比，高钙粉煤灰不仅可与混凝土水化时所释放的氢氧化钙结合形成水硬性胶凝材料，而且自身就具有胶凝性，易造成浇筑发气时稠化快，半成品容易憋气、管道容易堵塞等现象。因此，由于安定性的问题，使得高钙粉煤灰的利用率较低，也是制约高钙粉煤灰在混凝土中应用的关键。一般来说，高钙高硫粉煤灰中SiO₂、CaO、SO₃用量均不符合生产加气混凝土砌块所需粉煤灰的技术要求，并且用量不稳定且偏差很大，如CaO用量在9.28～24.57％之间，而SO₃和f-CaO均超出了10％，致使高钙固硫粉煤灰不能用于水泥和普通混凝土中；f-CaO作为死烧灰相当于石灰里的过烧灰，其膨胀性对加气混凝土生产带来了很大的麻烦，会造成如缺棱掉角等产品质量缺陷。所以如能有效解决高钙粉煤灰对混凝土造成的安定性问题，将为高钙粉煤灰在水泥、混凝土中的应用提供可能，从而将有利于提高粉煤灰资源的利用率，也将对保护环境起着积极的作用。

为此，中国专利No.201210148449提出了一种将高钙固硫粉煤灰掺加普通粉煤灰来生产加气混凝土砌块的工艺，该工艺按照重量配比是由原料高钙固硫粉煤灰55～70份、普通粉煤灰5～20份、石膏4～6份、石灰10～15份、水泥8～12份、水40～42份和铝粉膏0.06～0.08份经过搅拌、浇筑、静停、切割、蒸压养护等生产步骤制得成品。

中国专利No.200810072470公开了一种循环流化床粉煤灰蒸压加气混凝土砌块的生产工艺。该专利根据循环流化床粉煤灰的特性，将现有的用于普通粉煤灰的蒸压加气混凝土砌块的生产工艺进行了改进，通过添加剂来抑制、减少材料硬化后钙矾石的形成，造成体积膨胀，同时改善工艺流程，实现循环流化床粉煤灰更高的经济价值。

然而，上述现有技术均没有公开“超”高钙高硫粉煤灰(CaO用量在30％以上，SO₃在20％以上)，也没有真正解决高钙高硫粉煤灰独立运用于加气混凝土的制备工艺的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的单独运用高钙高硫粉煤灰制造加气混凝土的方法，该方法能够有效解决高钙粉煤灰对混凝土造成的安定性问题。同时，该方法能够有效地克服高钙粉煤灰的以下缺点：与混凝土水化时所释放的氢氧化钙结合形成水硬性胶凝材料，自身具有胶凝性，易造成浇筑发气时稠化快，半成品容易憋气、管道容易堵塞等现象。

本发明采用了以下技术方案来实现上述目的：

根据本发明的第一方面，提供了一种制备加气混凝土的方法，包括以下步骤：(I)制备料浆步骤、(II)浇筑步骤、(III)发泡硬化步骤和(V)蒸汽加压养护步骤。在步骤(I)中使用的原料包含基础物料、外加废浆料剂和水，所述基础物料包含高钙高硫粉煤灰。优选地，所述高钙高硫粉煤灰中的CaO含量在30重量％以上，SO₃含量在20重量％以上。

更优选地，所述基础物料还包含水泥、生石灰、铝粉和石膏。所述石膏可以为工业废弃磷石膏、脱硫石膏等等。

优选地，相对于100重量份的基础物料，所述高钙高硫粉煤灰的用量在60重量份至80重量份之间，更优选为65重量份至78重量份

在一个实施方案中，相对于100重量份的基础物料，水泥的用量为10重量份至18重量份，生石灰的用量为10重量份至20重量份，石膏的用量为1重量份至3重量份，铝粉的用量为0.08重量份至0.15重量份，余量为高钙高硫粉煤灰。优选为，水泥的用量为10重量份至13重量份，生石灰的用量为10重量份至18重量份，石膏的用量为1重量份至3重量份，铝粉的用量为0.08重量份至0.1重量份，余量为高钙高硫粉煤灰。

在一个实施方案中，通过本发明的方法制备的加气混凝土通常为加气混凝土砌块。

优选地是，在步骤(I)中，将外加废浆料剂配置成比重为1.3至1.5的废水浆料，废水浆料的搅拌时间在2小时至6小时的范围内，并且相对于原料的总重量，废水浆料的添加量在10重量％至40重量％之间。更优选地是，将外加废浆料剂配置成比重为1.35至1.45的废水浆料，废水浆料的搅拌时间在3小时至5小时的范围内，并且相对于原料的总重量，废水浆料的添加量在15重量％至35重量％之间。

优选地是，水泥为标号P.O 42.5的水泥，所述水泥中氧化钙的用量在70重量％以上。

优选地是，所述生石灰中氧化钙用量在80重量％以上。

优选地是，在步骤(I)中，所述高钙高硫粉煤灰通过细度0.080mm方孔筛的筛余量小于15％，并且所述生石灰通过细度0.080mm方孔筛的筛余≤20％。在一个实施方案中，在步骤(II)中，铝粉为山东铝粉与新疆铝粉的混合物。其中山东铝粉指的是固体分在65重量％以上，固体分中活性铝的含量85重量％以上，细度0.075mm方孔筛的筛余量2％，发气速度较快，4分钟发气率达到65％，以及新疆铝粉指的是固体分在65重量％以上，固体分中活性铝85重量％以上，细度0.075mm方孔筛的筛余量3％，发气速度较慢，4分钟发气率达到45％。优选地是，山东铝粉约占所述铝粉总重量的35％。

在另一个实施方案中，在40-50℃的温度下进行所述步骤(II)。在步骤(III)中，发泡硬化温度为40-65℃，优选为45-60℃，并且硬化时间为80-180分钟，优选为90-120分钟。

在另一个实施方案中，本发明的方法还在步骤(III)和(V)之间包括(IV)切割步骤，其中在步骤(IV)中，用于切割的钢丝的直径为0.6-0.8mm，优选为0.7mm。

在又一个实施方案中，在步骤(V)中，在温度为180-250℃、优选为190-200℃，压力为1-1.5MP、优选为1.1-1.3MP的条件下高温蒸压养护3-10小时，优选4-8小时。

在另一方面中，本发明还提供了一种加气混凝土，其是通过上述的方法制备的。根据本发明，一方面成功解决了完全利用高钙高硫粉煤灰为原料生产蒸压加气混凝土砌块的技术难题，成功地生产出符合国家标准的蒸压加气混凝土砌块，否决了目前高钙高硫粉煤灰不能用于加气混凝土生产的说法。例如，如下面详细描述的实施例所示，采用本发明的工艺制造加气混凝土砌块，最高日产可达800m³/d。生产出的产品各项指标符合B06级要求，平均容重为530kg/m³-620kg/m³，平均抗压强度为3.5MPa-5.0MPa，合格率已稳居98％以上。

另一方面，高钙高硫粉煤灰的独立使用，可适当减少石灰的用量，降低了生产成本。

此外，本发明可根据经济效益及生产需要，在满足国家质量标准的前提下，能够适当降低蒸压养护环节中恒温恒压阶段的耗时(2小时)，提高蒸压釜周转循环速率，提高生产效率。

具体实施方式

以下将描述实施本发明的实施方案。然而，本发明的范围不局限于所述的实施方式，只要不损害主旨，可以对本发明进行各种更改。

以下将对本发明中使用主要原料以及加气混凝土的制备方法进行更具体的描述。

高钙高硫粉煤灰

在本发明实施方案中，粉煤灰可来源于新特能源自备电厂，因掺烧使用煤种特性问题，形成粉煤灰较其他电厂粉煤灰具备一定特殊性质，粉煤灰的化学成分主要是SiO₂和Al₂O₃。

石灰

在本发明的实施方案中，石灰的作用主要是为了提供有效的CaO，使之与高钙高硫粉煤灰中的SiO₂在高温高压下发生化学反应生产水化物，为制品提供强度；并与水反应生产氢氧化钙，为铝粉膏生成氢气发泡提供碱性。同时，石灰水化放热促使坯体硬化。其技术要求间下表。

水泥

在本发明的实施方案中，水泥的作用主要是提供钙质材料，调节浇筑的稳定性；加速坯体的硬化和切割时的坯体塑性强度。其技术要求为符合现有国家标准的PO32.5普通硅酸盐水泥。

石膏

在本发明的实施方案中，石膏的作用是提高坯体的强度。由于在静停过程中，生成水化硫铝酸盐(钙)和C-S-H凝胶，使坯体在蒸压过程中出现温度差应力和湿度差应力的承受能力增强；还可提高制品的强度和降低收缩性，提高抗冻性；促使水化反应过程的速度；还可抑制石灰消解，降低消解温度，延缓料浆稠化速度，延缓水泥凝结速度。其技术要求见下表。

铝粉

在本发明的实施方案中，铝粉的作用是与碱反应生产氢气发泡。此外，可以使用铝粉膏作为铝粉来源。其技术要求见下表：

加气混凝土砌块的制备方法

在本发明的方法中，制备加气混凝土的方法可以包括以下步骤：(I)制备料浆步骤、(II)浇筑步骤、(III)发泡硬化步骤、(IV)切割步骤和(V)蒸汽加压养护步骤。

以下对上述步骤进行更具体描述。

(I)制备浆料步骤

更具体地，

a.按重量配比称取1500Kg-1800Kg的高钙高硫粉煤灰和石膏，混合；

b.向步骤a得到的混合料中按照比例3:1～2:1加入水，制成比1.45～1.70Kg/L的灰浆备用；

c.按照比例制备比重为1.35-1.40Kg/L的废浆添加剂；

d.将步骤c所制废浆按15％-25％剂量添加至步骤b中，制得比重为1.48-1.65Kg/L的料浆备用；

e.根据基础物料的活性钙用量，按照所述摩尔比向步骤d得到的料浆中加入调节剂脱硫石膏；

f.将步骤e中所制得的料浆充分搅拌，使料浆均化、消解；

g.根据生产所需料浆比重及粉煤灰需水量进行料浆扩散度调节，向步骤f中制得料浆中及时补充蒸压釜冷凝液(碱性水)并且将料浆温度控制在30℃至50℃之间。

h.将颗粒石灰进行破碎、干法粉磨至通过孔径0.08mm的方孔筛筛余小于20％，得到生石灰粉；按照重量配比称取150-210Kg的生石灰粉。

i.将水泥、步骤g得到的料浆和步骤h得到的生石灰粉混合，搅拌。

(II)浇筑步骤

a.按比例秤取一定量的山东铝粉及本地铝粉，混合添加制备成铝粉液；

b.将步骤I得到的浆料搅拌至1～3分钟，将步骤a制得铝粉液添加至料浆中，搅拌30～40秒；

c.将步骤b得到的浆料在40℃～50℃进行浇筑，料浆扩散度23～27cm。

(III)发泡硬化步骤

将步骤(II)得到的成型的混凝土块推入静停室发泡硬化，发泡硬化温度为40℃～65℃，优选45～60℃；硬化时间80-180分钟，优选90～120分钟45℃。

(IV)切割步骤

将步骤(III)发泡硬化后有初步强度的半成品按照客户需求规格进行切割，切割所用钢丝0.6-0.8mm，优选0.7mm；(5)蒸汽加压养护步骤

(V)蒸汽加压养护步骤

对步骤(Ⅳ)后的半成品进行釜前吊运编组，进入蒸压釜，在温度180℃～250℃，优选为190℃～200℃，压力1～1.5MPa，优选为1.1～1.3MPa的条件下，高温蒸压恒压恒温养护3～10小时，优选4～8小时，即得。若考虑蒸压釜数量及循环次数及其他经济效益问题，也可以将蒸养恒压恒温时间可降至3-4小时，即可以泄压降温，产品出釜。

实施例1

加气混凝土砌块(1)的制备

按照以下步骤进行加气混凝土砌块的制备。具体步骤如下：

(1)制备浆料步骤

将60重量份的高钙高硫粉煤灰(来源于新特能源公司自备热电厂，其中SiO₂含量为50-60％，有效氧化钙含量为15-35％)和1.9重量份的石膏(来源于新特能源公司自备电厂脱硫工序产物，其主要化学成分是CaSO₄)混合；其次，向上述得到的混合物中加入水，制成比重为1.45～1.70Kg/L的灰浆备用。制备废浆添加剂，制成比重为1.35～1.40Kg/L的废浆添加剂备用，然后将该废浆添加剂添加到灰浆中，制成比重为1.48～1.65Kg/L的料浆备用。然后充分搅拌，使料浆均化、并消解2～5小时。接着根据生产所需料浆比重及粉煤灰需水量每20分钟进行料浆扩散度调节一次，并向制得的料浆中及时补充蒸压釜冷凝液(碱性水)，料浆温度控制在35℃左右。随后，取20重量份的生石灰，破碎、在干法粉磨机内粉磨到通过孔径0.080mm的方孔筛筛余小于15％，得到生石灰粉。最后，将18重量份的水泥、料浆和生石灰粉混合，并搅拌，由此得到了浆料。

(2)浇筑步骤

将0.035重量份的山东铝粉(生产厂家：山东铝粉膏加工厂)和0.065重量份的新疆铝粉(生产厂家：新疆铝粉膏加工厂)混合，制备成铝粉液。将制备浆料步骤中的浆料搅拌2分钟后，将上述铝粉液添加至其中，并继续搅拌30秒。随后，将得到的浆料在45℃下进行浇筑，使得料浆扩散度为18～25cm，由此得到成型的混凝土块。

(3)发泡硬化步骤

将在浇筑步骤中得到的成型的混凝土块推入静停室发泡硬化。其中发泡硬化温度为45℃；硬化时间为130分钟。

(4)切割步骤

将发泡硬化步骤中发泡硬化后有初步强度的半成品按照下表中的规格进行切割，切割所用钢丝的直径为0.7mm。

(5)蒸汽加压养护步骤

对切割步骤中切割后半成品进行釜前吊运编组(即，将切割完成的半成品进行编码，标注生产班组及规格尺寸，按照釜体长度依次推进蒸养小车，凑齐7部小车即关闭釜门进行蒸压养护，每小车放置两模坯体半成品，蒸压釜长度为31米，共计容纳7部小车14模坯体)，进入蒸压釜(型号：2.2米*31米，生产厂家：山东龙马重工集团有限公司)，在温度为200℃，压力为1.25MPa的条件下，进行高温蒸压恒压恒温养护7小时，由此得到加气混凝土砌块(1)。

实施例2

加气混凝土砌块(2)的制备

按照与实施例1同样的方式获得加气混凝土砌块(2)，不同之处在于：将高钙高硫粉煤灰的用量改为80重量份。

实施例3

加气混凝土砌块(3)的制备

按照与实施例1同样的方式获得加气混凝土砌块(2)，不同之处在于：将生石灰的用量改为10重量份。

比较例1

加气混凝土砌块(3)的制备

按照与实施例2同样的方式获得加气混凝土砌块(3)，不同之处在于：使用普通粉煤灰来替换高钙高硫粉煤灰，其中普通粉煤灰的用量为78重量份。

比较例2

加气混凝土砌块(4)的制备

按照与实施例2同样的方式获得加气混凝土砌块(3)，不同之处在于：使用普通粉煤灰来替换部分高钙高硫粉煤灰，其中普通粉煤灰的用量为20重量份，以及高钙高硫粉煤灰的用量改为58重量份。

随后，通过以下测量方法测量了上述各种加气混凝土砌块的抗压强度、容重、干燥收缩值、导热系数和抗冻性。结果见表1。

表1

加气混凝土砌块的性能测试

(1)抗压强度

按照GB/T119971-97，使用材料试验机来测量加气混凝土砌块的抗压强度。

(2)容重

按照GB/T119970-97来测量加气混凝土砌块的容重。

(3)干燥收缩值

按照GB11972-89来测量加气混凝土砌块的干燥收缩值。

Claims

1.一种制备加气混凝土的方法，包括以下步骤：(I)制备料浆步骤、(II)浇筑步骤、(III)发泡硬化步骤和(V)蒸汽加压养护步骤，其特征在于：在步骤(I)中使用的原料包含基础物料、外加废浆料剂和水，所述基础物料包含高钙高硫粉煤灰，所述高钙高硫粉煤灰中的CaO含量在30重量％以上，并且SO₃含量在20重量％以上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述基础物料还包含水泥、生石灰、铝粉和石膏。

3.根据权利要求1所述的方法，其中相对于100重量份的所述基础物料，所述高钙高硫粉煤灰的用量为60重量份至80重量份。

4.根据权利要求3所述的方法，其中相对于100重量份的所述基础物料，所述高钙高硫粉煤灰的用量为65重量份至78重量份。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中相对于100重量份的所述基础物料，所述水泥的用量为10重量份至18重量份，所述生石灰的用量为10重量份至20重量份，所述石膏的用量为1重量份至3重量份，所述铝粉的用量为0.08重量份至0.15重量份，余量为所述高钙高硫粉煤灰。

6.根据权利要求5所述的方法，其中相对于100重量份的所述基础物料，所述水泥的用量为10重量份至13重量份，所述生石灰的用量为10重量份至18重量份，所述石膏的用量为1重量份至3重量份，所述铝粉的用量为0.08重量份至0.1重量份，余量为所述高钙高硫粉煤灰。

7.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中所述加气混凝土为砌块形式。

8.根据权利要求1所述的方法，其中在所述步骤(I)中，将所述外加废浆料剂配置成比重为1.3至1.5的废水浆料，所述废水浆料的搅拌时间在2小时至6小时的范围内，并且相对于所述加气混凝土的总重量，所述废水浆料的添加量为10重量％至40重量％。

9.根据权利要求8所述的方法，其中在所述步骤(I)中，将所述外加废浆料剂配置成比重为1.35至1.45的废水浆料，所述废水浆料的搅拌时间在3小时至5小时的范围内，并且相对于所述原料的总重量，所述废水浆料的添加量为15重量％至35重量％。

10.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中所述水泥为标号P.O 42.5的水泥，所述水泥中氧化钙的用量在70重量％以上。

11.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中所述生石灰中氧化钙用量在80重量％以上。

12.根据权利要求2所述的方法，其中在所述步骤(I)中，所述高钙高硫粉煤灰通过细度0.080mm方孔筛的筛余量小于15％，并且所述生石灰通过细度0.080mm方孔筛的筛余≤20％。

13.根据权利要求2所述的方法，其中所述铝粉为山东铝粉与新疆铝粉的混合物，所述山东铝粉占所述铝粉总重量的35％。

14.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中在40-50℃的温度下进行所述步骤(II)。

15.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中在所述步骤(III)中，发泡硬化温度为40-65℃并且硬化时间为80-180分钟。

16.根据权利要求15所述的方法，其中在所述步骤(III)中，发泡硬化温度为45-60℃并且硬化时间为90-120分钟。

17.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，该方法还在步骤(III)和(V)之间包括(IV)切割步骤，其中在所述步骤(IV)中，用于切割的钢丝的直径为0.6-0.8mm。

18.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其中在所述步骤(V)中，在温度为180-250℃、压力为1-1.5MP的条件下高温蒸压养护3-10小时。

19.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其中在所述步骤(V)中，在温度为190-200℃、压力为1.1-1.3MP的条件下高温蒸压养护4-8小时。

20.一种加气混凝土，其是通过将权利1-19中任意一项所述的方法制备的。