CN107963908B - 一种高强度轻质砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度轻质砖及其制备方法，属于建筑材料技术领域。本发明将海泡石与有机酸按质量比1：50～1：100加热搅拌混合，减压浓缩，干燥，粉碎，即得改性海泡石；将粉煤灰，凝胶材料，铝土矿，改性海泡石，炼焦，木屑，石膏，造纸黑液，氟化钠溶液，纳米铁粉，污泥，纤维颗粒料，琼脂液，菱苦土，火山灰，氯化镁，水搅拌混合，得混合浆料；将混合浆料注模，静置，脱模，高压蒸汽养护，得砖坯；将砖坯充氮高温烧结，即得高强度轻质砖。本发明技术方案制备的高强度轻质砖具有优异的力学性能，抗热震性及保温性能的特点，除此之外，其耐磨性也得到改善。

Description

一种高强度轻质砖及其制备方法
技术领域
本发明公开了一种高强度轻质砖及其制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
轻质砖一般就是指发泡砖，正常室内隔墙都是用这种砖，有效减小楼面负重，而隔音效果又不错。强度制品选用优质板状刚玉、莫来石为骨料，以硅线石复合为基质，另添特种添加剂和少量稀土氧化物混炼，经高压成型、高温烧成。普通轻质隔热耐火砖生产的材质有粘土质、高铝质高强漂珠砖，低铁莫来石、高铝聚轻隔热耐火砖，硅藻土隔热耐火砖。
传统的瓷砖装饰虽然具有许多优点，比如装饰效果好、耐污染能力强、抗冲击强度高、使用寿命长等，但其自身重量大，以瓷砖作饰面层的外墙外保温体系自重高达50～80kg/m2，是涂料饰面体系重量的5～8倍，这严重影响瓷砖与防护面层之间的附着安全性，因此，轻质外墙砖就应运而生，近十年来，轻质外墙砖发展迅速。轻质陶瓷砖具有自重轻，保温性好，能耗小等优点，然而其强度和耐磨性远不如传统瓷砖，这已成为轻质砖推广的最大绊脚石，如何切实有效地提高其强度已成为陶瓷工作者的迫切任务。除此之外，轻质砖在制作过程中过于注重缩小砌体的容重，就很有可能使砌块的性能表现的较差。材质较差的轻质砖在施工中会表现出强度低、吸水性强、干缩现象较为严重等几方面，从而容易使墙体出现开裂或渗漏现象。同时，其抗热震性不佳，在受到冷热温差较大的情况下，轻质砖砖体也会产生开裂现象，严重影响了生产与使用的安全。
因此，如何改善传统轻质砖力学性能，抗热震性，耐磨性及保温性不佳的缺点，以获取更高综合性能的轻质砖，是其推广与应用，满足工业生产需求亟待解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统轻质砖力学性能，抗热震性，耐磨性及保温性不佳的缺点，提供了一种高强度轻质砖及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种高强度轻质砖，是由以下重量份数的原料组成：20～30份粉煤灰，40～50份凝胶材料，20～30份铝土矿，10～20份改性海泡石，10～20份炼焦，10～20份木屑，10～20份石膏，10～20份造纸黑液，20～30份氟化钠溶液，4～6份纳米铁粉，20～30份污泥，20～30份纤维颗粒料，20～30份琼脂液，10～20份菱苦土，10～20份火山灰，10～20份氯化镁，180～220份水；
所述高强度轻质砖的制备步骤为：
（1）按原料组成称量各原料；
（2）将粉煤灰，凝胶材料，铝土矿，改性海泡石，炼焦，木屑，石膏，造纸黑液，氟化钠溶液，纳米铁粉，污泥，纤维颗粒料，琼脂液，菱苦土，火山灰，氯化镁，水搅拌混合，得混合浆料；
（3）将混合浆料注模，静置，脱模，高压蒸汽养护，得砖坯；
（4）将砖坯充氮高温烧结，即得高强度轻质砖。
所述凝胶材料为电石泥或粉状石灰中的任意一种。
所述改性海泡石的制备过程为：将海泡石与有机酸按质量比1：50～1：100加热搅拌混合，减压浓缩，干燥，粉碎，即得改性海泡石；所述有机酸为乙酸，甲酸，草酸，硬脂酸，软脂酸或丙烯酸中的任意一种。
所述木屑为杨木屑，松木屑，桦木屑，桃木屑中的任意一种。
所述污泥为二沉池污泥，初沉污泥或腐殖污泥中的任意一种。
所述纤维颗粒料为椰壳纤维，麦秸秆纤维或棉秆纤维中的任意一种。
所述琼脂液的制备过程为：将琼脂粉与水按质量比1：50～1：100混合静置溶胀后，加热搅拌混合，即得琼脂液。
步骤（4）所述高温烧结条件为：于马弗炉内，以60～90mL/min速率向炉内通入氮气，以3～5℃/min速率程序升温至400～500℃，保温反应2～4h，继续以10～15℃/min速率程序升温至1300～1450℃，保温烧结5～6h。
本发明的有益效果是：
（1）本发明技术方案通过添加改性海泡石，首先，海泡石经有机酸浸泡，有机酸与海泡石表面活性硅羟基发生反应，在海泡石表面引入不同碳链长度的烃基，从而提升了海泡石分散性能，其次，由于海泡石具有极大的比表面能，可吸附体系中催化剂氟化钠和纳米铁粉，使得催化剂氟化钠和纳米铁粉均匀分散在体系中，再次，由于海泡石具有很强的极性，海泡石吸附氟化钠和纳米铁粉后形成的组合物易极化变形为活化络合物，进一步增强氟化钠和纳米铁粉催化活性，在高温以及活化络合物催化作用下，体系中的炭与二氧化硅发生反应，生成碳化硅，生成的碳化硅均匀分散在体系中，增强体系的耐磨性能和强度，同时，生成的碳化硅具有良好的导热性能，可将体系中的热量迅速导走，从而提升体系的抗热震性能；
（2）本发明技术方案，在高压蒸汽养护过程中，砖坯中的氢氧化钙与二氧化硅发生水化反应，形成具有一定强度的硅酸盐，再经高温反应，在反应过程中，二氧化碳与砖体中的硅酸盐，氢氧化钙发生反应，生成碳酸钙和二氧化硅，在高温反应过程因碳酸钙晶体的产生，可有效填充砖体中的较大的孔隙，在提高产品致密度，从而使产品力学性能得到提高，同时，可引起砖体内部孔隙结构转变，使内部孔隙由大孔向细孔结构转变，增加体系的孔隙率，从而增强体系的保温性能。
具体实施方式
将海泡石与有机酸按质量比1：50～1：100置于单口烧瓶中，并将单口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为80～100℃，转速为400～500r/min条件下，加热搅拌混合30～50min，得混合液，再将混合液置于旋转蒸发仪中，于温度为60～80℃，压力为500～800kPa，转速为50～80r/min条件下，减压浓缩30～50min，得浓缩液，随后将浓缩液置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得干燥料，随后将干燥料置于球磨中粉碎，即得改性海泡石；将琼脂粉与水按质量比1：50～1：100加入烧杯中，用玻璃棒搅拌混合20～30min后，静置溶胀3～4h，再将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为95～100℃，转速为400～500r/min条件下，加热搅拌溶解40～50min，即得琼脂液；按重量份数计，将20～30份粉煤灰，40～50份凝胶材料，20～30份铝土矿，10～20份改性海泡石，10～20份炼焦，10～20份木屑，10～20份石膏，10～20份造纸黑液，20～30份质量分数为8～10%的氟化钠溶液，4～6份纳米铁粉，20～30份污泥，20～30份纤维颗粒料，20～30份琼脂液，10～20份菱苦土，10～20份火山灰，10～20份氯化镁，180～220份水置于混料机中，于转速为100～200r/min条件下，搅拌混合30～50min，得混合浆料，向模具中喷洒脱模剂，随后将混合浆料注入模具中，静置12～24h后，脱模，得成型坯料，接着将成型坯料置于移入蒸压釜中，于温度为160～175℃，压力为3～5MPa条件下，高压蒸汽养护3～5h，得砖坯，将砖坯置于马弗炉中，以60～90mL/min速率向炉内通入氮气，以3～5℃/min速率程序升温至400～500℃，保温反应2～4h，继续以10～15℃/min速率程序升温至1300～1450℃，保温烧结5～6h，随炉降至室温，即得高强度轻质砖。所述凝胶材料为电石泥或粉状石灰中的任意一种。所述有机酸为乙酸，甲酸，草酸，硬脂酸，软脂酸或丙烯酸中的任意一种。所述木屑为杨木屑，松木屑，桦木屑，桃木屑中的任意一种。所述污泥为二沉池污泥，初沉污泥或腐殖污泥中的任意一种。所述纤维颗粒料为椰壳纤维，麦秸秆纤维或棉秆纤维中的任意一种。所述脱模剂为水性硅油与水按质量比1：20～1：30混合配制而成。
实例1
将海泡石与有机酸按质量比1：100置于单口烧瓶中，并将单口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为100℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合50min，得混合液，再将混合液置于旋转蒸发仪中，于温度为80℃，压力为800kPa，转速为80r/min条件下，减压浓缩50min，得浓缩液，随后将浓缩液置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥料，随后将干燥料置于球磨中粉碎，即得改性海泡石；将琼脂粉与水按质量比1：100加入烧杯中，用玻璃棒搅拌混合30min后，静置溶胀4h，再将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为100℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解50min，即得琼脂液；按重量份数计，将30份粉煤灰，50份凝胶材料，30份铝土矿，20份改性海泡石，20份炼焦，20份木屑，20份石膏，20份造纸黑液，30份质量分数为10%的氟化钠溶液，6份纳米铁粉，30份污泥，30份纤维颗粒料，30份琼脂液，20份菱苦土，20份火山灰，20份氯化镁，220份水置于混料机中，于转速为200r/min条件下，搅拌混合50min，得混合浆料，向模具中喷洒脱模剂，随后将混合浆料注入模具中，静置24h后，脱模，得成型坯料，接着将成型坯料置于移入蒸压釜中，于温度为175℃，压力为5MPa条件下，高压蒸汽养护5h，得砖坯，将砖坯置于马弗炉中，以90mL/min速率向炉内通入氮气，以5℃/min速率程序升温至500℃，保温反应4h，继续以15℃/min速率程序升温至1450℃，保温烧结6h，随炉降至室温，即得高强度轻质砖。所述凝胶材料为电石泥。所述有机酸为乙酸。所述木屑为杨木屑。所述污泥为二沉池污泥。所述纤维颗粒料为椰壳纤维。所述脱模剂为水性硅油与水按质量比1：30混合配制而成。
实例2
将海泡石与有机酸按质量比1：100置于单口烧瓶中，并将单口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为100℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合50min，得混合液，再将混合液置于旋转蒸发仪中，于温度为80℃，压力为800kPa，转速为80r/min条件下，减压浓缩50min，得浓缩液，随后将浓缩液置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥料，随后将干燥料置于球磨中粉碎，即得改性海泡石；将琼脂粉与水按质量比1：100加入烧杯中，用玻璃棒搅拌混合30min后，静置溶胀4h，再将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为100℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解50min，即得琼脂液；按重量份数计，将30份粉煤灰，50份凝胶材料，30份铝土矿，20份改性海泡石，20份炼焦，20份木屑，20份石膏，20份造纸黑液，30份质量分数为10%的氟化钠溶液，6份纳米铁粉，30份污泥，30份纤维颗粒料，30份琼脂液，20份菱苦土，20份火山灰，20份氯化镁，220份水置于混料机中，于转速为200r/min条件下，搅拌混合50min，得混合浆料，向模具中喷洒脱模剂，随后将混合浆料注入模具中，静置24h后，脱模，得成型坯料，接着将成型坯料置于移入蒸压釜中，于温度为175℃，压力为5MPa条件下，高压蒸汽养护5h，得砖坯，将砖坯置于马弗炉中，以90mL/min速率向炉内通入氮气，以5℃/min速率程序升温至500℃，保温反应4h，继续以15℃/min速率程序升温至1450℃，保温烧结6h，随炉降至室温，即得高强度轻质砖。所述凝胶材料为电石泥。所述有机酸为乙酸。所述木屑为杨木屑。所述污泥为二沉池污泥。所述纤维颗粒料为椰壳纤维。所述脱模剂为水性硅油与水按质量比1：30混合配制而成。
实例3
将海泡石与有机酸按质量比1：100置于单口烧瓶中，并将单口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为100℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合50min，得混合液，再将混合液置于旋转蒸发仪中，于温度为80℃，压力为800kPa，转速为80r/min条件下，减压浓缩50min，得浓缩液，随后将浓缩液置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥料，随后将干燥料置于球磨中粉碎，即得改性海泡石；将琼脂粉与水按质量比1：100加入烧杯中，用玻璃棒搅拌混合30min后，静置溶胀4h，再将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为100℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解50min，即得琼脂液；按重量份数计，将30份粉煤灰，50份凝胶材料，30份铝土矿，20份改性海泡石，20份炼焦，20份木屑，20份石膏，20份造纸黑液，30份质量分数为10%的氟化钠溶液，6份纳米铁粉，30份污泥，30份纤维颗粒料，30份琼脂液，20份菱苦土，20份火山灰，20份氯化镁，220份水置于混料机中，于转速为200r/min条件下，搅拌混合50min，得混合浆料，向模具中喷洒脱模剂，随后将混合浆料注入模具中，静置24h后，脱模，得成型坯料，接着将成型坯料置于移入蒸压釜中，于温度为175℃，压力为5MPa条件下，高压蒸汽养护5h，得砖坯，将砖坯置于马弗炉中，以90mL/min速率向炉内通入氮气，以5℃/min速率程序升温至500℃，保温反应4h，继续以15℃/min速率程序升温至1450℃，保温烧结6h，随炉降至室温，即得高强度轻质砖。所述凝胶材料为电石泥。所述有机酸为乙酸。所述木屑为杨木屑。所述污泥为二沉池污泥。所述纤维颗粒料为椰壳纤维。所述脱模剂为水性硅油与水按质量比1：30混合配制而成。
实例4
将海泡石与有机酸按质量比1：100置于单口烧瓶中，并将单口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为100℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合50min，得混合液，再将混合液置于旋转蒸发仪中，于温度为80℃，压力为800kPa，转速为80r/min条件下，减压浓缩50min，得浓缩液，随后将浓缩液置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥料，随后将干燥料置于球磨中粉碎，即得改性海泡石；将琼脂粉与水按质量比1：100加入烧杯中，用玻璃棒搅拌混合30min后，静置溶胀4h，再将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为100℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解50min，即得琼脂液；按重量份数计，将30份粉煤灰，50份凝胶材料，30份铝土矿，20份改性海泡石，20份炼焦，20份木屑，20份石膏，20份造纸黑液，30份质量分数为10%的氟化钠溶液，6份纳米铁粉，30份污泥，30份纤维颗粒料，30份琼脂液，20份菱苦土，20份火山灰，20份氯化镁，220份水置于混料机中，于转速为200r/min条件下，搅拌混合50min，得混合浆料，向模具中喷洒脱模剂，随后将混合浆料注入模具中，静置24h后，脱模，得成型坯料，接着将成型坯料置于移入蒸压釜中，于温度为175℃，压力为5MPa条件下，高压蒸汽养护5h，得砖坯，将砖坯置于马弗炉中，以90mL/min速率向炉内通入氮气，以5℃/min速率程序升温至500℃，保温反应4h，继续以15℃/min速率程序升温至1450℃，保温烧结6h，随炉降至室温，即得高强度轻质砖。所述凝胶材料为电石泥。所述有机酸为乙酸。所述木屑为杨木屑。所述污泥为二沉池污泥。所述纤维颗粒料为椰壳纤维。所述脱模剂为水性硅油与水按质量比1：30混合配制而成。
实例5
将海泡石与有机酸按质量比1：100置于单口烧瓶中，并将单口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为100℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合50min，得混合液，再将混合液置于旋转蒸发仪中，于温度为80℃，压力为800kPa，转速为80r/min条件下，减压浓缩50min，得浓缩液，随后将浓缩液置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥料，随后将干燥料置于球磨中粉碎，即得改性海泡石；将琼脂粉与水按质量比1：100加入烧杯中，用玻璃棒搅拌混合30min后，静置溶胀4h，再将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为100℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解50min，即得琼脂液；按重量份数计，将30份粉煤灰，50份凝胶材料，30份铝土矿，20份改性海泡石，20份炼焦，20份木屑，20份石膏，20份造纸黑液，30份质量分数为10%的氟化钠溶液，6份纳米铁粉，30份污泥，30份纤维颗粒料，30份琼脂液，20份菱苦土，20份火山灰，20份氯化镁，220份水置于混料机中，于转速为200r/min条件下，搅拌混合50min，得混合浆料，向模具中喷洒脱模剂，随后将混合浆料注入模具中，静置24h后，脱模，得成型坯料，接着将成型坯料置于移入蒸压釜中，于温度为175℃，压力为5MPa条件下，高压蒸汽养护5h，得砖坯，将砖坯置于马弗炉中，以90mL/min速率向炉内通入氮气，以5℃/min速率程序升温至500℃，保温反应4h，继续以15℃/min速率程序升温至1450℃，保温烧结6h，随炉降至室温，即得高强度轻质砖。所述凝胶材料为电石泥。所述有机酸为乙酸。所述木屑为杨木屑。所述污泥为二沉池污泥。所述纤维颗粒料为椰壳纤维。所述脱模剂为水性硅油与水按质量比1：30混合配制而成。
实例6
将海泡石与有机酸按质量比1：100置于单口烧瓶中，并将单口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为100℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合50min，得混合液，再将混合液置于旋转蒸发仪中，于温度为80℃，压力为800kPa，转速为80r/min条件下，减压浓缩50min，得浓缩液，随后将浓缩液置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥料，随后将干燥料置于球磨中粉碎，即得改性海泡石；将琼脂粉与水按质量比1：100加入烧杯中，用玻璃棒搅拌混合30min后，静置溶胀4h，再将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为100℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解50min，即得琼脂液；按重量份数计，将30份粉煤灰，50份凝胶材料，30份铝土矿，20份改性海泡石，20份炼焦，20份木屑，20份石膏，20份造纸黑液，30份质量分数为10%的氟化钠溶液，6份纳米铁粉，30份污泥，30份纤维颗粒料，30份琼脂液，20份菱苦土，20份火山灰，20份氯化镁，220份水置于混料机中，于转速为200r/min条件下，搅拌混合50min，得混合浆料，向模具中喷洒脱模剂，随后将混合浆料注入模具中，静置24h后，脱模，得成型坯料，接着将成型坯料置于移入蒸压釜中，于温度为175℃，压力为5MPa条件下，高压蒸汽养护5h，得砖坯，将砖坯置于马弗炉中，以90mL/min速率向炉内通入氮气，以5℃/min速率程序升温至500℃，保温反应4h，继续以15℃/min速率程序升温至1450℃，保温烧结6h，随炉降至室温，即得高强度轻质砖。所述凝胶材料为电石泥。所述有机酸为乙酸。所述木屑为杨木屑。所述污泥为二沉池污泥。所述纤维颗粒料为椰壳纤维。所述脱模剂为水性硅油与水按质量比1：30混合配制而成。
对比例：上海某墙体材料有限公司生产的轻质砖。
将实例1至6所得的高强度轻质砖及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
1.力学性能：按照GB /T 5072检测常温耐压强度；
2.抗热震性：按照GB/T 30873对试件进行检测，以出现裂纹次数体现抗热震性，次数越多则抗热震性越佳；
3.保温性能：按照GB/T10294检测试件导热系数；
具体检测结果如表1所示：
表1
Figure 941189DEST_PATH_IMAGE001
由表1检测结果可知，本发明技术方案制备的高强度轻质砖具有优异的力学性能，抗热震性及保温性能的特点，除此之外，其耐磨性也得到改善，在建筑材料行业的发展中具有广阔的前景。

Claims (3)

1.一种高强度轻质砖，其特征在于：是由以下重量份数的原料组成：20～30份粉煤灰，40～50份凝胶材料，20～30份铝土矿，10～20份改性海泡石，10～20份炼焦，10～20份木屑，10～20份石膏，10～20份造纸黑液，20～30份氟化钠溶液，4～6份纳米铁粉，20～30份污泥，20～30份纤维颗粒料，20～30份琼脂液，10～20份菱苦土，10～20份火山灰，10～20份氯化镁和180～220份水；
所述高强度轻质砖的制备步骤为：
（1）按原料组成称量各原料；
（2）将粉煤灰，凝胶材料，铝土矿，改性海泡石，炼焦，木屑，石膏，造纸黑液，氟化钠溶液，纳米铁粉，污泥，纤维颗粒料，琼脂液，菱苦土，火山灰，氯化镁，水搅拌混合，得混合浆料；所述凝胶材料为电石泥或粉状石灰中的任意一种；所述改性海泡石的制备过程为：将海泡石与有机酸按质量比1：50～1：100加热搅拌混合，减压浓缩，干燥，粉碎，即得改性海泡石；所述有机酸为乙酸，甲酸，草酸，硬脂酸，软脂酸或丙烯酸中的任意一种；所述污泥为二沉池污泥，初沉污泥或腐殖污泥中的任意一种；所述琼脂液的制备过程为：将琼脂粉与水按质量比1：50～1：100混合静置溶胀后，加热搅拌混合，即得琼脂液；
（3）将混合浆料注模，静置，脱模，高压蒸汽养护，得砖坯；
（4）将砖坯充氮高温烧结，即得高强度轻质砖；所述高温烧结条件为：于马弗炉内，以60～90mL/min速率向炉内通入氮气，以3～5℃/min速率程序升温至400～500℃，保温反应2～4h，继续以10～15℃/min速率程序升温至1300～1450℃，保温烧结5～6h。
2.根据权利要求1所述一种高强度轻质砖，其特征在于：所述木屑为杨木屑，松木屑，桦木屑，桃木屑中的任意一种。
3.根据权利要求1所述一种高强度轻质砖，其特征在于：所述纤维颗粒料为椰壳纤维，麦秸秆纤维或棉秆纤维中的任意一种。
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