CN108424096A - 一种中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料及其制备方法 - Google Patents

一种中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料及其制备方法，使用地聚物粉煤灰和石灰作为粉体材料的主要材料，添加少量水泥、激发剂等，采用成孔材料和热稳定剂作为提高比强的关键，使用轻质有机球形颗粒作为内核，采用成球工艺，在内核表面包裹粉体材料。达到一定强度后，在中温下燃烧成孔材料，从而制得高孔隙率的低密度高比强轻质骨料。所制备的轻骨料具有孔隙率高、堆积密度低、比强度高等特点。可有效解决烧结型陶粒耗能高、污染较大的问题和现有免烧骨料堆积密度较大、比强度仍然不高的问题。

Description

一种中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料及其制备方法。
背景技术
水泥一般可分为“水硬性”水泥和“地聚物”水泥。其中地聚物水泥是由于在碱性活化剂如碱金属的氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氟化物、硅酸盐和铝硅酸盐等的存在下，通过聚合铝硅酸盐氧化物而形成，是含有Si-O-Al键，由AlO4和SiO4四面体结构单元组成三维立体网状结构的无机聚合物。常用的地聚物采用NaOH或硅酸钠催化，掺加高岭土或铝酸盐等含高铝材料，采用少量水泥或者矿渣等提供硅质材料制备。
目前的轻质骨料主要是以烧结型陶粒和免烧型轻骨料为主。烧结型陶粒，一般采用1000～1300℃的高温煅烧，能耗高、污染大，且多采用限制的粘土资源，少量采用页岩作为原料。现有的免烧型轻集料堆积密度在600kg/m3以上，堆积密度较大，孔隙率较低，比强度不高。如采用硅酸盐水泥为主的免烧轻集料，其堆积密度在800kg/m3以上；采用保温材料作为芯材的免烧轻集料，其堆积密度在700kg/m3以上；有最新发明专利，其核壳型免烧轻骨料的典型容重在500～700kg/m3，此时单颗承载力在150～250N，要做到密度低于500kg/m3仍然非常困难。因此，有必要进一步研究轻骨料的配方及对应的制备方法和匹配的生产工艺，使得产品生产能耗低，且轻骨料密度低于600kg/m3，甚至低至约400kg/m3，同时对应的筒压强度在1.5～2.5MPa以上的低密度高比强的轻骨料。
发明内容
针对免烧陶粒容重过大，烧结陶粒能耗高的问题，本发明提供了一种中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料及其制备方法，所制备的轻质骨料，孔隙率高，密度低，强度高，耗能低，具有良好的保温特性。其中采用合适的成孔材料，并根据成孔材料选择合理的热稳定剂品种和掺量，是轻质骨料实现高比强的关键技术。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料，所述轻骨料由粉体材料、内核材料和水组成，其中，所述粉体材料包括地聚物粉煤灰、石灰、水泥、成孔材料和热稳定剂，各组分按质量比例分别为：地聚物粉煤灰占65～80％、石灰占6～12％、水泥占5～12％、成孔材料占2.5～13％、热稳定剂占0.5～5％；所述内核材料为直径4～10mm的EPS颗粒。
进一步地，所述成孔材料为有机材料粉末或生物纤维粉。
优选的，所述有机材料粉末或生物纤维粉为废弃聚氨酯粉末、EPS粉末、木屑、秸秆或豆壳。
进一步地，所述水与粉体材料的质量比为0.20～0.65。
进一步地，所述水泥为硅酸盐水泥或硅酸盐水泥与硫铝酸水泥复合水泥。
进一步地，所述热稳定剂为硬脂酸钠或硬脂酸钙。
进一步地，所述粉体材料中还包括激发剂，所述激发剂为硅酸钠，按质量比例占0.5～1％。
一种中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料的制备方法，包括以下步骤：将地聚物粉煤灰、石灰、水泥、成孔材料、热稳定剂和激发剂，按比例混合均匀成粉体材料；在成球仪中将上述粉体材料拌合水均匀包裹在内核材料表面，经由短时养护后，再通过中温煅烧，得到所述中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料。
优选的，所述短时养护包括：先自然养护1～4h，再控制温度在50～90℃蒸汽养护3～12h。
优选的，所述中温煅烧的方法如下：根据成孔材料的分解温度和热稳定剂的熔点，控制煅烧的温度在150～330℃之间，煅烧时间为10～45min。
本发明的有益效果如下：
(1)采用电厂的工业废弃物粉煤灰作为主要的粉体材料，减少轻质骨料对于粘土的依赖，保护环境。
(2)采用有机材料粉末或生物纤维粉作为成孔材料，有利于废弃聚氨酯、废弃有机物和植物废弃物的再利用，减少资源的浪费。
(3)采用中温煅烧工艺，其烧结温度可调节和选择，根据所选择的成孔材料，选择烧结温度。合理的成孔材料，可以优先降低烧结温度，从而解决烧结陶粒高耗能的问题。
(4)采用中温烧结，在提高基体空隙的同时，提高基体的强度，从而使制备的骨料孔隙率高，因此密度低，比强高。
(5)采用热稳定剂，有助于烧结过程中孔的稳定和保存；可根据成孔材料的分解温度和用量，选择热稳定剂的品种和掺量。
(6)采用激发剂，有利于成核后早期强度的提高，减少早期养护时间，提高生产效率。
(7)本发明制备的轻骨料，其产品可作为生产轻质材料的原料，也可以作为滤料和植物的保水养护用产品。
附图说明
图1为本发明实施例1所述轻骨料在中温煅烧前的成品图；
图2为本发明实施例1所述轻骨料在中温煅烧后的成品图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明做进一步详细说明。应当说明的是，此处描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
以生物纤维粉如木屑、秸秆或豆壳等粉体作为成孔材料，以地聚物粉煤灰、石灰作为主要粉体材料，添加硅酸盐水泥，以硬脂酸钠作为热稳定剂以及水，混合成轻质骨料，在成球仪中成球后，经过养护工艺和中温煅烧工艺，制成低密度高比强的地聚物轻骨料。
粉体材料的质量比例分别为：粉煤灰占70～80％、生物纤维粉占2.5～8％、石灰占8～12％、硅酸盐水泥占5～12％、硬质酸钠0.5～2％；液态材料即是水，采用水粉质量比0.30～0.65。
采用的内核材料为直径6～10mm的EPS颗粒，控制壳层材料厚度为1.5～2.5mm。
养护和烧结方式：成球后先自然养护2～4h，然后90℃下蒸汽养护3h，图1为本实施例制备的轻骨料在中温煅烧前的成品图；然后在330℃的温度下，煅烧20～45min，煅烧后的成品图如图2所示。
表1轻骨料配合比及性能
实施例2
以有机材料粉末如废弃聚氨酯粉末、EPS粉末等作为成孔材料，以地聚物粉煤灰、石灰作为主要粉体材料，采用硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥复合水泥，以硬脂酸钙作为热稳定剂以及水，混合成轻质骨料，在成球仪中成球后，经过养护工艺和中温煅烧工艺，制成低密度高比强的地聚物轻骨料。
粉体材料的质量比例分别为：粉煤灰占65～70％、有机材料粉末占4～13％、石灰占6～8％、硅酸盐和硫铝酸盐复合水泥占7.5～11％(其中硫铝酸盐水泥为硅酸盐水泥质量的5～25％)、硬质酸钙0.5～5％；液态材料即是水，采用水粉质量比0.20～0.30。
采用的内核材料为直径4～8mm的EPS颗粒，控制壳层材料厚度为1.5～2.5mm。
养护和烧结方式：成球后先自然养护2～4h，然后50℃下蒸汽养护12h；然后在150℃的温度下，煅烧20～45min。
表2轻骨料配合比及性能
实施例3
以生物纤维粉(木屑)和有机材料粉末(聚氨酯)复合粉体作为成孔材料，以地聚物粉煤灰、石灰作为主要粉体材料，添加硅酸盐水泥和激发剂硅酸钠，以硬脂酸钠作为热稳定剂以及水，混合成轻质骨料，在成球仪中成球后，经过养护工艺和中温煅烧工艺，制成低密度高比强的地聚物轻骨料。
粉体材料质量比例分别为：粉煤灰占70～75％、成孔材料占7～11.5％(木屑占成孔材料的20％)、石灰占8％、硅酸盐水泥占8％、硬质酸钠1～2％，并掺入0.5～1％的硅酸纳作为激发剂；液态材料即是水，采用水粉质量比0.25～0.35。
采用的内核材料为直径8～10mm的EPS颗粒，控制壳层材料厚度为2.0～2.5mm。
养护和烧结方式：成球后先自然养护1～3h，然后60℃下蒸汽养护6h；然后在330℃的温度下，煅烧10～30min。
表3轻骨料配合比及性能
上述实施例中的制备方法，在成球工艺上，虽参考已有核壳结构免烧轻骨料的制备技术，然而因为材料组分和配方的改变，都极大的影响最终轻骨料的性能。采用成孔材料和中温烧结，在增加空隙的同时，提高非孔基体的强度，以期提高最终产品的比强。然而成孔材料的加入会降低采用相同成球工艺的免烧核壳骨料的筒压强度，同时早期更容易出现裂纹。掺量越高，越容易出现裂缝，同时更大的影响筒压强度。且中温烧结，产品基本结构基本固定，容易使产品产生裂缝，因此选择热稳定剂就显得非常之重要。因此合理的成孔材料和热稳定剂品质及掺量，是产品性能的关键技术，一般要求热稳定剂的熔点低于控制的煅烧温度，沸点高于煅烧温度50℃以上，且在熔点下不易挥发，失重少，结构稳定，并能有效保持气孔的稳定。
以上所述仅是本发明的一部分实施方法，应当指出：对于技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干可以预期的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料，其特征在于，所述轻骨料由粉体材料、内核材料和水组成，其中，所述粉体材料包括地聚物粉煤灰、石灰、水泥、成孔材料和热稳定剂，各组分按质量比例分别为：地聚物粉煤灰占65～80％、石灰占6～12％、水泥占5～12％、成孔材料占2.5～13％、热稳定剂占0.5～5％；所述内核材料为直径4～10mm的EPS颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料，其特征在于，所述成孔材料为有机材料粉末或生物纤维粉。
3.根据权利要求2所述的一种中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料，其特征在于，所述有机材料粉末或生物纤维粉为废弃聚氨酯粉末、EPS粉末、木屑、秸秆或豆壳。
4.根据权利要求1所述的一种中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料，其特征在于，所述水与粉体材料的质量比为0.20～0.65。
5.根据权利要求1所述的一种中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥或硅酸盐水泥与硫铝酸水泥复合水泥。
6.根据权利要求1所述的一种中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料，其特征在于，所述热稳定剂为硬脂酸钠或硬脂酸钙。
7.根据权利要求1所述的一种中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料，其特征在于，所述粉体材料中还包括激发剂，所述激发剂为硅酸钠，按质量比例占0.5～1％。
8.权利要求1所述的一种中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将地聚物粉煤灰、石灰、水泥、成孔材料、热稳定剂和激发剂，按比例混合均匀成粉体材料；在成球仪中将上述粉体材料拌合水均匀包裹在内核材料表面，经由短时养护后，再通过中温煅烧，得到所述中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料。
9.根据权利要求8所述的一种中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料的制备方法，其特征在于，所述短时养护包括：先自然养护1～4h，再控制温度在50～90℃蒸汽养护3～12h。
10.根据权利要求8所述的一种中温煅烧低密高比强地聚物轻骨料的制备方法，其特征在于，所述中温煅烧的方法如下：根据成孔材料的分解温度和热稳定剂的熔点，控制煅烧的温度在150～330℃之间，煅烧时间为10～45min。
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