CN109206074A - 一种碱激发胶凝材料的用途 - Google Patents

一种碱激发胶凝材料的用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种碱激发胶凝材料的用途。所述碱激发胶凝材料用于生产外墙装饰板，所述外墙装饰板由装饰面层和中料层压合而成。所述装饰面层外表面喷涂的物料由下述重量份计的组份制成：煤矸石100份、碱渣0‑50份、碱性激发剂1‑20份、水20‑60份、纸浆纤维5‑30份、颜料1‑30份、聚丙烯纤维0.5‑1份。所述中料层物料由下述重量份组份制成：煤矸石100份、碱渣0‑80份、碱性激发剂1‑15份、水10‑40份、纸浆纤维5‑50份、聚丙烯纤维0.5‑2份。本发明提供的技术方案，充分利用了碱激发碱渣‑煤矸石胶凝材料的潜在水硬性，在较高的水化速度中生成达到外墙装饰板各项性能指标的高强度产品，并保证了板材的成坯质量，可实现批量生产。

Description

一种碱激发胶凝材料的用途
技术领域
本发明涉及一种碱激发胶凝材料，具体讲涉及一种碱激发碱渣-煤矸石胶凝材料的用途。
背景技术
碱激发胶凝材料是由潜在胶凝材料组分和碱性激发剂反应生成的一类胶凝材料，具有原材料丰富(可利用工业废弃物)，制备简单和能耗低等优点，并且兼备良好的耐腐、耐高温等性能。其中，潜在凝胶材料组分主要为偏高领土、粒化高炉矿渣、粒化磷渣及粉煤灰等。碱性激发剂主要是苛性碱、可溶性硅酸盐或非硅酸盐。碱激发胶凝材料与传统硅酸盐水泥相比，具有需量小、水化热低、强度高和耐久性好等优点。而碱激发剂的种类、矿渣的成分和结构的差异都可使水化产物的组成和结构产生较大差异。(碱激发胶凝材料的应用研究，张波(173)53，《中国胶凝剂》第2014年3月第23卷第3期)
煤矸石含有大量的黏土类矿物，经过一定温度煅烧后具有一定的火山灰活性，掺加一定碱性激发剂后形成碱激发煤矸石胶凝材料，可以使煤矸石变废为宝、实现高附加值再利用。碱渣是指工业生产中制碱和碱处理过程中排放的碱性废渣，其成份主要包括碳酸钙、硫酸钙、氯化钙等钙盐为主要组分的废渣，还含有少量的二氧化硫等成份，由于其含有大量的氯化物成为难以处理的固体废弃物，碱渣堆存严重污染环境，制约制碱工业的发展。
将碱渣掺入煤矸石中，复合掺入少量碱性激发剂可以制备碱激发碱渣-煤矸石胶凝材料，碱渣掺入煤矸石中显著改善了煤矸石早期水化反应慢、强度低的问题，碱渣可以增加复合体系的碱度，其成分中的硫酸钙与煤矸石发生硫酸盐激发反应，加速体系的水化反应，促进强度发展，同时，其成分中的氯化钙可起到早强作用。
近几年研发的新型建筑外墙装饰材料常用的有建筑涂料、外墙砖、玻璃幕墙、陶瓷挂板、铝板、铝塑板等。外墙涂料安全、色彩丰富、容易更新,但对墙体的诸如抗裂性、耐候耐久性保护性能较差，且易脏、易褪色；而玻璃幕墙的反光、陶瓷挂板的高密度和外墙砖本身自重大，给在外墙高层建筑使用带来潜在危险，并且通常高温烧制，属高污染高能耗类产品，安全隐患和环保隐患并存。铝板，铝塑板等金属类外墙装饰材料由于其造价高昂，安装要求复杂，难以普及。因此，人们着力研发价格低廉、环保、易于生产，且质量轻、强度高、韧性高、耐久性好、收缩率低的外墙装饰板材。
本发明人经过长期艰苦的探索和反复的实验发现采用碱激发胶凝材料生产外墙装饰板需要解决以下诸多庞杂的问题：如何从无数可能的方案中甄选出潜在凝胶材料组分的复配以提高早期水化速度、并生成高强度的产物，达到外墙装饰板抗腐蚀、抗冲击、抗疲劳、韧性高、耐久性好、收缩率低等等各项性能指标；如何配制恰当的碱性激发剂在水化过程中对复配的潜在凝胶材料活性激发，使其潜在水硬性得到充分发挥；如何提高稀浆薄料成坯质量以及如何实现流水线作业达到批量生产。这一系列连锁性问题成为碱激发胶凝材料产业化生产外墙装饰板的难点。
发明内容
有鉴于此，为了克服上述难点，本发明提供一种碱激发胶凝材料的用途，该技术方案充分发挥了碱渣-煤矸石的潜在水硬性，在较高的水化速度中生成高强度产物以达到外墙装饰板各项性能指标，并保证了板材的成坯质量，可实现批量生产的流水线作业。
本发明提供的一种碱激发胶凝材料的用途，所述碱激发胶凝材料为碱激发碱渣-煤矸石胶凝材料，用于生产一种外墙装饰板；
进一步，所述外墙装饰板包括压合的装饰面层和中料层；
进一步，所述装饰面层外表面喷涂有装饰面层物料，所述装饰面层物料由按重量份计的下述组份制成：煤矸石100份、碱渣0-50份、碱性激发剂1-20份、水20-60份、纸浆纤维5-30份、颜料1-30份和聚丙烯纤维0.5-1份；
进一步，所述中料层由流浆成型的中料层物料制成，所述中料层物料由按重量份计的下述组份制成：煤矸石100份、碱渣0-80份、碱性激发剂1-15份、水10-40份、纸浆纤维5-50份和聚丙烯纤维0.5-2份。
进一步，所述碱性激发剂为苛性钠、石灰和二水石膏复合配制而成，均为工业级，优等品，含量≥99.0％。
进一步，所述碱性激发剂按重量比，苛性钠：石灰：二水石膏为4：4：1.5。
所述碱性激发剂另一优选方案为：按重量比，苛性钠：石灰：二水石膏为5：4：2。
进一步，所述装饰面层物料由按重量份计的下述组份制成：
煤矸石100份、碱渣25份、碱性激发剂15份、水30份、纸浆纤维5份、颜料5份和聚丙烯纤维0.5份。
所述装饰面层物料另一优选方案由按重量份计的下述组份制成：
煤矸石100份、碱渣50份、碱性激发剂10份、水35份、纸浆纤维10份、颜料10份和聚丙烯纤维1份。
进一步，所述中料层物料由按重量份计的下述组份制成：
煤矸石100份、碱渣50份、碱性激发剂8份、水40份、纸浆纤维35份和聚丙烯纤维1份。
所述中料层物料另一优选方案由按重量份计的下述组份制成：
煤矸石100份、碱渣60份、碱性激发剂8份、水45份、纸浆纤维25份和聚丙烯纤维1份；
进一步，所述煤矸石的成分为:质量百分比SiO2：53.18﹪；Al2O3：18.39﹪；Fe2O3：12.63﹪；CaO：2.32﹪；MgO：2.21﹪；TiO2：2.90﹪；P2O5：0.14﹪；K2O+Na2O：3.6﹪；V2O5：0.02﹪、烧失量5.61％；
进一步，所述碱渣的成分为:质量百分比CaSO3 45.6％、CaCl2 10.5％、Al2O33.0％、SiO2 7.8％、CaCO4 3.9％、CaO 10.3％、Fe2O3 0.7％、Mg(OH)2 9.0％、NaCl 2.7％、H2O 5.3％；
进一步，所述煤矸石为600-900℃煅烧后产物，且比表面积300-600m2/kg；
所述碱渣为碱渣原渣经粉磨后制得，且比表面积300-600m2/kg。
进一步，所述一种碱激发胶凝材料制备外墙装饰板的工艺，包括如下步骤：
1)将所述装饰面层物料和中料层物料分别按照溶液、粉体和纸浆纤维的顺序依次加入搅拌机中搅拌5-10min；
2)将装饰面层物料喷射在涂有脱模剂的带有纹理的模板上；
3)将中料层物料卸入流浆机中流浆成型，于20-35℃、0.1-1MPa和10-20m/min车速下流浆脱水成型；
4)将带有装饰面层物料的纹理模板压制在流浆成型的中料层上；
5)将成型的湿板材切割成相应尺寸；
6)将板材放入20-50℃、相对湿度70-90％的环境中养护1-3天；
7)将毛坯板切割成规格尺寸。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
1、碱激发碱渣-煤矸石胶凝材料，水化热较低，以其制备的外墙装饰板具有抗冲击强度高、韧性高、抗疲劳性能好、耐久性好、收缩率低等优点；
2、碱性激发剂可以在水化过程中对煤矸石活性激发，使其潜在水硬性得到充分发挥；
3、碱渣中的有效成分提高了体系碱度，促进煤矸石的水化反应、提高早期强度；
4、该工艺生产效率高，成本低，很容易形成流水线作业和批量生产；
5、该工艺可提高稀浆薄料成坯质量。
具体实施方式
下面通过具体实施例的方式对本发明提供的技术方案做进一步清楚完整的说明，但它们并不构成对本发明的限制。
实施例1
1、原料的准备：
1)配制碱性激发剂
按重量比,中苛性钠：石灰：二水石膏为4：4：1.5。
2)配制装饰面层物料
按重量份计，煤矸石100份、碱渣25份、碱性激发剂15份、水30份、纸浆纤维5份、颜料5份、聚丙烯纤维0.5份。
3)配制中料层物
按重量份计，煤矸石100份、碱渣50份、碱性激发剂8份、水40份、纸浆纤维35份、聚丙烯纤维1份。
上述组份中煤矸石的成分为:质量百分比SiO2：53.18﹪；Al2O3：18.39﹪；Fe2O3：12.63﹪；CaO：2.32﹪；MgO：2.21﹪；TiO2：2.90﹪；P2O5：0.14﹪；K2O+Na2O：3.6﹪；V2O5：0.02﹪、烧失量5.61％.
碱渣的成分为:质量百分比CaSO3 45.6％、CaCl2 10.5％、Al2O3 3.0％、SiO27.8％、CaCO4 3.9％、CaO 10.3％、Fe2O3 0.7％、Mg(OH)2 9.0％、NaCl 2.7％、H2O 5.3％。
2、制备外墙装饰板的步骤
1)将装饰面层物料和中料层物料分别按照溶液、粉体和纸浆纤维的顺序依次加入搅拌机中搅拌8min；
2)将装饰面层物料喷射在涂有脱模剂的带有特殊纹理的模板上；
3)将中料层物料卸入抄取机中流浆成型，抄取脱水压力成型中，温度为25℃，压力为0.1MPa，车速为15m/min；
4)将带有装饰面层物料的纹理模板压制在流浆成型后的中料层物料；
5)将成型的湿板材切割成相应尺寸；
6)板材放入温度30℃、相对湿度75％环境中养护2天；
7)将毛坯板切割成规格尺寸。
实施例2
1、原料的准备：
1)配制碱性激发剂：
按重量比，中苛性钠：石灰：二水石膏为5：4：2。
2)配制装饰面层物料
按重量份计，煤矸石100份、碱渣50份、碱性激发剂10份、水35份、纸浆纤维10份、颜料10份、聚丙烯纤维1份。
3)配制中料层物料
按重量份计，煤矸石100份、碱渣60份、碱性激发剂8份、水40份、纸浆纤维25份、聚丙烯纤维1份。
2、制备外墙装饰板的步骤：
1)将装饰面层物料和中料层物料分别按照溶液、粉体和纸浆纤维的顺序依次加入搅拌机中搅拌10min；
2)将装饰面层物料喷射在涂有脱模剂的带有特殊纹理的模板上；
3)将中料层物料卸入抄取机中流浆成型，抄取脱水压力成型中，温度为30℃，压力为0.5MPa，车速为20m/min；
4)将带有装饰面层物料的纹理模板压制在流浆成型后的中料层物料；
5)将成型的湿板材切割成相应尺寸；
6)板材放入温度35℃、相对湿度85％环境中养护1天；
7)将毛坯板切割成规格尺寸。
实施例3-14如下：(碱性激发剂的配制同实施例1，制备过程同实施例2)面层物料配制如表1：(按重量份计)
表1
实施例编号 煤矸石 碱渣 碱性激发剂 水 纸浆纤维 颜料 聚丙烯纤维
实施例3 100 40 11 24 28 15 0.5
实施例4 100 3 20 46 14 21 0.9
实施例5 100 34 7 20 9 30 0.7
实施例6 100 27 1 32 5 2 1.0
实施例7 100 0 9 50 13 10 0.6
实施例8 100 16 4 40 21 1 0.8
实施例9 100 50 19 28 19 26 0.7
实施例10 100 9 14 25 7 15 1.0
实施例11 100 48 3 60 30 16 0.6
实施例12 100 30 15 56 26 24 0.8
实施例13 100 26 16 48 24 18 1.0
实施例14 100 32 18 36 20 28 0.5
中料层物料配制如表2：(按重量份计)
表2
实施例编号 煤矸石 碱渣 碱性激发剂 水 纸浆纤维 聚丙烯纤维
实施例3 100 66 11 24 5 0.9
实施例4 100 70 14 11 42 0.6
实施例5 100 0 7 20 9 0.5
实施例6 100 52 1 32 40 1.6
实施例7 100 39 9 10 15 1.1
实施例8 100 26 4 40 24 2
实施例9 100 8 12 28 32 1.8
实施例10 100 17 15 17 10 1.5
实施例11 100 80 10 38 48 1.6
实施例12 100 60 13 36 50 1.7
实施例13 100 76 8 30 26 1.9
实施例14 100 70 15 34 38 0.8
上述实施例中制备的外墙装饰板的性能如下：
表3：
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (13)

1.一种碱激发胶凝材料的用途，其特征在于，所述碱激发胶凝材料为碱激发碱渣-煤矸石胶凝材料，用于生产一种外墙装饰板。
2.如权利要求1所述的一种碱激发胶凝材料的用途，其特征在于，所述外墙装饰板包括压合的装饰面层和中料层。
3.如权利要求2所述的一种碱激发胶凝材料的用途，其特征在于，所述装饰面层外表面喷涂有装饰面层物料，所述装饰面层物料由按重量份计的下述组份制成：煤矸石100份、碱渣0-50份、碱性激发剂1-20份、水20-60份、纸浆纤维5-30份、颜料1-30份和聚丙烯纤维0.5-1份。
4.如权利要求2所述的一种碱激发胶凝材料的用途，其特征在于，所述中料层由流浆成型的中料层物料制成，所述中料层物料由按重量份计的下述组份制成：煤矸石100份、碱渣0-80份、碱性激发剂1-15份、水10-40份、纸浆纤维5-50份和聚丙烯纤维0.5-2份。
5.按照权利要求3或4所述的一种碱激发胶凝材料的用途，其特征在于，所述碱性激发剂为苛性钠、石灰和二水石膏复合配制而成，均为工业级，优等品，含量≥99.0％。
6.按照权利要求5所述的一种碱激发胶凝材料的用途，其特征在于，所述碱性激发剂按重量比，苛性钠：石灰：二水石膏为4：4：1.5。
7.按照权利要求5所述的一种碱激发胶凝材料的用途，其特征在于，所述碱性激发剂按重量比，苛性钠：石灰：二水石膏为5：4：2。
8.按照权利要求3所述的一种碱激发胶凝材料的用途，其特征在于，所述的装饰面层物料可由按重量份计的下述组份制成：煤矸石100份、碱渣25份、碱性激发剂15份、水30份、纸浆纤维5份、颜料5份和聚丙烯纤维0.5份；
所述的装饰面层物料还可由按重量份计的下述组份制成：煤矸石100份、碱渣50份、碱性激发剂10份、水35份、纸浆纤维10份、颜料10份和聚丙烯纤维1份。
9.按照权利要求4所述的一种碱激发胶凝材料的用途，其特征在于，所述中料层物料可由按重量份计的下述组份制成：煤矸石100份、碱渣50份、碱性激发剂8份、水40份、纸浆纤维35份和聚丙烯纤维1份；
所述中料层物料还可由按重量份计的下述组份制成：煤矸石100份、碱渣60份、碱性激发剂8份、水45份、纸浆纤维25份和聚丙烯纤维1份。
10.按照权利要求3或4所述的一种碱激发胶凝材料的用途，其特征在于，所述煤矸石的成分为:质量百分比SiO2：53.18﹪；Al2O3：18.39﹪；Fe2O3：12.63﹪；CaO：2.32﹪；MgO：2.21﹪；TiO2：2.90﹪；P2O5：0.14﹪；K2O+Na2O：3.6﹪；V2O5：0.02﹪、烧失量5.61％。
11.按照权利要求3或4所述的一种碱激发胶凝材料的用途，其特征在于，所述碱渣的成分为:质量百分比CaSO3 45.6％、CaCl2 10.5％、Al2O3 3.0％、SiO27.8％、CaCO4 3.9％、CaO10.3％、Fe2O3 0.7％、Mg(OH)2 9.0％、NaCl 2.7％、H2O 5.3％。
12.按照权利要求3或4所述的一种碱激发胶凝材料的用途，其特征在于，所示煤矸石为600-900℃煅烧后产物，且比表面积300-600m2/kg；所述碱渣为碱渣原渣经粉磨后，且比表面积300-600m2/kg。
13.按照权利要求1-12任一项所述的一种碱激发胶凝材料的用途，其特征在于碱激发胶凝材料生产外墙装饰板的工艺包括如下步骤：
1)将所述装饰面层物料和中料层物料分别加入搅拌机中搅拌5-10min；
2)将装饰面层物料喷射在涂有脱模剂的带有纹理的模板上；
3)将中料层物料卸入流浆机中流浆成型，于20-35℃、0.1-1MPa和10-20m/min车速下流浆脱水成型；
4)将带有装饰面层物料的纹理模板压制在流浆成型的中料层上；
5)将成型的湿板材切割成相应尺寸；
6)将板材放入20-50℃、相对湿度70-90％的环境中养护1-3天；
7)将毛坯板切割成规格尺寸。
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