CN109734369A

CN109734369A - 一种以铁尾矿为原料常温常压制备的泡沫加气混凝土砌块及其制备方法

Info

Publication number: CN109734369A
Application number: CN201910188997.0A
Authority: CN
Inventors: 王建国; 孔祥宇; 宋鑫; 杨骏
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2019-05-10

Abstract

本发明公开了一种以铁尾矿为原料常温常压制备的泡沫加气混凝土砌块及其制备方法。按重量百分数计，所述泡沫加气混凝土砌块由以下组分组成：铁尾矿20~50%、水泥30~60%、早强剂2~4%、粉煤灰3~10%、纤维素1~3%、胶粉1~3%、聚丙烯纤维2~4%、发泡剂1~2%、三聚氰胺减水剂1~2%、有机硅憎水剂1~2%、稳泡剂0.5~1.5%。本发明制备的泡沫混凝土砌块经测试具有较低的密度，较高的孔隙率、较高的隔音性及较强的保温性能；由此本发明制备的泡沫混凝土砌块具有优良的性能，本发明制备泡沫加气混凝土砌块的过程中，工艺步骤简单、反应处理时间极快、养护方法简单，可以大大提高企业的生产效率。

Description

一种以铁尾矿为原料常温常压制备的泡沫加气混凝土砌块及其制备方法

技术领域

本发明属于无机材料技术领域，具体涉及一种以铁尾矿为原料常温常压制备的泡沫加气混凝土砌块及其制备方法。

背景技术

尾矿处理是资源综合利用的重要部分。国内大量尾矿不仅占用了土地和造成了资源的浪费，而且也给人类生活环境带来了严重污染和危害，恶化了环境。如何把这些沉睡多年、数量惊人的尾矿进行开发利用，真正实现“无尾、无废、无污染”的现代化生产，达到推进矿山环境的综合治理，也是我国及世界各国共同关心的重要课题。

加气砌块行业在过去几十年里的快速发展，如今大多数加气砌块的制备以水泥、砂子为主要原料。最常见的加气砌块是铝粉发气砌块，通过铝粉在碱性环境下反应生成氢气；加气砌块的养护方式也是加气砌块制备的重要步骤之一，目前最常见的养护方式为蒸压养护，蒸压养护是在一定的温度和压强下生成莫托石的方法。但是，蒸压养护，价格昂贵导致成本较高；同样，使用蒸压养护方法养护加气砌块，也存在着安全系数低、条件苛刻等缺点，也很大程度上制约的大规模生产。

针对上述技术背景，本发明以铁尾矿这种廉价资源，在常温常压下进行养护得到泡沫加气混凝土砌块，具有非常大的环境意义和经济意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种以铁尾矿为原料常温常压制备的泡沫加气混凝土砌块及其制备方法，以廉价的铁尾矿为原料，本发明在保证泡沫加气混凝土砌块产品性能较好的前提下极大的缩短了其制备的时间，为泡沫加气混凝土砌块的大规模生产提供了一种新的方法。

所述的一种泡沫加气混凝土砌块，其特征在于按重量百分数计，由以下组分组分：铁尾矿20~50%、水泥30~60%、早强剂2~4%、粉煤灰3~10%、纤维素1~3%、胶粉1~3%、聚丙烯纤维2~4%、发泡剂1~2%、三聚氰胺减水剂1~2%、有机硅憎水剂1~2%、稳泡剂0.5~1.5%。

所述的一种泡沫加气混凝土砌块，其特征在于所述铁尾矿的成分包括SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃和Fe₂O₃。

所述的一种泡沫加气混凝土砌块，其特征在于所述水泥为普通硅酸盐水泥，所述纤维素为羟甲基纤维素、乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素，所述稳泡剂为硅树脂聚醚乳液。

所述的一种泡沫加气混凝土砌块，其特征在于其密度为0.3-0.12g/cm³，孔隙率为93-94%，导热系数为0.07-0.18（W/（m•K))。

所述的一种泡沫加气混凝土砌块的制备方法，其特征在于按重量份计，包括以下步骤：

1）将铁尾矿利用球磨机研磨粉碎，得到铁尾矿粉末；

2）取步骤1）所得铁尾矿粉末20-50份、水泥30-60份、粉煤灰3-10份、聚丙烯纤维2-4份、三聚氰胺减水剂1-2份、有机硅憎水剂1-2份干混搅拌均匀，得到干混混合原料；

3）向步骤2）所得干混混合原料中加入纤维素1-3份、胶粉1-3份、早强剂2-4份、发泡剂1-2份、稳泡剂0.5-1.5份，加20-50份水湿混搅拌均匀后浇注入模，将注模后的浆料静停养护22-26h，在模具内形成坯体；

4）将步骤3）所得坯体脱模，进行自然养护，使坯体中的水分挥发，最终得到所述泡沫加气混凝土砌块。

所述的一种泡沫加气混凝土砌块的制备方法，其特征在于步骤3）中静停养护的条件为：保持环境湿度为99%，温度为40℃-60℃，养护时间为24小时。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1）本发明以铁尾矿这种廉价材料为原料，制备出泡沫加气混凝土砌块，在保证品质的同时，大大降低了成本，具有很高的实用价值。

2）本发明制备泡沫加气混凝土砌块的过程中，经过搅拌混合、注模、静停养护、自然养护等步骤，降低了蒸压养护时的生产成本，极大的简化了操作步骤，同时与蒸压加气混凝土砌块相比保温性和隔音性都有很大的提高，对于大规模生产有着极大的现实意义。

3）本发明制备的泡沫混凝土砌块经测试具有较低的密度，较高的孔隙率、较高的隔音性及较强的保温性能；由此本发明制备的泡沫混凝土砌块具有优良的性能，本发明制备泡沫加气混凝土砌块的过程中，工艺步骤简单、反应处理时间极快、养护方法简单，可以大大提高企业的生产效率。同时本发明的制备原料来源广泛、且价格低廉，对环境无污染、能有效减少铁尾矿对环境的危害、反应条件温和，对设备要求低，适用于工业化生产。

4）与现在工业生产中制备的泡沫混凝土砌块相比，本发明方法生产的泡沫混凝土砌块保温性能更好，传统方法生产的泡沫混凝土砌块，导热系数在0.10-0.20之间，而该方法生产的泡沫混凝土砌块由于所掺杂的发泡剂、稳泡剂、纤维素，所形成的气孔保温性能更加优异，导热系数低于0.080，并且由于加入了早强剂、三聚氰胺型减水剂，能够有效的在砌块生产初期提高砌块的早期强度，同时养护时间可以缩短一半。

5）本发明以廉价的铁尾矿作为泡沫加气混凝土砌块的粗骨料填充材料，以水泥作为粗骨料填充材料的胶凝材料，进而提高砌块的强度，粉煤灰作为细料填充砌块；在本发明的泡沫加气混凝土砌块的制备过程中，需要将各原料组分混合配制浆料，胶粉作为胶连剂增强浆料的粘稠度，有利于浆料在模具内的成型；发泡剂可以降低砌块整体的密度，同时也可以在砌块内形成封闭的气孔，提高砌块的保温性能；在砌块的制备过程中，三聚氰胺减水剂可以减少水的用量，也可以在浆料凝结初期提高砌块早期的强度，减小砌块后期的养护时间。有机硅憎水剂中的有机硅化合物与无机硅酸盐材料之间较强的化学亲和力，有效的改变硅酸盐材料的表面特性，使之达到憎水效果，降低砌块的吸水率。稳泡剂可以使发泡剂产生的气泡更加稳定，同时泡沫破灭半衰期。

附图说明

图1为实施例1制备泡沫加气混凝土砌块的工艺流程图；

图2为实施例1制备的泡沫加气混凝土砌块的SEM图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

以下实施例和比较例中：水泥是型号为P.O42.5的普通硅酸盐水泥，发泡剂是济宁百川化工有限公司生产的植物蛋白发泡剂，粉煤灰购自于河北京航矿产品有限公司，有机硅憎水剂购自于山东豪耀新材料有限公司。稳泡剂是购自于济宁百川化工有限公司生产的硅树脂聚醚乳液稳泡剂。早强剂购自于宏祥建筑外加剂厂，羟甲基纤维素购自于晋州富强精细化工有限公司，胶粉购自于正信宏达建材有限公司，聚丙烯纤维购自于海众土工材料有限公司，三聚氰胺减水剂购自于上海臣启化工科技有限公司。

铁尾矿的组分质量百分含量为：SiO2 45.43%、CaO 13.81%、MgO 13.10%、Al2O311.35%、Fe2O3 10.13%，余量为杂质。

实施例1 制备泡沫加气混凝土砌块

所述泡沫加气混凝土砌块，按重量百分数计，由以下组分组成：铁尾矿35%、水泥41%、早强剂2%、粉煤灰10%、羟甲基纤维素2%、胶粉3%、聚丙烯纤维2%、发泡剂1%、三聚氰胺减水剂2%、有机硅憎水剂1%、硅树脂聚醚乳液稳泡剂1%。

按重量份计，所述泡沫加气混凝土砌块的制备方法为，包括以下步骤：

1）将铁尾矿利用球磨机研磨粉碎，得到铁尾矿粉末；

2）取步骤1）所得铁尾矿粉末35份、水泥41份、粉煤灰10份、聚丙烯纤维2份、三聚氰胺减水剂2份、有机硅憎水剂1份干混搅拌均匀，得到干混混合原料；

3）向步骤2）所得干混混合原料中加入羟甲基纤维素2份、胶粉3份、早强剂2份、发泡剂1份、硅树脂聚醚乳液稳泡剂1份，加20份水湿混搅拌均匀后浇注入模，将注模后的浆料静停养护（静停养护条件为：保持环境湿度为99%，温度为50℃，养护时间为24小时），在模具内形成坯体；

4）将步骤3）所得坯体脱模，进行自然养护（自然养护过程为：在室温下，避免雨水且保持良好的通风条件，前7天每天洒水2次，保持砌块湿润；再自然放置7天，使坯体中的水分挥发，即自然养护完成），最终得到所述泡沫加气混凝土砌块。实施例1制备泡沫加气混凝土砌块的工艺流程图如图1所示。

对实施例1所得的泡沫加气混凝土砌块进行了性能参数测定，测试其在电子扫描显微镜下的微观结构形貌，测试结果如图2所示。从图2可以看出，该泡沫加气混凝土砌块是由很多孔洞连接而成，孔洞分布较为均匀，属于典型的三维网状纳米多孔结构。同时孔道分布均匀且密集，也可证明其有着较高的孔隙率。

实施例2 制备泡沫加气混凝土砌块

所述泡沫加气混凝土砌块，按重量百分数计，由以下组分组成：铁尾矿50%、水泥30%、早强剂3%、粉煤灰3%、羟甲基纤维素1%、胶粉2%、聚丙烯纤维4%、发泡剂2%、三聚氰胺减水剂2%、有机硅憎水剂2%、硅树脂聚醚乳液稳泡剂1%。

1）将铁尾矿利用球磨机研磨粉碎，得到铁尾矿粉末；

2）取步骤1）所得铁尾矿粉末50份、水泥30份、三聚氰胺减水剂2份、有机硅憎水剂2份、粉煤灰3份、聚丙烯纤维4份干混搅拌均匀，得到干混混合原料；

3）向步骤2）所得干混混合原料中加入羟甲基纤维素1份、胶粉2份、早强剂3份、发泡剂2份、硅树脂聚醚乳液稳泡剂1份，加30份水湿混搅拌均匀后浇注入模，将注模后的浆料静停养护（静停养护条件为：保持环境湿度为99%，温度为50℃，养护时间为24小时），在模具内形成坯体；

4）将步骤3）所得坯体脱模，进行自然养护（自然养护过程为：在室温下，避免雨水且保持良好的通风条件，前7天每天洒水2次，保持砌块湿润；再自然放置7天，使坯体中的水分挥发，即自然养护完成），最终得到所述泡沫加气混凝土砌块。

实施例3 制备泡沫加气混凝土砌块

所述泡沫加气混凝土砌块，按重量百分数计，由以下组分组成：铁尾矿43%、水泥39%、早强剂2%、粉煤灰5%、羟甲基纤维素3%、胶粉1%、聚丙烯纤维2%、发泡剂1%、三聚氰胺减水剂2%、有机硅憎水剂1%、硅树脂聚醚乳液稳泡剂1%。

1）将铁尾矿利用球磨机研磨粉碎，得到铁尾矿粉末；

2）取步骤1）所得铁尾矿粉末43份、水泥39份、粉煤灰5份、聚丙烯纤维2份、三聚氰胺减水剂2份、有机硅憎水剂1份干混搅拌均匀，得到干混混合原料；

3）向步骤2）所得干混混合原料中加入羟甲基纤维素3份、胶粉1份、早强剂2份、发泡剂1份、硅树脂聚醚乳液稳泡剂1份，加40份水湿混搅拌均匀后浇注入模，将注模后的浆料静停养护（静停养护条件为：保持环境湿度为99%，温度为50℃，养护时间为24小时），在模具内形成坯体；

实施例4 制备泡沫加气混凝土砌块

所述泡沫加气混凝土砌块，按重量百分数计，由以下组分组成：铁尾矿20%、水泥60%、早强剂2%、粉煤灰6%、羟甲基纤维素2%、胶粉3%、聚丙烯纤维2%、发泡剂1%、三聚氰胺减水剂2%、有机硅憎水剂1%、硅树脂聚醚乳液稳泡剂1%。

1）将铁尾矿利用球磨机研磨粉碎，得到铁尾矿粉末；

2）取步骤1）所得铁尾矿粉末20份、水泥60份、粉煤灰6份、聚丙烯纤维2份、三聚氰胺减水剂2份、有机硅憎水剂1份干混搅拌均匀，得到干混混合原料；

3）向步骤2）所得干混混合原料中加入羟甲基纤维素2份、胶粉3份、早强剂2份、发泡剂1份、硅树脂聚醚乳液稳泡剂1份，加50份水湿混搅拌均匀后浇注入模，将注模后的浆料静停养护（静停养护条件为：保持环境湿度为99%，温度为50℃，养护时间为24小时），在模具内形成坯体；

比较例1 制备泡沫加气混凝土砌块

所述泡沫加气混凝土砌块，按重量百分数计，由以下组分组成：铁尾矿50%、水泥25%、粉煤灰7%、羟甲基纤维素10%、胶粉3%、发泡剂1%、三聚氰胺减水剂2%、有机硅憎水剂1%、硅树脂聚醚乳液稳泡剂1%。

1）将铁尾矿利用球磨机研磨粉碎，得到铁尾矿粉末；

2）取步骤1）所得铁尾矿粉末50份、水泥25份、粉煤灰7份、发泡剂1份、硅树脂聚醚乳液稳泡剂1份混合搅拌均匀，得到混合浆料；

3）向步骤2）所得混合浆料中加入羟甲基纤维素10份、胶粉3份、三聚氰胺减水剂2份、有机硅憎水剂1份，加60份水搅拌均匀后浇注入模，将注模后的浆料静停养护（静停养护条件为：保持环境湿度为99%，温度为80℃，养护时间为24小时），在模具内形成坯体；

4）将步骤3）所得坯体脱模、风干，使坯体中的水分挥发，最终得到所述泡沫加气混凝土砌块。

比较例2 制备泡沫加气混凝土砌块

所述泡沫加气混凝土砌块，按重量百分数计，由以下组分组成：铁尾矿65%、水泥25%、粉煤灰2%、羟甲基纤维素3%、胶粉1%、发泡剂1%、三聚氰胺减水剂1%、有机硅憎水剂1%、硅树脂聚醚乳液稳泡剂1%。

1）将铁尾矿利用球磨机研磨粉碎，得到铁尾矿粉末；

2）取步骤1）所得铁尾矿粉末65份、水泥25份、粉煤灰2份、发泡剂1份、硅树脂聚醚乳液稳泡剂1份混合搅拌均匀，得到混合浆料；

3）向步骤2）所得混合浆料中加入羟甲基纤维素3份、胶粉1份、三聚氰胺减水剂1份、有机硅憎水剂1份，加55份水搅拌均匀后浇注入模，将注模后的浆料静停养护（静停养护条件为：保持环境湿度为99%，温度为80℃，养护时间为24小时），在模具内形成坯体；

本发明实施例1-4及比较例1-2所得的泡沫加气混凝土砌块的性能参数如表1所示，表1中抗压强度的检测标准为JCT1062-2007。

表1

从表1可以得出，比较例1~2所制得的泡沫加气混凝土砌块产品导热系数较大，保温性差，并且相同密度的砌块抗压强度较低，且样品表面出现裂痕，这是由于比较例1中水泥含量较低导致泡沫加气混凝土砌块粘结性不强，不能有效阻止砌块表面开裂，导致在静停养护中不能很好的连接在砌块表面和内部，使得产品在自然养护中得到的砌块开裂；比较例2中未向浆料中加入聚丙烯纤维，导致制得的砌块骨架比较单薄，产品在养护过程中不能承受水分蒸发所带来的表面张力，导致砌块表面坍塌。这说明在制备泡沫加气混凝土砌块时加入一定量聚丙烯纤维十分必要；而本发明实施例1-4的结果证明，通过本发明限定的方法，可以以廉价的铁尾矿为原料，且极大的缩减了制备的时间，提高了生产效率，制得的泡沫加气混凝土砌块干密度0.6g/cm³，通过SEM观察发现平均孔径不大于300μm，导热系数在≤0.082W/m·k，抗压强度1.9MPa。而且可以肉眼看出实施例1-4制备的泡沫加气混凝土砌块的表面气孔分布广泛且均匀，说明其孔隙率较好。

由以上实施例和比较例可知，本发明提供了一种以铁尾矿为原料常温常压制备泡沫加气混凝土砌块的方法，包括：向制得的浆料中加入纤维素增加强度，加入纤维提高粘结性；加入早强剂提高砌块早期强度，可以制备出廉价的泡沫加气混凝土砌块。本发明提供的泡沫加气混凝土砌块制备条件温和，对设备要求不高，日常能耗较小，整个工艺程序用时短，提高了生产效率，降低成本，易于工业化。

本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。

Claims

1.一种泡沫加气混凝土砌块，其特征在于按重量百分数计，由以下组分组分：铁尾矿20~50%、水泥30~60%、早强剂2~4%、粉煤灰3~10%、纤维素1~3%、胶粉1~3%、聚丙烯纤维2~4%、发泡剂1~2%、三聚氰胺减水剂1~2%、有机硅憎水剂1~2%、稳泡剂0.5~1.5%。

2.根据权利要求1所述的一种泡沫加气混凝土砌块，其特征在于所述铁尾矿的成分包括SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃和Fe₂O₃。

3.根据权利要求1所述的一种泡沫加气混凝土砌块，其特征在于所述水泥为普通硅酸盐水泥，所述纤维素为羟甲基纤维素、乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素，所述稳泡剂为硅树脂聚醚乳液。

4.根据权利要求1所述的一种泡沫加气混凝土砌块，其特征在于其密度为0.3-0.12g/cm³，孔隙率为93-94%，导热系数为0.07-0.18（W/（m•K))。

5.如权利要求1所述的一种泡沫加气混凝土砌块的制备方法，其特征在于按重量份计，包括以下步骤：

1）将铁尾矿利用球磨机研磨粉碎，得到铁尾矿粉末；

6.如权利要求5所述的一种泡沫加气混凝土砌块的制备方法，其特征在于步骤3）中静停养护的条件为：保持环境湿度为99%，温度为40℃-60℃，养护时间为24小时。