CN110563427A - 一种利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料及其制备方法 - Google Patents

一种利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料，其组成成分及重量份数如下：脱硫石膏20‑60份、矿渣粉10‑30份、普通硅酸盐水泥10‑30份、天然石英砂1‑30份、环保纤维1‑10份、缓凝剂0.1‑0.8份。本发明石膏基建筑材料具有非常好的强度、硬度、耐水性、抗冲击等特性，且该石膏基建筑材料固废利用质高、隔音效果好、隔热防火安全性好、强度韧性较好和在潮湿环境中无明显坍塌分层开裂，且以工业固体废弃物为原料，为工业固体废弃物的再利用提供一种新途径，制备方法简单，绿色环保，实用性强。

Description

一种利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料及其制备 方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其是一种利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料及其制备方法。
背景技术
固体废弃物和工业副产物对环境造成严重污染，威胁着人类的健康，变废为宝成为全社会关注的焦点。脱硫石膏是工业生产副产物，堆积成山的工业副产物亟待解决，寻找配方优越、制备方法简单、设备要求较低和减少环境污染成为工业固体废弃物制备建筑材料的关键。
建筑石膏及其制品具有舒适性(隔热、隔音、调节湿度)和安全性(防火)的特征，因而近年来对建筑石膏的研究与开发得到迅速发展。建筑石膏及其制品工业，已向轻质、高强、复合、多功能、环保等方向发展，正逐步取代传统的墙体材料和装饰、装修材料，尤其是具有节能和环保特点的石膏基复合墙体材料，已成为我国墙体材料的主导产品。
目前，石膏基建筑材料类型和规格众多，主要成型工艺操作较复杂且能耗大、成本高，产品微观结构呈现无规则状、密实度低、孔洞较大状况，物理性能较差，并且在潮湿的环境下易出现结构坍塌，抗折、抗压强度不高，耐水性不好等缺陷。
鉴于以上情况，开发出一种制备方法简单、配方优越、生产成本较低和绿色环境的石膏基建筑材料制备方法，提升石膏基建筑材料的强度和韧性，促进工业化应用，将工业固体废弃物变废为宝，能为工业固体废弃物的高效利用提供一条新的综合利用途径。
通过检索，尚未发现与本发明专利申请相关的专利公开文献。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术中压制成型、浇注成型等工艺技术中存在的设备要求苛刻，生产成本较大等缺陷的不足之处，提供一种利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料及其制备方法，该石膏基建筑材料固废利用质高、隔音效果好、隔热防火安全性好、强度韧性较好和在潮湿环境中无明显坍塌分层开裂，该方法能够实现矿渣、工业副产物的协同处置和资源化利用，生产成本较低，工业生产设备要求简单，节能环保。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料，其组成成分及重量份数如下：
脱硫石膏20-60份、矿渣粉10-30份、普通硅酸盐水泥10-30份、天然石英砂1-30份、环保纤维1-10份、缓凝剂0.1-0.8份。
而且，所述脱硫石膏的理论组成(wt％)为：CaO 32.5，SO3 46.6，H2O+ 20.9。
而且，所述天然石英砂用碎石环保加工破碎机过筛，其粒径小于3mm。
而且，所述环保纤维直径小于4um，粘度(2％水溶液)>300-600mPa.s。
而且，所述缓凝剂是一种能够降低水泥水化速度和水化热，并延长凝结时间的添加剂。
而且，所述缓凝剂为石膏专用缓凝剂。
如上所述的利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料，具体步骤如下：
⑴将工业固体废弃物脱硫石膏、矿渣粉、普通硅酸盐水泥、天然石英砂按重量份称取，在干燥条件下搅拌混合，获得第一混合料；
⑵称取环保纤维，加入至第一混合料中，继续在干燥条件下搅拌混合均匀，获得第二混合料，备用；
⑶将缓凝剂与水混合，得质量浓度为0.1％-0.8％的缓凝剂水溶液，待用；
⑷将步骤⑶配好的缓凝剂水溶液加入到第二混合料，控制物料含水率在30％-35％，搅拌混合均匀，然后倒入磨具，自然养护干燥，即得石膏基建筑材料。
本发明取得的优点和积极效果为：
1、本发明石膏基建筑材料具有非常好的强度、硬度、耐水性、抗冲击等特性，且该石膏基建筑材料固废利用质高、隔音效果好、隔热防火安全性好、强度韧性较好和在潮湿环境中无明显坍塌分层开裂，且以工业固体废弃物为原料，为工业固体废弃物的再利用提供一种新途径，制备方法简单，绿色环保，实用性强。
2、本发明方法通过调整原料的重量比和含水率，材料抗压强度7-12MP可调，吊挂力载荷1000N静置24h，板面无明显裂缝，石膏水化的微膨胀性废渣的协同作用可以有效克服传统水泥板材收缩开裂的问题，所制备的石膏基建筑材料各项性能均满足GB/T23451检测方法。
3、本发明方法为一种配方优越、设备要求较低、生产成本较低和绿色环保的石膏基建筑材料制备方法，充分利用各物料的物理化学性质，高配比利用废渣，实现矿渣、建筑固体废料和工业副产物的协同处置和资源化利用，节能环保。
4、本发明方法通过调整由脱硫石膏、矿渣粉、普通硅酸盐水泥、天然石英砂、环保纤维和缓凝剂组成的重量占比，控制脱硫石膏在水化过程中晶体生长的方式，从而获得特定组织结构的高强韧性石膏基建筑材料，该方法能够实现矿渣、工业副产物的协同处置和资源化利用，生产成本较低，工业生产设备要求简单，节能环保。
5、本发明方法利用普通硅酸盐水泥和脱硫石膏水化的胶结性，天然石英砂的增强作用，环保纤维的柔韧性。利用水泥水化产物为胶结织，形成紧密排列的内部结构，纤维穿插与结构夹层增加韧性，同时硅酸盐水泥和石膏水化的胶结性能够对有害金属离子进行固化，对固体废渣进行包裹，实现了固体废料、石膏和硅酸盐水泥的协同处置和资源化利用；加缓凝剂延长硅酸盐水泥水化时间，控制脱硫石膏在水化过程中晶体生长的方式，优化硬化微观结构提高产品综合性能，特别是硅酸盐水泥水化产物耐水性能对石膏结晶接触点起到一定的保护,从而提高石膏基建筑材料的耐水性。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施例，需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
本发明中所使用的原料，如无特殊说明，均为常规的市售产品；本发明中所使用的方法，如无特殊说明，均为本领域的常规方法。
一种利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料，其组成成分及重量份数如下：
脱硫石膏20-60份、矿渣粉10-30份、普通硅酸盐水泥10-30份、天然石英砂1-30份、环保纤维1-10份、缓凝剂0.1-0.8份。
较优地，所述脱硫石膏的理论组成(wt％)为：CaO 32.5，SO3 46.6，H2O+ 20.9，此材料用脱硫石膏随购买批次不同，理论组成变化不大，常有粘土、有机质等机械混入物。
较优地，所述天然石英砂用碎石环保加工破碎机过筛，其粒径小于3mm。
较优地，所述环保纤维直径小于4um，粘度(2％水溶液)>300-600mPa.s。
较优地，所述缓凝剂是一种能够降低水泥水化速度和水化热，并延长凝结时间的添加剂。
较优地，所述缓凝剂为石膏专用缓凝剂。
如上所述的利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料，具体步骤如下：
⑴将工业固体废弃物脱硫石膏、矿渣粉、普通硅酸盐水泥、天然石英砂按重量份称取，在干燥条件下搅拌混合，获得第一混合料；
⑵称取环保纤维，加入至第一混合料中，继续在干燥条件下搅拌混合均匀，获得第二混合料，备用；
⑶将缓凝剂与水混合，得质量浓度为0.1％-0.8％的缓凝剂水溶液，待用；
⑷将步骤⑶配好的缓凝剂水溶液加入到第二混合料，控制物料含水率在30％-35％，搅拌混合均匀，然后倒入磨具，自然养护干燥，即得石膏基建筑材料。
具体地，相关实施例如下：
实施例1
一种利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料，其组成成分及重量份数如下：
脱硫石膏30份、矿渣粉10份、普通硅酸盐水泥30份、天然石英砂10份、环保纤维1份、缓凝剂0.1份。
上述石膏基建筑材料的制备方法，步骤如下：
⑴将工业固体废弃物脱硫石膏、矿渣粉、普通硅酸盐水泥、天然石英砂按重量份称取，在干燥条件下搅拌混合，获得第一混合料；
⑵称取环保纤维，加入至第一混合料中，继续在干燥条件下搅拌混合均匀，获得第二混合料，备用；
⑶将缓凝剂与水混合，得质量浓度为0.1％-0.8％的缓凝剂水溶液，待用；
⑷将步骤⑶配好的缓凝剂水溶液加入到第二混合料，控制物料含水率在30％-35％，搅拌混合均匀，然后倒入磨具，自然养护干燥，即得石膏基建筑材料。
实施例2
一种利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料，其组成成分及重量份数如下：
脱硫石膏50份、矿渣粉20份、普通硅酸盐水泥10份、天然石英砂10份、环保纤维3份、缓凝剂0.2份。
上述石膏基建筑材料的制备方法的步骤同实施例1。
实施例3
一种利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料，其组成成分及重量份数如下：
脱硫石膏60份、矿渣粉10份、普通硅酸盐水泥10份、天然石英砂15份、环保纤维2份、缓凝剂0.4份。
上述石膏基建筑材料的制备方法的步骤同实施例1。
实施例4
一种利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料，其组成成分及重量份数如下：
脱硫石膏30份、矿渣粉20份、普通硅酸盐水泥20份、天然石英砂20份、环保纤维3份、缓凝剂0.2份。
上述石膏基建筑材料的制备方法的步骤同实施例1。
实施例5
一种利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料，其组成成分及重量份数如下：
脱硫石膏50份、矿渣粉10份、普通硅酸盐水泥10份、天然石英砂20份、环保纤维5份、缓凝剂0.4份。
上述石膏基建筑材料的制备方法的步骤同实施例1。
实施例6
一种利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料，其组成成分及重量份数如下：
脱硫石膏60份、矿渣粉10份、普通硅酸盐水泥10份、天然石英砂10份、环保纤维6份、缓凝剂0.6份。
上述石膏基建筑材料的制备方法的步骤同实施例1。
本发明的相关检测如下：
使用本发明的常用检测方法检测本发明本发明石膏基建筑材料的相关指标，具体检测结果见表1。
表1本发明石膏基建筑材料的相关指标检测表
由表1可以看出，本发明石膏基建筑材料的抗压强度均能达到6Mpa以上，最高能达到10Mpa；抗弯承载(板自重倍数)均在1.5以上；面密度居于86-90kg/㎡；软化系数位于0.6-0.8之间，可以用于受潮湿较轻或次要结构的材料；含水率控制在10-12％；耐火极限均在1h以上，符合国家有关标准要求；在经过7次冲击试验后，本发明石膏基建筑材料的板面没有出现裂纹。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。

Claims (7)

1.一种利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料，其特征在于：其组成成分及重量份数如下：
脱硫石膏20-60份、矿渣粉10-30份、普通硅酸盐水泥10-30份、天然石英砂1-30份、环保纤维1-10份、缓凝剂0.1-0.8份。
2.根据权利要求1所述的利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料，其特征在于：所述脱硫石膏的理论组成(wt％)为：CaO 32.5，SO3 46.6，H2O+20.9。
3.根据权利要求1所述的利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料，其特征在于：所述天然石英砂用碎石环保加工破碎机过筛，其粒径小于3mm。
4.根据权利要求1所述的利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料，其特征在于：所述环保纤维直径小于4um，粘度(2％水溶液)>300-600mPa.s。
5.根据权利要求1至4任一项所述的利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料，其特征在于：所述缓凝剂是一种能够降低水泥水化速度和水化热，并延长凝结时间的添加剂。
6.根据权利要求5所述的利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料，其特征在于：所述缓凝剂为石膏专用缓凝剂。
7.如权利要求1至6任一项所述的利用工业固体废弃物制备的石膏基建筑材料，其特征在于：具体步骤如下：
⑴将工业固体废弃物脱硫石膏、矿渣粉、普通硅酸盐水泥、天然石英砂按重量份称取，在干燥条件下搅拌混合，获得第一混合料；
⑵称取环保纤维，加入至第一混合料中，继续在干燥条件下搅拌混合均匀，获得第二混合料，备用；
⑶将缓凝剂与水混合，得质量浓度为0.1％-0.8％的缓凝剂水溶液，待用；
⑷将步骤⑶配好的缓凝剂水溶液加入到第二混合料，控制物料含水率在30％-35％，搅拌混合均匀，然后倒入磨具，自然养护干燥，即得石膏基建筑材料。
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