CN110698091B - 基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料及制备方法 - Google Patents

基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料及制备方法，墙体材料原料由固体原料和水组成，固体原料由基于工业固废的铁铝酸盐水泥、再生材料、发泡剂、骨料、引气剂、增强材料组成，基于工业固废的铁铝酸盐水泥的原料由赤泥、钢渣、矿渣、脱硫石膏、硅灰、铝灰组成。制备方法为：将赤泥、钢渣、矿渣、脱硫石膏、硅灰、铝灰依次经过原料粉磨、均化、烧成、熟料粉磨获得基于工业固废的铁铝酸盐水泥，将基于工业固废的铁铝酸盐水泥与再生材料、水、发泡剂、骨料、引气剂、增强材料搅拌，发泡形成。本公开能够将工业固废制备轻质保温墙体材料，大大提高了固废的利用率，又具有高流态轻质特性，同时，具有较高的强度及更好的保温效果等性能。

Description

基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料及制备方法
技术领域
本公开属于建筑材料领域，涉及基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料及制备方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本公开的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着我国经济发展迅速,大量的能源消耗产生了大量的工业固体废弃物，工业固废主要包括赤泥、钢渣、脱硫石膏、冶炼渣、尾矿砂和煤矸石等。目前，我国工业固废排放量超过30亿吨/年，有效处置率只有60％左右。随着我国工业化进程的不断加快，这些工业固废占大量土地同时存在随时污染环境的危险。同时，随着我国人口数量的增加，城市旧城区改造和城镇新区建设产生的大量建筑垃圾，垃圾围城现象越来越严重，给城市建筑垃圾清运、填埋土地占用、城市环境污染和城市管理带来严峻的考验。所以最大限度的利用工业固废和建筑垃圾，实现多渠道、大数量的资源化已迫在眉睫。
随着现代化的不断发展，建筑行业“用工难”问题十分突出，特别是手工砌墙，劳动强度大，技术工人的紧缺更是阻碍了施工的顺利进行。人们对建筑工程的质量,安全和节能，环保等方面的要求也越来越高，建筑逐渐向绿色化，环保节能化，舒适化的方向发展，需要新的材料和技术，其中轻质就是很重要的一个部分，它可以降低劳动量、便于安装。然而经过本公开发明人研究发现，现有轻质墙体材料存在成本高等经济缺陷、强度低和保温效果差等性能缺陷。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开的目的是提供基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料及制备方法，能够将工业固废制备轻质保温墙体材料，大大提高了固废的利用率，减少再次污染，降低成本；又具有高流态轻质特性，有效优化施工工艺。同时，本公开的轻质保温墙体材料具有较高的强度及更好的保温效果等性能。
为了实现上述目的，本公开的技术方案为：
一方面，一种基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料，墙体材料原料由固体原料和水组成，所述固体原料由基于工业固废的铁铝酸盐水泥、再生材料、发泡剂、骨料、引气剂、增强材料组成，基于工业固废的铁铝酸盐水泥的原料由赤泥、钢渣、矿渣、脱硫石膏、硅灰、铝灰组成。
另一方面，一种基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料的制备方法，将赤泥、钢渣、矿渣、脱硫石膏、硅灰、铝灰依次经过原料粉磨、均化、烧成、熟料粉磨获得基于工业固废的铁铝酸盐水泥，将基于工业固废的铁铝酸盐水泥与再生材料、水、发泡剂、骨料、引气剂、增强材料搅拌，发泡形成。
本公开方法制备的轻质保温墙体材料具有高流态轻质特性，能够有效优化施工工艺。
本公开的有益效果为：
(1)本公开所得产品属于工业固废制备铁铝酸盐高流态轻质保温墙体材料的制备方法，该技术的原料适用范围广，各种固废均有可能大比例使用，是实现固废资源化利用的理想途径。
(2)本公开的优势在于大量利用固废作为主要原料，无需水泥成品，降低水泥单耗量，大大提高了固废的利用率，减少再次污染，降低成本。本公开所使用的主要原料赤泥、钢渣、矿渣、脱硫石膏、硅灰、铝灰、建筑垃圾等均为数量巨大的废弃资源，因此原料成本低廉。
(3)本公开的优势在于轻质保温墙体材料具有高流态、流动性强、强度高和保温性能优异。
(4)本公开的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
鉴于现有轻质墙体材料存在成本高等经济缺陷、强度低和保温效果差等性能缺陷，本公开提出了基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料及制备方法。
本公开的一种典型实施方式，提供了一种基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料，墙体材料原料由固体原料和水组成，所述固体原料由基于工业固废的铁铝酸盐水泥、再生材料、发泡剂、骨料、引气剂、增强材料组成，基于工业固废的铁铝酸盐水泥的原料由赤泥、钢渣、矿渣、脱硫石膏、硅灰、铝灰组成。
该实施方式的一种或多种实施例中，基于工业固废的铁铝酸盐水泥的原料，以重量份数计，赤泥13～20份、钢渣15～20份、矿渣30～35份、脱硫石膏10～15份、硅灰5～10份、铝灰6～12份。能够有效地提升铁铝酸盐水泥固化强度。
该实施方式的一种或多种实施例中，基于工业固废的铁铝酸盐水泥的制备方法为：将赤泥、钢渣、矿渣、脱硫石膏、硅灰、铝灰作为原材料混合，湿法粉磨、均化处理、脱水，得浆料；再高温煅烧，即得。本公开所述高温煅烧是指温度不低于1000℃的煅烧。
本公开利用了赤泥、钢渣、矿渣、脱硫石膏、硅灰、铝灰等工业固废代替优质矿产资源，来制备铁铝酸盐水泥，进而制备轻质保温材料，实现了大宗工业固体废弃物的资源化综合利用，大大降低了轻质保温材料制备的成本，同时，能够实现建筑垃圾的能源化利用，降低了砂石骨料的使用，从而既处理了建筑垃圾又降低了生产超高水充填材料的成本。
本公开经过研究发现：不同煅烧温度会对铁铝酸盐水泥的性能产生影响，因此，为了使各种废弃原料重复利用，同时获得较好的固化性能，本公开对工业固废原料的煅烧温度进行了优化，因此，该系列实施例中，煅烧温度为1250～1300℃。若煅烧温度过低，煅烧产物的性能不稳定；若煅烧温度过高，煅烧产物的体积密度降低，后期的固化强度下降。煅烧时间为100～130min。
水灰比影响混凝土的流变性能、水泥浆凝聚结构以及其硬化后的密实度，因而在组成材料给定的情况下，水灰比是决定混凝土强度、耐久性和其他一系列物理力学性能的主要参数，因此，该系列实施例中，组分的水灰比为0.5～0.6，获得了较好的流变性能、水泥浆凝聚结构。
钢渣、尾渣、锰渣等是常用的废弃材料，在本公开中为了提高废物利用率，同时满足骨料的骨架和填充作用，因此，该实施方式的一种或多种实施例中，所述骨料为钢渣、尾渣、锰渣、建筑垃圾、镍渣、铬铁渣、硅锰渣中的任意一种或几种混合，制备的轻质保温墙体材料具有高流态性，流动性强、含水量少，强度高等优点。通过多种不同集料的互配，提高了轻质保温墙体材料拌合物的和易性，以及其强度、抗裂性能。
该实施方式的一种或多种实施例中，基于工业固废的铁铝酸盐水泥的原料(工业固废原料为赤泥、钢渣、矿渣、脱硫石膏、硅灰、铝灰中的任意一种或几种混合)，经球磨机粉磨，干料比表面积为330～400m2/kg，固料质量密度为70～83％。
该实施方式的一种或多种实施例中，水的重量为固体原料的50～60％。
该实施方式的一种或多种实施例中，固体原料中，以质量百分比计，铁铝酸盐水泥30～50％，再生材料30～50％，发泡剂1～3％、骨料5～10％、引气剂0.5～3％，增强材料1～5％。
该实施方式的一种或多种实施例中，所述的发泡剂为橡胶发泡剂、玻璃发泡剂、水泥发泡剂引、混凝土发泡剂、塑料发泡剂、聚氨酯发泡剂中的任意一种或几种混合。
该实施方式的一种或多种实施例中，所述的引气剂为松香树脂类、烷基苯磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类中的任意一种或几种混合。
该实施方式的一种或多种实施例中，所述的增强材料为玻璃纤维、碳纤维和芳香族聚酰胺纤维中的任意一种或几种混合。
本公开所述的再生材料是对建筑垃圾中的建筑粉料(如混凝土块、砖瓦碎块、碎石块、废石膏等)进行粉磨、分级过筛，再经过700℃活化而成，具备一定的活性。
本公开的另一种实施方式，提供了一种基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料的制备方法，将赤泥、钢渣、矿渣、脱硫石膏、硅灰、铝灰依次经过原料粉磨、均化、烧成、熟料粉磨获得基于工业固废的铁铝酸盐水泥，将基于工业固废的铁铝酸盐水泥与再生材料、水、发泡剂、骨料、引气剂、增强材料搅拌，发泡形成。
本公开方法制备的轻质保温墙体材料具有高流态轻质特性，能够有效优化施工工艺。
该实施方式的一种或多种实施例中，将基于工业固废的铁铝酸盐水泥与再生材料、骨料混合搅拌获得干混合料，再加入水、引气剂、发泡剂、增强材料，混合均匀，压制成型，脱模，养护。
该系列实施例中，将引气剂、发泡剂、增强材料与水混合获得溶液，将干混合料加入至溶液中混合获得浆料，将浆料以6～8℃/min的升温速度升温至45～60℃，恒温搅拌9～11min，接着以8～10℃/min的降温速度降温至40±2℃，然后进行发泡、成形、养护、干燥。
该系列实施例中，引气剂、发泡剂、增强材料与水混合的温度为30～40℃。
该系列实施例中，养护温度在50～60℃，湿度在75～85％。
该实施方式中基于工业固废的铁铝酸盐水泥的制备方法、各原料配比及选择与上述基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料的实施方式一致。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本公开的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本公开的技术方案。
实施例1
1)赤泥1800g、钢渣1500g、矿渣3200g、脱硫石膏1200g、硅灰700g、铝灰600g和水5400混合后获得混合液，所述混合液中水分含量为60％(质量)，再对混合液进行湿法粉磨，然后将湿法粉磨后的物料进行均化处理得到浆液，所述浆液经过机械压滤脱水获得浆料，所述浆料进入回转窑中，进行1280℃高温锻烧获得铁铝酸盐水泥。
2)铁铝酸盐水泥400g，建筑粉料(经700℃活化)400g，松香树脂引气剂20g，芳香族聚酰胺纤维15g，水泥发泡剂20g，骨料(钢渣和尾渣)80g。所述纤维状聚合物的纤维长度大于等于5mm，水600g。
按照下述方法制备：
A、将上述原料磨成50-100目，按照上述质量配比将铁铝酸盐水泥，再生材料，骨料混合均匀得到干混合料，
B、将引气剂、增强材料、发泡剂与水混合均匀，
C、将步骤B得到的液体与步骤A得到的所述干混合料混合均匀得到浆料，
D、将浆料以8℃/min的升温速度升温至55℃，恒温搅拌10min，接着以10℃/min的降温速度降温至40℃。
E、将步骤D得到的浆料经发泡、成形、养护、干燥后得到产品。
步骤B中水的温度为35℃。
步骤D中养护过程中温度在55℃，湿度在80％。
制得的铁铝酸盐轻质保温墙体材料坍落度290mm，扩展度650mm，30min坍落度保留值275mm，扩展度保留值591。硬化后墙体密度为935kg/m3，28天抗压强度为7.9MPa，导热系数为0.045W/(m·K)。
实施例2
1)赤泥1800g、钢渣1500g、矿渣3200g、脱硫石膏1200g、硅灰700g、铝灰600g和水5400混合后获得混合液，所述混合液中水分含量为60％(质量)，再对混合液进行湿法粉磨，然后将湿法粉磨后的物料进行均化处理得到浆液，所述浆液经过机械压滤脱水获得浆料，所述浆料进入回转窑中，进行1280℃高温锻烧获得铁铝酸盐水泥。
2)铁铝酸盐水泥450g，建筑粉料(经700℃活化)350g，烷基苯磺酸盐引气剂30g，碳纤维25g，玻璃发泡剂30g，骨料(钢渣和锰渣)100g。所述纤维状聚合物的纤维长度大于等于5mm，水600g。
按照下述方法制备：
A、将上述原料磨成50-100目，按照上述质量配比将铁铝酸盐水泥，再生材料，骨料混合均匀得到干混合料，
B、将引气剂、增强材料、发泡剂与水混合均匀，
C、将步骤B得到的液体与步骤A得到的所述干混合料混合均匀得到浆料，
D、将浆料以8℃/min的升温速度升温至55℃，恒温搅拌10min，接着以10℃/min的降温速度降温至40℃。
E、将步骤D得到的浆料经发泡、成形、养护、干燥后得到产品。
步骤B中水的温度为35℃。
步骤D中养护过程中温度在55℃，湿度在80％。
制得的铁铝酸盐轻质保温墙体材料坍落度265mm，扩展度680mm，30min坍落度保留值265mm，扩展度保留值580。硬化后墙体密度为905kg/m3，28天抗压强度为8.2MPa，导热系数为0.026W/(m·K)。
实施例3
1)赤泥1800g、钢渣1500g、矿渣3200g、脱硫石膏1200g、硅灰700g、铝灰600g和水5400混合后获得混合液，所述混合液中水分含量为60％(质量)，再对混合液进行湿法粉磨，然后将湿法粉磨后的物料进行均化处理得到浆液，所述浆液经过机械压滤脱水获得浆料，所述浆料进入回转窑中，进行1280℃高温锻烧获得铁铝酸盐水泥。
2)铁铝酸盐水泥500g，建筑粉料(经700℃活化)300g，脂肪醇磺酸盐引气剂40g，玻璃纤维35g，橡胶发泡剂40g，骨料(镍渣和尾渣)120g。所述纤维状聚合物的纤维长度大于等于5mm，水600g。
按照下述方法制备：
A、将上述原料磨成50-100目，按照上述质量配比将铁铝酸盐水泥，再生材料，骨料混合均匀得到干混合料，
B、将引气剂、增强材料、发泡剂与水混合均匀，
C、将步骤B得到的液体与步骤A得到的所述干混合料混合均匀得到浆料，
D、将浆料以8℃/min的升温速度升温至55℃，恒温搅拌10min，接着以10℃/min的降温速度降温至40℃。
E、将步骤D得到的浆料经发泡、成形、养护、干燥后得到产品。
步骤B中水的温度为35℃。
步骤D中养护过程中温度在55℃，湿度在80％。
制得的铁铝酸盐轻质保温墙体材料坍落度280mm，扩展度670mm，30min坍落度保留值250mm，扩展度保留值570。硬化后墙体密度为885kg/m3，28天抗压强度为9.8MPa，导热系数为0.015W/(m·K)。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料，其特征是，墙体材料原料由固体原料和水组成，所述固体原料由基于工业固废的铁铝酸盐水泥、再生材料、发泡剂、骨料、引气剂、增强材料组成，基于工业固废的铁铝酸盐水泥的原料由赤泥、钢渣、矿渣、脱硫石膏、硅灰、铝灰组成；
固体原料中，以质量百分比计，铁铝酸盐水泥30~50%，再生材料30~50%，发泡剂1~3%、骨料5~10%、引气剂0.5~3%，增强材料1~5%；
基于工业固废的铁铝酸盐水泥的原料以重量份数计，赤泥13~20份、钢渣15~20份、矿渣30~35份、脱硫石膏10~15份、硅灰5~10份、铝灰6~12份；
基于工业固废的铁铝酸盐水泥的制备方法为：将赤泥、钢渣、矿渣、脱硫石膏、硅灰、铝灰作为原材料混合，湿法粉磨、均化处理、脱水，得浆料；再高温煅烧，煅烧温度为1250~1300℃，即得；
组分的水灰比为0.5~0.6。
2.如权利要求1所述的基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料，其特征是，所述骨料为钢渣、尾渣、锰渣、建筑垃圾、镍渣、铬铁渣、硅锰渣中的任意一种或几种混合。
3.如权利要求1所述的基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料，其特征是，所述的引气剂为松香树脂类、烷基苯磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类中的任意一种或几种混合。
4.如权利要求1所述的基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料，其特征是，所述的增强材料为玻璃纤维、碳纤维和芳香族聚酰胺纤维中的任意一种或几种混合。
5.如权利要求1所述的基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料，其特征是，基于工业固废的铁铝酸盐水泥的原料，经球磨机粉磨，比表面积为330~400m2/kg，固料质量密度为70~83%。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料的制备方法，其特征是，将赤泥、钢渣、矿渣、脱硫石膏、硅灰、铝灰依次经过原料粉磨、均化、烧成、熟料粉磨获得基于工业固废的铁铝酸盐水泥，将基于工业固废的铁铝酸盐水泥与再生材料、水、发泡剂、骨料、引气剂、增强材料搅拌，发泡形成。
7.如权利要求6所述的基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料的制备方法，其特征是，将基于工业固废的铁铝酸盐水泥与再生材料、骨料混合搅拌获得干混合料，再加入水、引气剂、发泡剂、增强材料，混合均匀，压制成型，脱模，养护。
8.如权利要求6所述的基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料的制备方法，其特征是，将引气剂、发泡剂、增强材料与水混合获得溶液，将干混合料加入至溶液中混合获得浆料，将浆料以6~8℃/min的升温速度升温至45~60℃，恒温搅拌9~11min，接着以8~10℃/min的降温速度降温至40±2℃，然后进行发泡、成形、养护、干燥。
9.如权利要求1所述的基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料，其特征是，引气剂、发泡剂、增强材料与水混合的温度为30~40℃。
10.如权利要求1所述的基于工业固废的铁铝酸盐轻质保温墙体材料，其特征是，养护温度在50~60℃，湿度在75~85％。
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