CN1118437C - 粉煤灰微混凝土砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种粉煤灰微混凝土砖及其制备方法，是以渣和粉煤灰为粗细骨料，以水泥为胶凝材料，其中渣占50-60%，粉煤灰占32-40%，水泥占8-10%，还有占上述配比总量的0.03%-0.05%的由甲基丙烯酸甲酯、2-乙基丙烯酸己酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸等丙烯酸酯共聚物和偏硅酸钠或二氧化硅气溶胶、烷基苯磺酸钠或烷基硫酸钠、聚氧化乙烯烷基醚、去离子水组成的乳化状的有机-无机材料分散液外加剂，10-18%的水。此砖在强度上达到了国家粉煤灰砖的标准，又降低了成本，其价格与目前使用的普通砖具有可比性，为解决粉煤灰的污染问题做出了贡献，也为取消目前建材中的粘土砖找到一种合理的替代产品。

Description

粉煤灰微混凝土砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种粉煤灰微混凝土砖及其制备方法。
背景技术
随着燃煤电力的发展，我国粉煤灰和废渣排放量急剧增长，如何解决粉煤灰和废渣的污染问题，已引起国家有关部门的高度重视。粉煤灰和渣中含有铝硅酸盐玻璃微珠、海绵状玻璃体、石英、莫来石、碳粒、硫酸盐等矿物质，是一种可以综合利用变废为宝的资源，将粉煤灰和废渣制成各种粉煤灰砖可以使用大量的粉煤灰，并且节省土地资源，是综合利用的一种有效手段。目前利用粉煤灰制成的砖有：粉煤灰烧结砖、粉煤灰免烧砖、粉煤灰加气混凝土砖等，粉煤灰烧结砖的性能虽然好，但工艺复杂投资大，制砖成本高；粉煤灰加气混凝土砖强度低，存在的主要问题是冻融性差，达不到质量要求；所以，粉煤灰砖一直得不到推广应用。但粉煤灰应用于混凝土中，不仅在国内外得到推广使用，且能改善混凝土的性能，降低混凝土的成本，是一条可以借鉴的经验。混凝土配料中掺加一部分优质粉煤灰，粉煤灰占普通水泥的三分之一左右，来部分取代水泥，粉煤灰混凝土的抗压强度可以达到30Mpa以上，如果降低粉煤灰的质量和增加比例，虽然抗压强度降低，但是，仍能保证达到10Mpa以上，而砖的抗压强度要求比混凝土低很多，仍然可以达到或超过普通砖的强度，所以，在粉煤灰混凝土基础上发展出一种粉煤灰微混凝土砖是可行的。粉煤灰微混凝土砖属于粉煤灰免烧砖，由粉煤灰、胶凝材料、外加剂等经搅拌、压制成型。粉煤灰制品存在冻融性差的问题，是因为粉煤灰中有一部分多孔颗粒，吸水性强，颗粒内部孔洞中的水分多，在结冰时体积膨胀而导致制品因冰冻被破坏，解决制品的抗冻融性的办法是降低水灰比，但由于粉煤灰颗粒表面的摩擦力大，流动性差，不能提高水灰比却要提高流动性是一个难题，目前出现借助外加剂来改善配料的流动性的办法，如：中国专利(申请号91106058.8)公布了一种以粉煤灰和普通水泥及水溶性环氧树脂水溶液混合加压，并加蒸汽养生的制砖法，粉煤灰与普通水泥的配比为(90-60)％比(10-40)％，粉煤灰粗粉和细粉的配比为(90-50)％比(10-50)％，水溶性环氧树脂分子量在400-8000范围内，中国专利(申请号96116318.6)公布了一种粉煤灰制砖、块的方法，其组分是由水泥(32.6-39.8％)、粉煤灰(24.8-34.4％)、膨胀珍珠岩(3.5-11.1％)、水(23.6-30.7)、聚乙烯醇(0.3-0.8％)，中国专利(申请号95119424.0)公布了粉煤灰制砖的改进方法，以粉煤灰(70-60％)、普通水泥(9-10％)、砂(10-21％)为主要原料，外加酯基羧酸类添加剂占总重量的(0.0003-0.0005％)，混合加压形成，并加蒸汽养生的制砖法，以上制品中通过使用外加剂，使制品的性能得到改善，证明了外加剂的掺入是成功的，但是，这些制品还没有根本解决冻融性问题，如本发明人采用上述专利技术试制粉煤灰砖，发现其强度不理想，耐久性不可靠，其制品的冻融指标和强度指标仍达不到要求，目前外加剂的品种虽然很多，但选择现有的外加剂还不能满足粉煤灰制品的要求，并且，对废渣的利用，粉煤灰和废渣的级配也不合理。
发明内容
本发明的目的通过选择外加剂，粉煤灰与渣的粒度级配，提高粉煤灰微混凝土砖的性能，通过提供一种粉煤灰微混凝土砖的制备方法，选择合理的工艺参数，利用振动加压，增加致密性，提高强度。
本发明的目的是这样实现的。
粉煤灰微混凝土砖是渣和粉煤灰为粗细骨料，以水泥为胶凝材料，其中渣占50-60％，粉煤灰占32-40％，水泥占8-10％，还有占上述配比总量的0.03％-0.05％的由甲基丙烯酸甲酯、2-乙基丙烯酸己酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸等丙烯酸酯共聚物和偏硅酸钠或二氧化硅气溶胶、烷基苯磺酸钠或烷基硫酸钠、聚氧化乙烯烷基醚、去离子水组成的乳化状的有机—无机材料分散液外加剂，10-18％的水；渣的粒径在0.63-5mm以下。
上述的粉煤灰微混凝土砖的制备方法是：
(1)选择渣的粒径在0.63-5mm以下，
(2)干性物科预搅拌2分钟，
(3)水与外加剂的溶解温度控制在18-20℃，
(4)将配合好的水和外加剂喷入干性混合物料中，
(5)用揉碾搅拌机揉碾4分钟，
(6)采用两次高频振动，即在工作台底振的基础上，加上模体箱二次高频振动，将松散的物料加压，工作台振动频率5000次/分，模体箱振动频率6800次/分，压力达到1-1.2MPa，压制出来成型制品。
1.渣和粉煤灰级配的选择：
本发明发现，粉煤灰和渣不仅在砖中起到集料作用，而且，粉煤灰的活性，粒度级配，对强度和冻融性起着非常重要的作用。
粉煤灰是指从锅炉烟气中收集的细灰，国外称为“飞灰”，粒径极限为0.5-315μm，多数在50μm左右，渣是指从锅炉底部排出的煤燃烧后形成的粗渣，粒径在0.63-10mm以下，是一种多孔材料，矿物质成分与粉煤灰相同，渣和粉煤灰合理级配可以增强粉煤灰微混凝土砖的强度和冻融性，粉煤灰在粉煤灰微混凝土砖中作为细骨料，和未水化水泥粒芯组成联合微集料系统，均匀分布于水泥浆体的基相之中，起到微集料作用，可以增加粉煤灰微混凝土砖的密实度，渣在粉煤灰微混凝土砖中作为粗骨料。采用III级粉煤灰进行试验发现，采用100％粉煤灰时冰冻时很容易涨破，采用粉煤灰和石子或砂的级配，冰冻时也很容易涨破，采用渣和粉煤灰级配，做冻融试验却能够合格，这是因为在添加丙烯酸酯共聚物与二氧化硅组成的乳液状的有机－无机材料分散液外加剂的作用下，渣和粉煤灰处于不饱和吸水状态，在冰冻膨胀时，利用渣的孔隙能够吸收粉煤灰膨胀的体积，经试验确定渣的掺量在(50-60)％，粉煤灰掺量在(32-40)％制品级配效果最好。
粉煤灰微混凝土砖的最终强度与渣的用量多少和粒度大小有关，由于渣自身强度比普通混凝土中的骨料卵石、碎石低很多，也比粉煤灰的强度低，在一定程度上，最终的粉煤灰微混凝土砖的强度取决于渣的最大粒度，对于最大粒度一定的渣，粉煤灰微混凝土砖的强度有一个极限，减小渣的最大粒度，可以提高粉煤灰微混凝土砖的强度极限，经过反复实践获得：渣的最大粒径确定为0.63mm-5mm最合适。
渣和粉煤灰在混凝土硬化前期发挥着物理充填材料作用，在混凝土硬化后期，渣和粉煤灰充填性又有另一个特点，即具有活性充填作用，渣和粉煤灰中活性颗粒水化反应时，渣和粉煤灰颗粒与水泥浆体的界面胶合，浆体和集料的界面起致密作用，看不到普通混凝土中卵石和浆体的明显的界面，充填效果更为强化，渣和粉煤灰的致密作用减少了混凝土砖中的孔隙体积和较粗的孔隙，特别是填塞了浆体中的毛细孔的通道，对混凝土砖的耐久性十分有利。
渣和粉煤灰在混凝土中的化学活性，是玻璃体与水泥水化分解出来的氢氧化钙进行“二次反应”，生成具有较凝能力的水化CSH凝胶，这种化学活性具有防止水泥水化热造成制品内部温度升高，内外部温差过大，出现裂缝的作用。
2.水泥的配比
水泥在粉煤灰微混凝土砖的组分中，起到胶凝材料的作用，是配料中CaO成分的主要来源，CaO遇水后生成Ca(OH)2，与配料中的SiO2结合，生成水化硅酸钙(CSH)凝胶，在一定的温度条件下，继续水化生成硅酸钙晶体，因此，水泥掺量直接影响制品的强度，水泥掺量为8％时，制品强度为7.5-10Mpa，水泥掺量为10％时，制品强度为10-15Mpa，
经过试验和结合各种原料的价格，确定渣、粉煤灰、水泥的配比选择为：渣∶粉煤灰∶水泥＝(50-60)∶(32-40)∶(8-10)
3.水
混合物料中的水主要有两个作用，一是化学结合水，起增强作用，二是自由水，使混合物料具有一定的塑性，同时也增加内部孔隙，降低强度，水分过小水分不充分，塑性不够，成型困难，水分过大，增加孔隙率，也影响强度，水分控制在上述配比总量的10-18％范围内效果最好。
4.外加剂选择：
本发明中选择的外加剂，不是现有技术中的外加剂，是采用如下的配方和制备方法获得的。
本外加剂与粉煤灰具有良好的亲和性，能明显提高制品砖的性能，同时也加大了制品砖的成本，因此，外加剂的加入量直接影响制品砖的技术和经济指标，试验发现，外加剂的掺量在0.03％时，强度可达到10Mpa，选择外加剂的掺入量为0.03％-0.05％，强度可达到10Mpa以上，而砖的成本也比较合适。
外加剂配方1：
组分名称     组成(Wt％)
甲基丙烯酸甲酯     40
2-乙基丙烯酸已酯     0
丙烯酸正丁酯     55
丙烯酸     5
偏硅酸钠     6
十二烷基苯磺酸钠     3
聚氧化乙烯烷基醚     2
碳酸氢钠     0.4
过氧酸钾     0.4
去离子水     150
上述配方中调节丙烯酸正丁酯、2-乙基丙烯酸己酯和丙烯酸的组成，乳化剂十二烷基苯磺酸钠可由十二烷基硫酸钠代替，偏硅酸钠可由二氧化硅气溶胶取代，详见配方2-7：
外加剂配方2-7：
组分名称                              组成(Wt％)
  2     3     4     5     6     7
甲基丙烯酸甲酯   40     40     40     40     40     40
2-乙基丙烯酸己酯   55     57.5     57.5     37.5     57.5     57.5
丙烯酸正丁酯   0     0     0     20     0     0
丙烯酸   5     2.5     2.5     2.5     2.5     2.5
偏硅酸钠   4     4     4     4     8     0
二氧化硅气溶胶   0     0     0     0     0     4
十二烷基苯磺酸钠   3     3     0     0     0     0
十二烷基硫酸钠   0     0     1     1     1     1
聚氧化乙烯烷基醚   2     2     2     2     2     2
碳酸氢钠   0.4     0.4     0.4     0.4     0.4     0.4
过氧酸钾   0.4     0.4     0.4     0.4     0.4     0.4
去离子水   150     150     150     150     150     150
上述的外加剂的制备方法是：首先在烧瓶中加入水，表面活性剂，碳酸氢钠，偏硅酸钠，机械搅拌溶解，在氮气保护下，加热至80℃，将上述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、2-乙基丙烯酸己酯和丙烯酸单体按配方比例混合后倒入加料漏斗中，均速滴加入烧杯内，同时均速滴加过硫酸钾溶液，在1.5小时内加料完毕，滴加结束后，在相同温度下继续反应1小时，冷却至室温，用浓氨水调节PH值为8-9，可得稳定的有机－无机材料分散液。
这种有机—无机材料分散液外加剂主要技术指标如下：
a.乳白色均匀液体，略有蓝光，存放期在6个月以上，
b.PH值为8-9左右，
c.高分子组分的球体直径小于0.2μm，
d.外加剂在碱性或弱酸性条件下稳定，
e.外加剂含固量为35-42％，(重量)
f.外加剂粘度为300-350厘泊。
本外加剂的作用：
(1)减水作用
因为渣是一种多孔的颗料，粉煤灰中也有一部分多孔颗粒，吸水性强，颗粒内部孔洞中的水分多，在结冰时体积膨胀面导致制品因冰冻被破坏，解决制品的抗冻融性的办法是降低水灰比，同时粉煤灰制品的强度与其本身的微观结构，特别是孔隙率及孔隙结构有非常密切的关系，而孔隙率受水灰比的影响最大，降低水灰比可减少粉煤灰砖中的孔隙率，提高制品强度，但由于水灰比减小，会降低粉煤灰浆体的流动性，本发明的外加剂中高分子组分为微小球状结构，对粉煤灰浆体具有轴承效应，使粉煤灰的流动性得到改善，本发明的外加剂还具有引气作用，将本外加剂掺入粉煤灰浆体中，可引入很多小气泡，气泡存在改善和易性，同时，本外加剂中表面活性物质对改善粉煤灰分散具有一定作用，因此，本外加剂的加入，可以降低水灰比并保证粉煤灰浆体具有相同的流动性，减水率能达到15-20％。
(2)耐久性能
本外加剂中高分子组分以微小的球体均匀分布在粉煤灰浆体中，阻碍渣和粉煤灰与多余水分的接触，保证渣和粉煤灰吸水处于不饱和状态，再加上上述的减水作用，从而改善抗冻性能。
(3)增强作用
本外加剂具有激发粉煤灰潜在活性的作用，外加剂中碱性基团使粉煤灰中玻璃体表面层的〔SiO4〕4-和〔AlO4〕4-四面体网络破坏，聚合度降低，表面活性中心增加，水化反应加快，从而粉煤灰与Ca(OH)2反应生成的CSH和CAH等胶凝物含量增加。
另外，本外加剂中高分子组分含有可与粉煤灰表面羟基相互作用的基团，这在一定程度上起到粉煤灰偶联增强作用，而且，这种增强作用对压力特别敏感，压力越大，这种增强作用越强。
(4)保水性
本外加剂掺入粉煤灰浆体中，可引入很多小气泡，气泡堵塞毛细通路减少泌水性，这样可采用较低的水灰比，减少干燥收缩，即使长期不进行水养护，强度增长也很快。
5.粉煤灰微混凝土砖的制备工艺：
粉煤灰微混凝土砖在制备工艺上与传统混凝土和制砖工艺不同，采用两次高频振动，即在工作台底振的基础上，加上模体箱二次高频振动，迅速将物料填充均匀并振实。工艺步骤如下：
(1)选择渣的粒径在0.63-5mm以下，粉煤灰正常粒径在0.5-315
μm均可以满足要求，
(2)干性物料预搅拌2分钟，
(3)水与外加剂的溶解温度控制在18-20℃，
(4)将配合好的水和外加剂喷入干性混合物料中，
(5)用揉碾搅拌机搅碾4分钟，
(6)采用两次高频振动，即在工作台底振的基础上，加上模体箱二次高频振动，将松散的物料加压，工作台振动频率5000次/分，模体箱振动频率6800次/分，压力达到1-1.2MPa，压制出来成型制品。
本发明是综合了粉煤灰砖和粉煤灰混凝土的经验，配料以渣和粉煤灰为主，以水泥为辅，通过渣和粉煤灰合理级配，选择外加剂，制备工艺改进，在强度上达到了国家粉煤灰砖的标准，又降低了成本，其价格与目前使用的普通砖具有可比性，为解决粉煤灰的污染问题做出了贡献，也为取消目前建材中的粘土砖找到一种合理的替代产品。
具体实施方式
实施例：
制备粉煤灰微混凝土砖的主要生产设备有：Y-FMH-1500型卧式双轴揉碾搅拌机1台，Y-FMH-25，50型自动液压成型机2台，物料自动计量输送带1套，成品砖输送带1套，托砖模板3000块，托架300个，托木600个，养护室100m2，锅炉1台。
生产流程为：
原料—拌合—成型—养护—检验—成品
原料配比选择：
名称     组成
渣     55
粉煤灰     35
水泥     10
还有占上述配比总量14％的水，0.03％的外加剂。渣的粒度控制在0.63-5mm以下，渣和粉煤灰按最佳配合比由输送带送到搅拌机内，渣、细灰、水泥干性混合物料拌合2分钟，将配合好的水和外加剂喷入干性混合物料中，水和外加剂的溶解温度控制在18-20℃，经揉碾4分钟后，把具有良好和易性的物料送到成型机的料仓内，自动液压制砖机自动将物料输入模箱内，采用两次高频振动，即在工作台底振的基础上，加上模体箱二次高频振动，将松散的物料加压，工作台振动频率5000次/分，模体箱振动频率6800次/分，振动时间仅5秒钟，压力达到1-1.2MPa，压制出来成型制品，压制成型后成品推出送到输送带上，全过程时间仅15秒/次。
养护：
根据自然条件的气温状况，采用二种养护工艺：
1.自然养护：当气温在20℃以上采用，此种养护方式砖的强度增长较慢，运转周期长，积压场地，但节约能源。
工艺：成型的砖坯第一天静养，第二天少量洒水，保持砖表面不干燥为准，第四天大量洒水，将砖坯浇透为止，继续洒水养护，第10-15天后出厂。
2.低温蒸汽养护：是在70℃的湿润养护室中进行，加快砖强度的增长速度，加快周转速度。
工艺：成型的砖坯6小时静养后送养护室升温4小时，在室内升温为20℃后，恒温1小时，升温为70℃后，恒温2小时，降温到20℃后，恒温1小时，待砖完全冷却后即可码垛，7天后出厂。
按上述配方和工艺生产的粉煤灰微混凝土砖各项性能指标达到或超过《JC239-91》粉煤灰砖标准要求，具体指标见下表：
  序号 检验项目 计量单位 标准值   检验结果 单项评定
  1 抗折强度(平均值)   MPa ≥3.2     4.2   合格
        (单项值)   MPa ≥2.4     3.7   合格
  2 抗压强度(平均值)   MPa ≥15.0     18.4   合格
        (单项值)   MPa ≥11.0     15.9   合格
  3 抗冻性(抗压强度)   MPa ≥12.0     17.9   合格
     (干质量损失)   ％ ≤2.0     0.7   合格
  4 干燥收缩值   mm/m ≤0.85     0.51   合格
符合评价 符合强度级别15级   备注 抗冻条件：-25℃15次循环
从上述的检验结果可见，粉煤灰微混凝土砖的各项指标均达到了国家粉煤灰砖的标准。

Claims (2)

1.一种粉煤灰微混凝土砖，是以渣和粉煤灰为粗细骨料，以水泥为胶凝材料，其中渣占50-60％，粉煤灰占32-40％，水泥占8-10％，还有占上述配比总量的0.03％-0.05％的由甲基丙烯酸甲酯、2-乙基丙烯酸己酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸等丙烯酸酯共聚物和偏硅酸钠或二氧化硅气溶胶、烷基苯磺酸钠或烷基硫酸钠、聚氧化乙烯烷基醚、去离子水组成的乳化状的有机—无机材料分散液外加剂，10-18％的水；渣的粒径在0.63-5mm以下。
2.如权利要求1所述的粉煤灰微混凝土砖的制备方法是：
(1)选择渣的粒径在0.63-5mm以下，
(2)干性物料预搅拌2分钟，
(3)水与外加剂的溶解温度控制在18-20℃，
(4)将配合好的水和外加剂喷入干性混合物料中，
(5)用揉碾搅拌机揉碾4分钟，
(6)用双频振动采用两次高频振动，即在工作台底振的基础上，加上模体箱二次高频振动，将松散的物料加压，工作台振动频率5000次/分，模体箱振动频率6800次/分，压力达到1-1.2MPa，压制出来成型制品。
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