CN111978099B - 一种加气混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种加气混凝土及其制备方法，属于建筑材料技术领域。本发明提供的加气混凝土，按重量份数计，包括：石灰5～15份，转炉渣10～30份，粉煤灰60～70份，石膏0～5份，铝粉膏0～0.5份，助发泡剂0～0.5份。本发明以石灰和转炉渣提供氧化钙，与氧化硅生成水化铝硅酸钙和水化硅酸钙等，提高加气混凝土的强度；控制石灰、粉煤灰和转炉渣的用量，弥补了转炉渣早期活性低、胶凝性差、易膨胀、体积稳定性差等缺点，避免了加气混凝土性能的降低。实施例的结果显示，本发明提供的加气混凝土体积密度≤690kg/m3，抗压强度的平均值≥8.8MPa，抗压强度的最小值≥8.5MPa。

Description

一种加气混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种加气混凝土及其制备方法。
背景技术
加气混凝土是一种轻质多孔硅酸盐产品，以硅质材料和钙质材料为主要原材料。传统的生产方法有三种不同的原料：水泥-石灰-粉煤灰，水泥-石灰-砂，水泥-矿渣-砂。石灰石属于自然资源，一方面受地域条件的限制，另一方面无限制的开采石灰石会对自然环境造成破坏，不符合我国绿色可持续发展战略。
转炉渣是炼钢过程中的产生的废渣，转炉渣中含有大量的氧化钙，这就为转炉渣代替部分石灰生产加气混凝土提供了可能。以转炉渣代替部分石灰、水泥生产加气混凝土即实现了废弃资源的二次利用又解决了日益增长的转炉渣对土地资源的占用和环境污染问题，同时也降低了加气混凝土的生产成本，符合我国建筑节能、可持续性发展及绿色环保的要求。
但是转炉渣具有硬度大、易磨性差、早期活性低、胶凝性差、易膨胀、体积稳定性差等缺点，使用转炉渣代替部分石灰、水泥后，会使加气混凝土的强度等性能降低。例如专利1(CN105645991A，一种高掺量炉渣加气混凝土砌块及其制备方法)制备加气混凝土的抗压强度仅为3.7～6.1MPa，专利2(CN106927852A，一种利用生活垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土砌块的方法)制备加气混凝土的抗压强度仅为3.8～5.7MPa。较低的抗压强度导致加气混凝土的使用范围窄，无法满足高强度的使用要求。
因此，需要提供一种既能够使炉渣代替部分石灰、水泥，同时具有高强度的加气混凝土，成为研究开发和应用的重点方向之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加气混凝土及其制备方法，本发明提供的加气混凝土具有更高的抗压强度和较低的体积密度，具有更加广阔的应用前景。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种加气混凝土，按重量份数计，包括：石灰5～15份，转炉渣10～30份，粉煤灰60～70份，石膏0～5份，铝粉膏0～0.5份和助发泡剂0～0.5份。
优选地，所述转炉渣中氧化钙的质量百分含量≥45％。
优选地，所述石膏为脱硫石膏或天然石膏。
优选地，所述粉煤灰中游离氧化钙的质量百分含量≤3％，体积安定性合格。
优选地，所述石灰中氧化钙的质量百分含量≥70％，0.080mm方孔筛筛余量≤10％。
优选地，所述助发泡剂为硅粉和六偏磷酸钠中的一种或多种。
本发明提供了上述技术方案所述加气混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别将粉煤灰、石灰、转炉渣和石膏球磨后混合，得到混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的混合物与水混合，然后与铝粉膏和助发泡剂混合，得到料浆；
(3)将所述步骤(2)得到的料浆依次经注模、预养后得到坯体；
(4)将所述步骤(3)得到的坯体进行蒸压养护，得到加气混凝土。
优选地，所述步骤(1)中各组分球磨后的粒径独立地为180～200目。
优选地，所述步骤(3)中预养的温度为45～50℃，预养的时间为5～5.5h。
优选地，所述步骤(4)中蒸压养护的压力为1.2～1.5MPa，蒸压养护的时间为6～7h。
本发明提供了一种加气混凝土，按重量份数计，包括：石灰5～15份，转炉渣10～30份，粉煤灰60～70份，石膏0～5份，铝粉膏0～0.5份和助发泡剂0～0.5份。本发明以石灰和转炉渣提供氧化钙，与氧化硅生成水化铝硅酸钙和水化硅酸钙等，提高加气混凝土的强度；通过控制石灰、粉煤灰和转炉渣的用量，弥补了转炉渣早期活性低、胶凝性差、易膨胀、体积稳定性差等缺点，避免了加气混凝土性能的降低。实施例的结果显示，本发明提供的加气混凝土体积密度≤690kg/m3，抗压强度的平均值≥8.8MPa，抗压强度的最小值≥8.5MPa。
具体实施方式
本发明提供了一种加气混凝土，按重量份数计，包括：石灰5～15份，转炉渣10～30份，粉煤灰60～70份，石膏0～5份，铝粉膏0～0.5份和助发泡剂0～0.5份。
本发明提供的加气混凝土包括5～15份的石灰，优选为7～14份，更优选为13份。在本发明中，所述石灰中氧化钙的质量百分含量优选为≥70％，氧化镁的质量百分含量优选为≤3.0％，0.080mm方孔筛筛余量优选为≤10％，未消化残渣的质量百分含量优选为≤5.0％。本发明将石灰限定在上述范围内，可以提供加气混凝土所需的氧化钙，与硅质材料中的氧化硅反应生成水化铝硅酸钙和水化硅酸钙等，提高加气混凝土的强度；同时提供碱性环境，提供铝粉膏所需的发气条件。
以石灰的质量为5～15份计，本发明提供的加气混凝土包括10～30份的转炉渣，优选为15～28份，更优选为22份。在本发明中，所述转炉渣中氧化钙的质量百分含量优选为≥45％，氧化镁的质量百分含量优选为≤7.0％，三氧化硫的质量百分含量优选为≤3.0％。本发明将转炉渣限定在上述范围内，既可以替代石灰提供氧化钙，提高加气混凝土的强度，同时引入的杂质少，减少了杂质对加气混凝土的影响。
以石灰的质量为5～15份计，本发明提供的加气混凝土包括60～70份的粉煤灰，优选为62～69份，更优选为65份。在本发明中，所述粉煤灰中游离氧化钙的质量百分含量优选为≤3.0％，体积安定性合格。本发明将粉煤灰限定在上述范围内，既可以作为硅质原料，提供水化反应所需的二氧化硅，同时改善了加气混凝土的和易性，降低混凝土的徐变，减少水化热、热能膨胀性，消除了转炉渣易膨胀、体积稳定性差等缺点。
以石灰的质量为5～15份计，本发明提供的加气混凝土包括0～5份的石膏，优选为1～4份，更优选为3份。在本发明中，所述石膏优选为脱硫石膏或天然石膏；所述石膏的初凝时间优选为≥3Min，终凝时间优选为≤30Min；所述石膏2h抗折强度优选为≥3.0Mpa，2h抗折强度优选为≥6.0Mpa；所述石膏中氯离子的含量优选为≤600mg/kg。本发明将石膏限定在上述范围内，可以抑制石灰的消化，延长消化时间，利于浆料的稳定性，同时提高坯体强度，减少收缩。
以石灰的质量为5～15份计，本发明提供的加气混凝土包括0～0.5份的铝粉膏，优选为0.3份。本发明将铝粉膏限定在上述范围内，在碱性环境下，与水发生反应放出氢气，从而在内部形成多孔结构，降低加气混凝土的体积密度。
以石灰的质量为5～15份计，本发明提供的加气混凝土包括0～0.5份的助发泡剂，优选为0.3份。在本发明中，所述助发泡剂优选为硅粉和六偏磷酸钠中的一种或多种，更优选为硅粉。在本发明中，所述硅粉中二氧化硅的质量百分含量优选为≥95％；所述硅粉的细度优选为≤0.8μm；所述硅粉的比表面积≥优选为20m2/g。本发明将助发泡剂限定在上述范围内，可以提高铝粉膏的发气能力，进一步降低加气混凝土的体积密度。
本发明对各组分的具体来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
本发明以石灰和转炉渣提供氧化钙，与氧化硅生成水化铝硅酸钙和水化硅酸钙等，提高加气混凝土的强度；通过控制石灰、粉煤灰和转炉渣的用量，弥补了转炉渣早期活性低、胶凝性差、易膨胀、体积稳定性差等缺点，避免了加气混凝土性能的降低，使得制备的加气混凝土体积密度≤690kg/m3，抗压强度的平均值≥8.8MPa，抗压强度的最小值≥8.5MPa。
本发明提供了上述技术所述加气混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别将粉煤灰、石灰、转炉渣和石膏球磨后混合，得到混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的混合物与水混合，然后与铝粉膏和助发泡剂混合，得到料浆；
(3)将所述步骤(2)得到的料浆依次经注模、预养后得到坯体；
(4)将所述步骤(3)得到的坯体进行蒸压养护，得到加气混凝土。
本发明分别将粉煤灰、石灰、转炉渣和石膏球磨后混合，得到混合物。
在本发明中，所述各组分球磨后的粒径独立地优选为180～200目。本发明对所述球磨的具体工艺没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的球磨工艺即可。本发明通过对各组分进行球磨，可以改善组分的胶凝性，降低转炉渣对加气混凝土膨胀性的影响。
得到混合物后，本发明将所述混合物与水混合，然后与铝粉膏和助发泡剂混合，得到料浆。
在本发明中，所述水与混合物的质量比优选为0.56～0.6：1，更优选为0.57：1。本发明将水料比控制在上述范围内，不仅可以满足化学反应的需要，还可以满足浇注成型的稳定性；同时可以使料浆具有适宜的流动性，为发气膨胀提供必要的条件；并且适当的水料比可以使料浆保持适宜的极限剪切应力，使发气舒畅，料浆稠度适宜，从而获得比较好的气孔结构，进而对加气混凝土的性能产生有利的影响。
在本发明中，所述混合优选均在搅拌条件下进行。本发明对所述搅拌的速率和时间没有特殊的限定，能够使各组分混合均匀即可。
得到浆料后，本发明将所述料浆依次经注模、预养后得到坯体。
本发明对所述注模的具体工艺没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的注模工艺即可。
在本发明中，所述预养的温度优选为45～50℃，更优选为48℃；所述预养的时间优选为5～5.5h，更优选为5.3h。在本发明中，所述预养优选在预养室中进行。本发明将预养限定在上述范围内，在预养的过程中，为发气提供合适的环境和时间，使料浆受铝粉作用放出氢气，逐渐膨胀，同时使料浆失去其流动性，逐渐稠化和硬化，形成坯体。
预养结束后，本发明将所述预养的产物进行拆模，得到坯体。本发明对于拆模的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。
得到坯体后，本发明将所述坯体进行蒸压养护，得到加气混凝土。
得到坯体后，本发明优选在蒸压养护前对所述坯体进行切割加工。本发明对所述切割加工的具体操作没有特殊的限定，采用本领域常用的切割加工的工艺即可。
在本发明中，所述蒸压养护的压力优选为1.2～1.5MPa，更优选为1.3～1.4MPa；所述蒸压养护的升压速率优选为0.02～0.04MPa/min，更优选为0.03MPa/min。在本发明中，所述蒸压养护的温度优选为170～200℃，更优选为175～190℃，最优选为180～185℃；所述蒸压养护的升温速率优选为2～4℃/min，更优选为2.5℃/min。在本发明中，所述蒸压养护的时间优选为6～7h，更优选为6.5h。本发明将蒸压养护限定在上述范围内，提高加气混凝土中的体积稳定性，弥补了转炉渣体积稳定性差等缺点。
本发明提供的制备方法可以改善原料的凝胶性，降低膨胀性，提高加气混凝土的体积稳定性，降低转炉渣带来的负面影响；同时操作简单，制备时间较短，适于工业大规模生产。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)按重量份数计，分别将62份粉煤灰、13份石灰、22份转炉渣和3份石膏进行球磨，直至球磨破碎至180-200目后混合，得到混合物；
(2)向所述步骤(1)得到的混合物中按水料比0.56:1的比例加水，搅拌90s，然后加入0.5份铝粉膏和0.5份硅粉，搅拌30s，制成料浆；
(3)将所述步骤(3)得到的料浆注模，放于温度45℃的预养室中预养5h后拆模，得到坯体；
(4)将所述步骤(3)得到的坯体进行切割加工，然后放入蒸压釜中进行蒸压养护，以0.03MPa/min升至1.5MPa，以3.5℃/min升至180℃，恒温恒压7h后降温至室温，得到加气混凝土。
实施例2
(1)按重量份数计，分别将62份粉煤灰、15份石灰、20份转炉渣和3份石膏进行球磨，直至球磨破碎至180-200目后混合，得到混合物；
(2)向所述步骤(1)得到的混合物中按水料比0.57:1的比例加水，搅拌90s，然后加入0.5份铝粉膏和0.5份硅粉，搅拌30s，制成料浆；
(3)将所述步骤(3)得到的料浆注模，放于温度50℃的预养室中预养5.5h后拆模，得到坯体；
(4)将所述步骤(3)得到的坯体进行切割加工，然后放入蒸压釜中进行蒸压养护，以0.03MPa/min升至1.5MPa，以3.5℃/min升至185℃，恒温恒压7h后降温至室温，得到加气混凝土。
实施例3
(1)按重量份数计，分别将65份粉煤灰、15份石灰、17份转炉渣和3份石膏进行球磨，直至球磨破碎至180-200目后混合，得到混合物；
(2)向所述步骤(1)得到的混合物中按水料比0.57:1的比例加水，搅拌90s，然后加入0.5份铝粉膏和0.5份硅粉，搅拌30s，制成料浆；
(3)将所述步骤(3)得到的料浆注模，放于温度48℃的预养室中预养5.5h后拆模，得到坯体；
(4)将所述步骤(3)得到的坯体进行切割加工，然后放入蒸压釜中进行蒸压养护，以0.03MPa/min升至1.5MPa，以3.5℃/min升至180℃，恒温恒压7h后降温至室温，得到加气混凝土。
实施例4
(1)按重量份数计，分别将62份粉煤灰、10份石灰、25份转炉渣和3份石膏进行球磨，直至球磨破碎至180-200目后混合，得到混合物；
(2)向所述步骤(1)得到的混合物中按水料比0.56:1的比例加水，搅拌90s，然后加入0.5份铝粉膏和六偏磷酸钠0.1份，搅拌30s，制成料浆；
(3)将所述步骤(3)得到的料浆注模，放于温度45℃的预养室中预养5.0h后拆模，得到坯体；
(4)将所述步骤(3)得到的坯体进行切割加工，然后放入蒸压釜中进行蒸压养护，以0.025MPa/min升至1.5MPa，以2.5℃/min升至185℃，恒温恒压6h后降温至室温，得到加气混凝土。
实施例5
(1)按重量份数计，分别将62份粉煤灰、7份石灰、28份转炉渣和3份石膏进行球磨，直至球磨破碎至180-200目后混合，得到混合物；
(2)向所述步骤(1)得到的混合物中按水料比0.56:1的比例加水，搅拌90s，然后加入0.5份铝粉膏和0.5份硅粉，搅拌30s，制成料浆；
(3)将所述步骤(3)得到的料浆注模，放于温度45℃的预养室中预养5.0h后拆模，得到坯体；
(4)将所述步骤(3)得到的坯体进行切割加工，然后放入蒸压釜中进行蒸压养护，以0.025MPa/min升至1.5MPa，以2.5℃/min升至180℃，恒温恒压6h后降温至室温，得到加气混凝土。
实施例6
(1)按重量份数计，分别将65份粉煤灰、14份石灰、18份转炉渣和3份石膏进行球磨，直至球磨破碎至180-200目后混合，得到混合物；
(2)向所述步骤(1)得到的混合物中按水料比0.56:1的比例加水，搅拌90s，然后加入0.5份铝粉膏和六偏磷酸钠0.1份，搅拌30s，制成料浆；
(3)将所述步骤(3)得到的料浆注模，放于温度45℃的预养室中预养5.5h后拆模，得到坯体；
(4)将所述步骤(3)得到的坯体进行切割加工，然后放入蒸压釜中进行蒸压养护，以0.03MPa/min升至1.5MPa，以3.5℃/min升至180℃，恒温恒压7h后降温至室温，得到加气混凝土。
对比例1
专利(CN105645991A，一种高掺量炉渣加气混凝土砌块及其制备方法)制备的加气混凝土。
对比例2
专利(CN106927852A，一种利用生活垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土砌块的方法)制备的加气混凝土。
表1实施例1～6制备的加气混凝土的性能
Figure BDA0002662376590000081
Figure BDA0002662376590000091
由表1可知，本发明制备的加气混凝土具有较高的抗压强度和较低的体积密度，满足国家标准的要求，同时抗压强度大幅度超过现有技术制备的加气混凝土，应用前景广阔。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种加气混凝土，按重量份数计，由以下组分组成：石灰5~15份，转炉渣10~30份，粉煤灰60~70份，石膏1~5份，铝粉膏0.3~0.5份和助发泡剂0.3~0.5份；所述助发泡剂为硅粉和六偏磷酸钠中的一种或多种；
所述加气混凝土的制备方法，包括以下步骤：
（1）分别将粉煤灰、石灰、转炉渣和石膏球磨后混合，得到混合物；所述步骤（1）中各组分球磨后的粒径独立地为180~200目；
（2）将所述步骤（1）得到的混合物与水混合，然后与铝粉膏和助发泡剂混合，得到料浆；
（3）将所述步骤（2）得到的料浆依次经注模、预养后得到坯体；
（4）将所述步骤（3）得到的坯体进行蒸压养护，得到加气混凝土；
步骤（3）中预养的温度为45~50℃，预养的时间为5~5.5h；
步骤（4）中蒸压养护的压力为1.2~1.5MPa，蒸压养护的升压速率为0.02~0.04MPa/min，蒸压养护的温度为170~200℃，蒸压养护的升温速率为2~4℃/min，蒸压养护的时间为6~7h。
2.根据权利要求1所述的加气混凝土，其特征在于，所述转炉渣中氧化钙的质量百分含量≥45%。
3.根据权利要求1所述的加气混凝土，其特征在于，所述石膏为脱硫石膏或天然石膏。
4.根据权利要求1所述的加气混凝土，其特征在于，所述粉煤灰中游离氧化钙的质量百分含量≤3%，体积安定性合格。
5.根据权利要求1所述的加气混凝土，其特征在于，所述石灰中氧化钙的质量百分含量≥70%，0.080mm方孔筛筛余量≤10%。
6.权利要求1~5任意一项所述加气混凝土的制备方法，包括以下步骤：
（1）分别将粉煤灰、石灰、转炉渣和石膏球磨后混合，得到混合物；所述步骤（1）中各组分球磨后的粒径独立地为180~200目；
（2）将所述步骤（1）得到的混合物与水混合，然后与铝粉膏和助发泡剂混合，得到料浆；
（3）将所述步骤（2）得到的料浆依次经注模、预养后得到坯体；
（4）将所述步骤（3）得到的坯体进行蒸压养护，得到加气混凝土；
步骤（3）中预养的温度为45~50℃，预养的时间为5~5.5h；
步骤（4）中蒸压养护的压力为1.2~1.5MPa，蒸压养护的升压速率为0.02~0.04MPa/min，蒸压养护的温度为170~200℃，蒸压养护的升温速率为2~4℃/min，蒸压养护的时间为6~7h。
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