CN112266265A - 一种高温发泡预制隔墙大板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种高温发泡预制隔墙大板及其制备方法，属于装配式建筑隔墙大板预制领域。高温发泡预制隔墙大板包括工业固体废弃物、成孔剂、增韧剂、助熔剂；所述工业固体废弃物选自赤泥和/或尾矿。本发明还提出了该发泡隔墙大板的制备方法，先将原料混合后，装在模盘里烧制，然后逐渐降温，从而不会因降温太快和不均造成应力集中后开裂。本发明将工业固废赤泥尾矿变废为宝，解决固废对环境的影响，形成一个有广大市场需求的建筑主材，同时填补了装配式建筑内墙体轻型化的空白，制得的材料容重低密度在350～450之间，非常便于装饰式建筑的快速墙面安装，该墙体大板具有防火、耐水防潮、保温隔热、隔音及优良的力学性能等优点。

Description

一种高温发泡预制隔墙大板及其制备方法
技术领域
本发明属于装配式建筑预制内隔墙大板领域，具体来讲，是涉及一种高温发泡预制隔墙大板，在建筑中作为组成墙体的拼装墙板使用，本发明还提出了该高温发泡隔墙大板的制备方法，其主要是用工业固体废弃物尾矿、赤泥为主要原料制备得到。
背景技术
尾矿和赤泥是氧化铝生产过程中产生的固体废渣。氧化铝生产过程中，产生的红色泥状固体废弃物，俗称赤泥，赤泥的主要成分是：(SiO2)二氧化硅，(Fe2O3)三氧化二铁，(Al2O3)三氧化二铝，(CaO)氧化钙，(MgO)氧化锰，(Na2O)氧化二钠，(K2O)氧化二钾，(TaO2)二氧化钛等。在氧化铝选矿拜耳法产生的低含量氧化铝矿粉称为尾矿，尾矿的主要成分和赤泥很接近。尾矿和赤泥对环境会造成严重的污染，废弃物中含有苛性纳，会造成土壤、水源的严重污染，废弃物本身程粉末状，会随风而起，造成大气悬浮物超标而污染空气。装配式建筑、绿色建筑领域里大量需要的是内隔断的墙体材料，将尾矿和赤泥等废物制备成为建筑用内隔墙，符合我国十三五重点研发计划，可以给装配式轻型墙体提供新型建筑材料，并且满足轻型隔断墙的国家标准，由于建筑工程具大的体量，应用和推广前景无限。
随着国家对环境保护的要求，建筑行业的发展在向装配式建筑技术领域前进，新型的绿色建筑材料研制应运而生，而发泡隔墙大板很快就会是一种低价高质的新型绿色建材，由于原料大多都是来源于工业固废，原材料价格极低，产品的市场大前景广阔。
现有技术中，公开号为CN102503507A的发明申请提出了一种赤泥轻质墙体材料的新型制备方法，其是将废玻璃粉1～10wt％、岩棉废料1～10wt％、粉煤灰1～10wt％、煤矸石1～20wt％、抛光砖废料1～10wt％、废瓷砖粉料1～10wt％、赤泥94～30wt％，外加煤粉5～10wt％，按上述比例混合研磨制备成均匀的混合粉料，将上述混合粉料在600～1200℃的温度烧制1～4小时，经切割后制得赤泥轻质墙体材料。该技术中，存在的问题比较明显：①煤粉不稳定，产生的气泡不规则；②大板烧结完成后需要逐步降温，否则容易变形或开裂；③原料上，废玻璃粉和岩棉废料的使用，使得原料化学性质不稳定，不可控，工业上找不准熔点，无法对工艺过程进行严密控制，只适合于小块生产；温度过高产品容易变形，温度过低发泡不起，尤其是大板的生产，熔点找的不准确就会导致产品断裂；④粉煤灰、煤矸石和废瓷砖粉料作为粘度调节剂，用量越多粘度越低，用量多发泡也不均匀，制成的板越大也越容易断裂。因此，该技术不适合于大板生产。
公开号为CN107056241A的发明申请公开了一种环保赤泥砖或陶粒的配方。它包括按重量百分比计的赤泥30～44％、页岩30～60％、煤矸石0～40％，余量为煤，属于砖或陶粒生产领域。本发明将两种单独放置均有害的物质，变为可以加以充分利用的有用资源，既解决了环保问题，又增加建筑材料的来源。煤矸石尾矿还含有8％左右的炭质，又使产品的烧制过程中，能少加煤，降低了能量的消耗。该发明可用于建筑墙材，无土化栽培的陶粒基料等等领域。
公开号为CN104119052A的发明申请公开了一种利用脱碱赤泥和赤泥选铁尾矿制备的无机复合板及制备方法，包括如下重量份的配料：硫铝酸盐水泥200～250、脱碱赤泥300～400、赤泥选铁尾矿350～400、聚丙烯腈纤维10～20和水60～100。该发明利用硫铝酸盐水泥作为胶凝剂，以脱碱赤泥、赤泥选铁尾矿、聚丙烯腈纤维作为主要原料，采用压制成型的工艺制备，在空气中进行养护。制备的无机复合板材有轻质、高强、隔音、阻燃、抗冲击等优异特性，可广泛应用于建筑内外墙壁，该复合板消耗工业固废量大，有利于节约能源、保护环境，并可为建筑节能领域开发新的板材产品。
公开号为CN1225907A的发明申请提出的赤泥烧结墙体材料，主要特征是利用烧结法氧化铝生产过程中排出的废渣-赤泥添加煤矸石、粉煤灰等工业废弃物为原料，经破碎、搅拌、喷水陈化、挤压、干燥，烧结制成一种轻质、保温的墙体材料。本发明具有原材料来源方便，生产流程简单，能耗小，成本低，不污染环境等优点，不但节约大量的粘土，而且为赤泥的综合利用开拓了新途径，具有较好的经济效益和社会效益。
公开号为CN1225907A的发明申请公开了一种用赤泥制备的免烧砖。拜耳法赤泥含碱量高，生产建材容易产生泛碱问题。该发明利用地聚物合成技术将赤泥中的碱通过活化转变为激发剂，从而解决赤泥利用中碱引起的问题。本发明主要由下述重量份的原料制备而成：水玻璃3～8、活性引发料15～20、赤泥70～80、微硅粉0.5～1。将各种原料按照赤泥、活性引发料、水玻璃、微硅粉的顺序加入到强制搅拌机中，搅拌均匀后经过砖机挤压成型，在自然条件下砖坯静置1～2小时，砖坯产生一定的硬度，最后送入蒸压反应釜，在0.8～1.2MPa压力下蒸压养护2～4小时，得到成品。该发明制备的免烧赤泥砖成本低廉、产品性能稳定、抗压强度高、耐冻融循环好、生产工艺简单、生产场地小、砌筑后不泛碱。
由此可知，现有技术的技术方案大多都仅仅是单纯的将赤泥等工业废弃物在墙体板或砖块生产中的添加利用，而并没有考虑如何做成预制轻质大面墙体，不存在高温发泡的干式预制方法、干式预制技术及干式预制设备装置，不能保证高温预制墙体板各个物理性能指标，且大型预制体后序加工、运输、装配使用时不开裂的问题难以得到解决。现有技术中对于轻质墙体材料的生产领域，面临的最大的问题就是由于技术的限制都还达不到大块墙板生产的要求，生产的产品多为拼装的小型墙体板。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高温发泡预制隔墙大板，其尺寸可以足够大，在建筑中作为组成墙体的拼装墙板使用；本发明的高温发泡预制隔墙大板通过主材和辅材的配比，确保在成型后隔墙大板的机械性能，降低烧结使用能耗，同时每立方米发泡隔墙大板的容重在350kg～450Kg，相比于普通的发泡水泥墙的容重在1500kg以上，大型制件体积大却质量轻，便于安装，墙板可拆卸重新使用。
本发明的一种高温发泡预制隔墙大板，内部具有致密且封闭的气孔结构，包括如下重量份的组分：
工业固体废弃物0～70份；成孔剂0～15份；增韧剂2～10份；助熔剂1～25份；
所述工业固体废弃物选自赤泥和/或尾矿。
优选地，本发明的一种发泡隔墙大板，包括如下重量份的组分：
赤泥35份、尾矿35份、成孔剂6份、增韧剂8份、助熔剂7份。
尾矿和赤泥均是生产氧化铝生产的工业固体废弃物，该废弃物呈赤色粉末状。
所述成孔剂采用碳化硅、碳酸钙、粉煤灰、煤矸石粉、锯木粉中的一种或多种，优选碳化硅和碳酸钙，当粉煤灰，煤矸石粉纯度达到要求时可以作为选择，要求是燃烧温度要达到均匀，不会导致气孔不均匀。
所述增韧剂为红粘土、硅藻土中的一种或两种。
所述助熔剂选自白滑石粉、钾长石粉、锂长石粉、石英石粉中的一种或多种；助溶剂可使得大板生产中形成准确可控的助熔温度，保证大板顺利成型。
本发明中各原料的粉末细度为200～400目。
本发明的发泡隔墙大板的制备方法，包括如下步骤：
混料：各种原料按上述比例组合起来放入干式混粉机充分搅拌均匀；
布料：混合充分搅拌均匀的原料通过螺杆输送机送进布料机中，布料机一边将各原料继续混合，一边将混合好的原料在干式预制模盘上方，多次(至少3次)往返式布料保证干式预制模盘中的原料均匀，大板烧结中布料不均匀可能导致板断裂，预制模盘里布料厚度为10～15厘米；本发明采用干式预制法制板，该方法区别于常规的湿式预制，由于湿式预制步骤更多更繁杂，而且湿式的板干燥是一个漫长的过程，特别是板面积大时所耗费时间特别长，本发明的干式预制法具有方法简单，耗时短的优点。
高温发泡烧制：对模盘布料完成后，模盘进入辊道炉中进行升温烧制，烧制温度为1020～1250℃，烧制时间1～5小时；本发明的材料在高温条件下自动发泡烧结；
预制板冷却：在一个温度均匀、1米范围内误差不超过正负20℃的保温辊道空间里完成，3～10小时内将预制板缓慢渐冷至150℃以下，将预制板从预制模盘中取出来冷却即可切割整形制板。本发明的冷却步骤，是结合生产线的特点进行的。预制板从辊道炉出口出来后，即进入连接辊道炉出口的冷却辊道，冷却辊道是密闭的，温度越接近辊道炉温度越高，预制模盘中的预制板在冷却辊道上慢慢移动远离辊道炉，此过程中伴随着预制板温度的缓慢降低。
本发明的高温发泡预制隔墙大板，主要采用的是大型工业废料，解决固废对环境的影响，将大型工业固废赤泥尾矿变废为宝，并且制成一个有广大市场需求的建筑主材，符合国家十三五战略发展规划，同时填补了装配式建筑预制内墙体轻型化的空白，制得的材料每立方米高温发泡隔墙大板的容重在350kg～450Kg，非常便于装饰式建筑的快速墙面安装，该墙体材料具有防火、耐水防潮、保温隔热、隔音及优良的力学性能等优点。该发泡隔墙大板作为装配式建筑内隔墙，免涂装，质轻，模块化，可内填电线和专用接口，用于墙体之间连通电源，设置了拼接缺口，精密接装。
本发明的制备方法中，需配合一个专用的耐高温、不变型、尺寸稳定的干式预制模盘，干式预制模盘用碳化硅方管、碳化硅板或者其他能够达到要求的材料来制作成一个具有底和四个围边的结构，该干式预制模盘可以一直循环使用，高温发泡预制隔墙大板的原料放在模盘里一起进入加热炉，一同升温和降温，制品温度下降到150℃以下，取出制品，干式预制模盘送回到布料台上可以重新布料，再次进入加热炉内重复烧结过程，因干式预制模盘简化了湿法预制件工艺，压坯工艺，该方法降低了能耗，大大提高了生产效率，减少了湿法预制件和压坯工艺干燥所占用的场地和干燥时间，及水分蒸发所用的能耗。模盘简化了预制件工艺，压坯工艺。
布料机对干式预制模盘进行布料，布料机混合物料同时来回在干式预制模盘上方对干式预制模盘进行布料，多次来回布料的目的是保证在干式预制模盘里的物料充满均匀，并且确保模盘里的物料上下层一致，这样才能确保干式预制模盘里的各原料不会在高温烧结发泡完成后，因原料分布不匀造成的开裂，同时也确保了最终的墙体材料制品的性能。本发明通过干式预制模盘设计和布料机的布料方式，也保证了该高温发泡预制隔墙大板这一大型制件的工业化规模，本发明强调，发泡隔墙大板在烧制到1020～1250℃后，一块板的降温需确保在温度均匀、1米范围内误差不超过正负20℃的空间环境里进行，降温环境温度与板温度之间的温度差不能超过100℃，实际生产中的降温环境采用相对密闭的降温隧道，严格控制降温速度，降温速度控制的曲线，给生产效率、产品质量、产品的合格率带来非常大的影响，使得制得的大板不易断裂。
与现有技术相比：
首先，本发明比现有技术简化了制备工艺，该高温发泡预制隔墙大板作为一种大型制件，没有传统的预制工艺和压坯工艺，大大节省了生产空间和时间，节省了预制件在干燥过程中的能耗。同时，本发明的制备过程中不添加水，直接通过干式预制模盘烧结成块，比传统的加水制备工艺效率高，没有水烧干耗费的时间，所以时间短。
其次，制备的隔墙大板的尺寸可以足够大，最大可以达到3000*1800*120(mm)的规格，本发明的高温发泡预制隔墙大板通过主材和辅材的配比，确保在成型后隔墙大板的机械性能，同时由于内部具有致密且封闭的气孔结构，每立方米发泡隔墙大板的容重在350kg～450Kg，相比于容重在1500kg以上的普通发泡水泥墙的，该大型制件体积大却质量轻，便于安装，墙板可拆卸重新使用。
本发明在现有技术上克服应用市场的广泛需求，更加明确了我国战略规划需求的大型建筑构件，原料配方上提升了现有技术满足不了的大型制件的机械性能方面的要求。
附图说明
图1为本发明的布料机的工作示意图；
图2为本发明的预制模盘的结构示意图；
图3为本发明的高温发泡预制隔墙大板样品的切面照片。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
本发明的一种高温发泡预制隔墙大板，内部具有致密且封闭的气孔结构，包括如下重量份的组分(各组分的细度为200～400目)：
工业固体废弃物0～70份；成孔剂0～15份；增韧剂2～10份；助熔剂1～25份；
所述工业固体废弃物选自赤泥和/或尾矿。
尾矿和赤泥均是生产氧化铝生产的工业固体废弃物，该废弃物呈赤色粉末状。
所述成孔剂采用碳化硅、碳酸钙、粉煤灰、煤矸石粉、锯木粉中的一种或多种，优选碳化硅和碳酸钙，当粉煤灰，煤矸石粉纯度达到要求时可以作为选择，要求是燃烧温度要达到均匀，不会导致气孔不均匀。
所述增韧剂为红粘土、硅藻土中的一种或两种。
所述助熔剂选自白滑石粉、钾长石粉、锂长石粉、石英石粉中的一种或多种；助溶剂可使得大板生产中形成准确可控的助熔温度，保证大板顺利成型。
本发明的高温发泡预制隔墙大板的制备流程：按配方比例称量各组分→干式粉料混合搅拌→输送至布料机→干式布料在预制模盘中→预制模盘进入辊道炉→辊道炉内加温烧制→辊道冷却→下线完成高温发泡烧制→定尺加工。
具体的制备过程如下：
混料：各种原料按上述比例组合起来放入干式混粉机充分搅拌均匀；
布料：混合充分搅拌均匀的原料通过螺杆输送机送进布料机中，布料机如图1所示，布料机一边将各原料继续混合，一边将混合好的原料在干式预制模盘上方，往返式布料三次保证干式预制模盘中的原料均匀，大板烧结中布料不均匀可能导致板断裂，预制模盘里布料厚度为10～15厘米；
高温发泡烧制：对模盘布料完成后，模盘进入辊道炉中进行升温烧制，烧制温度为1020～1250℃，烧制时间1～5小时；材料在高温条件下自动发泡烧结；
预制板冷却：在辊道上的封闭空间中进行逐步冷却，辊道上的封闭空间中温度均匀、1米范围内误差不超过正负20℃，3～10小时内将预制板缓慢渐冷至150℃以下，将预制板从预制模盘中取出来冷却即可切割整形制板。本发明的冷却步骤，是结合生产线的特点进行的。预制板从辊道炉出口出来后，即进入连接辊道炉出口的冷却辊道，冷却辊道是密闭的，温度越接近辊道炉温度越高，预制模盘中的预制板在冷却辊道上慢慢移动远离辊道炉，此过程中伴随着预制板温度的缓慢降低；冷却辊道因为是直接连接辊道炉的，因此其温度最靠近辊道炉的温度是最高的，可以满足降温环境温度与板温度之间的温度差不能超过100℃的要求，随着预制板缓慢在冷却辊道上远离辊道炉，预制板的温度和冷却辊道的温度都是在降低的，也能满足降温环境温度与板温度之间的温度差不能超过100℃的要求。
本发明实施例1～6的组成和用量如表1。
表1
Figure BDA0002736364440000071
制备过程中用到额干式预制模盘尺寸是3200*1950*150(mm)，也可以根据所要制备的隔墙大板的大小尺寸来制作，该干式预制模盘采用耐高温的碳化硅材料做成，用碳化硅方管和碳化硅板组合做成一个整体的干式预制模盘，结构如图2所示。
高温发泡预制隔墙大板利用氧化铝生产中产生的固体废弃物尾矿、赤泥为主要原料，通过混合、布料、烧制、冷却等步骤之后得到内部有致密气孔结构的发泡大板，重量轻，机械性能能高，防火、防水、保温隔音，是一种优良的建筑内隔墙大板，发泡隔墙大板制件为装配式建筑，提供了全新的轻型快装内墙体制件材料。
下面以实施例2为例，根据上述方法制备成规格为2900*1200*100的高温发泡预制隔墙大板，上述实施例2按照GB/T23451-2009<建筑用轻质隔墙条板>对高温发泡预制隔墙板的性能进行测试，测试结果如表2所示，高温发泡预制隔墙板的样品切面如图3所示，可见切面具有致密且封闭的气孔结构(图中泡状样)。
表2
测试序号 测试内容 测试性能 标准要求
1 面密度 35 ≤90
2 抗压强度 5.8 ≥3.5
3 抗弯承载 3.9 ≥1.5
4 耐火极限h 1 ≥0.5
5 空气隔声/db 39 ≥35
6 软化系数 0.88 ≥0.8
7 含水率 0.97 ≤1
8 干燥收缩值mm/m 0.03 ≤0.6
9 冲击性能 经5次抗冲击试验后，无裂纹且表面无变化
10 吊挂力 荷载1000N，静置24H，板面无裂痕
11 燃烧性能 A1级
从上表2可以得知，本发明通过主材和辅材的配比，以及制备中保证布料均匀，缓慢冷却等工艺，使得制备得到的高温发泡预制隔墙大板可以做到板面足够大时还能保持隔墙大板优越的性能，不易断裂，具有出色的机械性能。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高温发泡预制隔墙大板，其特征在于，包括如下重量份的组分：
工业固体废弃物0～70份；成孔剂0～15份；增韧剂2～10份；助熔剂1～25份；
所述工业固体废弃物选自赤泥和/或尾矿。
2.根据权利要求1所述的高温发泡预制隔墙大板，其特征在于，包括如下重量份的组分：
赤泥35份、尾矿35份、成孔剂6份、增韧剂8份、助熔剂7份。
3.根据权利要求1或2所述的高温发泡预制隔墙大板，其特征在于，所述成孔剂选自碳化硅、碳酸钙、粉煤灰、煤矸石粉、锯木粉中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的高温发泡预制隔墙大板，其特征在于，所述增韧剂为红粘土、硅藻土中的一种或两种。
5.根据权利要求1或2所述的高温发泡预制隔墙大板，其特征在于，所述助熔剂选自白滑石粉、钾长石粉、锂长石粉、石英石粉中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的高温发泡预制隔墙大板，其特征在于，各组分的粉末细度为200～400目。
7.根据权利要求1或2所述的高温发泡预制隔墙大板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
混料：各种原料按上述比例组合起来放入干式混粉机充分搅拌均匀；
干式预制：混合充分搅拌均匀的原料通过螺杆输送机送进布料机中，布料机一边将各原料继续混合，一边将混合好的原料在干式预制模盘上方，采用多次往返式布料的方式布料，保证干式预制模盘中的原料均匀；
高温发泡烧制：对模盘布料完成后，模盘进入辊道炉中进行升温烧制，烧制温度为1020～1250℃，烧制时间1～5小时；
预制板冷却：缓慢渐冷至150℃以下，将预制板从预制模盘中取出来完全冷却即可切割整形后制板。
8.根据权利要求7所述的高温发泡预制隔墙大板的制备方法，其特征在于，布料时，布料机在模盘上方往返布料三次。
9.根据权利要求7所述的高温发泡预制隔墙大板的制备方法，其特征在于，预制板冷却在一个温度均匀、1米范围内误差不超过正负20℃的保温辊道空间里完成。
10.根据权利要求7所述的高温发泡预制隔墙大板的制备方法，其特征在于，预制板冷却需在3～10小时内将预制的高温发泡隔墙大板的温度降至150℃以下。
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