CN112573884A - 一种高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块及其制备方法 - Google Patents

一种高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块及其制备方法，涉及建筑工程加气混凝土领域。所述砌块由以下质量百分比的原料组成：石灰10～15%、花岗岩石粉50～65%、废料10～15%，石膏2～5%、胶凝材料10～20%，各组分质量百分数之和为100%，铝粉占干料总质量的0.075～0.95%，水和干料的质量比为0.55～0.65。该高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块具有韧性好、劈裂抗拉强度高、抗压强度高、干密度低、成品率高、成本低等特点。采用花岗岩石粉和碱激发水泥，固废利用，不仅可以减少环境污染，亦可以将其消耗，因此本发明具有良好的经济、社会和环保效益，适合大规模推广应用。

Description

一种高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑工程加气混凝土领域，具体涉及一种高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块。
背景技术
加气混凝土砌块是以硅质材料（砂、粉煤灰等）和钙质材料（石灰、水泥）为主要原料，掺入铝粉发气，通过配料、搅拌、浇注、预养、切割、蒸压、养护等工艺过程制成的轻质多孔硅酸盐制品。因其经发气后含有大量均匀而细小的气孔，故称加气混凝土砌块。由于其具有节能保温、隔音、轻质、环保和便于加工等优点，在建筑墙体中广泛应用。但是，加气混凝土砌块具有韧性差的缺点，在工厂生产中容易缺棱掉角，次品率较高，严重影响工厂的经济效益。因此，在满足成本和性能的前提下，寻求合适的方法提高加气混凝土砌块的韧性显得尤为重要。
蒸压砂加气混凝土（AAC）砌块墙体作为一种新型墙体，其墙体结构新颖、节能保温、美观、耐腐蚀等一系列优点逐渐在建筑行业得到认可并广泛应用。AAC砌块采用磨细砂（SiO2≥90%）为主要材料，而本发明采用花岗岩石粉（SiO2含量65～85%）为主要原材料，SiO2含量较低，脆性较高，但本发明有加入碱激发水泥，碱激发水泥水化产物以C-S-H凝胶为主，C-S-H分子链长较长，Ca(OH)2较少，韧性好，可以抵消花岗岩石粉带来的韧性不足的问题，仍可满足施工要求，保证成品率。且砂是不可再生资源，已被禁止开采，花岗岩石粉为固体废弃物，价格低。所以采用花岗岩石粉既可以固废利用，又可以保护环境，经济和环保效益明显，运用前景广阔。
专利“一种蒸压加气混凝土砌块及其生产工艺”（CN108033750A）公开了一种蒸压加气混凝土砌块及其生产工艺，其包括以下组分：水泥10～100 kg/m3、生石灰50～150 kg/m3、石膏5～30 kg/ m3、废浆60～150 kg/m3、粉煤灰200～500 kg/m3、粉煤灰料浆400～800kg/m3、铝粉膏200～1000 g/m3、水适量。生产工艺包括原材料储存及处理、配料、搅拌、浇注、侧板返回、组模涂油制备出加气混凝土砌块。然而，该专利采用粉煤灰和粉煤灰料浆为主要原材料，未采用花岗岩石粉和矿渣，且没有将碱激发水泥应用于加气混凝土砌块的中，成本较高，韧性较差。
专利“中性钠盐碱矿渣蒸压砂加气混凝土砌块及其制备方法”（CN105669146A）公开了一种中性钠盐碱矿渣蒸压砂加气混凝土砌块及其制备方法。所述的砌块由以下原料制成（质量比）：中性钠盐碱激发水泥15～25份、石灰5～15份、磨细砂50～60份、废料10～15份、石膏2～5份、铝粉0.07～0.1份、水45～55份。该中性钠盐碱矿渣蒸压砂加气混凝土砌块具有强度高、干密度低、成品率高等特点。然而，该专利采用的原材料以磨细河砂为主，未采用花岗岩石粉，成本较高，且河砂为不可再生资源，大部分地区已禁止采用河砂，应用前景受到严重限制。
发明内容
鉴于蒸压加气混凝土砌块的生产现状，对其配方进行改进。用花岗岩石粉取代干料中的磨细河砂，用碱激发水泥取代部分普通硅酸盐水泥，将显著提高加气混凝土砌块的韧性，降低其成本。亦可减少河砂和普通硅酸盐水泥的用量，节能环保、经济效益较好。与普通硅酸盐水泥-石灰-砂加气混凝土砌块相比，高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块具有节能环保、成品率高、强度高、干密度低、价格低廉的特点，优势明显。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块及其制备方法。干料以质量百分比计：石灰10～15%、花岗岩石粉50～65%、废料10～15%，石膏2～5%、胶凝材料10～20%，各组分质量百分数之和为100%，铝粉占干料总质量的0.075～0.95%，水和干料的质量比为0.55～0.65。
进一步地，所述的石灰细度为18～21%（0.080 mm方孔筛筛余量），CaO≥70%。
进一步地，所述的花岗岩石粉细度为16～20%（0.080 mm方孔筛筛余量）。
进一步地，所述的废料为高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块的边角料。
进一步地，所述的石膏细度为20～25%（0.080 mm方孔筛筛余量），SO3≥32%。
进一步地，所述的胶凝材料为碱激发水泥和普通硅酸盐水泥组成，其配合比以质量百分比计：碱激发水泥40～80%，普通硅酸盐水泥20～60%，各组分质量百分数之和为100%。
进一步地，所述的碱激发水泥由矿渣、粉煤灰和Na2SO4组成，其配合比以质量百分比计：矿渣40～60%，粉煤灰40～60%，各组分质量百分数之和为100%，Na2SO4为碱激发水泥总质量的3～5%。
进一步地，所述的矿渣为S95级粒化高炉矿渣粉。
进一步地，所述的粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰。
进一步地，所述的Na2SO4为工业纯无水Na2SO4。
进一步地，所述的普通硅酸盐水泥强度等级为P·O 42.5，比表面积为300～350m2/kg。
进一步地，其主要机理为：
（1）水泥水化生成的Ca(OH)2，Ca(OH)2与Na2SO4反应生成NaOH，这为体系提供强碱性环境，提高了发气速率。这可适当降低铝粉的掺量。
（2）随着碱性的增强，矿渣和粉煤灰的Si-O和Al-O四面体产生解聚和缩聚，使得体系Si质成分与Ca(OH)2更快生成C-S-H凝胶。一方面抑制气泡体积的增大，使砌块中气泡细小均匀，提高加气块的抗压强度。另一方面C-S-H凝胶数量增多，C-S-H分子链长变长，Ca(OH)2减少，这显著提高加气混凝土砌块的韧性，降低次品率。
（3）花岗岩石粉SiO2含量较低，脆性较高。碱激发水泥水化产物以C-S-H凝胶为主，C-S-H分子链长较长，Ca(OH)2较少，韧性好，可以抵消花岗岩石粉带来的韧性不足的问题，仍可保证成品率。
一种如上所述的高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块的制备方法为：
（1）配制料浆：将干料（石灰、花岗岩石粉、石膏、矿渣、粉煤灰和普通硅酸盐水泥）按照设计比例先进行混合均匀，将Na2SO4溶于温水中配制激发剂溶液，然后加入已混合好的干料中，使浆体浇筑温度保持40±2 ℃，扩散度控制在25～30 cm。最后加入铝粉搅拌均匀，制得料浆。
（2）静停养护：将料浆送入静停养护室内养护，养护温度50 ℃。
（3）切割蒸养：待料浆达到一定强度后进行切割，然后送入蒸压釜内进行蒸压养护。蒸压养护制度：抽真空0.5 h，升温升压1 h，恒温恒压6 h，降压2 h；恒温温度为190～200 ℃，恒压压力为1.2 MPa。
（4）制得成品：蒸压养护后，即可得到高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块成品。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）砂是不可再生资源，已被禁止开采，花岗岩石粉为固体废弃物，价格低。所以采用花岗岩石粉既可以固废利用，又可以保护环境，经济和环保效益明显。
（2）碱激发水泥的水化产物大部分为C-S-H凝胶，Ca(OH)2少，因此掺碱激发水泥的加气混凝土砌块的韧性强，在进行胚体切割时，不容易出现缺棱掉角等现象，成品率高。
（3）碱激发水泥的水化产物中Ca(OH)2（在400 ℃左右分解）少，因此高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块比仅掺普通硅酸盐水泥的加气混凝土砌块防火性能更加优异。
（4）本发明所采用的碱激发水泥是主要以矿渣和粉煤灰废弃物为主要原材料，成本低，不仅可以减少二氧化碳的排放保护环境，并且解决了工业废料矿渣、粉煤灰等工业废料的二次利用问题，经济和环保效益明显。
具体实施方式
本发明提供的是一种高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块及其制备方法。干料以质量百分比计：石灰10～15%、花岗岩石粉50～65%、废料10～15%，石膏2～5%、胶凝材料10～20%，各组分质量百分数之和为100%，铝粉占干料总质量的0.075～0.95%，水和干料的质量比为0.55～0.65。
所述的胶凝材料为碱激发水泥和普通硅酸盐水泥组成，其配合比以质量百分比计：碱激发水泥40～80%，普通硅酸盐水泥20～60%，各组分质量百分数之和为100%。所述的碱激发水泥由矿渣、粉煤灰和Na2SO4组成，其配合比以质量百分比计：矿渣40～60%，粉煤灰40～60%，各组分质量百分数之和为100%，Na2SO4为碱激发水泥总质量的3～5%。
本发明高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块制备过程为：
（1）配制料浆：将干料（石灰、花岗岩石粉、石膏、矿渣、粉煤灰和普通硅酸盐水泥）按照设计比例先进行混合均匀，将Na2SO4溶于温水中配制激发剂溶液，然后加入已混合好的干料中，使浆体浇筑温度保持40±2 ℃，扩散度控制在25～30 cm。最后加入铝粉搅拌均匀，制得料浆。
（2）静停养护：将料浆送入静停养护室内养护，养护温度50 ℃。
（3）切割蒸养：待料浆达到一定强度后进行切割，然后送入蒸压釜内进行蒸压养护。蒸压养护制度：抽真空0.5 h，升温升压1 h，恒温恒压6 h，降压2 h；恒温温度为190～200 ℃，恒压压力为1.2 MPa。
（4）制得成品：蒸压养护后，即可得到高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块成品。
实施例1
一种用高韧性生产碱矿渣加气混凝土砌块的组成按照质量百分数计：石灰10%、花岗岩石粉65%、废料15%，石膏2%、胶凝材料8%，各组分质量百分数之和为100%，铝粉占干料总质量的0.075%，水和干料的质量比为0.55。
所述的胶凝材料为碱激发水泥和普通硅酸盐水泥组成，其配合比以质量百分比计：碱激发水泥40%，普通硅酸盐水泥60%，各组分质量百分数之和为100%。，水泥的比表面积为300 m2/kg。所述的碱激发水泥由矿渣、粉煤灰和Na2SO4组成，其配合比以质量百分比计：矿渣40%，粉煤灰60%，各组分质量百分数之和为100%，Na2SO4为碱激发水泥总质量的3%。
本发明高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块制备方法的具体步骤为：
（1）配制料浆：将干料（石灰、花岗岩石粉、石膏、矿渣、粉煤灰和普通硅酸盐水泥）按照设计比例先进行混合均匀，将Na2SO4溶于温水中配制激发剂溶液，然后加入已混合好的干料中，使浆体浇筑温度保持40±2 ℃，扩散度控制在25～30 cm。最后加入铝粉搅拌均匀，制得料浆。
（2）静停养护：将料浆送入静停养护室内养护，养护温度50 ℃。
（3）切割蒸养：待料浆达到一定强度后进行切割，然后送入蒸压釜内进行蒸压养护。蒸压养护制度：抽真空0.5 h，升温升压1 h，恒温恒压6 h，降压2 h；恒温温度为190～200 ℃，恒压压力为1.2 MPa。
（4）制得成品：蒸压养护后，即可得到高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块成品。
对搅拌好的浆体（未加铝粉）扩散度、蒸压养护后的加气混凝土砌块的干密度、抗压强度和劈裂抗拉强度进行测试。其浆体扩散度为250 mm，蒸压养护后的加气混凝土砌块的干密度、抗压强度和劈裂抗拉强度分别为：705 kg/m3、5.3 MPa和1.02 MPa，拉压比为0.19。满足《蒸压加气混凝土砌块》（GB 11968-2006）中B07干密度要求和A5.0的强度要求。
实施例2
一种用高韧性生产碱矿渣加气混凝土砌块的组成按照质量百分数计：干料以质量百分比计：石灰15%、花岗岩石粉50%、废料10%，石膏5%、胶凝材料20%，各组分质量百分数之和为100%，铝粉占干料总质量的0.085%，水和干料的质量比为0.60。
所述的胶凝材料为碱激发水泥和普通硅酸盐水泥组成，其配合比以质量百分比计：碱激发水泥80%，普通硅酸盐水泥20%，各组分质量百分数之和为100%。，水泥的比表面积为330 m2/kg。所述的碱激发水泥由矿渣、粉煤灰和Na2SO4组成，其配合比以质量百分比计：矿渣50%，粉煤灰50%，各组分质量百分数之和为100%，Na2SO4为碱激发水泥总质量的4%。
本发明高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块制备方法的具体步骤为：
（1）配制料浆：将干料（石灰、花岗岩石粉、石膏、矿渣、粉煤灰和普通硅酸盐水泥）按照设计比例先进行混合均匀，将Na2SO4溶于温水中配制激发剂溶液，然后加入已混合好的干料中，使浆体浇筑温度保持40±2 ℃，扩散度控制在25～30 cm。最后加入铝粉搅拌均匀，制得料浆。
（2）静停养护：将料浆送入静停养护室内养护，养护温度50 ℃。
（3）切割蒸养：待料浆达到一定强度后进行切割，然后送入蒸压釜内进行蒸压养护。蒸压养护制度：抽真空0.5 h，升温升压1 h，恒温恒压6 h，降压2 h；恒温温度为190～200 ℃，恒压压力为1.2 MPa。
（4）制得成品：蒸压养护后，即可得到高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块成品。
对搅拌好的浆体（未加铝粉）扩散度、蒸压养护后的加气混凝土砌块的干密度、抗压强度和劈裂抗拉强度进行测试。其浆体扩散度为270 mm，蒸压养护后的加气混凝土砌块的干密度、抗压强度和劈裂抗拉强度分别为：712 kg/m3、5.8 MPa和1.29 MPa，拉压比为0.22。满足《蒸压加气混凝土砌块》（GB 11968-2006）中B07干密度要求和A5.0的强度要求。
实施例3
一种用高韧性生产碱矿渣加气混凝土砌块的组成按照质量百分数计：干料以质量百分比计：石灰14%、花岗岩石粉60%、废料12%，石膏4%、胶凝材料10%，各组分质量百分数之和为100%，铝粉占干料总质量的0.95%，水和干料的质量比为0.65。
所述的胶凝材料为碱激发水泥和普通硅酸盐水泥组成，其配合比以质量百分比计：碱激发水泥60%，普通硅酸盐水泥40%，各组分质量百分数之和为100%。，水泥的比表面积为350 m2/kg。所述的碱激发水泥由矿渣、粉煤灰和Na2SO4组成，其配合比以质量百分比计：矿渣60%，粉煤灰40%，各组分质量百分数之和为100%，Na2SO4为碱激发水泥总质量的5%。
本发明高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块制备方法的具体步骤为：
（1）配制料浆：将干料（石灰、花岗岩石粉、石膏、矿渣、粉煤灰和普通硅酸盐水泥）按照设计比例先进行混合均匀，将Na2SO4溶于温水中配制激发剂溶液，然后加入已混合好的干料中，使浆体浇筑温度保持40±2 ℃，扩散度控制在25～30 cm。最后加入铝粉搅拌均匀，制得料浆。
（2）静停养护：将料浆送入静停养护室内养护，养护温度50 ℃。
（3）切割蒸养：待料浆达到一定强度后进行切割，然后送入蒸压釜内进行蒸压养护。蒸压养护制度：抽真空0.5 h，升温升压1 h，恒温恒压6 h，降压2 h；恒温温度为190～200 ℃，恒压压力为1.2 MPa。
（4）制得成品：蒸压养护后，即可得到高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块成品。
对搅拌好的浆体（未加铝粉）扩散度、蒸压养护后的加气混凝土砌块的干密度、抗压强度和劈裂抗拉强度进行测试。其浆体扩散度为300 mm，蒸压养护后的加气混凝土砌块的干密度、抗压强度和劈裂抗拉强度分别为：708 kg/m3、5.5 MPa和1.10 MPa，拉压比为0.20。满足《蒸压加气混凝土砌块》（GB 11968-2006）中B07干密度要求和A5.0的强度要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (12)

1.一种高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块，干料按以下质量百分比计：石灰10～15%、花岗岩石粉50～65%、废料10～15%，石膏2～5%、胶凝材料10～20%，各组分质量百分数之和为100%，铝粉占干料总质量的0.075～0.95%，水和干料的质量比为0.55～0.65。
2.根据权利要求1所述的高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块，其特征在于：所述石灰细度为18～21%（0.080 mm方孔筛筛余量），CaO≥70%。
3.根据权利要求1所述的高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块，其特征在于：所述花岗岩石粉细度为16～20%（0.080 mm方孔筛筛余量）。
4.根据权利要求1所述的高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块，其特征在于：所述废料为高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块的边角料。
5.根据权利要求1所述的高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块，其特征在于：所述石膏细度为20～25%（0.080 mm方孔筛筛余量），SO3≥32%。
6.根据权利要求1所述的高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块，其特征在于：所述胶凝材料由碱激发水泥和普通硅酸盐水泥组成，其配合比以质量百分比计：碱激发水泥40～80%，普通硅酸盐水泥20～60%，各组分质量百分数之和为100%。
7.根据权利要求6所述的高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块，其特征在于：所述碱激发水泥由矿渣、粉煤灰和Na2SO4组成，其配合比以质量百分比计：矿渣40～60%，粉煤灰40～60%，各组分质量百分数之和为100%，Na2SO4为碱激发水泥总质量的3～5%。
8.根据权利要求7所述的高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块，其特征在于：所述的矿渣为S95级粒化高炉矿渣粉。
9.根据权利要求7所述的高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块，其特征在于：所述的粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰。
10.根据权利要求7所述的高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块，其特征在于：所述的Na2SO4为工业纯无水Na2SO4。
11.根据权利要求7所述的高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块，其特征在于：所述的普通硅酸盐水泥强度等级为P·O 42.5，比表面积为300～350 m2/kg。
12.根据权利要求1所述的高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块，其制备方法为：
（1）配制料浆：将干料（石灰、花岗岩石粉、石膏、矿渣、粉煤灰和普通硅酸盐水泥）按照设计比例先进行混合均匀，将Na2SO4溶于温水中配制激发剂溶液，然后加入已混合好的干料中，使浆体浇筑温度保持40±2 ℃，扩散度控制在25～30 cm，最后加入铝粉搅拌均匀，制得料浆；
（2）静停养护：将料浆送入静停养护室内养护，养护温度50 ℃；
（3）切割蒸养：待料浆达到一定强度后进行切割，然后送入蒸压釜内进行蒸压养护，蒸压养护制度：抽真空0.5 h，升温升压1 h，恒温恒压6 h，降压2 h；恒温温度为190～200 ℃，恒压压力为1.2 MPa；
（4）制得成品：蒸压养护后，即可得到高韧性碱矿渣花岗岩石粉加气混凝土砌块成品。
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