CN112759334A

CN112759334A - 基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板及制备方法

Info

Publication number: CN112759334A
Application number: CN202011633018.7A
Authority: CN
Inventors: 王文龙; 姚永刚; 武双; 姚星亮; 杨世钊; 王旭江; 李敬伟; 毛岩鹏
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2021-05-07

Abstract

本发明公开了基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板及制备方法，按照质量份数计，由以下原料组成：固废基硫铝酸盐胶凝材料30～45份；木浆纤维7份；脱硫石膏24～36份；电石渣6～9份；石灰石粉3～33份；以及以上物料质量总和4～5倍的水。制备方法为：将固废基硫铝酸盐胶凝材料、脱硫石膏、电石渣、石灰石粉、木浆纤维和水混合均匀获得纤维水泥料浆；将纤维水泥料浆进行脱水获得料坯；将料坯挤压成型，再进行自然养护。本发明不仅实现了纤维水泥板的免蒸压制备，降低了能源消耗，提高了生产效率，还因所需原料除木浆纤维外均为工业固废及固废基产品，大大降低了纤维水泥板的原料成本，并且实现了工业固废的资源化利用。

Description

基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板及制备方法

技术领域

本发明涉及基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板及制备方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，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。

传统纤维水泥板是一种主要以普硅水泥为无机胶凝剂和基本材料，以纤维类材料为增强材料，并通过掺加适量的外加剂，经制浆、成型、养护等工序制备的板材，被广泛应用于生产和建筑领域，例如，作为内外墙用装饰板、地面用板、吊顶用板、复合保温板、防火板等被广泛使用。

传统纤维水泥板的强度主要由普硅水泥的水化反应程度决定，水泥水化反应越充分，则强度越高。由于普硅水泥的水化反应较慢，传统纤维水泥板湿坯制备出来以后，需要自然养护28天以后才能达到相应的强度等级，这极大的影响了板材的生产效率。为了提高传统纤维水泥板的生产效率，目前工业生产过程中，主要通过蒸压釜高温蒸压养护的方式来加快普硅水泥的水化反应速率，虽然这在一定程度上提高了传统纤维水泥板的生产效率，但是也大大加剧了能源消耗，并且蒸压养护环节产生的废气、废水等依然存在环保问题，不符合我国绿色可持续发展战略。在认识到采用蒸压养护制备传统纤维水泥板存在的一系列问题之后，部分学者开始尝试开展免蒸压制备传统纤维水泥板的研究，如中国发明专利《一种特殊行业工装专用免蒸压纤维水泥板的制备方法》(公开号CN 109437709 A)公开了一种免蒸压制备纤维水泥板的方法。虽然该方法实现了传统纤维水泥板的免蒸压制备，但是普硅水泥的掺加比例较高，且需要添加水泥速凝剂和水泥增强剂，这不仅增加了制备纤维水泥板的原料成本，也未能在根本上改变普硅水泥水化反应慢的问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板及制备方法，不仅实现了纤维水泥板的免蒸压制备，降低了能源消耗，提高了生产效率，还因所需原料除木浆纤维外均为工业固废及固废基产品，大大降低了纤维水泥板的原料成本，并且实现了工业固废的资源化利用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板，按照质量份数计，由以下原料组成：

固废基硫铝酸盐胶凝材料30～45份；

木浆纤维7份；

脱硫石膏24～36份；

电石渣6～9份；

石灰石粉3～33份；

以及以上物料质量总和4～5倍的水；

其中，固废基硫铝酸盐胶凝材料为以工业固废为原料制备的硫铝酸盐水泥。

本发明采用固废基硫铝酸盐胶凝材料作为无机胶凝剂，因其具有活性高、水化反应快的特性，从而可以在纤维水泥板的制备过程中免去蒸压养护的环节。但是经过试验发现，在以固废基硫铝酸盐胶凝材料作为无机胶凝剂制备纤维水泥板时，由于其水化产物钙矾石在后期的分解转化，使得纤维水泥板存在后期强度不增长甚至倒缩的问题。本发明通过添加脱硫石膏、电石渣和石灰石粉协同营造了一个较高碱度和富硫酸根离子的水化环境，不但可以抑制钙矾石在后期的分解转化，还能促进钙矾石在水化后期不断缓慢稳定生成，进而形成更为密实的结构，促进纤维水泥板后期强度的不断稳定增长，从而利用固废基硫铝酸盐胶凝材料来制备免蒸压纤维水泥板。

另一方面，一种上述基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板的制备方法，包括如下步骤：

将固废基硫铝酸盐胶凝材料、脱硫石膏、电石渣、石灰石粉、木浆纤维和水混合均匀获得纤维水泥料浆；

将纤维水泥料浆进行脱水获得料坯；

将料坯挤压成型，再进行自然养护。

第三方面，一种上述基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板在建筑中的应用。

本发明的有益效果为：

1.本发明通过改进原料的种类和配比，实现了一种免蒸压纤维水泥板的制备，省去了传统纤维水泥板制备过程中蒸压养护的环节，不仅节省了蒸压釜等设备的投资，还大大减少了能源消耗。

2.本发明以固废硫铝酸盐胶凝材料为无机胶凝剂，充分发挥了其水化反应快的特性，使得纤维水泥板的强度发展迅速，提高了纤维水泥板的生产效率。

3.本发明所用的掺合料均为工业固体废弃物，主要是脱硫石膏、电石渣和石灰石粉，不仅降低纤维水泥板的原料成本，还实现了工业固废的无害化、减量化、资源化和高值化利用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。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。

鉴于现有利用普硅水泥制备纤维水泥板存在水化反应慢的缺陷，本发明提出了基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板及制备方法。

本发明的一种典型实施方式，提供了一种基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板，按照质量份数计，由以下原料组成：

固废基硫铝酸盐胶凝材料30～45份；

木浆纤维7份；

脱硫石膏24～36份；

电石渣6～9份；

石灰石粉3～33份；

以及以上物料质量总和4～5倍的水；

该实施方式的一些实施例中，固废基硫铝酸盐胶凝材料粉磨至通过200目筛，筛余均小于3％。

该实施方式的一些实施例中，脱硫石膏粉磨至通过200目筛，筛余均小于3％。

该实施方式的一些实施例中，电石渣粉磨至通过200目筛，筛余均小于3％。

该实施方式的一些实施例中，石灰石粉粉磨至通过200目筛，筛余均小于3％。

该实施方式的一些实施例中，所述固废基硫铝酸盐胶凝材料由脱硫石膏、铝灰、电石渣和煤矸石四种工业固废协同互补在高温(1200～1300℃)下煅烧制成，属自制产品，成本不足300元/吨。

在一种或多种实施例中，脱硫石膏、铝灰、电石渣和煤矸石的质量比为20～25:28～32:38～42:7～9。

本发明的另一种实施方式，提供了一种上述基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板的制备方法，包括如下步骤：

将纤维水泥料浆进行脱水获得料坯；

将料坯挤压成型，再进行自然养护。

该实施方式的一些实施例中，纤维水泥料浆中的固含量为15～20％。

该实施方式的一些实施例中，将纤维水泥料浆放入到模具中进行脱水。

该实施方式的一些实施例中，挤压成型的压强为12～16MPa。

该实施方式的一些实施例中，自然养护包括带模预养护和脱模养护。

在一种或多种实施例中，带模预养护的时间为12～36h。

在一种或多种实施例中，脱模养护的时间为3～7天。

本发明的第三种实施方式，提供了一种上述基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板在建筑中的应用。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

以下实施例中采用的固废基硫铝酸盐胶凝材料由脱硫石膏、铝灰、电石渣和煤矸石四种工业固废协同互补在1250℃下煅烧制成。所述脱硫石膏、铝灰、煤矸石、电石渣的比例为(质量百分数)22％：30％：8％：40％。

实施例1

(1)备料

按以下重量份数(干基)称取好各物料：

固废基硫铝酸盐胶凝材料45份；

木浆纤维7份；

脱硫石膏36份；

电石渣9份；

石灰石粉3份；

以及以上物料质量总和5倍的水。

(2)制板

将按上述比例称好的固废基硫铝酸盐胶凝材料、木浆纤维、脱硫石膏、电石渣、石灰石粉和水倒入混匀机中混合均匀，制成纤维水泥料浆，然后将混匀后的纤维水泥料浆倒入模具中脱水，用加压机将脱水后的料坯挤压成型，挤压成型后，先带模预养护，然后脱模养护(挤压成型压强：14MPa；带模预养护条件：自然养护，养护时间为1天；脱模养护条件：自然养护，养护时间为6天)。

实施例2

(1)备料

按以下重量份数(干基)称取好各物料：

固废基硫铝酸盐胶凝材料42.5份；

木浆纤维7份；

脱硫石膏34份；

电石渣8.5份；

石灰石粉8份；

以及以上物料质量总和5倍的水。

(2)制板

实施例3

(1)备料

按以下重量份数(干基)称取好各物料：

固废基硫铝酸盐胶凝材料40份；

木浆纤维7份；

脱硫石膏32份；

电石渣8份；

石灰石粉13份；

以及以上物料质量总和5倍的水。

(2)制板

实施例4

(1)备料

按以下重量份数(干基)称取好各物料：

固废基硫铝酸盐胶凝材料35份；

木浆纤维7份；

脱硫石膏28份；

电石渣7份；

石灰石粉23份；

以及以上物料质量总和4倍的水。

(2)制板

实施例5

(1)备料

按以下重量份数(干基)称取好各物料：

固废基硫铝酸盐胶凝材料30份；

木浆纤维7份；

脱硫石膏24份；

电石渣6份；

石灰石粉33份；

以及以上物料质量总和4倍的水。

(2)制板

对比例1

将实施例1中的固废基硫铝酸盐胶凝材料换成普硅水泥，其他物料的配比和制板工艺同实施1例相同。

对比例2

将实施例3中的固废基硫铝酸盐胶凝材料换成普硅水泥，其他物料的配比和制板工艺同实施例3相同。

将实施例1～5和对比例1和2制备的纤维水泥板，按照GB/T 7019-2014分别检测其表观密度、抗折强度、含水率和不燃性，结果如表1所示。

表1

样品	表观密度	抗折强度	含水率	不燃性
					实施例1	1.31g/cm<sup>3</sup>	12.7MPa	<10％	合格
实施例2	1.36g/cm<sup>3</sup>	13.3MPa	<10％	合格
					实施例3	1.30g/cm<sup>3</sup>	12.8MPa	<10％	合格
实施例4	1.24g/cm<sup>3</sup>	11.2MPa	<10％	合格
					实施例5	1.21g/cm<sup>3</sup>	10.3MPa	<10％	合格
对比例1	1.28g/cm<sup>3</sup>	9.3MPa	<10％	合格
					对比例2	1.27g/cm<sup>3</sup>	9.0MPa	<10％	合格

根据表1可知，采用本发明所述方法制备的纤维水泥板性能优异，抗折强度超过了在相同配比和相同工艺下由普硅水泥制备的纤维水泥板。这说明通过改变传统纤维水泥板的制作配方和制备方法，利用固废基硫铝酸盐胶凝材料来制备免蒸压纤维水泥板切实可行，不仅可以降低能源消耗，提高纤维水泥板的生产效率，还可实现工业固废的减量化、无害化、资源化和高值化利用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板，其特征是，按照质量份数计，由以下原料组成：

固废基硫铝酸盐胶凝材料30～45份；

木浆纤维7份；

脱硫石膏24～36份；

电石渣6～9份；

石灰石粉3～33份；

以及以上物料质量总和4～5倍的水；

2.如权利要求1所述的基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板，其特征是，固废基硫铝酸盐胶凝材料粉磨至通过200目筛，筛余均小于3％；

或，脱硫石膏粉磨至通过200目筛，筛余均小于3％；

或，电石渣粉磨至通过200目筛，筛余均小于3％；

或，石灰石粉粉磨至通过200目筛，筛余均小于3％。

3.如权利要求1所述的基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板，其特征是，所述固废基硫铝酸盐胶凝材料由脱硫石膏、铝灰、电石渣和煤矸石四种工业固废协同互补在高温下煅烧制成。

4.一种权利要求1所述的基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板的制备方法，其特征是，包括如下步骤：

将纤维水泥料浆进行脱水获得料坯；

将料坯挤压成型，再进行自然养护。

5.如权利要求4所述的基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板的制备方法，其特征是，纤维水泥料浆中的固含量为15～20％。

6.如权利要求4所述的基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板的制备方法，其特征是，将纤维水泥料浆放入到模具中进行脱水。

7.如权利要求4所述的基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板的制备方法，其特征是，挤压成型的压强为12～16MPa。

8.如权利要求4所述的基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板的制备方法，其特征是，自然养护包括带模预养护和脱模养护。

9.如权利要求8所述的基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板的制备方法，其特征是，带模预养护的时间为12～36h；

或，脱模养护的时间为3～7天。

10.一种权利要求1所述的基于固废基硫铝酸盐胶凝材料的纤维水泥板在建筑中的应用。