CN113480329B

CN113480329B - 一种耐摩擦、轻质保温混凝土砌块及其方法

Info

Publication number: CN113480329B
Application number: CN202110824644.2A
Authority: CN
Inventors: 吴文浩; 耿继双; 徐鹏飞; 王飞; 杨大正; 张大利; 马超; 隋智利; 郑永全; 李亚娜
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2021-07-21
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2022-09-16
Anticipated expiration: 2041-07-21
Also published as: CN113480329A

Abstract

本发明公开一种耐摩擦、轻质保温混凝土砌块及其方法，混凝土各组分为：胶凝材料100份，细骨料65～160份，高效减水剂0.6～2.4份，以及由转炉二次除尘灰0.1～5份，六钛酸钾5～15份，聚苯乙烯泡沫2～5份组成的轻质掺合料，水28～65份。制备方法为：先将细骨料和胶凝材料混合，再加高效减水剂和补充水混合，经搅拌后注模标准养护得到混凝土砌块，在加入减水剂和补充水之前或者同时加入经消解处理后的转炉二次除尘灰、六钛酸钾和聚苯乙烯泡沫。本发明的轻质混凝土具有良好的物理和保温性能，可制备新型墙体保温材料。

Description

一种耐摩擦、轻质保温混凝土砌块及其方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，特别涉及一种耐摩擦、轻质保温混凝土砌块及其方法。

背景技术

随着社会经济的飞速发展，对保温建筑材料的需求日益提高给建筑行业带来了巨大的挑战。传统保温建筑材料的生产具有能耗高、运输成本高、保温隔热性能差，因此迫切需要新型的保温建筑材料。

目前的保温建筑材料常用两种方式，一种是用于外墙保温，是在房屋的外墙表面粘附聚苯乙烯板材；另一种是采用轻质混凝土砌块，将轻质混凝土砌块外壳内腔里敷设钢筋并注水泥混凝土，即可完成墙体建筑。利用轻质混凝土气孔多隔热的优点达到保温的目的。采用轻质混凝土砌块构筑墙体，具有节能、节地、保温、高强度和施工效率高等特点和优势，能够满足墙体材料改革和节能的需要，具有非常好的应用发展前景。但目前保温建筑材料制备工艺较为复杂、保温性能及耐摩擦性能较差。

“一种聚苯乙烯轻质节能型混凝土砌块及其制备方法”(申请号：CN103803919A)专利技术，该技术将聚苯乙烯颗粒、聚苯乙烯颗粒改性剂、改性树脂等材料按照配比制备混凝土砌块，虽能达到保温隔热的目的，但过程较为复杂，成本高且制备的混凝土砌块摩擦性能等物理性能较差，难以工业应用。

发明内容

本发明目的是提供一种耐摩擦、轻质保温混凝土砌块及其方法，充分发挥六钛酸钾和聚苯乙烯保温性能优良的特点和经除铁处理后的转炉二次除尘灰的消解反应可以促进混凝土水化反应的优点，将其作为高层建筑的填充墙，具有减少制造成本、耐摩擦和高保温的优点。

本发明制备的混凝土所用细骨料可完全使用冶金固废，混凝土中冶金固废掺量≥75％

为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种耐摩擦、轻质保温混凝土砌块，各组分的质量份数为：胶凝材料100份，细骨料65～160份，高效减水剂0.6～2.4份，以及由转炉二次除尘灰0.1～5份，六钛酸钾5～15份，聚苯乙烯泡沫2～5份组成的轻质掺合料，水28～65份。

进一步的，所述胶凝材料包括水泥60～80份，矿渣微粉9～5份，钢渣微粉11～4份，粉煤灰10～4份，铁尾矿粉10～7份；所述高效减水剂为聚羧酸类、萘基中的一种或两种混合；所述水为混凝土配比用水，包括转炉二次除尘灰消解用水和补充用水。

水泥采用硅酸盐水泥(P.Ⅰ，P.Ⅱ)、普通硅酸盐水泥(P.O)、复合硅酸盐水泥(P.C)，42.5、52.5。矿渣微粉、钢渣微粉细度在400目以上，推荐使用S75及以上级别。粉煤灰要达到Ⅱ级以上，粒度达400目以上。铁尾矿粉由铁尾矿粉磨加工而成，粒度达400目以上。所用水泥、矿渣微粉、钢渣微粉具有水硬活性；粉煤灰中玻璃微珠能改善和增强混凝土的结构强度，提高均质性和致密性，大量活性二氧化硅和氧化铝与碱性物质生成水化硅酸钙及水化铝酸钙等胶凝物质，堵塞混凝土的毛细组织，提高抗渗性；铁尾矿粉具有界面活性高的特点，上述材料均能参与或促进水化产物形成，增强混凝土的抗压强度和抗折强度。

按照相关行业标准，细骨料按照细度模数分：粗砂3.1～3.7，中砂2.3～3.0，细砂1.6～2.2。本发明细骨料压碎值≤25％，其中矿山废石人工砂细度模数为2.2～3.6，属中砂或粗砂范围；细骨料中铁尾矿砂分粗细两种，其中粗铁尾矿砂为预选工艺分选出来的废砂石，细度模数为2.1～3.5，达到中砂甚至粗砂范围；细铁尾矿砂为磁铁矿经过磨细通过磁选工艺选铁后的矿石废料，与水搅拌混合经管道排往尾矿库，沉降下来的砂石，细度模数为0.7～1.8，其细度模数小于细砂模数，属极细砂，粒径d≤0.16mm的量占细铁尾矿砂量的8％～20％。细铁尾矿砂界面活性高，促进与胶凝材料的水化反应。

进一步的，转炉二次干法除尘灰是转炉在兑铁水、加废钢、吹炼、出钢、排渣、溅渣护炉过程中产生的二次烟气，一部分为转炉冶炼过程烟气除尘灰，另一部分为料仓原料进入转炉细小颗粒随着烟气进入除尘系统，约为0.35～0.4kg/t钢，转炉二次干法除尘灰中CaO含量6％～11％，MgO含量3％～6％，粒度5000目以上，粒径为0.1～30μm的占95％以上。本发明的转炉二次除尘灰(以下简称“二次灰”)为转炉二次干法除尘灰经磁选除铁后的除尘灰，转炉二次干法除尘灰除铁率达≥80％。

CaO+H₂O＝Ca(OH)₂(放热反应)

MgO+H₂O＝Mg(OH)₂(放热反应，缓慢)

在转炉冶炼过程中炉温高于1500℃，炉渣中形成的C3S(硅酸三钙)、C2S(硅酸二钙)、C3A(铝酸三钙)、C4AF(铁铝酸四钙)等成分，部分炉渣微粒在吹炼、出钢、排渣、溅渣护炉过程随着烟气被作为细灰收集，这些成分均能在混凝土中参与水化反应，生成C-S-H凝胶、Ca(OH)₂晶体、钙矾石AFt或AFm等水化产物。

进一步的，本发明主要制备MU5.0～MU15强度的混凝土砌块。按照混凝土砌块强度级别所需的二次灰量，水量为二次灰量的2～3倍，预先将二者混合搅拌消解6小时以上，促进f-CaO和f-MgO消解反应，反应热提前释放。强度级别MU5.0混凝土砌块所需的二次灰量4～5份，强度级别MU7.5混凝土砌块所需的二次灰量1～3份，强度级别MU10混凝土砌块所需的二次灰量0.5～0.9份，强度级别MU15混凝土砌块所需的二次灰量0.1～0.4份。

进一步的，所述六钛酸钾晶须直径0.1～0.3μm左右，长度2～5μm，长径比10～50，由于其独特的中空管状结构，可以在内部截留空气，当加入混凝土中时形成无数密集的闭气孔，达到保温的目的。

进一步的，所述聚苯乙烯粒径为2～4mm，为疏松多孔状轻质聚合物，具有优异的隔热性能，与钛酸钾和二次灰共同加入到混凝土中可相互交联成网格状结构，达到降低热导率的目的。

本发明一种耐摩擦、轻质保温混凝土砌块的方法，先将细骨料和胶凝材料在搅拌罐中混合，之后加入高效减水剂和补充水混合，经搅拌后注模标准养护得到混凝土砌块，消解处理后的二次灰、六钛酸钾和聚苯乙烯泡沫三种混合物，在加入高效减水剂和补充水之前或者同时加入到搅拌罐中。

按上述方案一种耐摩擦、轻质保温混凝土砌块具有以下有益效果：

1、本发明发挥六钛酸钾和聚苯乙烯保温性能优良的特点，若将其作为高层建筑的填充墙，可以减少建筑的成本，从而达到具有耐摩擦、高保温的优点。

2、本发明将二次灰置于混凝土中，加入的二次灰经消解后生成的水化产物可以达到增强混凝土强度的作用。

3、本发明将采用六钛酸钾、二次灰和聚苯乙烯同时置于轻质混凝土中，加入的六钛酸钾、二次灰和聚苯乙烯在轻质混凝土中相互交联，制成的混凝土试件标准养护28d抗压强度10.3～14.7MPa；28d抗折强度3.5～6.2MPa；热导率为0.57～1.13W·m-1·K-1；单位面积磨耗量0.5～1.5kg。

4、本发明可通过简单的配比加入即可达到预期效果具有操作简便的优点。

具体实施方式

1、本发明所使用原料成分

表1矿山废石成分范围(单位：％)：

成分

SiO2

Al2O3

FeO

Fe2O3

TFe

CaO

MgO

K2O

Na2O

数据

50～78

5～18

0.5～8

1～8

0.3～6

2～10

1～5

0～4

莫氏硬度为5～7。

表2铁尾矿(含磁选尾矿及预选工艺尾矿砂)成分范围(单位：％)：

成分

SiO2

Al2O3

FeO

Fe2O3

TFe

CaO

MgO

K2O

Na2O

数据

55～82

0.2～9

0.5～12

2～22

5～15

0～8

0～4

0～1.8

表3转炉二次干法除尘灰(除铁前)成分范围(单位：％)：

成分

TFe

Fe2O3

FeO

CaO

MgO

SiO2

Al2O3

C

数据

53～66

65～75

9～13

6～11

3～6

1～3

0.1～0.5

0.5～3

表4转炉二次除尘灰(除铁后)成分范围(单位：％)：

成分

TFe

Fe2O3

FeO

CaO

MgO

SiO2

Al2O3

C

数据

10.6～13.2

13～15

1.8～2.6

16.2～55

8.1～30

2.7～15

0.3～2.5

1.8～15

2、本发明工艺参数

1)本发明二次灰的消解处理方法：按照混凝土强度级别计算添加二次灰量及其份数2～3倍的水量，预先混合促进f-CaO和f-MgO消解反应，时间6小时以上。

2)各强度级别混凝土中二次灰中成分含量及粒径范围

表5各强度级别混凝土中二次灰中成分含量及粒径范围(单位：％)

3)细骨料配比方案(单位：％)

表6不同强度级别混凝土细骨料配比方案(单位：％)

4)各部分含水量及消解时间

二次灰与水发生消解反应，水量为二次灰量的2～3倍。

水量＝二次灰消解水量+需补充水量。

表7各部分水量及消解时间(单位：份数)

序号	二次灰	消解时间/小时	二次灰消解水量	水量	需补充水量
						例1	5	12	15	65	50
例2	3	10	9	40	31
						例3	0.5	9	1.5	33	31.5
例4	0.1	6	0.3	28	27.7

5)各原料的加入方式：细骨料、胶凝材料按照混凝土正常搅拌方式混匀。在生产混凝土时，将经消解处理后的二次灰和分散处理后的纳米硅灰石粉，在加减水剂和补充水之前或者同时加入(实施例1～2是之前加入，实施例3～4是同时加入)。坍落度≥160mm。

实施例1：(混凝土配比方案中单位：份；28d强度单位：MPa；28d热导率单位：W·m^-1·K^-1；单位面积磨耗量单位kg)

强度级别	水泥	矿渣微粉	钢渣微粉	粉煤灰	铁尾矿粉	钛酸钾	聚苯乙烯
								MU5.0	60	9	11	10	10	15	5
减水剂	水	细骨料	二次灰	抗折强度	抗压强度	单位面积磨耗量	热导率
								聚羧酸2.4	65	160	5	3.8	5.7	1.5	1.13

实施例2：(混凝土配比方案中单位：份；28d强度单位：MPa；28d热导率单位：W·m^-1·K^-1；单位面积磨耗量单位：kg)

强度级别	水泥	矿渣微粉	钢渣微粉	粉煤灰	铁尾矿粉	钛酸钾	聚苯乙烯
								MU7.5	80	5	4	4	7	8	3
减水剂	水	细骨料	二次灰	抗折强度	抗压强度	单位面积磨耗量	热导率
								聚羧酸1.5	40	110	3	5.6	9.5	1.3	0.92

实施例3：(混凝土配比方案中单位：份；28d强度单位：MPa；28d热导率单位：W·m^-1·K^-1；单位面积磨耗量单位：kg)

强度级别	水泥	矿渣微粉	钢渣微粉	粉煤灰	铁尾矿粉	钛酸钾	聚苯乙烯
								MU10	70	6	6	10	8	5	2
减水剂	水	细骨料	二次灰	抗折强度	抗压强度	单位面积磨耗量	热导率
								萘基0.6	33	70	0.5	6.9	12.3	1.1	0.76

实施例4：(混凝土配比方案中单位：份；28d强度单位：MPa；28d热导率单位：W·m^-1·K^-1；单位面积磨耗量单位：kg)

强度级别	水泥	矿渣微粉	钢渣微粉	粉煤灰	铁尾矿粉	钛酸钾	聚苯乙烯
								MU15	65	7	10	9	9	5	2
减水剂	水	细骨料	二次灰	抗折强度	抗压强度	单位面积磨耗量	热导率
								聚羧酸+萘基0.6	28	65	0.1	9.7	16.5	0.9	0.57

对比例：(混凝土配比方案中单位：份；28d强度单位：MPa；28d热导率单位：W·m^-1·K^-1；单位面积磨耗量单位：kg)

强度级别	水泥	矿渣微粉	钢渣微粉	粉煤灰	铁尾矿粉	钛酸钾	聚苯乙烯
								MU10	70	6	6	9	9	-	-
减水剂	水	细骨料	二次灰	抗折强度	抗压强度	单位面积磨耗量	热导率
								0.6	33	70	-	6.5	9.2	2.5	4.42

通过实施例4与对比例对比，混凝土的抗压强度提高40％，抗折强度提高22.8％；实施例4混凝土的热导率为0.57W·m^-1·K^-1，而对比例达4.42W·m^-1·K^-1，实施例4的导热系数仅为对比例的近1/8。

Claims

1.一种耐摩擦、轻质保温混凝土砌块，其特征在于，各组分的质量份数为：胶凝材料100份，细骨料65~160份，高效减水剂0.6~2.4份，以及由转炉二次除尘灰0.1~5份，六钛酸钾5~15份，聚苯乙烯泡沫2~5份组成的轻质掺合料，水28~65份；所述胶凝材料包括水泥60~80份，矿渣微粉9~5份，钢渣微粉11~4份，粉煤灰10~4份，铁尾矿粉10~7份；所述转炉二次除尘灰为转炉二次干法除尘灰经磁选除铁后的除尘灰，转炉二次干法除尘灰中CaO含量6%~11%，MgO含量3%~6%，粒度在5000目以上，其中粒径为0.1~30μm的占95%以上，转炉二次干法除尘灰除铁率达≥80%；所述六钛酸钾晶须直径0.1~0.3μm，长度2～5μm，长径比10~50；聚苯乙烯泡沫，粒径为2~4mm。

2.根据权利要求1所述的一种耐摩擦、轻质保温混凝土砌块，其特征在于，所述高效减水剂为聚羧酸类、萘基一种或两种混合；水为混凝土配比用水，包括转炉二次除尘灰消解用水和补充用水。

3.根据权利要求1所述的一种耐摩擦、轻质保温混凝土砌块，其特征在于，细骨料为矿山废石人工砂和铁尾矿砂，压碎值≤25%，矿山废石人工砂占比90%~10%，铁尾矿砂占比10%~90%，二者混合形成连续级配，粒径≤5mm；细骨料中矿山废石人工砂细度模数为2.2~3.6，铁尾矿砂分粗细两种，粗铁尾矿砂细度模数为2.1~3.5，细铁尾矿砂细度模数为0.7~1.8，粒径d≤0.16mm的量占细铁尾矿砂量的8%~20%。

4.根据权利要求1所述的一种耐摩擦、轻质保温混凝土砌块，其特征在于，强度级别MU5.0混凝土砌块所需的转炉二次除尘灰量4~5份，强度级别MU7.5混凝土砌块所需的转炉二次除尘灰量1~3份，强度级别MU10混凝土砌块所需的转炉二次除尘灰量0.5~0.9份，强度级别MU15混凝土砌块所需的转炉二次除尘灰量0.1~0.4份。

5.一种权利要求1~4任一项所述的耐摩擦、轻质保温混凝土砌块的制备方法，先将细骨料和胶凝材料在搅拌罐中混合，之后加入高效减水剂和补充水混合，经搅拌后注模标准养护得到混凝土砌块，其特征在于，消解处理后的转炉二次除尘灰、六钛酸钾和聚苯乙烯泡沫，在加入减水剂和补充水之前或者同时加入到搅拌罐中；转炉二次除尘灰的消解处理方法为：取转炉二次除尘灰以及其份数2~3倍的水放入搅拌装置混合搅拌6小时以上，促进f-CaO和f-MgO消解反应。