CN114773017A - 一种热压成型免养护的固废基人造石材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域，提供了一种热压成型免养护的固废基人造石材及其制备方法。利用循环流化床粉煤灰的主要成分中含有石英SiO2和Al2O3，电石渣的主要成分中含有Ca(OH)2的特点，循环流化床粉煤灰和电石渣在热压过程中进行火山灰反应，得到水化硅酸钙和水化铝酸钙产物；又利用脱硫石膏中的主要成分中含有CaSO4·2H2O，自身含有的SO4 2‑的特点，对循环流化床粉煤灰进行一定的硫酸盐激发，进而提高循环流化床粉煤灰的胶凝活性；最终，随着热压过程的进行，循环流化床粉煤灰、电石渣和脱硫石膏三种固废物和水之间又可以发生水化反应，生成水化硅铝酸盐等胶凝性物质，从而提高人造石材的强度。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种热压成型免养护的固废基人造石材及其制备方法。
背景技术
人造石材是以不饱和聚酯树脂为黏结剂，配以天然大理石或方解石、白云石、硅砂、玻璃粉等无机物粉料，以及适量的阻燃剂、颜色等，经配料混合、瓷铸、振动压缩、挤压等方法成型固化制成的。与天然石材相比，人造石具有色彩艳丽、光洁度高、颜色均匀一致，抗压耐磨、韧性好、结构致密、坚固耐用、比重轻、不吸水、耐侵蚀风化、色差小、不褪色、放射性低等优点；具有资源综合利用的优势，在环保节能方面具有不可低估的作用，也是名副其实的建材绿色环保产品，已成为现代建筑首选的饰面材料。
传统工艺通常是利用过量的水泥或有机粘结剂通过自然养护的方式，来得到抗压强度高的人造石材。虽然上述制备方法可以得到高抗压强度的人造石材，但是所用原料成本比较高。
因此，亟需提供一种原料成本低且抗压强度高的人造石材的制备方法。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种热压成型免养护的固废基人造石材的制备方法。利用本发明提供的制备方法获得的人造石材同样具有较高抗压强度，同时由于固体原料为工业废弃物，降低了原料成本。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种热压成型免养护的固废基人造石材的制备方法，包括：
将循环流化床粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和水混合，然后进行热压，得到热压成型免养护的固废基人造石材。
优选地，所述循环流化床粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和水的重量比为(75～85)：(15～25)：(10～30)：(30～40)。
优选地，所述循环流化床粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和水的重量比为80：20：15：35。
优选地，所述热压的温度为60～120℃。
优选地，所述热压的温度为90～100℃。
优选地，所述热压的时间为3～10h。
优选地，所述热压的压力为10～25MPa。
优选地，所述循环流化床粉煤灰、电石渣和脱硫石膏使用前分别进行了加热预处理。
优选地，所述循环流化床粉煤灰、电石渣和脱硫石膏的加热预处理的加热温度均为100～110℃。
本发明提供了上述方案所述的制备方法制备的热压成型免养护的固废基人造石材。
本发明提供了一种热压成型免养护的固废基人造石材的制备方法，将循环流化床粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和水混合，然后进行热压，得到热压成型免养护的固废基人造石材。本发明利用循环流化床粉煤灰的主要成分中含有SiO2和Al2O3，电石渣的主要成分中含有Ca(OH)2的特点，利用循环流化床粉煤灰中的SiO2和Al2O3和电石渣中的Ca(OH)2在热压过程中进行火山灰反应，得到水化硅酸钙和水化铝酸钙产物；又利用脱硫石膏中的主要成分中含有CaSO4·2H2O，自身含有的SO4 2-的特点，对循环流化床粉煤灰进行一定的硫酸盐激发，进而提高循环流化床粉煤灰的胶凝活性；最终，随着热压过程的进行，循环流化床粉煤灰、电石渣、脱硫石膏三种固废物和水之间又可以发生水化反应，生成水化硅铝酸盐等胶凝性物质，从而提高人造石材的强度；由于本发明所用原料循环流化床粉煤灰、电石渣、脱硫石膏均为工业废弃物，降低了材料成本，同时实现了废弃物的回收再利用。实验结果表明，利用本发明提供的制备方法得到的人造石材的抗压强度均不低于100MPa。
附图说明
图1为本发明制备热压成型免养护的固废基人造石材的流程图；
图2为本发明实施例1制备的热压成型免养护的固废基人造石材的成型试块图；
图3为本发明实施例1制备热压成型免养护的固废基人造石材的SEM图。
具体实施方式
本发明提供了一种热压成型免养护的固废基人造石材的制备方法，包括：
将循环流化床粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和水混合，然后进行热压，得到热压成型免养护的固废基人造石材。
本发明将循环流化床粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和水混合，然后进行热压，得到热压成型免养护的固废基人造石材。
在本发明中，所述循环流化床粉煤灰、电石渣和脱硫石膏使用前优选分别进行加热预处理。在本发明中，所述循环流化床粉煤灰、电石渣和脱硫石膏的加热预处理的加热温度均优选为100～110℃，均更优选为105℃。本发明对所述加热的时间没有特殊规定，将所述循环流化床粉煤灰、电石渣和脱硫石膏加热至恒重即可。本发明预先对上述物料进行加热至恒重处理，避免上述物质中含有的挥发性物质对后期热压制备的人造石材的抗压性能造成不利影响。
在本发明中，所述循环流化床粉煤灰是指现有技术中含硫煤与固硫剂(一般为石灰石)以一定比例混合后在流化床锅炉内经850℃～900℃温度燃烧固硫后排出的飞灰。在本发明中，所述循环流化床粉煤灰是一种活性较低，杂质较多，所以较为难利用的粉煤灰。本发明对所述循环流化床粉煤灰的来源没有特殊规定，采用现有技术中常见的循环流化床粉煤灰即可。在本发明中所述循环流化床粉煤灰可以提供火山灰反应所需要的SiO2和Al2O3。
在本发明中，所述电石渣是指现有技术中电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣。本发明对所述电石渣的来源没有特殊规定，采用现有技术中常见的电石渣即可。在本发明中所述电石渣可以提供火山灰反应所需要的Ca(OH)2。
在本发明中，所述脱硫石膏是指现有技术中将石灰-石灰石粉加水制成浆液，作为吸收剂用泵打入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的氢氧化钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，亚硫酸钙，达到一定饱和度后，排出吸收塔，再经浓缩、脱水，使其含水量小于10％，结晶形成二水石膏和亚硫酸钙的混合物。本发明对所述脱硫石膏的来源没有特殊规定，采用现有技术中常见的脱硫石膏即可。在本发明中，所述脱硫石膏中因含有CaSO4·2H2O，利用其中含有的SO4 2-，对循环流化床粉煤灰进行一定的硫酸盐激发，进而提高循环流化床粉煤灰的胶凝活性。
在本发明中所述水可以和循环流化床粉煤灰、电石渣以及脱硫石膏之间发生水化反应生成水化硅铝酸盐等胶凝性物质，从而提高人造石材的强度。
在本发明中，所述循环流化床粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和水的重量比优选为(75～85)：(15～25)：(10～30)：(30～40)，更优选为(78～82)：(18～23)：(12～18)：(32～38)，最优选为80：20：15：35。
本发明对所述混合的方式没有特殊规定，采用本领域技术人员熟知的混合方式，将原料充分混合均匀即可。
在本发明中，所述热压的温度优选为60～120℃，更优选为90～100℃。在本发明中，所述热压的时间优选为3～10h，更优选为4～8h。在本发明中，所述热压的压力优选为10～25MPa，更优选为12～20MPa。本发明通过热压，物料间完成火山灰和水化反应，生成水化硅铝酸盐等胶凝性物质，从而提高人造石材的强度。本发明将热压参数限定在上述范围，得到的人造石材的抗压强度较好。
在本发明中，所述热压过程中发生如下化学反应：
(1)Ca(OH)2+nSiO2+mAl2O3＝nCaO·SiO2·yH2O+mCaO·Al2O3·yH2O
(2)CaO·Al2O3·yH2O+32H2O+3(CaSO4·nH2O)＝3CaO·Al2O3·CaSO4·(32+n)H2O(AFt)。
在本发明中，所述热压优选在模具中进行。本发明对所述模具没有特殊规定，采用本领域技术人员熟知的可以进行加热的制备人造石材的模具即可。
热压完成后，本发明优选将热压得到的试块进行脱模处理，得到成型试块，即热压成型免养护的固废基人造石材。
本发明对所述脱模处理的处理方式没有特殊规定，采用本领域技术人员熟知的脱模方式，将试块从模具中脱离出来即可。
本发明将循环流化床粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和水作为原料，热压过程中原料间进行火山灰和水化反应，从而生成水化硅铝酸盐等胶凝性物质，从而提高人造石材的强度。
本发明提供了上述方案所述的制备方法制备的热压成型免养护的固废基人造石材。实验结果表明，利用本发明提供的制备方法得到的人造石材的抗压强度均不低于100MPa。
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。
图1为本发明制备过程流程图：先准备好所需原料，将原料放入搅拌机中搅拌均匀，然后将搅拌好的物料放入塑形模具中，在热压机中进行热压，脱模后，得到试块。
实验中涉及的循环流化床粉煤灰、电石渣和脱硫石膏的主要化学组分参见下表1。
表1实验中所用循环流化床粉煤灰、电石渣和脱硫石膏的主要化学组分
(利用元素分析法，对原料中化学成分进行分析，检测到的元素用相应元素氧化物的形式进行表示)
实施例1
一种热压成型免养护的固废基人造石材的制备方法
原料预处理：分别将循环流化床粉煤灰、电石渣和脱硫石膏在105℃条件下加热至恒重。
制备热压成型免养护的固废基人造石材所需原料：环流化床粉煤灰80kg、电石渣20kg、脱硫石膏15kg和水35kg，其中循环流化床粉煤灰、电石渣和脱硫石膏经过了预处理；循环流化床粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和水的重量比80:20:15:35。
制备方法：
(1)将准备好的原料加入搅拌混合机中搅拌30分钟，搅拌速度控制为200转/分钟，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料倒入模具中，进行热压，得到热压成型免养护的固废基人造石材；其中热压温度90℃，热压压力20MPa，热压时间4h。
图2为实施例1得到的热压成型免养护的固废基人造石材的成型试块图，由于所用模具为圆柱体结构，从图2中可以看出得到的热压成型后脱模所得的热压成型免养护的固废基人造石材试块宏观呈现柱状体形貌；
图3为实施例1得到的热压成型免养护的固废基人造石材试块的SEM图，从图3可以看出试块中出现了针状结构，而试块中的针状结构是钙矾石特征形貌，钙矾石结构的出现有助于提高试块的强度。
实施例2
一种热压成型免养护的固废基人造石材的制备方法
原料预处理：分别将循环流化床粉煤灰、电石渣和脱硫石膏在105℃条件下加热至恒重。
制备热压成型免养护的固废基人造石材所需原料：环流化床粉煤灰80kg、电石渣20kg、脱硫石膏15kg和水35kg，其中循环流化床粉煤灰、电石渣和脱硫石膏经过了预处理；循环流化床粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和水的重量比80:20:15:35。
制备方法：
(1)将准备好的原料加入搅拌混合机中搅拌30分钟，搅拌速度控制为200转/分钟，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料倒入模具中，进行热压，得到热压成型免养护的固废基人造石材；其中热压温度90℃，热压压力16MPa，热压时间6h。
实施例3
一种热压成型免养护的固废基人造石材的制备方法
原料预处理：分别将循环流化床粉煤灰、电石渣和脱硫石膏在105℃条件下加热至恒重。
制备热压成型免养护的固废基人造石材所需原料：环流化床粉煤灰80kg、电石渣20kg、脱硫石膏15kg和水35kg，其中循环流化床粉煤灰、电石渣和脱硫石膏经过了预处理；循环流化床粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和水的重量比80:20:15:35。
制备方法：
(1)将准备好的原料加入搅拌混合机中搅拌30分钟，搅拌速度控制为200转/分钟，得到混合物料；
(2)将步骤(1)得到的混合物料倒入模具中，进行热压，得到热压成型免养护的固废基人造石材；其中热压温度90℃，热压压力12MPa，热压时间8h。
对比例1
制备方法和实施例1相同，区别在于步骤(2)中，将步骤(1)得到的混合物料倒入模具中，进行静压，水热养护28d，得到固废基人造石材；其中静压是指不提供外界压力；所述水热养护是指在70℃条件下，放置水泥商砼养护箱中进行养护。
参照GB-T 9966.1-2020天然石材试验方法中第1部分：干燥、水饱和、冻融循环后压缩强度试验，对实施例1～3以及对比例1制备的固废基人造石材进行抗压强度测试，测试结果如表2所示。
表2实施例1～3以及对比例1制备的固废基人造石材性能测试结果
| 检测项目 | 性能指标 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 |
| 抗压强度(MPa) | 80 | 106.6 | 102.2 | 100 | 94.5 |
从表1可以看出，本发明制备的热压成型免养护的固废基人造石材的抗压强度均不低于100MPa，具有优异的抗压强度。
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 (10)
1.一种热压成型免养护的固废基人造石材的制备方法，包括：
将循环流化床粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和水混合，然后进行热压，得到热压成型免养护的固废基人造石材。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述循环流化床粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和水的重量比为(75～85)：(15～25)：(10～30)：(30～40)。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述循环流化床粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和水的重量比为80：20：15：35。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热压的温度为60～120℃。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述热压的温度为90～100℃。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述热压的时间为3～10h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热压的压力为10～25MPa。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述循环流化床粉煤灰、电石渣和脱硫石膏使用前分别进行了加热预处理。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述循环流化床粉煤灰、电石渣和脱硫石膏的加热预处理的加热温度均为100～110℃。
10.权利要求1～9任意一项所述的制备方法制备的热压成型免养护的固废基人造石材。
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