CN115368160B - 一种加气砖及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及加气砖技术领域，具体公开了一种加气砖及其生产工艺。一种加气砖的原料包括尾矿50‑60份；石英砂10‑20份；石灰8‑10份；地质聚合物10‑20份；水泥8‑15份；石膏2‑5份；铝粉0.9‑1.5份；聚硅氧烷0.5‑1份；其制备方法为：在铝粉中加入水搅拌均匀，然后加入羧基改性聚硅氧烷制得悬浮液；将尾矿、石英砂以及石膏倒入水中进行混合搅拌，搅拌均匀后，将石灰、水泥以及地质聚合物到入其中继续搅拌，然后加入悬浮液搅拌制成拌合物；将拌合物倒入模具中进行静置发气凝固成型；将成型后的坯体进行拆模，切割成砌块，然后养护得到加气砖。其具有提高加气砖强度的优点。

Description

一种加气砖及其生产工艺
技术领域
本申请涉及加气砖技术领域，更具体地说，它涉及一种加气砖及其生产工艺。
背景技术
加气砖也叫做加气混凝土砌块，主要用在机械厂房和民用建筑中的墙体材料、填充墙、楼板和屋面板等承重墙材以及非承重材料和周围的填充围墙，是通过高温蒸压设备工艺生产的加气混凝土砌块，由于加气砖具有体积密度小、重量轻，保温性能好，可加工性好，耐火候好，隔音性能好，抗震能力强等优点，因此被广泛用于新型墙体材料。
相关技术中，蒸压加气混凝土砌块是以硅质材料(砂、粉煤灰及尾矿等)和钙质材料(石灰、水泥)为主要原料，掺加发气剂(铝粉)，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，生产的加气砖的内部呈多孔结构。
针对上述中的相关技术，发明人认为存在以下缺陷：由于加气砖内部呈多孔结构，孔隙与抗压强度是一组矛盾体，难保持其良好结构的同时，达到较高的抗压强度，因此，加气砖的抗压强度存在一定的缺陷，使用工况具有一定的局限性，然而加气砖具有良好的保温隔热性能、吸音性能、抗震性，为了拓宽加气砖的使用工况，提高加气砖的抗压强度等力学性能，对加气砖的应用推广具有重要的作用。
发明内容
为了提高加气砖的强度，本申请提供一种加气砖及其生产工艺。
第一方面，本申请提供一种加气砖，采用如下的技术方案：
一种加气砖，由包括如下重量份的原料制成：
尾矿50-60份；
石英砂10-20份；
石灰8-10份；
地质聚合物10-20份；
水泥8-15份；
石膏2-5份；
铝粉0.9-1.5份；
聚硅氧烷0.5-1份。
通过采用上述技术方案，硅酸盐水泥虽然作为现代化建设和社会发展不可或缺的建筑材料之一，但是在生产过程中造成碳排放量增加，通过以地质聚合物替代加气砖生产过程中部分水泥，地质聚合物作为一种胶凝材料，具备凝结时间较快、早期强度较高和胶结性好的特性，可以增加加气砖的早期强度，通过控制地质聚合物的凝结、硬化速率和加气砖的发气速率相匹配，能有效降低浆料发气过程中的塌模现象，石膏作为缓凝剂，可以适当调节浆体的凝结时间，使生产过程中发气速度良好，性质稳定，保证加气砖的抗压强度，石灰与尾矿、石英砂的二氧化硅生成水化硅酸钙，加强加气砖的强度。
同时，硅氧烷水解产生硅醇与硅酸盐表面的硅羟基化学键偶联，形成一层防水层，形成牢固的整体防水，提高混凝土的防水性耐候性及耐久性能，保证加气砖后期的强度。
优选的，所述地质聚合物的制备包括如下步骤：
S1：将高炉矿渣、粉煤灰搅拌混合均匀制得混合物；
S2：将氢氧化钠和液体硅酸钠溶于水中，制成激发剂溶液，再将混合物加入激发剂溶液中制得胶凝材料；
S3：将胶凝材料入模养护即可得到地质聚合物。
通过采用上述技术方案，称取适量的粉煤灰和高炉矿渣搅拌均匀，将其倒入制备好的激发剂溶液中并充分搅拌，然后倒入模具中养护一定的时间，干燥得到地质聚合物，以高炉矿渣、粉煤灰等工业固体废物为主要原材料，实现固废回收再利用，高炉矿渣、粉煤灰在碱性激发剂下，非晶相发生溶解，形成硅、铝酸低聚体，这些低聚体进一步发生缩聚反应形成离子团，最终形成网状胶凝材料，将其加入加气砖中凝结时间较快、早期强度较高和胶结性好，增大了料浆的发气速率，适当同时浆料凝结过程可控，凝结过程发气和硬化速率相匹配，能有效降低浆料发气过程中的塌模现象，保证加气砖较高的抗压强度。
优选的，所述粉煤灰中钙含量为10wt％-15wt％。
通过采用上述技术方案，高钙粉煤灰对环境的危害低于底钙粉煤灰，钙的含量对地质聚合物的力学性能和耐久性有一定的影响，通过采用上述质量比制备的地质聚合物中含有无定形的铝硅酸盐凝胶、C-S-H凝胶和沸石相的混合体，这些凝胶产物在加气砖制备过程中胶结性好，提高浆体的凝结固化性能，增加了加气砖的抗压强度。
优选的，所述聚硅氧烷为羧基改性聚硅氧烷，通过在聚硅氧烷侧链上引入羧基得到。
通过采用上述技术方案，通过加入聚硅氧烷，硅氧烷水解产生硅醇与硅酸盐表面的硅羟基化学键偶联，形成一层防水层，形成牢固的整体防水，提高混凝土的防水性耐候性及耐久性能，同时，由于地质聚合物在制备过程中加入强碱作为激发剂，其表面残留有强碱物质，将其直接加入加气砖中，增加了铝粉的发气速率，使，可能会出现塌模现象，为了使发气速率与凝结、硬化速率相匹配，通过在聚硅氧烷侧链上引入羧基，羧基可以中和地质聚合物表面残留的强碱，使发气速率均匀，保证加气砖的抗压强度。
所述羧基改性聚硅氧烷的制备包括如下步骤：
S1：将八甲基环四硅氧烷、氨丙基甲基二乙氧基硅烷以及甲基二甲氧基十二烷基硅烷混合制得氨基聚硅氧烷；
S2：将氨基聚硅氧烷和马来酸酐反应得到羧基改性聚硅氧烷。
通过采用上述技术方案，首先八甲基环四硅氧烷、氨丙基甲基二乙氧基硅烷以及甲基二甲氧基十二烷基硅烷共聚反应得到氨基聚硅氧烷，在与马来酸酐水解制得羧基改性聚硅氧烷，通过在硅氧烷侧链上引入羧基，中和地质聚合物聚合过程中残留的碱性物质，防止残留的碱性物质加快与铝粉反应速率，浆体出现塌模现象，进而保证生产过程中发气速度良好，提高加气砖的抗压强度。
第二方面，本申请提供一种加气砖的生产工艺，采用如下的技术方案：
一种加气砖的生产工艺，制备步骤如下：
S1：取料：尾矿、石英砂、石灰、地质聚合物、水泥、石膏、铝粉、聚硅氧烷；
S2：将尾矿破碎、球磨；
S3：在铝粉中加入水搅拌均匀，然后加入羧基改性聚硅氧烷制得悬浮液；
S4：将尾矿、石英砂以及石膏倒入水中进行混合搅拌，搅拌均匀之后，将石灰、水泥以及地质聚合物到入其中继续进行搅拌，然后加入悬浮液搅拌均匀制成拌合物；
S5：将拌合物倒入模具中进行静置发气凝固成型；
S6：将成型后的坯体进行拆模，切割成砌块，然后放入蒸压釜内养护，将出釜后的砌块放入烘箱中烘干水分即可得到加气砖。
通过采用上述技术方案，首先将尾矿破碎，球磨成一定细度，与石膏混合均匀加入水进行混合搅拌均匀，然后加入适量的石灰、水泥以及地质聚合物继续进行搅拌均匀制得拌合物，以地质聚合物替代部分水泥，通过控制地质聚合物的凝结、硬化速率和加气砖的发气速率相匹配，能有效降低浆料发气过程中的塌模现象，此外，由于地质聚合物残留部分碱性物质，铝粉与其快速反应放出气体，为了抑制铝粉的发气速率，羧基中和部分碱性物质，保证加气砖发气速率与凝固时间相匹配。
同时，硅氧烷水解产生硅醇与硅酸盐表面的硅羟基化学键偶联，形成防水层，提高混凝土的耐候性及耐久性能。
优选的，所述加气砖制备过程中水料重量比为(0.5-0.7):1。
通过采用上述技术方案，水料比是加气砖制品浇筑稳定性的重要参数，水料比过高或过低时，料浆的稠化速率与石灰的水解速率不匹配，影响铝粉发气，导致加气砖内部孔结构较差，造成较低的抗压强度，通过采用上述的质量比，保证加气砖发气速率均匀，提高加气砖的强度。
优选的，所述步骤S2中所述尾矿的细度为60-80um。
通过采用上述技术方案，用尾矿作为主料可实现尾矿的二次资源化、变废为宝，消除尾矿库安全风险和尾矿对生态环境的危害，具有良好的经济效益和社会效益，通过采用上述的尾矿细度，适当细度的物料可以减缓料浆中颗粒沉降分离的速度，有利于料浆保持适当的稠化速度，使发气过程能够顺利完成，保证加气砖早期的强度。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用地质聚合物替代部分水泥，地质聚合物作为一种胶凝材料，具备凝结时间较快、早期强度较高和胶结性好的特性，可以增加加气砖的早期强度，通过控制地质聚合物的凝结、硬化速率和加气砖的发气速率相匹配，同时，能有效降低浆料发气过程中的塌模现象，石膏作为缓凝剂，可以适当调节浆体的凝结时间，使生产过程中发气速度良好，性质稳定，保证加气砖的抗压强度，石灰与尾矿、石英砂的二氧化硅生成水化硅酸钙，加强加气砖的强度。
2、本申请中优选采用羧基改性的聚硅氧烷，由于地质聚合物在制备过程中加入强碱作为激发剂，其表面残留有碱性物质，将其加入加气砖中，增加了铝粉的发气速率，使凝结过程加速，可能会出现塌模现象，为了使发气速率与浆体的凝结、硬化速率相匹配，通过引入羧基改性的聚硅氧烷，使羧基中和地质聚合物表面残留的碱性物质，保证发气速率均匀,提高加气砖的强度。
3、本申请的方法，首先将尾矿破碎，球磨成一定细度，与石膏混合均匀加入水进行混合搅拌均匀，然后加入适量的石灰、水泥以及地质聚合物继续进行搅拌均匀制得拌合物，由于地质聚合物残留部分碱性物质，铝粉与其快速反应放出气体，为了抑制铝粉的发气速率，羧基中和部分碱性物质，保证加气砖发气速率均匀。同时，硅氧烷水解产生硅醇与硅酸盐表面的硅羟基化学键偶联，形成防水层，提高混凝土的耐候性及耐久性能，保证加气砖后期的强度。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
羧基改性聚硅氧烷的制备例
制备例1
S1:在装有温度计和回流冷凝管的反应釜中，加入10kg八甲基环四硅氧烷、1kg氨丙基甲基二乙氧基硅烷、5.3kg甲基二甲氧基十二烷基硅烷以及0.05kg三乙胺催化剂，采用油浴加热，控制混合物体系温度为90℃，将12kg 1,3,5-三(甲基三氟丙基)环三硅氧烷缓慢滴加入上述混合物体系内，反应6h，再将体系升温至140℃，保持体系回流状态1h，得到氨基硅氧烷；
S2:称取2kg氨基硅氧烷，然后按马来酸酐与氨基聚硅氧烷的摩尔比为1.05:1的比例加入马来酸酐，加热至70℃，反应1h，得到羧基改性的聚硅氧烷。
地质聚合物的制备例
制备例2
S1:将9kg高炉矿渣和4.5kg钙含量为9wt％粉煤灰研磨之后在搅拌机内混合均匀，然后加入7.5kg水搅拌均匀制备得混合物；
S2:将0.29kg氢氧化钠加入0.43kg液体硅酸钠中，随后加入0.4kg水搅拌均匀，将其加入混合物中制备胶凝材料，将胶凝材料放入模具中，养护1-2天制备得到地质聚合物。
制备例3
S1:将9kg高炉矿渣和4.5kg钙含量为10wt％粉煤灰研磨之后在搅拌机内混合均匀，然后加入7.5kg水搅拌均匀制备得混合物；
S2:将0.29kg氢氧化钠加入0.43kg液体硅酸钠中，随后加入0.4kg水搅拌均匀，将其加入混合物中制备胶凝材料，将胶凝材料放入模具中，养护1-2天制备得到地质聚合物。
制备例4
S1:将9kg高炉矿渣和4.5kg钙含量为13wt％粉煤灰研磨之后在搅拌机内混合均匀，然后加入7.5kg水搅拌均匀制备得混合物；
S2:将0.29kg氢氧化钠加入0.43kg液体硅酸钠中，随后加入0.4kg水搅拌均匀，将其加入混合物中制备胶凝材料，将胶凝材料放入模具中，养护1-2天制备得到地质聚合物。
制备例5
S1:将9kg高炉矿渣和4.5kg钙含量为15wt％粉煤灰研磨之后在搅拌机内混合均匀，然后加入7.5kg水搅拌均匀制备得混合物；
S2:将0.29kg氢氧化钠加入0.43kg液体硅酸钠中，随后加入0.4kg水搅拌均匀，将其加入混合物中制备胶凝材料，将胶凝材料放入模具中，养护1-2天制备得到地质聚合物。
制备例6
S1:将9kg高炉矿渣和4.5kg钙含量为17wt％粉煤灰研磨之后在搅拌机内混合均匀，然后加入7.5kg水搅拌均匀制备得混合物；
S2:将0.29kg氢氧化钠加入0.43kg液体硅酸钠中，随后加入0.4kg水搅拌均匀，将其加入混合物中制备胶凝材料，将胶凝材料放入模具中，养护1-2天制备得到地质聚合物。
实施例
实施例1
一种加气砖，制备包括如下步骤：
S1:将金尾矿石首先过破碎机破碎，然后在球磨机中球磨，最后将其过筛制备得到细度为70μm的金尾矿；
S2:按要求称取原料金尾矿、石英砂、石灰、地质聚合物、水泥、石膏、铝粉以及聚硅氧烷，并按水料质量比0.6:1称取水备用；
S3：在铝粉中加入部分水搅拌均匀，然后加入聚硅氧烷搅拌均匀制得悬浮液；
S4：将金尾矿、石英砂以及石膏倒入剩余水中在搅拌机中进行混合搅拌，搅拌均匀后，然后将石灰、水泥以及地质聚合物到入其中搅拌5min，然后加入铝粉悬浮液搅拌30s制成拌合物；
S5：将拌合物倒入模具中，在70℃进行静置发气3-4h待凝固成型；
S6：将凝固成型后的坯体进行拆模，切割成砌块，然后放入蒸压釜内养护，首先在真空条件下，蒸养0.5h，然后升压到1.2MPa，维持0.5h，再降到常压保持2-8h，出釜后的砌块放入烘箱中烘干水分即可得到加气砖。
本实施例中，地质聚合物采用制备例4制得。
实施例2
一种加气砖，与实施例1的不同之处在于，地质聚合物采用制备例3制得，金尾矿的细度为60μm，加气砖制备过程中水料重量比为0.6:1。
实施例3
一种加气砖，与实施例1的不同之处在于，地质聚合物采用制备例5制得，金尾矿的细度为80μm，加气砖制备过程中水料重量比为0.6:1。
实施例1-3原料各组分及其相应的重量份数如表1所示。
表1实施例1-3中各原料及其重量(kg)
Figure BDA0003852635030000061
Figure BDA0003852635030000071
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实施例4
一种加气砖，与实施例1的不同之处在于，聚硅氧烷采用制备例1制得的羧基改性的聚硅氧烷。
实施例5
一种加气砖，与实施例1的不同之处在于，加气砖制备过程中水料重量比为0.7:1。
实施例6
一种加气砖，与实施例2的不同之处在于，过筛制得的金尾矿的细度为50μm。
实施例7
一种加气砖，与实施例3的不同之处在于，过筛制得的金尾矿的细度为85μm。
实施例8
一种加气砖，与实施例2的不同之处在于，地质聚合物采用制备例2制得。
实施例9
一种加气砖，与实施例3的不同之处在于，地质聚合物采用制备例6制得。
对比例
对比例1
一种加气砖，与实施例1的不同之处在于，原料不包括地质聚合物，制备步骤S4中：将金尾矿、石英砂以及石膏倒入剩余水中在搅拌机中进行混合搅拌，搅拌均匀后，然后将石灰、26kg水泥到入其中搅拌5min，然后加入悬浮液搅拌30s制成拌合物。
对比例2
一种加气砖，与实施例1的不同之处在于，制备步骤S3中：原料不包括聚硅氧烷。
性能检测试验
1、实验样品：采用实施例1-9以及对比例1-2获得的加气砖制作标准试块。
2、抗压强度测试按照GB/T2542-2003《砌墙砖试验方法》的标准进行抗压试验，检测加气砖的28d抗压强度(MPa)。
3、抗折强度测试采用KZ-7型标准砌墙砖抗折强度试验装置进行检测。
表2性能检测试验结果
28d抗压强度(MPa) 抗折强度(MPa)
实施例1 9.7 5.1
实施例2 9.5 4.2
实施例3 9.3 4.3
实施例4 11 5.8
实施例5 8.1 3.6
实施例6 7.8 3.5
实施例7 7.5 3.7
实施例8 5.4 3.1
实施例9 5.6 3.4
对比例1 3.7 2.1
对比例2 8.1 4.2
结合实施例1和实施例4并结合表2可以看出，实施例4的抗压强度和抗折强度明显优于实施例1的抗压强度，说明在硅氧烷侧链上引入羧基，通过中和地质聚合物残留的强碱物质，保证发气速率均匀，提高加气砖的强度。
结合实施例1和实施例5并结合表2可以看出，实施例1的抗压强度和抗折强度优于实施例5，合适的水料重量比使料浆的稠化速率与石灰的水解速率相匹配，保证铝粉发气速率均匀与凝结速率相匹配，提升加气砖的强度。
结合实施例2-3和实施例6-7并结合表2可以看出，实施例2的抗压强度和抗折强度优于实施例6，实施例3的抗压强度和抗折强度优于实施例7，适当细度的物料可以减缓料浆中颗粒沉降分离的速度，有利于料浆保持适当的稠化速度，使发气过程能够顺利完成，保证加气砖早期的强度。
结合实施例2-3和实施例8-9并结合表2可以看出，实施例2的抗压强度和抗折强度优于实施例8，实施例3的抗压强度和抗折强度优于实施例9，高钙粉煤灰对环境的危害低于底钙粉煤灰，实际制备过程中，粉煤灰中钙含量过底，养护时间较长，凝结硬化慢，影响地质聚合物使用过程中长期耐久性和强度,同时，适当钙含量的地质聚合物产物为无定形的铝硅酸盐凝胶、C-S-H凝胶和沸石相的混合体，这些凝胶产物加入加气砖中，在加气砖制备过程中胶结性好，增加了加气砖的抗压强度。
结合实施例1和对比例1并结合表2可以看出，实施例1的抗压强度和抗折强度均明显优于对比例1，说明通过将地质聚合物替代部分水泥加入加气砖中，其较于传统建筑材料性质优良，能够减少环境污染的同时，保证加气砖的抗压强度。
结合实施例1和对比例2并结合表2可以看出，实施例1的抗压强度和抗折强度优于对比例2，聚硅氧烷掺入加气砖中，硅氧烷水解产生硅醇与硅酸盐表面的硅羟基化学键偶联，形成一层防水层，形成牢固的整体防水，提高混凝土的防水性耐候性及耐久性能，保证加气砖的后期使用强度。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种加气砖，其特征在于，由包括如下重量份的原料制成：
尾矿50-60份；
石英砂10-20份；
石灰8-10份；
地质聚合物10-20份；
水泥8-15份；
石膏2-5份；
铝粉0.9-1.5份；
聚硅氧烷0.5-1份；
所述地质聚合物的制备包括如下步骤：
S1：将高炉矿渣、粉煤灰搅拌混合均匀制得混合物；
S2：将氢氧化钠和液体硅酸钠溶于水中，制成激发剂溶液，再将混合物加入激发剂溶液中制得胶凝材料；
S3：将胶凝材料入模养护即可得到地质聚合物；
所述聚硅氧烷为羧基改性聚硅氧烷，通过在聚硅氧烷侧链上引入羧基得到；
所述羧基改性聚硅氧烷的制备包括如下步骤：
S1：将八甲基环四硅氧烷、氨丙基甲基二乙氧基硅烷以及甲基二甲氧基十二烷基硅烷混合制得氨基聚硅氧烷；
S2：将氨基聚硅氧烷和马来酸酐反应得到羧基改性聚硅氧烷。
2.根据权利要求1所述的一种加气砖，其特征在于：所述粉煤灰中钙含量为10wt%-15wt%。
3.权利要求1-2任意一项所述的一种加气砖的生产工艺，其特征在于：包括如下步骤：
S1：取料：尾矿、石英砂、石灰、地质聚合物、水泥、石膏、铝粉、羧基改性聚硅氧烷；
S2：将尾矿破碎、球磨过筛；
S3：在铝粉中加入水搅拌均匀，然后加入羧基改性聚硅氧烷制得悬浮液；
S4：将尾矿、石英砂以及石膏倒入水中进行混合搅拌，搅拌均匀之后，将石灰、水泥以及地质聚合物到入其中继续进行搅拌，然后加入S3的悬浮液搅拌均匀制成拌合物；
S5：将拌合物倒入模具中进行静置发气凝固成型；
S6：将成型后的坯体进行拆模，切割成砌块，然后入蒸压釜内养护，将出釜后的砌块放入烘箱中烘干水分即可得到加气砖。
4.根据权利要求3所述一种加气砖的生产工艺，其特征在于：所述加气砖制备过程中水料重量比为(0.5-0.7):1。
5.根据权利要求3所述一种加气砖的生产工艺，其特征在于：所述步骤S2中所述尾矿球磨过筛后的细度为60-80um。
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