CN115650606A - 一种气硬性胶凝材料及其制备无机人造石的方法 - Google Patents

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周凤娇
谭新宇
张宾
林永权
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黄明俊
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Abstract

本发明公开了一种气硬性胶凝材料及其制备无机人造石的方法,以解决现有技术中在白水泥生产过程中,会产生较高的生产能耗和碳排放,同时制备的无机人造石制品也会出现泛碱的技术问题。它包括30~50份白色γ‑C2S胶凝材料;0~10份偏高岭土;0~10份钙粉;40~60份石英砂;乳液掺量为γ‑C2S胶凝材料的0~10%;减水剂掺量为γ‑C2S胶凝材料的0~5%;水胶比为0.1~0.3,通过均匀混合后,在3~5MPa的成型压力下压制成无机人造石产品。本发明使用白色的γ‑C2S代替白水泥作为无机人造石的胶凝材料,能有效降低生产过程中所消耗的能耗,降低碳排放。

Description

一种气硬性胶凝材料及其制备无机人造石的方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域,具体涉及一种气硬性胶凝材料及其制备无机人造石的方法。
背景技术
为了保护生态环境的发展,建筑材料领域中天然石材的无节制开采受到了严格控制,利用无机人造石材代替天然石材用于建筑装修领域成为目前一个新的发展方向。目前的无机人造石主要以硅酸盐水泥为主要胶凝材料,并且采用蒸压养护的方式加速凝胶材料的水热合成来获得预期的力学性能,在生产过程中存在着高能耗、周期长等缺点,制品也存在泛碱等问题。而相比于普通的硅酸盐水泥中的C3S、β-C2S,以γ-C2S为主要矿物相的胶凝材料在生产过程中具有更低的碳排放和低能耗,并且碳化活性高,在24h的加速碳化条件下的强度可达到28d普通水泥强度。目前,用γ-C2S作为主要胶凝材料,通过免蒸压碳化制备无机人造石的方式还未见报道。本发明采用γ-C2S作为胶凝材料,并通过免蒸压碳化工艺进行养护,制备得到抗折强度高的无机人造石制品。
目前制备无机人造石是使用白水泥为主要胶凝材料,并通过蒸养方式进行养护。在白水泥生产过程中,较高的生产能耗和碳排放不利于建筑材料行业的绿色可持续发展;并且在蒸养护过程中,高能耗和长周期增加了生产成本;同时此方法制备的无机人造石制品也会出现“泛碱”的问题,影响其外观质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气硬性胶凝材料及其制备无机人造石的方法,以解决现有技术中在白水泥生产过程中,会产生较高的生产能耗和碳排放,同时制备的无机人造石制品也会出现“泛碱”的技术问题。
为实现上述目的,本发明提供了以下技术方案:
本发明提供的一种气硬性胶凝材料的制备方法,包括以下步骤:
S1:将钙质原料和硅质原料置于球磨机中混合2~4h,得到混合原料;
S2:将混合原料和水按10:1进行配制,在3~10MPa成型压力下压制坯体;
S3:将坯体在1200~1450℃烧结温度下保温2~4h,随炉冷却至室温,得到自粉化的白色γ-C2S胶凝材料。
进一步的,所述钙质原料和硅质原料以摩尔比为2进行混合。
进一步的,所述钙质原料为石灰石,钙含量为50%以上。
进一步的,所述硅质原料为高岭土、页岩、砂岩中的一种或多种。
本发明提供的一种无机人造石的制备方法,包括以下重量份的原料:
30~50份白色γ-C2S胶凝材料;0~10份偏高岭土;0~10份钙粉;40~60份石英砂;乳液掺量为γ-C2S胶凝材料的0~10%;减水剂掺量为γ-C2S胶凝材料的0~5%;水胶比为0.1~ 0.3,通过均匀混合后,在3~5MPa的成型压力下压制成无机人造石产品。
进一步的,所述乳液为丁苯乳液、苯丙乳液和纯丙乳液的任意一种或多种。
进一步的,所述减水剂为聚羧酸减水剂。
进一步的,混合后原料的粒径小于0.075mm。
本发明提供的一种无机人造石的养护工艺,将无机人造石放置在碳化罐中进行养护,养护条件为温度为25~50℃;相对湿度为20~95%;碳化压力为0.15~0.4MPa;二氧化碳浓度为20%~99%;碳化时间为2~8h。
基于上述技术方案,本发明实施例至少可以产生如下技术效果:
(1)本发明提供的利用气硬性胶凝材料制备无机人造石的方法,该方法中白色气硬性胶凝材料是通过工业原材料烧制而成,自粉化特性,无需粉磨,能有效的降低熟料的粉磨能耗,降低碳排放。
(2)本发明提供的气硬性胶凝材料及其制备无机人造石的方法,采用白色气硬性胶凝材料作为无机人造石的胶凝材料,经过压制成型后,放置在二氧化碳气氛中进行养护,与二氧化碳快速反应产生大量产物将周围的颗粒包裹并连接在一起,产物中的碳酸钙作为主要的强度贡献者,制备得到抗压性能高的无机人造石制品,不仅能减少产品的养护周期,间接的减少了企业运营成本,并且有效的解决了“泛碱”问题。
(3)本发明提供的气硬性胶凝材料及其制备无机人造石的方法,采用浓度为20%~99%的二氧化碳气氛作为无机人造石的养护工艺,可以极大程度的提高无机人造石产品的强度,并且碳化过程中可大量吸收二氧化碳,为建筑材料行业的碳利用提供一个新方向,对实现碳中和具有重要意义。
具体实施方式
应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
气硬性胶凝材料的制备方法,包括以下步骤:
S1:将石灰石和高岭土以质量比为2:1进行脱水烘干,经球磨工艺磨细、过筛,取粒径小于0.075毫米部分备用,得到匀质化生料;
S2:将混合原料和水按10:1进行配制,在6MPa成型压力下压制坯体;
S3:将坯体放入工业烧结炉中以10℃/min的升温速率升至900℃,保温30min,使得原料中的CaCO3充分分解,再以10℃/min的升温速率升至最高烧结温度,保温2h,随炉自然冷却至室温,得到白色的γ-C2S胶凝材料。
实施例1
将40份白色的γ-C2S胶凝材料与5份偏高岭土、5份钙粉、26.5份80-120目石英砂、9 份60-80目石英砂、14.5份40-60目石英砂,15%丁苯乳液和3%的减水剂,按照0.175的水胶比混合均匀,在3MPa的成型压力下压制成300×300×300mm的制品。
实施例2
将40份白色的γ-C2S胶凝材料与5份偏高岭土、5份钙粉、26.5份80-120目石英砂、9 份60-80目石英砂、14.5份40-60目石英砂,15%丁苯乳液和3%的减水剂,按照0.125的水胶比混合均匀,在3MPa的成型压力下压制成300×300×300mm的制品。
实施例3
将40份白色的γ-C2S胶凝材料与5份偏高岭土、5份钙粉、26.5份80-120目石英砂、9 份60-80目石英砂、14.5份40-60目石英砂,15%丁苯乳液和3%的减水剂,按照0.15的水胶比混合均匀,在3MPa的成型压力下压制成300×300×300mm的制品。
实施例4
将40份白色的γ-C2S胶凝材料与5份偏高岭土、5份钙粉、26.5份80-120目石英砂、9 份60-80目石英砂、14.5份40-60目石英砂,15%丁苯乳液和3%的减水剂,按照0.195的水胶比混合均匀,在3MPa的成型压力下压制成300×300×300mm的制品。
实施例5
将40份白色的γ-C2S胶凝材料与5份偏高岭土、5份钙粉、26.5份80-120目石英砂、9 份60-80目石英砂、14.5份40-60目石英砂,15%丁苯乳液,按照0.175的水胶比混合均匀,在3MPa的成型压力下压制成300×300×300mm的制品。
实施例6
将40份白色的γ-C2S胶凝材料与5份偏高岭土、5份钙粉、26.5份80-120目石英砂、9 份60-80目石英砂、14.5份40-60目石英砂,15%丁苯乳液和1.5%的减水剂,按照0.175的水胶比混合均匀,在3MPa的成型压力下压制成300×300×300mm的制品。
实施例7
将40份白色的γ-C2S胶凝材料与5份偏高岭土、5份钙粉、26.5份80-120目石英砂、9 份60-80目石英砂、14.5份40-60目石英砂,15%丁苯乳液和4.3%的减水剂,按照0.175的水胶比混合均匀,在3MPa的成型压力下压制成300×300×300mm的制品。
实施例8
将40份白色的γ-C2S胶凝材料与5份偏高岭土、5份钙粉、26.5份80-120目石英砂、9 份60-80目石英砂、14.5份40-60目石英砂,10%丁苯乳液和3%的减水剂,按照0.175的水胶比混合均匀,在3MPa的成型压力下压制成300×300×300mm的制品。
实施例9
将40份白色的γ-C2S胶凝材料与5份偏高岭土、5份钙粉、26.5份80-120目石英砂、9 份60-80目石英砂、14.5份40-60目石英砂,12.5%丁苯乳液和3%的减水剂,按照0.175的水胶比混合均匀,在3MPa的成型压力下压制成300×300×300mm的制品。
实施例10
将40份白色的γ-C2S胶凝材料与5份偏高岭土、5份钙粉、26.5份80-120目石英砂、9 份60-80目石英砂、14.5份40-60目石英砂,17.5%丁苯乳液和3%的减水剂,按照0.175的水胶比混合均匀,在3MPa的成型压力下压制成300×300×300mm的制品。
实施例11
将30份白色的γ-C2S胶凝材料与10份偏高岭土、10份钙粉、26.5份80-120目石英砂、 9份60-80目石英砂、14.5份40-60目石英砂,15%丁苯乳液和3%的减水剂,按照0.175的水胶比混合均匀,在3MPa的成型压力下压制成300×300×300mm的制品。
实施例12
将40份白色的γ-C2S胶凝材料、26.5份80-120目石英砂、9份60-80目石英砂、14.5份40-60目石英砂,15%丁苯乳液和3%的减水剂,按照0.175的水胶比混合均匀,在3MPa的成型压力下压制成300×300×300mm的制品。
实施例13
将40份白色的γ-C2S胶凝材料、5份钙粉、31.5份80-120目石英砂、9份60-80目石英砂、14.5份40-60目石英砂,15%丁苯乳液和3%的减水剂,按照0.175的水胶比混合均匀,在3MPa的成型压力下压制成300×300×300mm的制品。
实施例14
将40份白色的γ-C2S胶凝材料、5份偏高岭土、31.5份80-120目石英砂、9份60-80目石英砂、14.5份40-60目石英砂,15%丁苯乳液和3%的减水剂,按照0.175的水胶比混合均匀,在3MPa的成型压力下压制成300×300×300mm的制品。
对比例1
将40份白水泥与5份偏高岭土、5份钙粉、26.5份80-120目石英砂、9份60-80目石英砂、14.5份40-60目石英砂,15%丁苯乳液和3%的减水剂,按照0.175的水胶比混合均匀,在3MPa的成型压力下压制成300×300×300mm的制品。
对比例2
将40份白色的γ-C2S胶凝材料与5份偏高岭土、5份钙粉、26.5份80-120目石英砂、9 份60-80目石英砂、14.5份40-60目石英砂,15%丁苯乳液和3%的减水剂,按照0.4的水胶比混合均匀,在3MPa的成型压力下压制成300×300×300mm的制品。
对比例3
将40份白色的γ-C2S胶凝材料与5份偏高岭土、5份钙粉、26.5份80-120目石英砂、9 份60-80目石英砂、14.5份40-60目石英砂,15%丁苯乳液和3%的减水剂,按照0.175的水胶比混合均匀,在3MPa的成型压力下压制成300×300×300mm的制品。制备得到的 300×300×300mm制品放置标准养护箱中养护8h。
实施例1-14和对比例1-2所制备得到的300×300×300mm制品,放置碳化反应釜中进行养护,养护条件为:养护温度为25℃(室温),养护湿度为95%,二氧化碳浓度为99%,养护时间为8h。并根据无机人造石板材DB44/T1601-2015标准中物理性能的弯曲强度标准进行测试,其结果如下表:
Figure BDA0003902446990000051
Figure BDA0003902446990000061
通过实施例1与对比例1对比可以得到本发明的白色γ-C2S作为无机人造石的胶凝材料性能优于白水泥;经过实施例1与对比例2对比可以得到水胶比在无机人造石制品的配方中起到关键作用;经过实施例1与对比例3对比可以得到利用本发明的白色γ-C2S制备无机人造石制品中,碳化养护方式起决定作用。后续并通过调控无机人造石中的胶凝材料、钙粉、偏高领土、水胶比、乳液和减水剂等配方,能有效的提高无机人造石的抗折强度,其中实施案例1中的配方所制备的无机人造石制品的抗折强度最优,达到了16.3MPa。本发明利用白色的γ-C2S作为胶凝材料,并在二氧化碳气氛中进行养护,制备得到无机人造石制品,相对于目前的传统制备无机人造石的配方和工艺在生产过程中具有降低能耗和减排等优势,而且解决了无机人造石制品“泛碱问题”,更重要的是在养护过程中使用了二氧化碳作为养护工艺,为建筑材料领域在生产制造过程中碳利用提供了可持续发展道路,具有重要意义。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种气硬性胶凝材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:将钙质原料和硅质原料置于球磨机中混合2~4h,得到混合原料;
S2:将混合原料和水按10:1进行配制,在3~10MPa成型压力下压制坯体;
S3:将坯体在1200~1450℃烧结温度下保温2~4h,随炉冷却至室温,得到自粉化的白色γ-C2S胶凝材料。
2.根据权利要求1所述的气硬性胶凝材料的制备方法,其特征在于,所述钙质原料和硅质原料以摩尔比为2进行混合。
3.根据权利要求2所述的气硬性胶凝材料的制备方法,其特征在于,所述钙质原料为石灰石,钙含量为50%以上。
4.根据权利要求2所述的气硬性胶凝材料的制备方法,其特征在于,所述硅质原料为高岭土、页岩、砂岩中的一种或多种。
5.一种无机人造石的制备方法,其特征在于,应用权利要求1制备得到的白色γ-C2S胶凝材料,包括以下重量份的原料:
30~50份白色γ-C2S胶凝材料,0~10份偏高岭土,0~10份钙粉,40~60份石英砂,乳液掺量为γ-C2S胶凝材料的0~10%;减水剂掺量为γ-C2S胶凝材料的0~5%;水胶比为0.1~0.3;将原料均匀混合后,在3~5MPa的成型压力下压制成无机人造石产品。
6.根据权利要求5所述的无机人造石的制备方法,其特征在于,所述乳液为丁苯乳液、苯丙乳液和纯丙乳液的任意一种或多种。
7.根据权利要求5所述的无机人造石的制备方法,其特征在于,所述减水剂为聚羧酸减水剂。
8.根据权利要求5所述的无机人造石的制备方法,其特征在于,混合后原料的粒径小于0.075mm。
9.一种无机人造石的养护工艺,其特征在于,应用权利要求5~8制备的无机人造石,将无机人造石放置在碳化罐中进行养护,养护条件为温度为25~50℃;相对湿度为20~95%;碳化压力为0.15~0.4MPa;二氧化碳浓度为20%~99%;碳化时间为2~8h。
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