CN116003090A - 一种全固废协同制备的蒸压加气混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种全固废协同制备的蒸压加气混凝土及其制备方法，其特征在于所述加气混凝土由下述质量份组成：30‑80份工业副产建筑石膏粉、0‑30份工业副产石膏粉、5‑40份电石渣、10‑55份锂渣、0.5‑2份减水剂、0‑1份缓凝剂、0.5‑2份纤维素醚、0.05‑1份引气剂、0.002‑0.05份铝粉、30‑60份水组成。将工业副产建筑石膏粉、电石渣、锂渣按照一定比例搅拌均匀后，加入水与添加剂，最后加入铝粉与纤维素醚发泡，经静停4‑6小时后切割，送入蒸压釜进行蒸压养护，出釜后码垛养护至7天即可。本发明充分利用工业副产物的理化性质，相互激发产生胶凝性，同时采用蒸压养护工艺促使二次水化增强微结构，制备出高性能的加气混凝土，具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种全固废协同制备的蒸压加气混凝土及其制备方法，属于建材行业中固废利用领域。
背景技术
开展资源综合利用是我国深入实施可持续发展战略的重要内容，而大宗固体废弃物量大面广、环境影响突出、利用前景广阔，是资源综合利用的核心领域。因此，推进大宗固废综合利用对提高资源利用效率、改善环境质量、促进经济社会发展与全面绿色转型具有重要意义。工业副产石膏是全国堆存量第一的大宗工业固废，国家推广磷石膏在建筑材料领域的应用，支持利用脱硫石膏、柠檬酸石膏制备绿色建材。
电石渣是电石水解获取乙炔气后以氢氧化钙为主要成分的废渣，而乙炔是生产聚氯乙烯(PVC)的主要原料。按生产经验，每生产1tPVC产品耗用电石1.5-1.6t，同时每吨电石产生1.2t电石渣(干基)。电石渣含水量按90％计，那么每生产1tPVC产品，排出电石渣浆约20t。由此可见，电石渣浆的产生量大大超过了PVC的产量。大多数PVC生产厂家将电石渣浆经重力沉降分离后，上清液循环利用；电石渣经进一步脱水，其含水率仍达40％-50％，呈浆糊状，在运输途中易渗漏污染路面，长期堆积不但占用大量土地，而且对土地有严重的侵蚀作用。
我国是世界上锂辉石精矿储量最大的国家，主要采用浓硫酸-碳酸钙法来提炼碳酸锂，而锂渣是硫酸法制备碳酸锂工艺的副产品。锂辉石经过1200℃高温煅烧后，加入浓硫酸焙烧，经充分反应，酸化后的酸化料，加入清水洗涤，并用单飞粉(CaCO3)中和残酸，得到料浆。料浆搅拌浸出的浸出液进行下一步处理，剩下的便是浸出渣锂渣。碳酸锂的生产工艺和技术条件是相对稳定的，因而锂渣的化学成份和性质也是均一和稳定的，并且锂渣的化学成份与粘土质相似，主要是SiO2、AlO3和FeO等。其中SiO2、Al2O3绝大数是以无定形的SiO2、Al2O3形式存在，因而具有较高的火山灰活性。虽然锂渣已在建材中应用，但用量过多容易快凝。
为有效解决这些固体废弃物的堆放问题，研究团队基于材料的物化特性以及生产工艺，提出利用工业副产石膏、电石渣、锂渣全固废协同制备蒸压加气混凝土的技术并取得较好的效果，为固体废弃物的资源化、价值化、产业化利用提供了新的解决方案。
发明内容
技术问题：本发明提供一种全固废协同制备的蒸压加气混凝土及其制备方法。该发明提出了一种全新的节能减排技术，利用工业副产建筑石膏凝结硬化快，快速固化气孔；电石渣中的Ca(OH)2为体系提供碱性环境和钙源，中和酸性工业副产石膏、促进铝粉的发气反应，以及激发锂渣中的SiO2、Al2O3发生火山灰反应；在蒸压条件下锂渣作为硅源与钙源(电石渣)发生水热反应生成托勃莫来石增强体系强度，同时工业副产石膏以及水化生成的二水石膏在蒸压条件下失水生成α型半水石膏(高强石膏)，并在水蒸气的作用下二次水化增强微结构，提升制品性能；该发明不仅解决了工业副产石膏、电石渣、锂渣占用土地污染环境的问题，同时提供了一种低成本生产高性能加气混凝土的工艺。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种全固废协同制备的蒸压加气混凝土采用以下技术方案实现：
所述加气混凝土由下述质量份组成：30-80份工业副产建筑石膏粉、0-30份工业副产石膏粉、5-40份电石渣、10-55份锂渣、0.5-2份减水剂、0-1份缓凝剂、0.5-2份纤维素醚、0.05-1份引气剂、0.002-0.05份铝粉、30-60份水组成。
所述的工业副产建筑石膏粉为磷建筑石膏粉、脱硫建筑石膏粉中的一种或其混合物，其中CaSO4·0.5H2O的含量≥60％。
所述的工业副产石膏粉为磷石膏、脱硫石膏中的一种或其混合物，附着水＜0.5％，CaSO4·2H2O的含量≥65％。
所述的电石渣CaO质量含量＞60％，细度＜0.2mm，含水率＜0.5％。
所述的锂渣比表面积＞350m2/kg，SiO2和Al2O3质量含量之和大于70％。
所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂。
所述的纤维素醚为羟乙基甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚或者甲基纤维素醚中的一种。
所述的缓凝剂为蛋白类缓凝剂、无机盐缓凝剂或者有机酸缓凝剂中的一种。
所述的引气剂为松香树脂、烷基和烷基芳烃磺酸盐类、三萜皂类中的一种。
所述的铝粉粒径＜45μm。
本发明的一种全固废协同制备的蒸压加气混凝土的制备方法包括以下步骤：
1)按比例计量工业副产建筑石膏粉、工业副产石膏粉、电石渣、锂渣并干混4-8分钟；
2)将缓凝剂、减水剂、引气剂溶于水中，搅拌均匀后加入步骤1)的干混料，搅拌1-2分钟；
3)将铝粉、纤维素醚加入步骤2)料浆中发泡，搅拌1-3分钟；
4)将步骤3)料浆倒入模具，静停养护4-6小时后脱模切割，送入蒸压釜进行蒸压养护；
5)出釜码垛养护至7天即可。
所述步骤4)中，蒸压养护压力为0.8-1.5MPa，恒压时间为5-10小时。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
(1)本发明使用工业固废—工业副产石膏、工业副产建筑石膏、电石渣、锂渣作为胶凝体系生产加气混凝土，不仅实现了工业固废的无害化利用，解决了固废大量堆积占用耕地的问题，还可以节约资源，变废为宝，降低生产成本，具有良好的经济、社会以及生态效益。
(2)本发明利用工业副产建筑石膏凝结硬化快、放热量大的特性，加速制品早期强度的发展，取消了传统加气混凝土生产中使用热水搅拌的工艺或蒸汽养护工艺，降低了生产能耗；同时创造性的使用蒸压工艺使水化生成的石膏以及未参与反应的工业副产石膏脱水生成高强石膏并在水蒸汽的作用下再水化形成结晶更完整的二水石膏，显著提高了制品的力学性能、耐水性以及体积稳定性。
(3)本发明利用电石渣与锂渣发生火山灰反应，以及石膏与两者的硫酸盐激发反应，增强体系早期强度；在蒸压过程中电石渣与锂渣进一步发生水热反应生成托勃莫来石，促进体系强度的发展，制备的加气混凝土性能优异，产品具有高强、耐火、耐腐蚀等一系列优异特性，可以制备更轻质的加气混凝土。
(4)工业副产石膏、电石渣、锂渣虽均在建材中各有所应用，本发明基于固废的物化性质结合生产工艺提供了一种全固废协同利用的低碳技术，同时也为固废利用提供了新的方向。
(5)本发明的加气混凝土制备工艺成熟，生产成本低，可加工成各种规格的砌块、板材，用于建筑工程，适合大规模推广使用。
具体实施方式
实施例1
蒸压加气混凝土由以下组份质量份组成：50份工业副产建筑石膏粉、15份电石渣、35份锂渣、2份减水剂、0.5份缓凝剂、0.2份纤维素醚、0.05份引气剂、0.005份铝粉、45份水组成。
其中所述的工业副产建筑石膏粉为脱硫建筑石膏粉，CaSO4·0.5H2O的含量≥60％；所述的电石渣CaO质量含量＞60％，细度＜0.2mm，含水率＜0.5％；所述的锂渣比表面积＞350m2/kg，SiO2和Al2O3质量含量之和大于70％；所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂；所述的纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚；所述的缓凝剂为有机酸缓凝剂；所述的引气剂为松香树脂；所述的铝粉粒径＜45μm。
蒸压加气混凝土制备包括以下步骤：
1)按比例计量工业副产建筑石膏粉、电石渣、锂渣并干混5分钟；
2)将缓凝剂、减水剂、引气剂溶于水中，搅拌均匀后加入步骤1)的干混料，搅拌2分钟；
3)将铝粉、纤维素醚加入步骤2)料浆中发泡，搅拌2分钟；
4)将步骤3)料浆倒入模具，静停养护6小时后脱模切割，送入蒸压釜进行蒸压养护(压力1.0MPa，恒压10小时)；
5)出釜码垛养护至7天即可。
参照GB11968-2020《蒸压加气混凝土砌块》、GB/T11969-2020《蒸压加气混凝土性能试验方法》对制备的加气混凝土各指标进行测试，其干密度为420kg/m3，抗压强度为4.1MPa，干燥收缩值为0.39mm/m。
实施例2
蒸压加气混凝土由以下组份质量份组成：30份工业副产建筑石膏粉、20份工业副产石膏粉、25份电石渣、25份锂渣、1份减水剂、2份纤维素醚、0.08份引气剂、0.03份铝粉、35份水组成。
其中所述的工业副产建筑石膏粉为磷建筑石膏粉，CaSO4·0.5H2O的含量≥60％；所述的工业副产石膏粉为磷石膏，附着水＜0.5％，CaSO4·2H2O的含量≥65％；所述的电石渣CaO质量含量＞60％，细度＜0.2mm，含水率＜0.5％；所述的锂渣比表面积＞350m2/kg，SiO2和Al2O3质量含量之和大于70％；所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂；所述的纤维素醚为羟乙基甲基纤维素醚；所述的引气剂为三萜皂类引气剂；所述的铝粉粒径＜45μm。
蒸压加气混凝土制备包括以下步骤：
1)按比例计量工业副产建筑石膏粉、工业副产石膏粉、电石渣、锂渣并干混5分钟；
2)将减水剂、引气剂溶于水中，搅拌均匀后加入步骤1)的干混料，搅拌2分钟；
3)将铝粉、纤维素醚加入步骤2)料浆中发泡，搅拌2分钟；
4)将步骤3)料浆倒入模具，静停养护6小时后脱模切割，送入蒸压釜进行蒸压养护(压力1.1MPa，恒压10小时)；
5)出釜码垛养护至7天即可。
参照GB11968-2020《蒸压加气混凝土砌块》、GB/T11969-2020《蒸压加气混凝土性能试验方法》对制备的加气混凝土各指标进行测试，其干密度为745kg/m3，抗压强度为7.3MPa，干燥收缩值为0.26mm/m。
实施例3
蒸压加气混凝土由以下组份质量份组成：80份工业副产建筑石膏粉、10份电石渣、10份锂渣、2份减水剂、0.3份缓凝剂、2份纤维素醚、0.05份引气剂、0.05份铝粉、40份水组成。
其中所述的业副产建筑石膏粉脱硫建筑石膏粉，CaSO4·0.5H2O的含量≥60％；所述的电石渣CaO质量含量＞60％，细度＜0.2mm，含水率＜0.5％；所述的锂渣比表面积＞350m2/kg，SiO2和Al2O3质量含量之和大于70％；所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂；所述的纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚；所述的缓凝剂为有机酸缓凝剂；所述的引气剂烷基芳烃磺酸盐类；所述的铝粉粒径＜45μm。
蒸压加气混凝土制备包括以下步骤：
1)按比例计量工业副产建筑石膏粉、电石渣、锂渣并干混6分钟；
2)将缓凝剂、减水剂、引气剂溶于水中，搅拌均匀后加入步骤1)的干混料，搅拌1分钟；
3)将铝粉、纤维素醚加入步骤2)料浆中发泡，搅拌2分钟；
4)将步骤3)料浆倒入模具，静停养护4小时后脱模切割，送入蒸压釜进行蒸压养护(压力1.2MPa，恒压7小时)；
5)出釜码垛养护至7天即可。
参照GB11968-2020《蒸压加气混凝土砌块》、GB/T11969-2020《蒸压加气混凝土性能试验方法》对制备的加气混凝土各指标进行测试，其干密度为335kg/m3，抗压强度为2.1MPa，干燥收缩值为0.42mm/m。
实施例4
蒸压加气混凝土由以下组份质量份组成：40份工业副产建筑石膏粉、10份工业副产石膏粉、30份电石渣、20份锂渣、1.5份减水剂、0.5份缓凝剂、1份纤维素醚、0.07份引气剂、0.01份铝粉、50份水组成。
其中所述的工业副产建筑石膏粉为磷建筑石膏粉，CaSO4·0.5H2O的含量≥60％；所述的工业副产石膏粉为磷石膏，附着水＜0.5％，CaSO4·2H2O的含量≥65％；所述的电石渣CaO质量含量＞60％，细度＜0.2mm，含水率＜0.5％；所述的锂渣比表面积＞350m2/kg，SiO2和Al2O3质量含量之和大于70％；所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂；所述的纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚；所述的缓凝剂为蛋白类缓凝剂；所述的引气剂为松香树脂；所述的铝粉粒径＜45μm。
蒸压加气混凝土制备包括以下步骤：
1)按比例计量工业副产建筑石膏粉、工业副产石膏粉、电石渣、锂渣并干混5分钟；
2)将缓凝剂、减水剂、引气剂溶于水中，搅拌均匀后加入步骤1的干混料，搅拌2分钟；
3)将铝粉、纤维素醚加入步骤2)料浆中发泡，搅拌1分钟；
4)将步骤3)料浆倒入模具，静停养护6小时后脱模切割，送入蒸压釜进行蒸压养护(压力1.2MPa，恒压6小时)；
5)出釜码垛养护至7天即可。
参照GB11968-2020《蒸压加气混凝土砌块》、GB/T11969-2020《蒸压加气混凝土性能试验方法》对制备的加气混凝土各指标进行测试，其干密度为535kg/m3，抗压强度为5.6MPa，干燥收缩值为0.36mm/m。
实施例5
蒸压加气混凝土由以下组份质量份组成：60份工业副产建筑石膏粉、10份工业副产石膏粉、10份电石渣、20份锂渣、0.8份减水剂、0.3份缓凝剂、1份纤维素醚、0.08份引气剂、0.02份铝粉、39份水组成。
其中所述的工业副产建筑石膏粉为脱硫建筑石膏粉，CaSO4·0.5H2O的含量≥60％；所述的工业副产石膏粉为脱硫石膏，附着水＜0.5％，CaSO4·2H2O的含量≥65％；所述的电石渣CaO质量含量＞60％，细度＜0.2mm，含水率＜0.5％；所述的锂渣比表面积＞350m2/kg，SiO2和Al2O3质量含量之和大于70％；所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂；所述的纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚；所述的缓凝剂为有机酸类缓凝剂；所述的引气剂为松香树脂；所述的铝粉粒径＜45μm。
蒸压加气混凝土制备包括以下步骤：
1)按比例计量工业副产建筑石膏粉、工业副产石膏粉、电石渣、锂渣并干混5分钟；
2)将缓凝剂、减水剂、引气剂溶于水中，搅拌均匀后加入步骤1)的干混料，搅拌1分钟；
3)将铝粉、纤维素醚加入步骤2)料浆中发泡，搅拌1分钟；
4)将步骤3)料浆倒入模具，静停养护5小时后脱模切割，送入蒸压釜进行蒸压养护(压力1.2MPa，恒压6小时)；
5)出釜码垛养护至7天即可。
参照GB11968-2020《蒸压加气混凝土砌块》、GB/T11969-2020《蒸压加气混凝土性能试验方法》对制备的加气混凝土各指标进行测试，其干密度为605kg/m3，抗压强度为6.2MPa，干燥收缩值为0.29mm/m。
实施例6
蒸压加气混凝土由以下组份质量份组成：35份工业副产建筑石膏粉、15份工业副产石膏粉、17份电石渣、33份锂渣、0.8份减水剂、0.5份缓凝剂、2份纤维素醚、0.06份引气剂、0.03份铝粉、43份水组成。
其中所述的业副产建筑石膏粉为磷建筑石膏粉，CaSO4·0.5H2O的含量≥60％；所述的工业副产石膏粉为脱硫石膏，附着水＜0.5％、CaSO4·2H2O的含量≥65％；所述的电石渣CaO质量含量＞60％，细度＜0.2mm，含水率＜0.5％；所述的锂渣比表面积＞350m2/kg，SiO2和Al2O3质量含量之和大于70％；所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂；所述的纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚；所述的缓凝剂为蛋白类缓凝剂；所述的引气剂为松香树脂；所述的铝粉粒径＜45μm。
蒸压加气混凝土制备包括以下步骤：
1)按比例计量工业副产建筑石膏粉、工业副产石膏粉、电石渣、锂渣并干混5分钟；
2)将缓凝剂、减水剂、引气剂溶于水中，搅拌均匀后加入步骤1)的干混料，搅拌2分钟；
3)将铝粉、纤维素醚加入步骤2)料浆中发泡，搅拌1分钟；
4)将步骤3)料浆倒入模具，静停养护6小时后脱模切割，送入蒸压釜进行蒸压养护(压力1.3MPa，恒压6小时)；
5)出釜码垛养护至7天即可。
参照GB11968-2020《蒸压加气混凝土砌块》、GB/T11969-2020《蒸压加气混凝土性能试验方法》对制备的加气混凝土各指标进行测试，其干密度为493kg/m3，抗压强度为5.1MPa，干燥收缩值为0.37mm/m。
Claims (9)
1.一种全固废协同制备的蒸压加气混凝土，其特征在于：所述蒸压加气混凝土由下述质量份组成：30-80份工业副产建筑石膏粉、0-30份工业副产石膏粉、5-40份电石渣、10-55份锂渣、0.5-2份减水剂、0-1份缓凝剂、0.5-2份纤维素醚、0.05-1份引气剂、0.002-0.05份铝粉、30-60份水组成。
2.如权利要求1所述的一种全固废协同制备的蒸压加气混凝土，其特征在于：所述的工业副产建筑石膏粉为磷建筑石膏粉、脱硫建筑石膏粉中的一种或其混合物，其中CaSO4·0.5H2O的含量≥60％。
3.如权利要求1所述的一种全固废协同制备的蒸压加气混凝土，其特征在于：所述的工业副产石膏粉为磷石膏、脱硫石膏中的一种或其混合物，附着水＜0.5％，CaSO4·2H2O的含量≥65％。
4.如权利要求1所述的一种全固废协同制备的蒸压加气混凝土，其特征在于：所述的电石渣CaO质量含量＞60％，细度＜0.2mm，含水率＜0.5％。
5.如权利要求1所述的一种全固废协同制备的蒸压加气混凝土，其特征在于：所述的锂渣比表面积＞350m2/kg，SiO2和Al2O3质量含量之和大于70％。
6.如权利要求1所述的一种全固废协同制备的蒸压加气混凝土，其特征在于：所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂，所述的纤维素醚为羟乙基甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚或者甲基纤维素醚中的一种，所述的缓凝剂为蛋白类缓凝剂、无机盐缓凝剂或者有机酸缓凝剂中的一种，所述的引气剂为松香树脂、烷基和烷基芳烃磺酸盐类、三萜皂类中的一种。
7.如权利要求1所述的一种全固废协同制备的蒸压加气混凝土，其特征在于：所述的铝粉粒径＜45μm。
8.一种如权利要求1、2、3、4、5、6或7任意一项所述的一种全固废协同制备的蒸压加气混凝土的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
1)按比例计量工业副产建筑石膏粉、工业副产石膏粉、电石渣、锂渣并干混4-8分钟；
2)将缓凝剂、减水剂、引气剂溶于水中，搅拌均匀后加入步骤1)的干混料，搅拌1-2分钟；
3)将铝粉、纤维素醚加入步骤2)料浆中发泡，搅拌1-3分钟；
4)将步骤3)料浆倒入模具，静停养护4-6小时后脱模切割，送入蒸压釜进行蒸压养护；
5)出釜码垛养护至7天即可。
9.根据权利权利要求8所述的一种全固废协同制备的蒸压加气混凝土的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，蒸压养护压力为0.8-1.5MPa，恒压时间为5-10小时。
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