CN116553894A - 一种高精度、轻量化石膏砌块及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高精度石膏砌块领域，提供了一种高精度、轻量化石膏砌块及其制备方法由以下质量百分比的组分构成：固废基硫铝酸盐水泥5％‑10％，建筑石膏或副产建筑石膏50％‑70％，粉煤灰10‑40％，矿渣0‑10％，据泥0‑30％，减水剂0.02‑0.2％，纤维素醚0‑0.05％，第一引气剂0％‑0.2％，第二引气剂0.02％‑0.06％，水灰比0.60‑0.75，各原料的百分比之和为100％。本发明在保证石膏砌块高精度和满足强度要求的基础上，表观密度明显降低；本发明采用的固废基硫铝酸盐水泥对建筑石膏或副产石膏的改性效果明显，力学性能大幅提升；本发明的石膏砌块的耐水性得到提高、水分散失明显加快、产品周转周期大大缩短。
Description
技术领域
本发明属于高精度石膏砌块领域，特别涉及一种高精度石膏砌块的轻量化设计及其制备方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
目前，石膏砌块普遍以建筑石膏或副产石膏基建筑石膏为主要胶凝材料，并通过添加硅酸盐水泥、粉煤灰等，在高水灰比下成型制备。高水灰比保证了石膏砌块的高精度要求。石膏砌块主要关注表观密度、抗压强度、软化系数和含水量等参数。然而，常规制备工艺下，石膏砌块存在表观密度大、抗压强度较低、耐水性差和含水量高等问题。石膏砌块制备后，通常还需要自然晾晒28天以上才能满足出厂要求。此外，石膏砌块的密度与强度成正相关性，密度降低势必导致抗压强度降低。因此，要想实现石膏砌块的轻量化设计，必须在高抗压强度的基础上才能实现。多孔的石膏砌块，对于降低表观密度、强化含水量的散失都是及其有利的。然而在高水灰比、高流态下，石膏砌块的均匀孔隙结构难以实现。因此，目前无法实现高精度石膏的高强制备，也不具备轻量化设计的基础。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种高精度石膏砌块的轻量化设计及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种高精度、轻量化石膏砌块，由以下质量百分比的组分构成：固废基硫铝酸盐水泥5％-10％，建筑石膏或副产建筑石膏50％-70％，粉煤灰10-40％，矿渣0-10％，据泥0-30％，减水剂0.02-0.2％，纤维素醚0-0.05％，第一引气剂0％-0.2％，第二引气剂0.02％-0.06％，水灰比0.60-0.75，各原料的百分比之和为100％。
研究发现：实现石膏砌块轻量化和高强度的关键在于：寻找到合适凝胶材料，使其采用轻量化多孔结构的同时，仍保持较高的强度。但目前的水泥材料主要基于混凝土体系进行设计，难以满足石膏体系的高强度、轻量化要求。为此，本申请经过长期的研究和实验摸索，发现：在目前固废基硫铝酸盐胶凝材料的基础上，进一步混入副产石膏(脱硫石膏、磷石膏、氟石膏等)，石灰石尾矿，共同粉磨、预混，制成的固废基硫铝酸盐水泥作为石膏体系的凝胶材料，可以改变石膏的水化产物结构，形成耐水性和强度更高的石膏砌块，使其在引气剂的共同作用下，兼具轻量化和高强度的特性。
基于上述高精度、轻量化石膏砌块配方，本发明还针对固废基硫铝酸盐水泥中所需的各成分及其用量进行了探究，经验证，所述固废基硫铝酸盐水泥由固废基硫铝酸盐水泥熟料混入副产石膏(脱硫石膏、磷石膏、氟石膏等)、石灰石尾矿，共同粉磨、预混而成，采用该固废基硫铝酸盐水泥制备的石膏砌块在满足高精度和高强度要求的基础上，表观密度明显降低，同时，石膏砌块的耐水性得到提高、水分散失明显加快、产品周转周期大大缩短。
本发明的第二个方面，提供了一种高精度、轻量化石膏砌块的制备方法，包括：
将脱硫石膏、铝灰、钢渣、电石渣，混合形成固废基硫铝酸盐水泥熟料；
向所述固废基硫铝酸盐水泥熟料混入副产石膏、石灰石尾矿，共同粉磨、预混，制成固废基硫铝酸盐水泥；
将所述固废基硫铝酸盐水泥、粉煤灰、矿渣、据泥、混入建筑石膏或副产建筑石膏中，制成混合料；
将减水剂、纤维素醚，第一引气剂、第二引气剂依次溶解在水中，混合均匀，制成混合溶液；
向所述混合溶液中加入所述混合料，混合均匀，形成浆体；
将所述浆体浇筑到模具中，静养成型，脱模码垛，自然晾晒，即得。
本发明的第三个方面，提供了上述的石膏砌块在建筑领域中的应用。
本发明的有益效果
(1)本发明在保证石膏砌块高精度和满足强度要求的基础上，表观密度明显降低；
(2)本发明采用的固废基硫铝酸盐水泥对建筑石膏或副产石膏的改性效果明显，力学性能大幅提升；
(3)本发明的石膏砌块的耐水性得到提高、水分散失明显加快、产品周转周期大大缩短；
(4)本发明在目前固废基硫铝酸盐胶凝材料的基础上，进一步混入副产石膏(脱硫石膏、磷石膏、氟石膏等)，石灰石尾矿，共同粉磨、预混，制成的固废基硫铝酸盐水泥作为石膏体系的凝胶材料，有效地改变了石膏的水化产物结构，形成耐水性和强度更高的石膏砌块；同时，添加了纤维素醚与引气剂作用共同增加石膏基材料的流动性和润湿性，形成更加均匀的多孔结构；进一步，还采用粉煤灰、矿渣、据泥等多种废料混合，使主材石膏的水化产物结构进一步改变，使砌块获得更优的强度和轻量化效果。本发明制备方法简单、实用性强，易于推广。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示例性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为高精度石膏砌块轻量化设计孔隙结构优化图；
图2为本发明工艺流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
本发明提供了一种高精度、轻量化石膏砌块，由以下质量百分比的组分构成：固废基硫铝酸盐水泥5％-10％，建筑石膏或副产建筑石膏50％-70％，粉煤灰10-40％，矿渣0-10％，据泥0-30％，减水剂0.02-0.2％，纤维素醚0-0.05％，K12引气剂0％-0.2％，AE引气剂0.02％-0.06％，水灰比0.60-0.75。
所述固废基硫铝酸盐水泥由固废基硫铝酸盐水泥熟料混入副产石膏(脱硫石膏、磷石膏、氟石膏等)、石灰石尾矿，共同粉磨、预混而成。本申请在硫铝酸盐体系中，加入副产石膏和石灰石尾矿，使其参与并促进固废基硫铝酸盐熟料中水化反应，实现了硫铝酸盐水泥的强度的提升。
本申请采用粉煤灰、矿渣、据泥等多种废料混合，使主材石膏的水化产物结构发生改变，制备的石膏砌块具有更优的强度和轻量化效果。
在一些实施例中，所述副产石膏为脱硫石膏、磷石膏或氟石膏中的至少一种，加入量为5～15份。
在一些实施例中，所述灰石尾矿的加入量为5～10份。
为了在高水灰比、高流态下，使制备的石膏砌块的孔隙结构更均匀，本发明对引气剂的类型和组成进行了筛选，发现：采用复合引气剂的发泡速率能够与固废基硫铝酸盐水泥的凝胶化过程更好地匹配，获得孔隙结构更均匀、强度更高的石膏砌块。因此，在一些实施例中，所述第一引气剂为K12引气剂。所述第二引气剂为AE引气剂，二者的组合可以在满足高精度和强度要求的基础上，获得更低的表观密度。
本申请通过加入复合引气剂在砌块中产生分散型微小气泡的同时，还添加了纤维素醚与引气剂作用共同增加石膏基材料的流动性和湿润性，以形成孔隙结构更均匀、强度更高的石膏砌块。
本发明所提出的一种高精度石膏砌块的轻量化设计及其制备方法，包括以下步骤：
(1)利用脱硫石膏25-32份、铝灰21-25份、钢渣25-29份、电石渣19-23份，经100℃以上干燥处理后，将各原料置于球磨机中混合均匀制成生料，细度控制在0.08mm过筛后，筛余量在10％以内；生料的碱度系数、铝硫比、铝硅比控制在0.95-1.05、2.5-3.0、3.0-3.5；随后将生料投入到1200-1250℃的回转窑中保温30-50min，最后制成固废基硫铝酸盐水泥熟料；
(2)将步骤(1)中所制熟料进一步混入5-15份副产石膏(脱硫石膏、磷石膏、氟石膏等)，5-10份石灰石尾矿，共同粉磨、预混，制成固废基硫铝酸盐水泥，备用；
(3)取步骤(2)中固废基硫铝酸盐水泥5-10份，粉煤灰10-40份，矿渣0-10份，据泥0-30份，混入50-70份的建筑石膏或副产建筑石膏中，制成混合料，备用；
(4)取60-75份的自来水，并溶解0.02-0.2份的减水剂，纤维素醚0-0.05％，0-0.2份的K12引气剂，0.02-0.06份的AE引气剂，并快速搅拌20-60s，制成混合溶液，备用；
(5)向步骤(4)中溶液中一次性倒入步骤(3)中混合料，并快速搅拌20-60s；
(6)将步骤(5)中搅拌好的浆体，浇筑到模具中，静养成型10-20min，脱模码垛，自然晾晒，即得到高精度石膏砌块。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
以下实施例中，固废基硫铝酸盐水泥熟料的制备方法为利用脱硫石膏、铝灰、钢渣、电石渣，经100℃以上干燥处理后，将各原料置于球磨机中混合均匀制成生料，细度控制在0.08mm过筛后，筛余量在10％以内；生料的碱度系数、铝硫比、铝硅比控制在1、2.7、3.2；随后将生料投入到1200℃的回转窑中保温40min，最后制成固废基硫铝酸盐水泥熟料。
以下实施例中，各原料、试剂皆为市售产品。
实施例1
高精度石膏砌块的轻量化设计及其制备方法，该石膏砌块由建筑石膏或副产建筑石膏、固废基硫铝酸盐水泥、粉煤灰、矿渣、据泥作为基体胶凝混合料，减水剂、引气剂作为辅助材料先加入定量的水中溶解并高速搅拌，将胶凝混合料倒入水中，一并快速搅拌，最后浇筑、快速成型、自然养护制得。其中制备固废基硫铝酸盐水泥的原材料的来源为：脱硫石膏、铝灰、钢渣、电石渣、石灰石尾矿，这都属于大宗工业固废。减水剂为聚羧酸减水剂，引气剂由K12和AE两种，所述水符合混凝土拌合用水要求。
一种高精度石膏砌块的轻量化设计及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)利用脱硫石膏29份、铝灰23份、钢渣26份、电石渣19份固废协同互补-定向矿化合成固废基硫铝酸盐水泥熟料；
(2)将步骤(1)中所制熟料进一步混入10份副产石膏(氟石膏)，10份石灰石尾矿，共同粉磨、预混，制成固废基硫铝酸盐水泥，备用；
(3)取步骤(2)中固废基硫铝酸盐水泥5份，粉煤灰30份，矿渣2份，据泥0份，混入63份的建筑石膏或副产建筑石膏中，制成混合料，备用；
(4)取63份的自来水，并溶解0.2份的减水剂，0.02份纤维素醚，0.03份的K12引气剂，0.02份的AE引气剂，并快速搅拌30s，制成混合溶液，备用；
(5)向步骤(4)中溶液中一次性倒入步骤(3)中混合料，并快速搅拌30s；
(6)将步骤(5)中搅拌好的浆体，浇筑到模具中，静养成型15min，脱模码垛，自然晾晒，即得到高精度石膏砌块。
实施例2
高精度石膏砌块的轻量化设计及其制备方法，该石膏砌块由建筑石膏或副产建筑石膏、固废基硫铝酸盐水泥、粉煤灰、矿渣、据泥作为基体胶凝混合料，减水剂、引气剂作为辅助材料先加入定量的水中溶解并高速搅拌，将胶凝混合料倒入水中，一并快速搅拌，最后浇筑、快速成型、自然养护制得。其中制备固废基硫铝酸盐水泥的原材料的来源为：脱硫石膏、铝灰、钢渣、电石渣、石灰石尾矿，这都属于大宗工业固废。减水剂为聚羧酸减水剂，引气剂由K12和AE两种，所述水符合混凝土拌合用水要求。
一种高精度石膏砌块的轻量化设计及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)利用脱硫石膏31份、铝灰21份、钢渣29份、电石渣19份固废协同互补-定向矿化合成固废基硫铝酸盐水泥熟料；
(2)将步骤(1)中所制熟料进一步混入15份副产石膏(脱硫石膏)，5份石灰石尾矿，共同粉磨、预混，制成固废基硫铝酸盐水泥，备用；
(3)取步骤(2)中固废基硫铝酸盐水泥5份，粉煤灰10份，矿渣5份，据泥15份，混入65份的建筑石膏或副产建筑石膏中，制成混合料，备用；
(4)取68份的自来水，并溶解0.05份的减水剂，0.01份纤维素醚，0.02份的K12引气剂，0.04份的AE引气剂，并快速搅拌20s，制成混合溶液，备用；
(5)向步骤(4)中溶液中一次性倒入步骤(3)中混合料，并快速搅拌40s；
(6)将步骤(5)中搅拌好的浆体，浇筑到模具中，静养成型13min，脱模码垛，自然晾晒，即得到高精度石膏砌块。
实施例3
高精度石膏砌块的轻量化设计及其制备方法，该石膏砌块由建筑石膏或副产建筑石膏、固废基硫铝酸盐水泥、粉煤灰、矿渣、据泥作为基体胶凝混合料，减水剂、引气剂作为辅助材料先加入定量的水中溶解并高速搅拌，将胶凝混合料倒入水中，一并快速搅拌，最后浇筑、快速成型、自然养护制得。其中制备固废基硫铝酸盐水泥的原材料的来源为：脱硫石膏、铝灰、钢渣、电石渣、石灰石尾矿，这都属于大宗工业固废。减水剂为聚羧酸减水剂，引气剂由K12和AE两种，所述水符合混凝土拌合用水要求。
一种高精度石膏砌块的轻量化设计及其制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)利用脱硫石膏26份、铝灰25份、钢渣29份、电石渣20份固废协同互补-定向矿化合成固废基硫铝酸盐水泥熟料；
(2)将步骤(1)中所制熟料进一步混入5份副产石膏(磷石膏)，5份石灰石尾矿，共同粉磨、预混，制成固废基硫铝酸盐水泥，备用；
(3)取步骤(2)中固废基硫铝酸盐水泥10份，粉煤灰10份，矿渣10份，据泥0份，混入70份的建筑石膏或副产建筑石膏中，制成混合料，备用；
(4)取72份的自来水，并溶解0.1份的减水剂，0.03份纤维素醚，0.01份的K12引气剂，0.03份的AE引气剂，并快速搅拌60s，制成混合溶液，备用；
(5)向步骤(4)中溶液中一次性倒入步骤(3)中混合料，并快速搅拌30s；
(6)将步骤(5)中搅拌好的浆体，浇筑到模具中，静养成型18min，脱模码垛，自然晾晒，即得到高精度石膏砌块。
对比例1
将80份的建筑石膏和20份的粉煤灰混合，加水搅拌，浇筑成型。
对比例2
与实施例1的不同之处在于，固废基硫铝酸盐水泥中未加入副产石膏。
对比例3
与实施例1的不同之处在于，固废基硫铝酸盐水泥中未加入石灰石尾矿。
对比例4
与实施例1的不同之处在于，固废基硫铝酸盐水泥中未加入副产石膏和石灰石尾矿。
表1本申请实施例和对比例制备的高精度石膏砌块性能
由此可知，与对比例4单纯采用固废基硫铝酸盐水泥熟料制备的石膏砌块相比，本发明实施例1采用副产石膏和石灰石尾矿对熟料进行部分替代后的石膏砌块不仅成本和能耗更低、而且在轻量化、强度和耐水性上都略有提升，副产石膏和石灰石尾矿的加入一方面参与并促进水化进程，另一方面替代熟料的量，从而在不影响力学性能的前提下，降低材料的整体成本和能耗。
与对比例4单纯采用固废基硫铝酸盐水泥熟料制备的石膏砌块相比，对比例2采用石灰石尾矿进行部分替代后，石膏砌块的干密度上升，抗压强度和软化系数都略有下降。与对比例4单纯采用固废基硫铝酸盐水泥熟料制备的石膏砌块相比，对比例3采用副产石膏进行部分替代后，石膏砌块的干密度下降，但抗压强度和软化系数都略有下降。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高精度、轻量化石膏砌块，其特征在于，由以下质量百分比的组分构成：固废基硫铝酸盐水泥5％-10％，建筑石膏或副产建筑石膏50％-70％，粉煤灰10-40％，矿渣0-10％，据泥0-30％，减水剂0.02-0.2％，纤维素醚0-0.05％，第一引气剂0％-0.2％，第二引气剂0.02％-0.06％，水灰比0.60-0.75，各原料的百分比之和为100％；
所述固废基硫铝酸盐水泥由固废基硫铝酸盐水泥熟料混入副产石膏、石灰石尾矿，共同粉磨、预混而成。
2.如权利要求1所述的高精度、轻量化石膏砌块，其特征在于，所述固废基硫铝酸盐水泥熟料由如下重量份的原料组成：脱硫石膏25-32份、铝灰21-25份、钢渣25-29份、电石渣19-23份。
3.如权利要求2所述的高精度、轻量化石膏砌块，其特征在于，所述副产石膏为脱硫石膏、磷石膏或氟石膏中的至少一种，加入量为5～15份。
4.如权利要求1所述的高精度、轻量化石膏砌块，其特征在于，所述灰石尾矿的加入量为5～10份。
5.如权利要求1所述的高精度、轻量化石膏砌块，其特征在于，所述第一引气剂为K12引气剂；
或，所述第二引气剂为AE引气剂。
6.一种高精度、轻量化石膏砌块的制备方法，其特征在于，包括：
将脱硫石膏、铝灰、钢渣、电石渣，混合形成固废基硫铝酸盐水泥熟料；
向所述固废基硫铝酸盐水泥熟料混入副产石膏、石灰石尾矿，共同粉磨、预混，制成固废基硫铝酸盐水泥；
将所述固废基硫铝酸盐水泥、粉煤灰、矿渣、据泥、混入建筑石膏或副产建筑石膏中，制成混合料；
将减水剂、纤维素醚，第一引气剂、第二引气剂依次溶解在水中，混合均匀，制成混合溶液；
向所述混合溶液中加入所述混合料，混合均匀，形成浆体；
将所述浆体浇筑到模具中，静养成型，脱模码垛，自然晾晒，即得。
7.如权利要求4所述的高精度、轻量化石膏砌块的制备方法，其特征在于，将减水剂、纤维素醚，第一引气剂、第二引气剂依次溶解在水中，快速搅拌30～40s。
8.如权利要求4所述的高精度、轻量化石膏砌块的制备方法，其特征在于，将所述混合溶液中一次性倒入混合料中，并快速搅拌30～40s。
9.如权利要求4所述的高精度、轻量化石膏砌块的制备方法，其特征在于，静养成型时间为10～20min。
10.权利要求1-5任一项所述的石膏砌块在建筑领域中的应用。
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