CN117776653A - 一种蒸压砂加气混凝土组合物、砌块及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种蒸压砂加气混凝土组合物、砌块及制备方法。该蒸压砂加气混凝土组合物包括铁尾矿砂、生石灰、地质聚合物材料和脱硫石膏；铁尾矿砂中SiO2的含量≥80wt%；蒸压砂加气混凝土组合物中钙硅比为0.19‑0.61；铁尾矿砂占比50‑79wt%；生石灰的占比为11‑27wt%；地质聚合物材料的占比为8‑26wt%；脱硫石膏占比1‑4wt%；地质聚合物材料包括15‑25wt％的石膏、35‑50wt％的矿粉、10‑20wt％的赤泥、15‑25wt％的粉煤灰和0.5‑2wt％的激发剂，其中，激发剂包括电石渣、碱渣和石灰中的一种或多种。本发明减少了CO2的排放。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种蒸压砂加气混凝土组合物、砌块及制备方法。
背景技术
蒸压砂加气混凝土砌块由于具有重量轻、保温性能好、防火性能优异等优点，其作为建筑材料已经被广泛应用于工业和建筑中。但是，现有的蒸压砂加气混凝土砌块大多数强度较低，难以满足承重要求，限制了其应用。
传统的蒸压砂加气混凝土砌块生产工艺是以用量超过12wt%的硅酸盐水泥作为主要的钙质来源，成品砌块的强度较低且会排出大量的CO2，不能满足更高使用标准的同时还会造成环境问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，提供了一种蒸压砂加气混凝土组合物、砌块及制备方法。
在第一方面，本发明提供了一种蒸压砂加气混凝土组合物，包括铁尾矿砂、生石灰、地质聚合物材料和脱硫石膏。
可选的，所述铁尾矿砂的蒸压活性指数≥100%。
可选的，所述铁尾矿砂的比表面积为300-400m2/g。
可选的，所述铁尾矿砂中SiO2的含量≥80wt%，例如80wt%、83wt%、85wt%、88wt%、90wt%、92wt%、94wt%、96wt%、98wt%或它们之间的任意值。
可选的，所述铁尾矿砂中SiO2的含量≥86wt%。
可选的，所述铁尾矿砂中SiO2的含量≥90wt%。
可选的，所述的铁尾矿砂中SiO2的含量为80-92wt%。本发明使用的铁尾矿砂与现有技术中使用的石英砂相比，铁尾矿砂中活性SiO2的含量较高，可以更容易和低硫型水化硫铝酸钙和生石灰提供的Ca(OH)2反应生成水石榴石和托勃莫来石，而托勃莫来石的蒸压体系下加气混凝土强度的主要来源。
可选的，所述生石灰中CaO含量≥86wt%。
可选的，所述生石灰中CaO含量≥90wt%。
可选的，所述生石灰的消解温度≥85℃。
可选的，所述生石灰的消解时间为12-45min，例如为12min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min。
可选的，所述生石灰的消解时间为20-45min。
可选的，所述的脱硫石膏中的硫酸钙含量≥80wt%。
可选的，所述的脱硫石膏的比表面积为300-750m2/g。
可选的，所述蒸压砂加气混凝土组合物还包括发泡剂和/或稳泡剂。
可选的，所述发泡剂为铝粉。
可选的，所述发泡剂为活性铝含量≥85wt%的铝粉。
可选的，所述发泡剂选用市售的GLS-65水剂型铝粉膏，所用铝粉膏符合JC/T407-2008《加气混凝土用铝膏粉》的要求。
可选的，所述稳泡剂为聚丙烯酰胺。
可选的，所述蒸压砂加气混凝土组合物中钙硅比为0.19-0.61，例如为0.2、0.25、0.3、0.32、0.35、0.38、0.41、0.44、0.47、0.5、0.55、0.6。
可选的，所述蒸压砂加气混凝土组合物中钙硅比为0.35-0.45。
本发明中CaO和SiO2两种物质的摩尔量（钙硅比）均是基于蒸压砂加气混凝土砌块原料中铁尾矿砂、生石灰、地质聚合物材料及脱硫石膏四种原料中CaO和SiO2的摩尔含量计算的。
可选的，基于所述蒸压砂加气混凝土组合物总质量，所述铁尾矿砂占比50-79wt%；例如为50 wt%、52 wt%、55 wt%、58 wt%、60 wt%、62 wt%、65 wt%、68 wt%、70 wt%、72 wt%、75 wt%、77 wt%、79 wt%或它们之间的任意值。
可选的，基于所述蒸压砂加气混凝土组合物总质量，所述铁尾矿砂占比59-77%。
可选的，基于所述蒸压砂加气混凝土组合物总质量，所述生石灰的占比为11-27wt%，例如为11 wt%、13 wt%、15 wt%、17 wt%、19 wt%、21 wt%、23 wt%、25 wt%、27 wt%或它们之间的任意值。
可选的，基于所述蒸压砂加气混凝土组合物总质量，所述生石灰的占比为19-25wt%。
若生石灰掺量太多，不利于向结晶度更好的托勃莫来石转变，会导致抗压强度降低，因此应该控制生石灰加入量在上述范围。
可选的，基于所述蒸压砂加气混凝土组合物总质量，所述地质聚合物材料的占比为8-26wt%，例如为8 wt%、10 wt%、12 wt%、14 wt%、16 wt%、18 wt%、20 wt%、22 wt%、24wt%、26 wt%或它们之间的任意值。
可选的，基于所述蒸压砂加气混凝土组合物总质量，所述地质聚合物材料的占比为14-20wt%。
可选的，基于所述蒸压砂加气混凝土组合物总质量，所述脱硫石膏占比1-4wt%；例如为1 wt%、1.5wt%、2 wt%、2.5wt%、3 wt%、3.5wt%、4 wt%或它们之间的任意值。
可选的，基于所述蒸压砂加气混凝土组合物总质量，所述脱硫石膏占比1.5-3wt%。
若脱硫石膏掺量过多，会导致砌块胚胎的强度形成时间变长，增加生产成本，因此应该控制脱硫石膏加入量在合适的范围。
可选的，基于所述蒸压砂加气混凝土组合物总质量，所述发泡剂占比0-0.12wt%；例如为0.08wt%、0.09wt%、0.10wt%、0.11wt%、0.12wt%或它们之间的任意值。
可选的，基于所述蒸压砂加气混凝土组合物总质量，所述发泡剂占比0.08-0.1wt%。
可选的，基于所述蒸压砂加气混凝土组合物总质量，所述稳泡剂占比0-0.1wt%，例如为0.05wt%、0.06wt%、0.07wt%、0.08wt%、0.09wt%、0.1wt%。
可选的，以重量百分比计，所述蒸压砂加气混凝土组合物包括：铁尾矿砂60-77%，生石灰19-25%，地质聚合物材料14-20%，脱硫石膏1.5-3%。
可选的，所述地质聚合物材料的初凝时间大于150min，和/或终凝时间小于300min，和/或胶砂1d抗压强度大于6.5MPa、3d抗压强度大于20MPa、7d抗压强度大于30MPa、28d抗压强度大于50MPa。
可选的，所述地质聚合物材料包括石膏、矿粉、赤泥、粉煤灰和激发剂。
可选的，所述矿粉选自S95级矿粉和/或S105级矿粉。所述矿粉为粒化高炉矿渣粉，所述矿粉符合GB/T18046-2008。
可选的，所述地质聚合物材料包括15-25wt％的石膏（例如为15 wt%、17wt%、19wt%、21wt%、23wt%、25wt%）、35-50wt％的矿粉（例如为35wt%、37wt%、39wt%、41wt%、43wt%、45wt%、47wt%、49wt%）、10-20wt％的赤泥（例如为11wt%、13wt%、15wt%、17wt%、19wt%）、15-25wt％的粉煤灰（例如为15 wt%、17wt%、19wt%、21wt%、23wt%、25wt%）和0.5-2wt%的激发剂（例如为0.7wt%、0.9wt%、1.1wt%、1.3wt%、1.5wt%、1.7wt%、1.9wt%），其中，所述激发剂包括电石渣、碱渣和石灰中的一种或多种。
在第二方面，本发明提供了一种蒸压砂加气混凝土砌块，包括本发明第一方面所述的蒸压砂加气混凝土组合物。
可选的，所述蒸压砂加气混凝土砌块由本发明第一方面所述的蒸压砂加气混凝土组合物制备得到。
可选的，所述的蒸压砂加气混凝土砌块的抗压强度≥5MPa。
可选的，所述的蒸压砂加气混凝土砌块的绝干密度＜550kg/m³。
可选的，所述的蒸压砂加气混凝土砌块的绝干密度为480~650kg/m³。
可选的，所述蒸压砂加气混凝土砌块中托勃莫来石的产率为30-65%，例如为32%、37%、42%、47%、52%、57%、62%。
可选的，所述蒸压砂加气混凝土砌块中托勃莫来石的产率为40-65%。
在第三方面，本发明提供一种蒸压砂加气混凝土砌块的制备方法，包括如下步骤：
（1）将本发明第一方面所述的蒸压砂加气混凝土组合物与水混合，得到料浆；
（2）将所述料浆进行蒸汽养护和切割，得到砌块胚体；
（3）将所述砌块胚体进行蒸压养护，得到所述蒸压砂加气混凝土砌块。
可选的，步骤（1）中，水的含量为所述蒸压砂加气混凝土组合物总质量的50-75wt%，例如为50wt%、55wt%、60wt%、65wt%、70wt%、75wt%；本发明所使用的水可以是正常生活用水。
可选的，步骤（1）中，混合的温度为45-50℃，例如45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃。
可选的，步骤（2）中，所述蒸汽养护的温度为50-70℃，例如为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃；所述蒸汽养护的时间为7-12h；例如为7 h、8h、9 h、10 h、11 h、12 h。
可选的，步骤（3）中，所述蒸压养护的压力为1.0-1.4MPa，例如为1.0MPa、1.1 MPa、1.2 MPa、1.3 MPa，所述蒸压养护的温度为170-200℃，例如为170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃，蒸压养护时间为5-9h，例如为5h、6 h、7 h、8 h、9 h。
可选的，所述制备方法如下步骤：
S1.将所述铁尾矿砂、生石灰、地质聚合物材料、脱硫石膏和水混合，得到料浆。
S2.将发泡剂与料浆混合，发气，注模，50-70℃养护7-12小时，得到砌块胚体。
S3.所述的砌块胚体放入蒸压釜中，1-1.4MPa和170-200℃下养护6-9小时，得到蒸压砂加气混凝土砌块。
可选的，所述制备方法包括以下步骤：
①将铁尾矿砂、生石灰、地质聚合物材料和脱硫石膏充分混合，加入45-50℃温水，控制料浆扩散度达到200-220mm，并加入铝膏粉悬浊液，进行发气。
②将发气后的料浆浇注到40mm×40mm×160mm的三联模具中，放入50-70℃，例如62.5℃高温蒸汽养护箱中养护7-12小时，例如9小时，切割并拆模。
③将切割后的砌块胚体放入蒸压釜中，设置条件压力为1-1.4MPa例如1.2MPa，温度为170-200℃，例如180℃，恒温养护6-9小时例如8小时，得到蒸压砂加气混凝土砌块。
本发明利用铁尾矿砂和地质聚合物材料，提高了对大宗型固体废弃物的利用率，并且减少了CO2的排放。本发明用固废基的地质聚合物材料作为主要钙质来源来制备加气混凝土砌块，避免了传统硅酸盐水泥的使用，降低了蒸压砂加气混凝土砌块的生产成本。本发明通过高活性铁尾矿砂和地质聚合物的使用，大大提高了蒸压砂加气混凝土砌块的力学性能，符合GB/T11968-2020《蒸压加气混凝土砌块》的要求。
本发明蒸压砂加气混凝土砌块以固废基地质聚合物材料代替传统的硅酸盐水泥作为钙质来源，通过蒸压工艺即可得到强度在A05和/或B05等级以上的蒸压砂加气混凝土砌块，提高了产品性能和多种工业固体废弃物的利用率，同时有效的降低了蒸压砂加气混凝土砌块的生产成本，为减少CO2排放做出贡献。
附图说明
图1为本发明实施例1-7中矿物原材料中Ca/Si（摩尔比）和试块抗压强度以及绝干密度的关系图；
图2为本发明实施例20制备的蒸压砂加气混凝土砌块的XRD图；
图3为本发明实施例20制备的蒸压砂加气混凝土砌块的宏观孔径分布图；
图4为本发明实施例20制备的蒸压砂加气混凝土砌块的微观形貌图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例与附图，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于构成对本发明的任何限制。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。这样的结构和技术在许多出版物中也进行了描述。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
所用试剂或仪器未注明生产厂家者，均为可以通过市购获得的常规产品。
本发明各实施例中所用的矿粉为S95级矿粉。
以下实施例和对比例中所用的铁尾矿砂蒸压活性指数为Ⅰ级，主要化学成分为：SiO2含量90wt%，Al2O3含量2.8 wt%，Fe2O3含量2.7 wt%，CaO含量2.5 wt%。
以下实施例和对比例中所用的生石灰的CaO含量≥86wt%。
以下实施例中所用的地质聚合物材料为焦作百奥恒新材料有限公司生产的普通型地质聚合物水泥，该普通地质聚合物水泥包括20wt％的石膏、40wt％的矿粉、20wt％的赤泥、20wt％的粉煤灰和1.5wt％的石灰。
以下实施例和对比例中所用的脱硫石膏为盘磨石膏，主要化学成分为：SO3含量为41.06wt%，CaO含量为48.11wt%。
以下实施例和对比例中，蒸压砂加气混凝土砌块的原料的CaO/SiO2（摩尔比）基于生石灰和铁尾矿砂两种原料中CaO和SiO2的含量确定。脱硫石膏中的CaO参与反应的量较少，可以忽略不计。
本发明实施例中蒸压砂加气混凝土砌块的制备方法如下：
（1）按照表1所示的组分称取原料（铁尾矿砂、生石灰、地质聚合物材料和脱硫石膏）；
（2）按照水相当于原料质量的60 %，称取45℃温水600g；按照铝膏粉相当于原料质量的0.1%，称取1g的铝膏粉。
（3）将原料中铁尾矿砂、生石灰、地质聚合物材料和脱硫石膏和水混合，在搅拌锅中变速搅拌2.5min，是的料浆搅拌均匀后，加入铝膏粉，搅拌30s，发气。
（4）将发气完成后的料浆浇注到40mm×40mm×160mm的三联模具中，放入62.5℃蒸汽快速养护箱中高温养护9h，取出模具，用切割机切去面包头并将砌块胚体从模具中取出。
（5）将取出的砌块胚体放入高温蒸压釜中，设置条件压力为1.2MPa，温度为180℃。
高温蒸压釜设置为：
升温阶段：釜温升至180℃，升温时间宜为2h左右，升温速度均匀。
恒温阶段：恒温温度180℃，恒温时间为8h；
降温阶段：降温阶段时间为2h，降温速度均匀。
（6）高温蒸压养护完成后得到砌块样品。所得砌块样品测得抗压强度为5.2MPa，绝干密度为549.5kg/m3。
以实施例19为例，蒸压砂加气混凝土砌块的具体步骤包括：
按照铁尾矿砂57.8wt%、生石灰23.2wt%、地质聚合物材料（GPM）16wt%和脱硫石膏3wt%的重量百分比，称取铁尾矿砂578g、生石灰232g、地质聚合物材料160g和脱硫石膏30g，其CaO/SiO2（摩尔比）为0.43。
按照水相当于粉体组合物质量的60%，称取45℃温水600g；按照铝膏粉相当于粉体组合物质量的0.1%，称取1g的铝膏粉。
将铁尾矿砂、生石灰、地质聚合物材料和脱硫石膏和水混合，在搅拌锅中变速搅拌2.5min，是的料浆搅拌均匀后，加入铝膏粉，搅拌30s，发气。
将发气完成后的料浆浇注到40mm×40mm×160mm的三联模具中，放入62.5℃蒸汽快速养护箱中高温养护9h，取出模具，用切割机切去面包头并将砌块胚体从模具中取出。
将取出的砌块胚体放入高温蒸压釜中，设置条件压力为1.2MPa，温度为180℃。
高温蒸压釜设置为：
升温阶段：釜温升至180℃，升温时间宜为2h左右，升温速度要均匀。
恒温阶段：恒温温度180℃，恒温时间为8h；
降温阶段：降温阶段时间为2h，降温速度要均匀。
高温蒸压养护完成后得到砌块样品。
所得砌块样品测得抗压强度为5.2MPa，绝干密度为549.5kg/m3。
实施例1~31
实施例1~21与实施例22~25的区别在于，蒸压砂加气混凝土砌块各个原料的掺量比例不同，且实施例22~25添加了稳泡剂，其余操作均相同。
实施例22~31为稳泡剂掺量和水料比对抗压强度和绝干密度的影响探究实验。
实施例1~31蒸压砂加气混凝土砌块各个原料重量百分比以及得到的砌块样品的抗压强度和绝干密度等性能参数见表1。
实施例32
改变地质聚合物材料，将激发剂（石灰）替换为NaOH。得到的加气混凝土砌块未能达到国标A05的要求，其他参数如表1所示。
对比例1
将地质聚合物材料替换为普通硅酸盐水泥，得到加气混凝土，性能参数如表1所示。
表1
实施例28所得蒸压砂加气混凝土砌块测得抗压强度为5.2MPa，绝干密度为549.5kg/m3，符合A05 和/或B05的国家标准。
将实施例1至实施例7得到的蒸压砂加气混凝土砌块抗压强度、绝干密度与Ca/Si（摩尔比）的结果如图1所示。根据图1趋势线分析，当体系的Ca/Si（摩尔比）在0.4-0.45之间尤其是0.42-0.44之间时，蒸压砂加气混凝土具有良好的宏观特征。
实施例20制备的蒸压砂加气混凝土砌块的X射线衍射分析如图2所示，表明蒸压砂加气混凝土砌块的矿物相组成其主要是石英、托勃莫来石、方解石、水石榴石以及水化硅酸钙。
实施例20制备的蒸压砂加气混凝土砌块的宏观孔径分布和微观形貌如图3和图4所示，孔径分布较为均匀，其主要是以花瓣状的托勃莫来石以及大量的纤维状的C-S-H水化硅酸钙凝胶存在，其强度主要有托勃莫来石提供。
实施例22至实施例25的得到的蒸压砂加气混凝土砌块在稳泡剂的复配下进一步降低了蒸压砂加气混凝土砌块的绝干密度。
实施例26得到的蒸压砂加气混凝土将水料比调整至0.6，此时的蒸压砂加气混凝土砌块满足A05 和/或B06的国家标准。
对比例1与实施例28得到的蒸压砂加气混凝土砌块相比，对比例1的加气混凝土绝干密度相对较高，不符合国标B05的要求。对比例1中普通型硅酸盐水泥每生产1吨加气混凝土会排放1.1吨的CO2，实施例28所用地质聚合物材料每生产1吨蒸压砂加气混凝土仅会产生0.2吨的CO2，很大程度上降低了CO2的排放量。
从实施例1-32可以看出，本发明以多种工业固废复合而成的组合物作为生产加气混凝土的原材料，减少了传统加气混凝土生产工艺中高能耗、高污染的普通硅酸盐水泥的使用，制备得到性能良好的蒸压砂加气混凝土砌块，且砌块可以根据实际使用情况调整部分工艺得到不同的符合关于加气混凝土砌块国家标准的各种型号的砌块，提高了工业固废的综合利用率，降低了加气混凝土的生产成本。同时，本发明也具备短提模时间，整体力学性能好，生产效率高的优点。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种蒸压砂加气混凝土组合物，包括铁尾矿砂、生石灰、地质聚合物材料和脱硫石膏；
所述铁尾矿砂中SiO2的含量≥80wt%；
所述蒸压砂加气混凝土组合物中钙硅比为0.19-0.61；
基于所述蒸压砂加气混凝土组合物总质量，所述铁尾矿砂占比50-79wt%；
基于所述蒸压砂加气混凝土组合物总质量，所述生石灰的占比为11-27wt%；
基于所述蒸压砂加气混凝土组合物总质量，所述地质聚合物材料的占比为8-26wt%；
基于所述蒸压砂加气混凝土组合物总质量，所述脱硫石膏占比1-4wt%；
所述地质聚合物材料包括15-25wt％的石膏、35-50wt％的矿粉、10-20wt％的赤泥、15-25wt％的粉煤灰和0.5-2wt％的激发剂，其中，所述激发剂包括电石渣、碱渣和石灰中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的蒸压砂加气混凝土组合物，其特征在于，所述蒸压砂加气混凝土组合物还包括发泡剂和/或稳泡剂；所述发泡剂为铝粉；所述稳泡剂为聚丙烯酰胺。
3.根据权利要求1所述的蒸压砂加气混凝土组合物，其特征在于，所述矿粉选自S95级矿粉和/或S105级矿粉。
4.根据权利要求2所述的蒸压砂加气混凝土组合物，其特征在于，基于所述蒸压砂加气混凝土组合物总质量，所述发泡剂占比0-0.12wt%。
5.根据权利要求2所述的蒸压砂加气混凝土组合物，其特征在于，基于所述蒸压砂加气混凝土组合物总质量，所述稳泡剂占比0-0.1wt%。
6.一种蒸压砂加气混凝土砌块，包括权利要求1-5中任一项所述的蒸压砂加气混凝土组合物。
7.根据权利要求6所述的蒸压砂加气混凝土砌块，其特征在于，所述的蒸压砂加气混凝土砌块的抗压强度≥5MPa，和/或所述的蒸压砂加气混凝土砌块的绝干密度＜550kg/m3。
8.一种蒸压砂加气混凝土砌块的制备方法，包括如下步骤：
（1）将权利要求1-5中任一项所述的蒸压砂加气混凝土组合物与水混合，得到料浆；
（2）将所述料浆进行蒸汽养护和切割，得到砌块胚体；
（3）将所述砌块胚体进行蒸压养护，得到所述蒸压砂加气混凝土砌块。
9.根据权利要求8所述的一种蒸压砂加气混凝土砌块的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，水的含量为所述蒸压砂加气混凝土组合物总质量的50-75wt%；
和/或，步骤（1）中，混合的温度为45-50℃。
10.根据权利要求8所述的一种蒸压砂加气混凝土砌块的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述蒸汽养护的温度为50-70℃，所述蒸汽养护的时间为7-12h；
和/或，步骤（3）中，所述蒸压养护的压力为1.0-1.4MPa，所述蒸压养护的温度为170-200℃，蒸压养护时间为5-9h。
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