CN1313258A - 一种粉煤灰固化剂和墙体材料的生产技术 - Google Patents

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刘文永
张金涛
崔力琴
赵柳分
王占安
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Abstract

本发明公开了一种粉煤灰固化剂和墙体材料的生产技术,在常温常压的条件下,固化剂与粉煤灰加水后直接振动加压成型制成承重墙体材料;固化剂由炉渣、石膏、石灰和激发素制成,激发素经煅烧制成。该技术的特点在于用固化剂直接激发粉煤灰的活性,使墙体材料的粉煤灰含量高达80%-90%、抗压强度达到10-20MPa以上,与传统方法比较,粉煤灰掺加量提高一倍以上,可以大大提高粉煤灰的利用率,具有更显著的经济效益、社会效益和环境效益。

Description

一种粉煤灰固化剂和墙体材料的生产技术
一种粉煤灰固化剂和墙体材料(简称“墙材”)的生产技术涉及到用粉煤灰固化剂,将电厂粉煤灰或在其中加入水泥、沙、石料、轻质骨料、煤矸石、尾砂、建筑垃圾、赤泥等固体工业废料与固化剂和水混合均匀,用固化剂直接激发粉煤灰的活性,在常温常压的情况下将粉煤灰直接加工制成墙体材料,在强度指标达到承重标准的条件下,粉煤灰掺量达到80%-90%,是建筑材料领域粉煤灰利用技术的一项重大突破。
我国墙体砖主要是烧结粘土砖,随着国家墙体材料改革和限制实心粘土砖的生产和使用政策的实施,到目前为止,新型墙材所占比重已达到26%,节能建筑面积达到9000万平方米。“十五”期间我国墙材发展方向重点是环境保护和工业固体废料的资源化的综合利用。
目前国内生产空心砖、砌块的粉煤灰掺加量一般在30%左右,在德国固体废料掺加量达到25%,其抗压强度一般为10-15MPa。粉煤灰目前的综合利用主要作为掺合料加入熟料用于制造水泥。如:申请号为87100904的专利文献,介绍了用高钙粉煤灰生产水泥的方法,是在磨细的水泥熟料和粉煤灰的混合料中掺入火山灰质材料,制造出粉煤灰水泥。申请号为91106935的专利,介绍的是一种改性粉煤灰及其处理工艺和应用技术。在粉煤灰中掺入矿渣、石膏磨细后掺入熟料中用于生产粉煤灰硅酸盐水泥。申请号为93112178的专利,介绍的是用粉煤灰、矿渣和硅灰混合磨细后掺入水泥熟料中生产水泥,可以降低水泥熟料的掺入量。申请号为93117307的专利,介绍的是以粉煤灰、矿渣为基本原料,加入石灰、石膏、铝粉、氯化镁等生产矿渣水泥,减少水泥的生产成本。申请号为95107331的专利,公开了一种将矿渣、粉煤灰复合转化为高氧化铝相,通过石膏的添加量改进炉渣水泥的制造方法。申请号为96118276的专利,公开了一种无熟料免烧粉煤灰水泥,其中含有粉煤灰、矿渣、石灰、石膏、钢渣、外加剂经烘干磨细后制成了粉煤灰水泥。申请号为97107309的专利,公开了一种大掺量矿渣、粉煤灰水泥激发剂及应用技术。其水泥激发剂主要由石灰、石膏、高效减水剂、明矾、硫酸钠和氧化锌组成,其结果是提高水泥中矿渣和粉煤灰中的掺量。申请号为98125918的发明专利,公开了一种免蒸养快速生产粉煤灰砖的工艺方法,该方法以粉煤灰、煤渣、电石渣、矿渣、铁渣、磷渣、磷石膏等工业废料为基本原料,以高分子复合型材料为添加剂,经计量第一次轮碾、消化;第二次轮碾、成型、热空气循环等工艺制成制品。《新型建筑材料》1998年第1 2期P16-P17刊登“免蒸粉煤灰小型空心砌块的研制”,用湿排粉煤灰作基料,425#水泥为胶结剂、黄沙、石子为骨料,用碱性激发剂、水玻璃、芒硝、三乙醇胺、FDN减水剂制造砌块,其配比为水泥12%,粉煤灰38%,石子35%,砂1 5%,水固比0.22-0.25,其7天抗压强度为2-4MPa,28天强度为6-8MPa。《新型建筑材料》1999年第12期P22-P23“高掺量粉煤灰承重混凝土小型空心砌块的研究”,介绍了用425#普通硅酸盐水泥作胶结剂,用石子、砂子作骨料,粉煤灰掺量为30-50%经振动成型养护,28天抗压强度为11-13MPa。
美国专利5916362公开了一种用石灰石、粘土、铜渣、粉煤灰、镁渣,经混合、磨细、成型,在1450℃电炉中煅浇90分钟,自然冷却,再掺进石膏,磨细到比表面积为每克3400平方厘米制成水泥的方法。
本发明的特点在于固化剂与粉煤灰加水后直接混合均匀,经振动加压成型后,制成粉煤灰含量高达80%-90%、抗压强度达到10-20MPa以上的承重粉煤灰墙材。与传统方法比较,在达到承重墙材标准的条件下,其粉煤灰掺加量提高一倍以上,可以大大提高粉煤灰的利用率,减少环境污染,变废为宝,化害为利,具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。
本发明公开了一种用粉煤灰与固化剂混合均匀直接固化挤压成型为建筑制品的技术,建筑制品是砖类和板类制品。所述粉煤灰是低钙粉煤灰、高钙粉煤灰和改性粉煤灰一种或几种不同比例的混合物。在粉煤灰中可以掺加惰性骨料,包括水泥、煤矸石、建筑垃圾、工业固体废料。根据制品的强度要求,粉煤灰按比例(重量比)占30-90%,固化剂按比例(重量比)占2-65%,水按比例(重量比)占5-20%。混合均匀后,装入模具中经振动和加压成型,在标准箱中养护7天后,自然养护28天的抗压强度达到承重墙材标准。
上述粉煤灰固化剂由炉渣、石膏、石灰和激发素组成。所述炉渣是矿渣、铜渣、钛渣、镍渣、锌渣、钢渣的一种或几种不同比例的混合物。所述石膏是煅烧石膏、无水石膏、半水石膏、二水石膏、磷石膏、氟石膏的一种或几种不同比例的混合物。所述石灰是生石灰和熟石灰的一种或两种不同比例的混合物。按所确定的配比混合均匀,在球磨机中磨细到每公斤比表面积380平方米。
在固化剂中各成份组成所占比例(重量比)是:炉渣一般占50-90%,最好占70-85%;石膏一般占3-30%,最好占5-15%;石灰一般占3-20%,最好占5-15%,激发素占1-10%。所述激发素是由煅浇(ds)和非煅烧(fd)两部分组成,煅烧部分按比例(重量比)占20-40%,非煅烧部分按比例(重量比)占60-80%。煅烧部分由石膏、铝矾土、石灰石、粘土组成;非煅烧部分由强碱金属硫酸盐(如硫酸钾、硫酸钠)、强碱金属氯化盐、锂盐或氢氧化锂、铵盐、食糖或糖钙、核心素组成。组成激发素中煅烧成份按比例(重量比)各占:石膏20-50%,铝钒土20-30%,石灰石10-30%,粘土10-20%。混合磨细至50-100目,在高温炉中1150-1 350℃煅烧40-160分钟,自然冷却。激发素中非煅烧部分组成按比例(重量比)各占:强碱金属硫酸盐10-40%,强碱金属氯化盐10-40%,锂盐或氢氧化锂中的一种或两种混合物1-5%,铵盐10-30%,食糖1-5%,核心素3-10%。
实例一:1、低钙粉煤灰占80%,化学成份如下,
化学成份 SiO2  Al2O3  Fe2O3  TiO2  CaO  MgO
含量% 65.94  22.65  1.86  2.3  0.84  0.96  94.65
2、固化剂占20%按如下配比制备:
矿渣82%、无水石膏9%、生石灰3%、激发素6%●矿渣的化学成份
化学成份 SiO2  Al2O3  Fe2O3  MnO  CaO  MgO  K2O  Na2O    ∑
含量% 34.68  13.92   0.57  0.76  35.36  10.39  0.46  0.37     96.51
●石膏的化学成份
化学成份 SiO2 Al2O3  Fe2O3  SO3  CaO  MgO  K2O     ∑
含量%  1.42  0.18   0.06  54.13  39.76  2.12  0.18     97.85
●激发素煅烧(DS)部分(占30%)的制备:石膏55%、铝矾土20%、石灰石13%、粘土12%混合磨细至50-100目,高温1250℃煅烧100分钟,自然冷却至常温。●激发素(FD)部分(占70%)的制备:硫酸钠26%、氯化钠28%、氢氧化锂4%、硝酸铵32%、蔗糖2%、核心素8%。将上述成份混合均匀,磨细至每公斤比表面积380平方米粉状,制成固化剂成品。3、按水固比0.18/1混合均匀装入模具中,振动加压,制成制品,在标准养护箱中养护,分别测定3天、7天、28天抗折强度和抗压强度,测定结果如下:
实验序号     抗折 强度(MPa)     抗压强度(MPa)
    3天     7天     28天     3天     7天     28天
    试样1     2.80     3.30     3.60     8.90     11.80     18.70
    试样2     3.10     3.54     4.15     8.70     13.80     19.10
    试样3     2.30     3.44     5.10     7.20     12.70     17.90
    试样4     2.95     4.30     4.61     11.20     15.60     20.10
    试样5     2.65     4.53     4.85     8.62     13.80     18.90
    试样6     2.85     4.34     4.68     9.48     13.20     19.70
    平均     2.77     3.90     4.49     9.01     13.48     19.07
在粉煤灰掺量高达80%-90%的条件下,试样的28天抗压强度达到17-20兆帕,比现有技术提高了一倍左右。实例二:
1、粉煤灰化学成份如下:
化学成份 SiO2  Al2O3  Fe2O3  CaO  MgO  K2O     ∑
含量% 39.12  27.53  3.76  17.51  2.85  1.31     92.08
2、固化剂在实例一中其他成份不变,矿渣、钢渣按1∶1混合。石膏按煅烧磷石膏和二水石膏按1∶1混合。3、粉煤灰和固化剂按9∶1混合。水固比0.2/1混合均匀入模,振动加压成型,在标准养护箱中养护,分别测定3天、7天、28天抗折强度和抗压强度,测定结果如下:
实验序号     抗折强度(MPa)     抗压强度(MPa)
    3天     7天     28天     3天     7天     28天
试样1     1.34     2.45     3.12     4.11     6.14     8.84
试样2     1.55     3.10     3.28     3.98     6.87     9.01
试样3     1.26     2.18     2.85     3.26     6.34     7.89
试样4     1.48     2.37     2.70     3.66     6.09     8.43
试样5     1.17     1.54     2.21     3.37     8.14     9.60
试样6     1.45     1.73     2.85     4.01     6.74     8.61
 平均     1.37     2.23     2.84     3.73     6.72     8.73
实验结果表明,将工业固体废料磷石膏煅烧处理后可以代替天然石膏,将工业垃圾资源化。实例三:1、粉煤灰与黏土与细河沙按重量比为3∶3∶4的比例混合均匀。2、固化剂按实例一的配比制备。3、按水固比0.4∶3.5混合均匀,装入模具中,经振动加压成型,在标准箱中养护,分别测定3天、7天、28天抗压和抗折强度,结果如下:
实验序号     抗折强度(MPa)     抗压强度(MPa)
    3天     7天     28天     3天     7天     28天
    试样1     3.85     7.68     8.29     22.8     30.8     41.9
    试样2     3.55     7.95     9.25     18.9     28.7     42.1
    试样3     4.01     6.75     8.67     21.9     26.4     39.2
    试样4     6.57     8.92     9.81     24.9     32.9     47.1
    试样5     4.06     7.69     10.65     16.8     28.9     45.6
    试样6     6.66     7.85     10.2     25.3     33.9     47.8
    平均     4.78     7.81     9.48     21.77     30.27     43.95
在掺入沙和石料后,即粉煤灰的掺量与现有技术(用水泥作胶结剂)相同的条件下,其强度指标提高了3-4倍。

Claims (12)

1、一种用粉煤灰固化剂和墙体材料的生产技术,其特征在于在常温常压条件下,将粉煤灰与固化剂和水混合均匀,用固化剂直接激发粉煤灰的活性,经振动加压成型制成粉煤灰含量达80%-90%、抗压强度达到10-20兆帕的承重墙体材料。
2、一种用粉煤灰固化剂固结粉煤灰生产的墙体材料,其特征在于所述的粉煤灰是低钙粉煤灰、高钙粉煤灰、改性粉煤灰的一种或几种不同比例的混合物。在粉煤灰中可以掺加惰性骨料,包括水泥、沙、石料、轻质骨料、煤矸石、尾砂、建筑垃圾赤泥等工业固体废料。根据制品的强度要求,粉煤灰按比例(重量比)占30-90%,固化剂按比例(重量比)占2-65%,水按比例(重量比)占5-20%。
3、一种粉煤灰固化剂的生产技术其特征在于所述的粉煤灰固化剂由炉渣、石膏、石灰和激发素组成。所述的炉渣是矿渣、铜渣、钛渣、镍渣、锌渣、钢渣的一种或几种不同比例的混合物。所述的石膏是煅烧石膏、无水石膏、半水石膏、二水石膏、磷石膏、氟石膏的一种或几种不同比例的混合物。所述的石灰是生石灰和熟石灰的一种或两种不同比例的混合物。
4、一种粉煤灰固化剂其特征在于各组成成份所占比例(重量比)是:炉渣一般占50-90%,最好占70-85%;石膏一般占3-30%,最好占5-15%;石灰一般占3-20%,最好占5-15%,激发素占1-10%。
5、按照权利要求4所述的激发素其特征在于激发素由煅烧(DS)部分和非煅烧(FD)两部分组成,煅烧(DS)部分按比例(重量比)占20-40%,非煅烧(FD)部分按比例(重量比)占60-80%。
6、按照权利要求5所述的组成激发素的煅烧(DS)部分其特征在于煅烧(DS)部分由石膏、铝矾土、石灰石、粘土组成;
7、按照权利要求5所述的组成激发素的非煅烧(FD)部分其特征在于非煅烧(FD)部分由强碱金属硫酸盐(如硫酸钾、硫酸钠)、强碱金属氯化盐、锂盐和氢氧化锂、铵盐、食糖及核心素组成。
8、按照权利要求6所述的组成激发素中煅烧(DS)部分其特征在于煅烧(DS)部分的成份所占比例(按重量比):石膏20-50%,铝矾土20-30%,石灰石10-30%,粘土10-20%。
9、按照权利要求7所述激发素中非煅烧(FD)部分组成其特征在于非煅烧(FD)部分的成份所占比例(按重量比):强碱金属硫酸盐10-40%,强碱金属氯化盐10-40%,锂盐或氢氧化锂中的一种或两种混合物1-5%,铵盐10-30%,食糖1-5%,核心素3-10%。
10、按照权利要求3所述的粉煤灰固化剂生产技术其特征在于各组成成份磨细至比表面积达到每公斤380平方米以上。
11、按照权利要求1所述的粉煤灰固化剂固结粉煤灰生产墙体材料的技术其特征在于用粉煤灰、固化剂和水均匀混合后振动成型制成的粉煤灰墙体材料,在温度为10-40℃、湿度为50-90%、气压在0.08-1.2兆帕的条件下养护至28天,其强度达到承重墙体材料标准的要求。
12、按照权利要求1、2、3、4所述的粉煤灰固化剂、粉煤灰墙体材料的生产技术,其特征在于所述的粉煤灰固化剂、粉煤灰墙体材料的生产技术可用于矿山、水利、交通领域的尾砂固化处理、堤坝渠道泥土的防渗加固、路基、护坡的加固。
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