CN1919781A - 用化学石膏和工业废料制成的石膏砌块及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用化学石膏和工业废料制作的石膏砌块及其制备方法，是用化学石膏和工业废料制成的耐水性强、隔音性好的石膏砌块及其制备方法。其特别之处在于：所述的化学石膏是由水化速度不同、水化后晶体结构不同的无水石膏和经炒制而成的半水石膏两种组份配合而成的，无水石膏和半水石膏之比为2∶1～3∶1；水化过程为收缩过程的水泥和水化过程为微膨胀过程的无水石膏的比例为1∶12～1∶3；原料中不掺入起降低制品容重作用的轻质骨料，原料中加入能在砌块中产生分散型微小气泡的引气剂。本发明大量利用了工业废料，原材料廉价可得，利废、节能、环保。克服了传统石膏砌块耐水性差的弱点，强度、保温、隔热、隔音性能更好。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑物非承重内隔墙石膏砌块及其制备方法，特别是一种用化学石膏和工业废料制成的耐水性强、隔音性好的石膏砌块及其制备方法。
背景技术
传统的石膏砌块大多采用天然二水石膏(或化学二水石膏)炒制成半水石膏后，加入一定量的轻骨料(也有的加入少量粉煤灰等掺合料)，加水搅拌，浇注成型而成。虽然其生产工艺简单，产品的抗折、抗压强度能满足规范要求，也具有一定的保温、隔热的建筑性能，但由于成本较高，尤其是耐水性较差，在卫生间、厨房等部位使用时还需另做防水处理，施工上比较麻烦，防水处理效果也不理想，因此推广起来有一定的难度。
据调查，各种工业废料很多，例如化学石膏是某种工业产品生产过程中由化学反应生成的以硫酸钙(含零至两个结晶水)为主要成分的副产品或废渣，化学石膏来源广泛，其中无水石膏无需炒制，节约能源，价格低廉，可用以生产石膏砌块。还有其它工业废料如粉煤灰、矿渣、钢渣等，它们的排放既占用农田又污染环境，如何合理利用以上废料，变废为宝，也是解决环境污染问题的积极的技术措施。
中国专利文献公开的以石膏、化学石膏和其它工业废料制造的石膏砌块类申请已有不少，其中有关提高防水性能的申请也有不少。如专利申请号为2003101116312，名称为“一种高强防水石膏制品的生产配方”的专利申请中公开了以石膏粉、聚乙烯醇、盐酸、水组成的防水石膏的配方。专利申请号为20031011511937，名称为“耐水性好的石膏墙体材料及该材料制成的墙板”的专利申请文件中公开了以水溶性苯丙乳液来提高制品的防水性的技术方案。专利号为931153359X，名称为“耐水石膏制品”的专利文件中公开了以石膏、硅油乳化物、玻璃纤维、钙的硅酸盐组成配方的耐水石膏制品。以上公开技术中的主原料及配比基本上还是石膏、水泥、轻骨料几大块。对于提高防水性能所采用的技术方案主要是加入各种防水剂，并采用直接加入的方法。现有技术中也有将防水剂涂敷在制品表面的作法。总体来说本申请人认为以上方法都是“治标”办法，也即是“对症下药”的办法。这些办法由于未涉及事物的本质规律，因而技术效果不是十分理想。
另一些专利文献中公开了另一种技术路线的发明。如申请号为0215331749，名称为“一种防潮石膏砌块的制备方法”的专利申请中公开了以建筑石膏、高炉矿渣、石灰或电石渣、硫酸铝或明矾石制备的石膏砌块，认为其提高防潮性能的机理在于：石膏制品的上述配方使其由气硬性转变为水硬性，制品密度加大了。申请号为031028047，名称为“防水石膏砌块”的专利申请公开了以石膏、矿渣、水泥、粉煤灰、硅灰制成的砌块，申请人认为形成了钙钒石结晶体，改善了耐水性。
但是也有一些专利申请对钙钒石的形成是否有利持否定态度。如美国国民石膏公司的申请号为988052547名称为“含石膏的胶凝性胶结剂和由其制备的组合物和材料”的专利申请说明书第1页第2段是这样说的：“试图通过使波特兰水泥和半水硫酸钙混合来改善石膏板的抗水性所取得的成功是有限的，因为这样的混合物导致形成钙钒石，而钙钒石引起石膏/波特兰水泥制品膨胀，并因此导致其损坏。”在该申请说明书第6页第4段还指出：“加入硅灰，阻止钙钒石的形成。”
发明内容
针对现有技术的上述情况，本申请的目的是提供一种化学石膏和其它工业废料制成的石膏砌块及其制备方法。本方案利用工业废料达到原料总量的70％以上，是变废为宝，治理环境污染的好方法。采用化学石膏为主要原料，通过复合多种无机矿物组分，改变了石膏的水化产物结构，使其产生既具有气硬性的水化产物二水石膏，也具有水硬性的水化产物如钙矾石、水化硅酸钙等。使制品的强度、防水性能得到提高，针对其水化过程既有膨胀的特性又有收缩的特性，采用优化后的配比使膨胀与收缩达到平衡，制品的体积稳定，不会因膨胀或收缩产生破坏。从而得到一种防水性能好的以废料为主原料的石膏砌块。
本发明的目的是这样实现的：本发明的用化学石膏和工业废料制作的石膏砌块原料中含有化学石膏、工业废料、水泥，原料经混合、浇注而成石膏砌块，本发明的特别之处在于：所述的化学石膏是由水化速度不同、水化后晶体结构不同的无水石膏和经炒制而成的半水石膏两种组份配合而成的，无水石膏和半水石膏之比为2∶1～3∶1；水化过程为收缩过程的水泥和水化过程为微膨胀过程的无水石膏的比例为1∶12～1∶3；原料中不掺入起降低制品容重作用的轻质骨料，原料中加入能在砌块中产生分散型微小气泡的引气剂。
所述的石膏砌块原料的组份和含量为：
无水石膏 45％～60％
激发剂 0.4％1.2％
半水石膏 20％～35％
活性工业废料 10％～20％
水泥 5％～15％
引气剂 0.04％～0.07％。
所述的引气剂为乳化松香、木钙或苯磺酸钠，其中优选的是乳化松香。
本发明的用化学石膏和工业废料制作的石膏砌块的制备方法，包括原料混匀、加水搅拌、浇注入膜、机械脱膜、及自然养护工序，其特别之处在于：将无水石膏、半水石膏、活性工业废料均粉磨到通过140目筛的筛余小于12％；其中半水石膏是由二水石膏在120℃～210℃温度下炒制后磨细；引气剂配制成0.8％～1.2％重量百分比的稀溶液加入，加入引气剂时采用中等搅拌速度，搅拌速度应控制在280～320转/分钟，搅拌时间应根据物料的多少确定，一般控制在30～60秒钟。
上述的引气剂中乳化松香的制备过程如下：将固体松香与NaOH按6∶1称量后放入约为其体积10倍的水中，缓慢加温并不断搅拌，控制温度在80±10℃，直到松香完全溶解成乳液为止，将此松香乳液稀释为含松香为0.8％～1.2％重量百分比的稀溶液备用。优选乳化松香是因为松香价廉，引气效果好，且对制品强度影响较小。
所述的工业废料是干排粉煤灰或/和矿渣或/和钢渣。所述的水泥为PO32.5或更高标号的硅酸盐水泥。所述的激发剂是明矾、石灰、煅烧白云石、Na2SO4、NaHSO4；其中优选的是煅烧并磨细的明矾，煅烧温度一般控制在180℃～260℃，细度为140目。所述的砌块是实心砌块、空心砌块及板材。
本发明大量利用了工业废石膏和其它一些具有一定活性的工业废料，原材料廉价可得，利废、节能、环保。多种废料按一定比例混合，使其主材石膏的水化产物结构发生改变，从而使砌块强度大幅提高，耐水性增强，不但克服了传统石膏砌块耐水性差的弱点，而且其强度、保温、隔热、隔音性能更好，特别是隔音声阻≥44分贝，是同等厚度石膏砌块中的最先进指标。
用以下三个实例来对比并说明本发明的积极效果，其中编号①的为纯化学石膏制成的砌块，编号②的为本发明的一实施例，编号③的为本发明的另一实施例，其原料配比见表1。
表1
| 编号 | 材料配比(％) | 水灰比 | |||||
| 无水石膏 | 激发剂 | 半水石膏 | 粉煤灰 | 水泥 | 引气剂 | ||
| ① | 99.94 | 0.06 | 0.62 | ||||
| ② | 45 | 0.9 | 34.04 | 14 | 6 | 0.06 | 0.62 |
| ③ | 55 | 1.1 | 18.84 | 13 | 12 | 0.06 | 0.62 |
注：配方中激发剂选用煅烧并磨细的明矾。引气剂为乳化松香的水溶液。
对应的性能测试数据如下表2。
表2
| 编号 | 28天烘干强度(MPa) | 容重(kg/m3) | 软化系数 | |
| 抗折 | 抗压 | |||
| ① | 2.4 | 5.6 | 862 | 0.48 |
| ② | 3.1 | 7.9 | 983 | 0.72 |
| ③ | 3.5 | 9.6 | 1046 | 0.81 |
从以上检测数据分析比较，本发明生产的砌块②、③与传统石膏砌块①相比，除了容重有所增加之外，其强度和耐水性都有明显提高，这也是本发明的有益效果。
附图说明
附图1为编号①的纯化学石膏砌块的电镜照片示意图；
附图2为编号②的本发明的一实施例的电镜照片示意图；
附图3为编号②的本发明的一实施例的另一电镜照片示意图；
附图4为编号③的本发明的另一实施例的电镜照片示意图；
附图5为编号③的本发明的另一实施例的另一电镜照片示意图；
附图6为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。本申请人认为，石膏砌块性能的改善还应从研究石膏本身的凝结硬化机理和规律上下功夫，在充分了解和认识上述机理和规律的基础上，本申请人提出了另一种思路：以化学石膏为主，复合多种无机矿物组分生产石膏砌块。从制品的水化产物上看，既具有气硬性的水化产物二水石膏，也具有水硬性的水化产物如钙矾石、水化硅酸钙等。产生的水化产物硅酸钙凝胶填充在二水石膏晶体的空隙之间，从而使制品的微观结构更加致密，物理性能得到优化。既保留了石膏材料的优点，又解决了石膏材料存在的缺陷。
从理论上讲，无水石膏的水化比半水石膏水化慢得多，但其最终水化产物也是二水石膏，其水化过程是一个微膨胀过程；水泥水化是一个收缩过程，以上两种材料膨胀、收缩峰值时间又不一致，这就是一对矛盾。可想而知，单种组分的过多、过少都会造成砌块体积的不稳定，因此它们之间要有一个合适的比例。
无水石膏和半水石膏水化的最终产物都是二水硫酸钙，但从微观结构上看是不同的，无水石膏水化后，晶体结构密实、复杂，强度高的多，但无水石膏的水化比半水石膏水化慢的多，也就是说，早期强度低，表现在工业生产上，就是不能及时脱膜，若全部使用无水石膏，则难以实现大规模、自动化生产。如果掺入一定量的半水石膏，制品几分钟就可以脱膜。因此我们采用了一定比例的配合方案。它既满足了工业化生产的需要，而且产品性能比单纯用半水石膏生产的传统石膏制品好。
引气剂的引入是为了降低制品的重量，传统石膏砌块生产是通过掺入一定的轻骨料来达到此目的，但其成本较高。本发明不掺入轻骨料，而是通过引入一定量的引气剂达到降低容重的目的。引气剂引气的原理是它们能在混合料浆体搅拌的过程中产生大量的气泡，在制品干燥过程中，气泡中的水分散失后形成空洞，从而降低了制品的容重。引气剂的引气效果与搅拌速度和时间有关，搅拌速度过快、过慢，均不能达到理想的引气效果。搅拌过快、时间过长，产生的气泡容易破裂，气泡数量少；反之，搅拌过慢、时间过短，引气剂在浆体中分散不匀，不能产生大量的气泡，也起不到降低容重的作用。值得注意的是引气剂掺量应适中，掺量低，引气效果不好，掺量过高，又会引起制品的强度大幅度降低。
从附图提供的电镜照片上看出，本发明的技术方案取得了实际的积极的技术效果，也间接地反应了本发明的凝结硬化有所不同。图1为编号①的纯化学石膏砌块的样本，它是以纯化学石膏制成的，从电镜图片看，它的生成物基本是二水石膏的柱板状晶体。晶体结构疏松，表面光滑无嵌锁，这也是石膏制品强度不高，易遭水浸在层间破坏的原因。
附图2、3为编号②的本发明的一实施例的样本，其结构复杂一些，既有二水石膏晶体，也有部分水化硫铝酸钙的棒柱状晶体，也清晰可见水化硅酸钙凝胶，特别是从附图3中看到晶体比纯石膏的晶体长且凝胶生长在晶体间，结构要密实一些，这决定了其强度较①要高，抵御水浸破坏力强。
附图4、5这两张照片也是放大5000倍电镜拍摄的，但从照片看，晶体很小，结晶细长。从附图5看，是细小晶体生长长成大的晶粒。这比较符合钙钒石的特征。水化产物中也有部分纤维状的水化硅酸钙。钙钒石的增长具有一定的膨胀性，控制膨胀在一定范围，使制品具有微膨胀，可使墙体材料具有许多优点；控制不了膨胀，制品会出现胀裂破坏。这也是我们研究这种材料，寻找最佳配合比克服的主要难题。
本发明以化学石膏为基材，通过复合各种无机活性矿物组分，寻找最佳配合比，改变了石膏制品的水化产物结构，使其既有气硬性材料的特性，也有水硬性材料的特性，既保留了石膏材性的优点，又克服了石膏材料存在强度低、不耐水的固有缺陷。使制品的强度更高，耐水性更强。各种物理性能如保温、隔热、隔音性能更好，特别是隔音声阻≥44分贝。
以下分述本发明的若干个实施例：
表3 几种实例配方
| 编号 | 材料配比(％) | 水灰比 | ||||||
| 无水石膏 | 激发剂 | 半水石膏 | 粉煤灰 | 矿渣 | 水泥 | 引气剂 | ||
| A | 60.0 | 0.6 | 20.0 | 14.34 | 0 | 5.0 | 0.06 | 0.62 |
| B | 55.0 | 0.55 | 20.0 | 6.0 | 4.0 | 14.4 | 0.05 | 0.62 |
| C | 45.0 | 0.45 | 35.0 | 10.0 | 0 | 9.5 | 0.05 | 0.62 |
| D | 60.0 | 0.6 | 20.0 | 0 | 14.33 | 5.0 | 0.07 | 0.62 |
| E | 50.0 | 0.5 | 20.0 | 0 | 19.44 | 10.0 | 0.06 | 0.62 |
| F | 45.0 | 0.45 | 30.0 | 10.0 | 0 | 14.49 | 0.06 | 0.62 |
| G | 50.0 | 0.5 | 25.0 | 10.0 | 0 | 14.43 | 0.07 | 0.62 |
| H | 45.0 | 0.9 | 35.0 | 10.0 | 0 | 9.04 | 0.06 | 0.62 |
| I | 45.0 | 0.45 | 35.0 | 10.0 | 0 | 9.51 | 0.04 | 0.62 |
对应的性能测试数据如下表4。
表4
| 编号 | A | B | C | D | E | F | G | H | I |
| 抗折强度，MPa | 2.9 | 3.2 | 3.0 | 2.9 | 3.1 | 3.1 | 4.2 | 3.8 | 3.5 |
| 抗压强度，MPa | 6.6 | 8.4 | 7.55 | 5.9 | 7.9 | 8.2 | 9.4 | 7.6 | 7.2 |
| 容重，Kg/m3 | 1030 | 1060 | 990 | 1040 | 1045 | 1050 | 1010 | 970 | 1130 |
| 软化系数 | 0.68 | 0.80 | 0.66 | 0.72 | 0.71 | 0.76 | 0.72 | 0.64 | 0.81 |
注：强度为28天烘干强度。
Claims (10)
1、一种用化学石膏和工业废料制作的石膏砌块，原料中含有化学石膏、工业废料、水泥，原料经混合、浇注而成石膏砌块，其特征在于：所述的化学石膏是由水化速度不同、水化后晶体结构不同的无水石膏和经炒制而成的半水石膏两种组份配合而成的，无水石膏和半水石膏之比为2∶1～3∶1；水化过程为收缩过程的水泥和水化过程为微膨胀过程的无水石膏的比例为1∶12～1∶3；原料中不掺入起降低制品容重作用的轻质骨料，原料中加入能在砌块中产生分散型微小气泡的引气剂。
2、根据权利要求1所述的石膏砌块，其特征在于原料由如下组份和含量组成：
无水石膏 45％～60％
激发剂 0.4％～1.2％
半水石膏 20％～35％
活性工业废料 10％～20％
水泥 5％～15％
引气剂 0.04％～0.07％。
3、根据权利要求1或2所述的石膏砌块，其特征在于：所述的引气剂为乳化松香、木钙或苯磺酸钠。
4、一种用化学石膏和工业废料制作的石膏砌块的制备方法，包括原料混匀、加水搅拌、浇注入膜、机械脱膜、及自然养护工序，其特征在于：将无水石膏、半水石膏、活性工业废料均粉磨到通过140目筛的筛余小于12％；半水石膏是由二水石膏在120℃～210℃温度下炒制后磨细；引气剂配制成o.8％～1.2％重量百分比的稀溶液加入，加入引气剂时采用中等搅拌速度，搅拌速度应控制在280～320转/分钟，搅拌时间一般控制在30～60秒钟。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的引气剂中乳化松香的制备过程如下：将固体松香与NaOH按6∶1称量后放入约为其体积10倍的水中，缓慢加温并不断搅拌，控制温度在80±10℃，直到松香完全溶解成乳液为止，将此松香乳液稀释为含松香为0.8％～1.2％重量百分比的稀溶液备用。
6、根据权利要求1所述的石膏砌块，其特征在于：所述的工业废料是干排粉煤灰或/和矿渣或/和钢渣。
7、根据权利要求2所述的石膏砌块，其特征在于：所述的激发剂是明矾、石灰、煅烧白云石、Na2SO4或NaHSO4。
8、根据权利要求1所述的石膏砌块，其特征在于：所述的砌块是实心砌块、空心砌块及板材。
9、根据权利要求1或2所述的石膏砌块，其特征在于：所述的引气剂优选的是乳化松香。
10、根据权利要求7所述石膏砌块，其特征在于：所述的激发剂优选的是煅烧并磨细的明矾。
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