专利名称：一种粉煤灰轻质墙体材料砌块的制造方法
技术领域：
本发明是一种粉煤灰轻质墙体材料砌块的制造方法，属加气轻集料混凝土砌块的生产技术。
加气混凝土是20世纪30年代发展起来的一种新型建筑材料，在我国也已有近50年的生产和应用历史。它具有质量轻(300～800kg/m3)、保温性能好、易加工等特点，可用于工业与民用建筑中的墙体、楼板和屋面板。与传统墙体材料实心粘土砖相比，具有“低污染、节能、节土、利废”等优点，是一种可以取代粘土砖的新型墙体材料。我国加气混凝土原材料结构主要有水泥-石灰-粉煤灰；水泥-矿渣-砂；水泥-石灰-煤矸石以及水泥-石灰-砂四种。其中以水泥-石灰-粉煤灰为主要原材料进行生产的企业占总企业数的50％。粉煤灰加气混凝土是由硅质材料粉煤灰与钙质材料水泥、石灰等加水并加适量发气剂和其它外加剂，经混合搅拌，浇注发泡，坯体静停和切割后，再经蒸压养护而制成的。现行的粉煤灰加气混凝土生产工艺存在以下缺点(1)需高温高压长时间的蒸压养护过程(183～197℃,10～15大气压，8～12小时)，蒸汽设备投资大，能耗较高，综合生产成本较高；(2)采用单一铝粉发气，材料中气泡大小、分布不合理，较难实现既轻质又具有较高强度的要求；蒸养粉煤灰加气混凝土只需在常压小于100℃温度下养护，设备较简单，生产能耗较低。由于粉煤灰具有潜在的火山灰活性，在蒸养条件下可与氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙类水化产物而使制品产生强度，但该反应速度与反应程度均比蒸压条件下低。目前许多生产厂家及研究单位通过添加一些化学激发剂来促进粉煤灰与氢氧化钙的反应，力求在较短时间内在较低温度下使制品产生较高强度。因而蒸养粉煤灰加气混凝土砌块的强度及体积密度(容重)较易达到蒸压粉煤灰加气混凝土砌块的国家标准。但制品的其它性能(如干燥收缩值、抗碳化腐蚀等)却存在着较大的差异。蒸压粉煤灰加气混凝土砌块干燥收缩值要求小于等于0.80mm/m(快速测定法)，而蒸养粉煤灰加气混凝土砌块的干燥收缩值一般都高达2.0～4.0mm/m(快速测定法)。另外，蒸压粉煤灰加气混凝土的抗碳化性能也较蒸养粉煤灰加气混凝土优越。制品的干燥收缩值越大，使用过程中就越易造成墙体的开裂；制品的抗碳化性能越差，制品的耐久寿命就越短。不解决蒸养粉煤灰加气混凝土的收缩及碳化性能，无论生产成本多低，也难以应用到建筑物上。国内外的研究学者认为造成两种养护制度下粉煤灰加气混凝土性能的差异，主要是由于两种养护制度下，制品生成的水化产物存在差异造成的。蒸压粉煤灰加气混凝土的水化产物结晶程度较高，主要由不同结晶程度的托勃莫来石、无定形的C-S-H凝胶及水化石榴子石组成。水化石榴子石对强度贡献不大，含量较少(约5％左右)，但对制品抵抗收缩及抗碳化性能有利。C-S-H凝胶对强度的贡献是托勃莫来石的两倍，不同结晶程度的托勃莫来石与C-S-H凝胶紧密胶结在一起，产生较高的强度。托勃莫来石是一种结晶较好，比较稳定，不易碳化和变形，并且有一定胶结能力的水化产物。加气混凝土中必须有足够量的托勃莫来石才能得到性能良好的产品。蒸养粉煤灰加气混凝土由于养护温度较低，水化产物结晶程度较低，主要是C-S-H凝胶、AFt、AFm及少量结晶较弱的托勃莫来石。水化产物中C-S-H凝胶数量较多。由于其对强度贡献最大，因而蒸养粉煤灰加气混凝土砌块的强度较易达到或超过蒸压粉煤灰加气混凝土砌块的要求，但缺乏一定数量结晶程度较高的托勃莫来石，因而制品的干燥收缩值与抗碳化性能难以达到GB/T11968-1997的要求；轻集料混凝土是指用轻集料(陶粒、膨胀珍珠岩等)和胶结料(水泥、石灰、石膏等)配制而成的容重在800～1800kg/m3的混凝土，与现有的轻质墙体材料相比，其胶结料与轻集料用量较大，容重偏高。而另一种作为墙体材料的陶粒砖，是以水泥为胶结料，陶粒为骨料，经较大压力压制成型的，成型设备复杂，水泥与轻集料用量大，生产成本较高，容重比加气混凝土大。如何采用有效的措施解决蒸养粉煤灰加气混凝土的干燥收缩值大，抗碳化性能较差等耐久性问题，使粉煤灰加气混凝土砌块的生产工艺取消蒸压养护的过程，达到大幅度降低能耗，减少投资，降低生产成本的目的；或进一步降低轻集料混凝土与陶粒砖的容重，简化生产工艺，降低生产成本，是当前生产轻质墙体材料的一大技术难题。
本发明的目的就是为了克服和解决现有粉煤灰加气混凝土生产技术存在需高温、高压长时间蒸压养护、投资大、能耗高、生产成本高、发气气泡大小分布不合理、难实现既轻质又较高强度的要求，制品干燥收缩值大、抗碳化性能差、墙体易开裂、寿命短等的缺点和问题，研究发明一种能低能耗生产、有效减小干燥收缩值、提高抗碳化性能、投资少、成本低、轻集料用量少、制品容重比轻集料混凝土和陶粒砖轻的一种粉煤灰轻质墙体材料砌块的制造方法。
本发明是通过下述技术方案来实现的一种粉煤灰轻质墙体材料砌块的制造方法，其所用材料及其质量百分比为水泥10～22％中烧石灰6～15％石膏2～5％粉 煤 灰40～65％石灰石粉5～30％(最佳为10～20％)铝粉根据所生产砌块的体积密度(容重)等级而定，砌块容重越轻，铝粉用量越多，容重越重，铝粉用量越少，对于容重等级在500～800kg/m3的砌块，铝粉用量为0.12～0.04％；水以满足浇注发泡成型工艺为前提尽量减少用水量以基本材料100质量份为基准，外加材料配方如下铁粉(以Fe2O3含量计量)0～1.2份纤维 0～0.5份引气剂——松香酸钠、松香热聚物、脂肪醇硫酸钠等为0～0.07份以上述制备出制品的体积为100，则轻集料——粉煤灰陶粒、粘土陶粒、页岩陶粒、膨胀珍珠岩等掺量25～45体积分数；其工艺过程如下(1)把粉煤灰、中烧石灰与石膏共同粉磨，与水泥、石灰石粉、铁粉等按上述配方比一次性投入搅拌机；(2)把纤维、引气剂与水混合后，再加入到搅拌机内，搅拌3～6分钟，然后加入铝粉，再搅拌1～2分钟；(3)加入轻集料搅拌1～2分钟，浇注发泡，坯体静停1～2小时，切割后，进入养护，养护温度50～100℃，养护时间为7～1天。
本发明的简单机理为本发明从研究制品的水化产物与性能的关系出发，对比两种养护制度下水化产物及性能的差异，研究干燥收缩和碳化腐蚀的机理，通过大量科学实验及科学理论分析认为(1)添加细磨石灰石粉，使之产生与蒸压粉煤灰加气混凝土中托勃莫来石晶体对性能有相类似的作用，有效的减少收缩和改善抗碳化性能；(2)添加铁粉(以Fe2O3含量进行计量)，使部分Fe2O3在水化过程中固溶到水化产物中，提高制品的强度；(3)添加由铝粉与松香酸钠组成的复合发气剂，有效地改善加气混凝土的孔结构，使气孔均齐细化，分布合理；(4)添加轻集料，使其在制品结构中形成一个刚性骨架，大幅度减少由毛细孔、水化产物及其凝胶孔因失水而产生的干燥收缩值。在95～100℃养护温度1～2天，制品的各项性能指标可达到蒸压粉煤灰加气混凝土砌块国家标准GB/T11968-1997的要求。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果(1)与蒸压粉煤灰加气混凝土砌块的生产工艺相比，本发明在保证制品各项性能指标达到国家标准GB/T11968-1997要求的前提下，取消了生产工艺中的复杂设备，能耗最大的蒸压养护过程，从而达到减少投资、降低能耗与降低生产成本的目的，具有显著的经济效益；(2)与其它蒸养粉煤灰制品相比，本发明没有采用常见的掺加化学添加剂激发粉煤灰与氢氧化钙反应的方法，只是通过共同粉磨，添加铁粉，使制品在较短时间内达到较高强度，并且其干燥收缩与其它性能均达到蒸压制品的标准。克服化学激发剂成本高，对制品的耐久性能有损害的不足；(3)与轻集料混凝土及陶粒砖相比，本发明制备的制品容重较轻，轻集料与水泥用量较少，生产工艺简单，能耗低，产品性能优越；(4)本发明制备的蒸养轻集料粉煤灰加气混凝土砌块是以轻集料为骨料，加气混凝土料浆为胶结料的轻质墙体材料，设备投资少，生产能耗低，原材料来源丰富，完全符合我国新型墙体材料“低污染、节能、节土、利废、轻质”的发展趋势，是一种很有发展前景的新型墙体材料；(5)本发明从研究养护制度、水化产物与性能之间的关系着手，研究制品干燥收缩及碳化的机理，提出了掺加10～20％石灰石来改善制品的干燥收缩与碳化性能，得到了显著的效果；(6)本发明通过对不同发气剂、引气剂造气机理的研究，寻找最佳符合效果，采用由引气剂与铝粉组成的复合发气剂，优化气孔级配，改善气孔结构，使制品达到轻质、高强、抗渗与抗碳化性能好的目的，克服了单一铝粉发气时，气泡孔径较大，气泡分布不均匀的缺点。
本发明的实施方式可为如下在上面说明书所述配方中基本材料与轻集料为本发明的必备材料。其中水泥司用商品水泥(PO425#、PO525#或PⅡ525#水泥等均可)；中烧石灰是石灰石在900～1200℃温度下煅烧后得到的白色固体，要求有效氧化钙含量≥65％，氧化镁含量≤5％，消解温度≥60℃，消解时间为10～30分钟；石膏要求硫酸钙含量＞80％；粉煤灰要求烧失量＜10％,SiO2含量＞40％,Al2O3含量为15～35％；石灰石的碳酸钙含量要求不限，石灰石掺量越多，制品的干燥收缩值越小，但会引起强度的下降；轻集料可以是粘土陶粒、粉煤灰陶粒、页岩陶粒和膨胀珍珠岩等，所掺体积分数越大，制品的干燥收缩值越小；用水应根据各基本材料的需水特性来确定，并且使混合料适于烧注发泡；铝粉用量根据所制备制品的体积密度等级(容重)及轻集料的密度与强度等级而定；外加材料中的引气剂，其作用是在搅拌过程中引入一些相互独立，分布均匀的微小气泡，它与铝粉组成复合发气剂，可以使制品的气孔结构更加合理，减少了由单一铝粉发气造成的孔径较大，气孔分布不均匀等缺点，从而提高制品的抗渗与抗碳化能力，其可用各种类型的引气剂，如松香酸钠、松香热聚物、脂肪醇硫酸钠等；铁粉的加入对制品的水化有利，水化过程中Fe2O3固溶到水化产物中，可明显提高制品的强度；纤维的加入，不但可以增加制品的强度，还可以抑制制品的干燥收缩，其可用各种类型的纤维，包括有机纤维、维纶及玻璃纤维等；本发明人经过多年的研究和科学试验，有很多成功的实施例，下面列举如下几个实施例来说明表1所示的实施例1～4为不同石灰石粉掺量对本发明制品性能的影响。其中选用的水泥为红棉PO425#水泥，轻集料为粒径4～16mm，紧密堆积密度360kg/m3粘土陶粒，石灰石粉比表面积500～600m2/kg，铁粉中Fe2O3含量为60～70％，引气剂为脂肪醇酸钠溶液，纤维为玻璃棉；养护温度95～100℃，养护时间1天。其实施配方及性能分别见表1和表4(除特别注明外，掺量均为质量百分比)。
表1
表2所示的实施例4～6为不同轻集料掺量对本发明制品性能的影响。其中水泥选用华润PⅡ525#水泥，轻集料为粒径4～10mm，紧密堆积密度680kg/m3的粉煤灰陶粒，引气剂为松香热聚物引气剂，纤维为有机PP纤维，其余原材料品质同实施例1～3。养护温度95～100℃，养护时间1天。其实施例4～6的配方及性能分别见表2和表4(除特别注明外，掺量均为质量百分比)。
表2
表3所示的实施例7～8为不同配方比对本发明制品性能的影响。其中水泥采用红棉PO525#水泥，粒径8～20mm，紧密堆积密度590kg/m3的页岩陶粒，轻集料为工业废渣玻璃棉纤维，引气剂为松香酸钠溶液，其余原材料的品质同实施例1～3。实施例7～8的配方及制品性能分别见表3及表4。养护温度55～65℃，养护时间7天。实施例9为工业对比样品，由粉煤灰加气混凝土生产厂家提供；实施例1～9的制品性能见表4所示。
表3
表4
由上述实施例进行对比可以看出(1)随着石灰石粉掺量的增加，制品强度下降，但干燥收缩值也随着减小，碳化系数变化不大；(2)随着轻集料体积分数掺量的增大，强度变化不大，干燥收缩值明显减小，碳化系数也随之减小；(3)掺入引气剂组成的复合发气剂后，制品强度提高，碳化系数明显提高，干燥收缩值略有减小(4)从实施例1～8可见，在上面说明书所述的本发明配方及材料范围内，按照本发明所要求的工艺条件进行制造，均可制造出各项性能达到蒸压制品国家标准要求的产品。
权利要求
1.一种粉煤灰轻质墙体材料砌块的制造方法，其特征在于其所用材料及其质量百分比为水泥10～22％中烧石灰6～15％石膏2～5％粉 煤 灰40～65％石灰石粉5～30％铝粉根据所生产砌块的体积密度(容重)等级而定，砌块容重越轻，铝粉用量越多，容重越重，铝粉用量越少，对于容重等级在500～800kg/m3的砌块，铝粉用量为0.12～0.04％；水以满足浇注发泡成型工艺为前提尽量减少用水量以基本材料100质量份为基准，外加材料配方如下铁粉(以Fe2O3含量计量)0～1.2份纤维0～0.5份引气剂——松香酸钠、松香热聚物、脂肪醇硫酸钠等为0～0.07份以上述制备出制品的体积为100，则轻集料——粉煤灰陶粒、粘土陶粒、页岩陶粒、膨胀珍珠岩等掺量25～45体积分数其工艺过程如下(1)把粉煤灰、中烧石灰与石膏共同粉磨，与水泥、石灰石粉、铁粉等按上述配方比一次性投入搅拌机；(2)把纤维、引气剂与水混合后，再加入到搅拌机内，搅拌3～5分钟，然后加入铝粉，再搅拌1～2分钟；(3)加入轻集料搅拌1～2分钟，浇注发泡，坯体静停1～2小时，切割后，进入养护，养护温度50～100℃，养护时间为7～1天。
2.按权利1所述的一种粉煤灰轻质墙体材料砌块的制造方法，其特征在于所述的组成材料质量百分比中石灰石粉最佳为10～20％。
全文摘要
本发明是一种粉煤灰轻质墙体材料砌块的制造方法,其基本材料水泥、粉煤灰、中烧石灰、石灰石粉、石膏按配比组成,再加入铝粉、水并加一定分数外加材料铁粉、纤维、引气剂,最后加轻集材料。其工艺为粉煤灰、中烧石灰与石膏共同粉磨,与其它基材及铁粉按配方比投入搅拌机,外加料与水混合后加入搅拌机,再依次加入铝粉、轻集料搅拌、浇注发泡、坯体静停、切割后养护成制品。本发明工艺简单、原料价廉而丰富、投资少、能耗低、成本低、产品轻质、高强,各种性能均能达到GB/T11968－1997对蒸压加气混凝土的技术要求。
文档编号C04B18/08GK1313259SQ0011726
公开日2001年9月19日 申请日期2000年7月15日 优先权日2000年7月15日
发明者吴笑梅, 樊粤明, 杨医博, 郭文瑛 申请人:华南理工大学