专利名称：一种轻质可承重墙体材料及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种利用粉煤灰生产轻质可承重墙体材料的工艺方法。
背景技术：
本墙体材料是基于矿物聚合材料原理而制备的一种轻质可承重墙体材料。矿物聚 合材料(Geopolymer)是自20世纪70年代末新发展起来的一类新型无机非金属材料，即含 有多种非晶质至半晶质相的三维铝硅酸盐矿物聚合物。这类材料多以工业固体废弃物或天 然铝硅酸盐矿物为主要原料，与高岭土和适量碱硅酸盐溶液混合后，在室温至120°C的低温 条件下成型硬化，是一类由铝硅酸盐凝胶成分粘结的化学键陶瓷材料。由于制备矿物聚合 材料过程中，除以工业固体废弃物为主要原料外，还加入了较高比例的工业试剂以及消耗 大量的一次性资源高岭土，因而成本较高，限制了其在工业上的实际应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗压强度高、体积密度小和导热系数低的轻质可承重 墙体材料。 本发明的另一个目的在于提供一种利用粉煤灰生产墙体材料的配料设计及工艺 方法，该工艺方法设计合理，工艺流程简单，无"三废"排放，能耗低，原料来源广泛，便于实 施推广。 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案 —种轻质可承重墙体材料，该墙体材料是以下述重量配比的组分为原料 粉煤灰60 90重量份 石灰10 40重量份 脱硫石膏2 5重量份 工业片碱0. 5 2重量份 硅酸钠0. 5 3重量份 水40 55重量份 制得混合浆料，经浇注成型和蒸压养护而制成墙体材料。 其中，所述的粉煤灰与石灰的粒度均为200目以下，即粉煤灰与石灰的粒径均为 0. 074mm以下。 所述的粉煤灰为含有50重量％ 80重量％的Si02和20重量％ 40重量％的 A1203的粉煤灰；脱硫石膏为火力发电厂除硫而得到的脱硫石膏。
这种利用粉煤灰生产墙体材料的工艺方法，包括下述步骤 (1)原料处理步骤将粉煤灰与石灰按60 90 : 10 40的重量比例均匀混合 后，在球磨机上粉磨； (2)配料混合步骤将粉煤灰、石灰、脱硫石膏、工业片碱、硅酸钠和水置于搅拌器 中搅拌5 10分钟后，即制得混合浆料；其中所述原料的重量配比为
粉煤灰60 90重量份 石灰40 10重量份
脱硫石膏2 5重量份 工业片碱0. 5 2重量份
硅酸钠O. 5 3重量份 水40 55重量份；
4
(3)浇注成型步骤将步骤(2)所得浆料直接浇注入固定模具后静停3 5h后即 可； (4)蒸压养护步骤将步骤(3)所得固体转移到蒸压釜中，在150 19(TC及0. 9 1. 2MPa条件下养护7 10小时，即制得轻质可承重墙体材料。 本发明是采用粉煤灰和石灰混合，然后加入脱硫石膏等，不需加入水泥，相对于加 气混凝土，泡沫混凝土等产品减少了原料的用量。采用本发明的方法制备的轻质可承重墙 体材料与现有的墙体材料的工艺相比，其主要改进之处是，以工业固体废弃物粉煤灰及脱 硫石膏代替了传统的粘土，从而大大减少了对粘土的消耗。同时，与加气混凝土、泡沫混凝 土相比减少了骨料和水泥的应用，从而使材料的生产成本有一定程度降低。
在本发明中的原料处理步骤中，所述的原料处理采用粉煤灰与石灰混磨工艺。
在本发明中的原料处理步骤中，所述的粉煤灰与石灰混磨工艺后得到的复合粉体 的粒度为200目(0.074mm)以下。 在本发明中的原料处理步骤中，粉煤灰与石灰的重量份数比为粉煤灰60 90重 量份，石灰40 IO重量份。 在本发明的原料处理步骤中，所使用的粉煤灰为含有50重量％ 80重量％的 Si02和20重量％ 40重量％的A1203的粉煤灰；在所述的配料混合步骤中，所使用的脱硫 石膏为火力发电厂除硫而得到的脱硫石膏。 在本发明中的配料混合步骤中，粉煤灰，石灰，脱硫石膏为固体物料，将工业片碱 加入到所需水中搅拌均匀成为液体物料，然后将脱硫石膏以及混合后的粉煤灰和石灰加入 到液体物料中，混合4 7分钟后，再加入硅酸钠混合1 3分钟。
在本发明中的浇注成型步骤中，成型方式为直接浇注。 在本发明中的蒸压养护步骤中，养护温度为150 19(TC，养护压强为0.9 1. 2Mpa，养护时间为7 10小时。 在本发明的方法中，在原料处理步骤中，可以将粉煤灰、石灰与脱硫石膏按60 90 : 10 40 : 2 5的重量比例均匀混合后，一起在球磨机上粉磨；在后面的配料混合 步骤中，会降低搅拌时间，总的搅拌时间为2分30秒 4分钟。在所述的配料混合步骤中， 其搅拌混合过程是先将工业片碱加入到水中搅拌均匀成为液体物料，然后将混合后的粉煤 灰、石灰与脱硫石膏加入到液体物料中，混合2分 3分钟后，再加入硅酸钠混合30秒 1 分钟。 本发明的方法制备的轻质可承重墙体材料，主要原料采用粉煤灰，脱硫石膏以及
高炉矿渣，煤矸石，矿山尾矿等工业固体废弃物，以及少量的工业片碱和硅酸钠。 粘土砖的体积密度一般是1. 8 2. 0g/cm3之间，而依据本发明方法制得的墙体材
料样品的体积密度在1. 3 1. 5g/cm3之间，故而称之为轻质可承重墙体材料。 本发明的优点是 本发明是利用粉煤灰_石灰复合粉体和脱硫石膏，工业片碱，硅酸钠制备得到轻 质可承重墙体材料，所制备的墙体材料性能上远高于现有的GB5101-85标准要求。
本发明工艺设计合理，工艺流程简单，工艺过程能耗低，符合"清洁生产"的环保要 求。本发明的产品——轻质可承重墙体材料可以用作建筑墙体结构，代替普通粘土砖和水 泥制品，还可以稍加改进用于建筑物支撑结构。产品选择范围广。本发明原料来源广泛，产品加工成本低，有利于建筑物节能，便于实施推广。
图1为利用粉煤灰生产轻质可承重墙体材料的工艺流程图。
具体实施例方式
如图l所示，原料为粉煤灰原灰，经过与石灰混磨后，得到两者的复合粉体。配料 为脱硫石膏，工业片碱及少量硅酸钠。将复合粉体与脱硫石膏充分混合得到固体物料，将工 业片碱按一定的配合比在配合比下的水中充分溶解得到液体物料。将固体物料和液体物料 混合，经充分搅拌，即制得一种混合浆料，将该浆料浇注成型，经过一定时间静停，经蒸压养 护，即制得轻质可承重墙体材料。
实施例1 如图1所示，以Si02含量为50重量％ 60重量％及A1203含量为25重量％ 35 重量％的粉煤灰为主要原料。石灰选用钙质石灰，其中A^含量〉60wt % ，消化速度为10 30min的中速度消化石灰。脱硫石膏选用火力发电厂除硫而得到的脱硫石膏。水为工业用
水。各组分的重量配比为粉煤灰80重量份；石灰20重量份；脱硫石膏3重量份；工业片 碱0. 5重量份；硅酸钠0. 5重量份；水45重量份。 将粉煤灰与石灰按上述重量比称量好，置于球磨机中，在混合物料的同时也可以
将其磨细。将复合粉体与脱硫石膏经过充分混合得到固体物料。将工业片碱按配方称量好
后完全溶解在定量的水中，得到液体物料。将液体物料和固体物料充分混合4 7分钟后， 加入硅酸钠继续混合1分钟得到混合浆料。将浆料直接在模具上浇注成型，静停一段时间 (约3 5小时)，然后按照设计的尺寸进行切割至所需成品形状。将样品转移至蒸压釜 中，在2小时内升温至19(TC和1. 2MPa，当温度和压强达到指定值后，保温9小时。然后在 2小时内缓慢降温至室温。样品出釜后即为轻质可承重墙体材料。该墙体材料还要在厂区 停留3天，以排除内部水分，保证产品质量稳定。采用上述配方以及工艺条件，制备的轻质 可承重墙体材料的理化性能如下 抗压强度30MPa(烧结普通砖特级品18MPa ;GB5101-85)
体积密度1. 45g/cm3(建筑用承重砖密度1. 80g/cm3)
吸水率30%
线收縮率O. 32%
导热系数0. 21W/ (m K)
实施例2 在实施例2中，各组分的重量配比为粉煤灰75重量份；石灰25重量份；脱硫石
膏3重量份；工业片碱0. 5重量份；硅酸钠1重量份；水45重量份。原料处理工艺中粉煤 灰，石灰和脱硫石膏三种固体原料一起在球磨机中混磨制得固体物料。在浇注成型过程中，
进一步降低搅拌时间，至2 3分钟，加入硅酸钠后继续混和30秒即可得到混合浆料。除 上述的条件外，其余的工艺参数和实施例1相同。采用上述配方以及工艺条件，制备的轻质 可承重墙体材料的理化性能如下 抗压强度40. 5MPa(烧结普通砖特级品18MPa ;GB5101-85)
体积密度1. 35g/cm3 (建筑用承重砖密度1. 80g/cm3) 吸水率28% 线收縮率O. 25% 导热系数:0. 18W/ (m K) 本发明的轻质可承重墙体材料具有如下主要优点 1、抗压强度高。采用本发明的配方由粉煤灰制备的轻质可承重墙体材料，抗压强 度可以达30 40MPa，完全可满足建筑结构材料的要求。采用本发明的优选配方(粉煤灰 和石灰的优选范围为粉煤灰70 75重量份；石灰25 40重量份)制备的轻质可承重墙 体材料，其抗压强度可达40 50MPa，因而具有更为广泛的应用范围。 2、体积密度小。由粉煤灰制备的轻质可承重墙体材料，其密度根据配方的不同，可 以在1. 3 1. 5g/cn^之间变化，低于目前广泛应用的实心黏土砖1. 8 2. Og/cm 从而可 使建筑物结构重量大为减轻。 3、导热系数低。由粉煤灰制备的轻质可承重墙体材料，其导热系数在O. 12 0. 24W/(m K)之间，完全符合目前新建建筑物50%的节能标准，经过进一步的配方及工艺 条件优化则可达到建筑物65%的节能标准。 4、生产工艺简单，能耗低，利废量大。由粉煤灰制备的轻质可承重墙体材料，其生 产工艺流程为原料处理一配料混合一浇注成型一蒸压养护一材料制品。材料蒸压温度在 150 19(TC之间，属于低温段；相对于实心黏土砖的烧结过程，大大减少了生产过程中的 能耗。本发明的工艺方法其配料中粉煤灰的用量高达70 80重量％，可以大量消耗粉煤 灰。 5、原料来源广，成本低廉。由粉煤灰制备的轻质可承重墙体材料，所用主料为工业 固体废弃物，以及其他工业上常用原料，来源广泛，成本低廉，便于在各地推广使用。
权利要求
一种轻质可承重墙体材料，其特征在于该墙体材料是以下述重量配比的组分为原料粉煤灰60～90重量份石灰10～40重量份脱硫石膏2～5重量份工业片碱0.5～2重量份硅酸钠0.5～3重量份水40～55重量份制得混合浆料，经浇注成型和蒸压养护而制成墙体材料。
2. 根据权利要求1所述的轻质可承重墙体材料，其特征在于所述的粉煤灰与石灰的粒度均为200目以下，即粉煤灰与石灰的粒径均为0. 074mm以下。
3. 根据权利要求1或2所述的轻质可承重墙体材料，其特征在于所述的粉煤灰为含 有50重量％ 80重量％的Si02和20重量％ 40重量％的A1203的粉煤灰；脱硫石膏为 火力发电厂除硫而得到的脱硫石膏。
4. 一种利用粉煤灰生产轻质可承重墙体材料的方法，其特征在于该方法包括如下步骤(1) 原料处理步骤将粉煤灰与石灰按60 90 : 10 40的重量比例均匀混合后，在 球磨机上粉磨；(2) 配料混合步骤将粉煤灰、石灰、脱硫石膏、工业片碱、硅酸钠和水置于搅拌器中搅 拌，其中上述原料的重量配比为粉煤灰60 90重量份 石灰40 10重量份 脱硫石膏2 5重量份 工业片碱0. 5 2重量份 硅酸钠0. 5 3重量份水40 55重量份搅拌5 10分钟后，即制得混合浆料；(3) 浇注成型步骤将步骤(2)所得浆料直接浇注入固定模具后静停3 5小时后即可；(4) 蒸压养护步骤将步骤(3)所得固体经过切割至指定大小后转移到蒸压釜中，在150 19(TC及0. 9 1. 2MPa条件下养护7 10小时，即制得轻质可承重墙体材料。
5. 根据权利要求4所述的利用粉煤灰生产轻质可承重墙体材料的工艺方法，其特征在于在所述的原料处理步骤中，粉煤灰和石灰在球磨机上粉磨过程中，粉磨的粒度均要求达到200目以下，即粉煤灰和石灰的粒径均要求达到0. 074mm以下。
6. 根据权利要求4或5所述的利用粉煤灰生产轻质可承重墙体材料的工艺方法，其特 征在于在所述的原料处理步骤中，所使用的粉煤灰为含有50重量％ 80重量％的Si02 和20重量％ 40重量％的A1203的粉煤灰；在所述的配料混合步骤中，所使用的脱硫石膏 为火力发电厂除硫而得到的脱硫石膏。
7. 根据权利要求4或5所述的利用粉煤灰生产轻质可承重墙体材料的工艺方法，其特征在于在所述的配料混合步骤中，其搅拌混合过程是先将工业片碱加入到水中搅拌均匀 成为液体物料，然后将脱硫石膏以及混合后的粉煤灰和石灰加入到液体物料中，混合4 7分钟后，再加入硅酸钠混合1 3分钟。
8. 根据权利要求4或5所述的利用粉煤灰生产轻质可承重墙体材料的工艺方法，其特 征在于在所述的浇注成型步骤中，成型方式为直接浇注方式。
9. 一种利用粉煤灰生产轻质可承重墙体材料的方法，其特征在于该方法包括如下步骤(1) 原料处理步骤将粉煤灰、石灰与脱硫石膏按60 90 : 10 40 : 2 5的重量 比例均匀混合后，在球磨机上粉磨；(2) 配料混合步骤将粉煤灰、石灰、脱硫石膏、工业片碱、硅酸钠和水置于搅拌器中搅 拌，其中上述原料的重量配比为粉煤灰60 90重量份 石灰40 10重量份 脱硫石膏2 5重量份 工业片碱0. 5 2重量份 硅酸钠0. 5 3重量份水40 55重量份搅拌2分30秒 4分钟后，即制得混合浆料；(3) 浇注成型步骤将步骤(2)所得浆料直接浇注入固定模具后静停3 5小时后即可；(4) 蒸压养护步骤将步骤(3)所得固体经过切割至指定大小后转移到蒸压釜中，在150 19(TC及0. 9 1. 2MPa条件下养护7 10小时，即制得轻质可承重墙体材料。
10. 根据权利要求9所述的利用粉煤灰生产轻质可承重墙体材料的工艺方法，其特征 在于在所述的配料混合步骤中，其搅拌混合过程是先将工业片碱加入到水中搅拌均匀成 为液体物料，然后将混合后的粉煤灰、石灰与脱硫石膏加入到液体物料中，混合2 3分钟 后，再加入硅酸钠混合30秒 1分钟。
全文摘要
一种轻质可承重墙体材料，该墙体材料是以下述重量配比的组分为原料粉煤灰60～90重量份、石灰10～40重量份、脱硫石膏2～5重量份、工业片碱0.5～2重量份、硅酸钠0.5～3重量份和水40～55重量份制得混合浆料，经浇注成型和蒸压养护而制成墙体材料。该方法是将粉煤灰和石灰按上述的重量比例均匀混合后，经球磨机磨细处理后得到复合粉体，将该复合粉体与脱硫石膏、工业片碱和水按上述的重量比例的重量比混合后，搅拌混合均匀，然后浇注成型，静停3～5h，经蒸压养护，即制得轻质可承重墙体材料。本发明工艺设计合理，工艺流程简单，生产成本低廉，生产过程符合“清洁生产”的环保要求且原料来源广泛，便于实施推广。
文档编号C04B28/10GK101747011SQ20081024007
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月17日 优先权日2008年12月17日
发明者刘浩, 崔鹏伟, 洪景南, 马鸿文 申请人:昊青薪材(北京)技术有限公司