本发明涉及胶凝材料以及建筑构件的制备技术领域，具体涉及一种活性干粉料、装饰板、预制件以及预制件的制备方法。
背景技术：
无机聚合物胶凝材料是国内外近年来在建筑工程、环境工程领域受到极大关注的一种新型胶凝材料，以工业废渣为主要原材料，具有价格低廉、储量丰富、能耗低、制备工艺简单等特点，是一种具有广泛发展前景的新型绿色节能建筑材料。目前无机聚合物胶凝材料在我国基本还处于试验研究和应用探索阶段，主要集中在材料制备、微观结构以及对混凝土力学性能、耐腐蚀性能以及耐高温性能影响方面的研究，工程应用方面的报道鲜见。
现有技术中，现有无机聚合物材料，通常采用粉状固体碱与磨细矿渣和粉煤灰混合，而后加入拌和水搅拌、浇注成型、凝结硬化而成。也有采用液体碱与拌和水混合后加入磨细矿渣和粉煤灰进行搅拌、浇注成型、凝结硬化而制成的。但是采用上述方法制造的无机聚合物材料温度较低时反应活性较低，硬化速度慢，早期强度低，干缩严重，限制了工程应用。
为了克服上述不足，亟需一种硬化速度明显加快，早期强度有效提高，活性增强的活性干粉料。
技术实现要素：
本发明的目的是开发一种硬化速度明显加快，早期强度有效提高，活性增强的活性干粉料。
上述目的是通过如下技术方案实现：一种活性干粉料，包括按重量份计算的如下组分：胶结粉料15～45份、复合激发剂8～25份、生石灰1～5份、草木灰1～6份以及集料，其中，所述胶结粉料为粉煤灰、矿渣、偏高岭土中的一种或多种，所述复合激发剂至少包括水玻璃和一种碱金属碳酸盐。
本发明采用草木灰作为一种激发原料，其含硅、铝元素的组分作为活性组分，其含有的碳酸钾与复合激发剂协同作用提高激发效果，其不溶物可作为填料使用；生石灰的加入在其溶于水后放出大量的热为碱激发过程提供反应热，提高激发效果，加快激发反应速度，提高硬化速度和早期强度；同时生石灰与水生成可溶性氢氧化钙，在溶解放热及氢氧根离子的作用下胶结粉料中的无定型硅铝酸盐解聚成单硅酸根及铝酸根，随后溶解的活性硅氧及铝氧化合物与钙离子等金属阳离子结合生成无定型水化产物，最后水化产物脱水聚合形成具有空间网状结构的聚合物，其中钙离子在聚合物网架中起到电子平衡的重要作用。因此生石灰在此处既是聚合反应的原料又起到了促进反应进行的催化效果，多余的氢氧化钙与激发剂中的碳酸盐反应生成碳酸钙进一步提高早期强度、加快脱模速率，减少干缩。经试验表明，生石灰和草木灰的使用使得胶凝材料硬化速度加快，其活性和早期强度均大大增强，尤其制备的预制件密实度高，防水性强，强度高，且干缩现象明显改善。
作为优选，进一步的技术方案是：所述复合激发剂包括水玻璃5～15份和碱金属碳酸盐3～10份。优选采用2.0-2.5模数的水玻璃与碳酸钠按质量比2:1进行配制。采用本复合型激发剂的激发效果最佳，实验表明，增加水玻璃含量会降低强度，增加碳酸钠含量会加速硬化速度。
作为优选，进一步的技术方案是：根据权利要求2所述的活性干粉料，其特征在于，所述胶结粉料包括偏高岭、粉煤和矿渣，其中一种的质量占比大于或等于胶结粉料的80％。
作为优选，进一步的技术方案是：所述活性干粉料包括生石灰2～3份、草木灰2～4份。
作为优选，进一步的技术方案是：所述活性干粉料还包括按重量份计算的如下组分：硅灰1～5份以及钢纤维2～6份。硅灰的加入可提高混凝土力学性能及抗泛碱能力，钢纤维优选为镀铜钢纤维，长度20-30mm，直径0.3-0.6mm，钢纤维的添加可大幅提高混凝土的的抗拉及抗冲击性能。
作为优选，进一步的技术方案是：所述集料为20～40目、40～70目和325目规格的石英砂进行级配混合制得。经实验验证，各目数按9:3:1的比例进行配合可达到最紧密堆积状态，有效提高材料密实度，降低吸水率。
优选，集料有35～55份。
本发明还提供了一种预制件，所述预制件由上述任一所述的活性干粉料制得。
本发明还提供了一种装饰板，至少包括结构层和装饰层，其特征在于，所述结构层由上述任一所述的活性干粉料制得。
作为优选，进一步的技术方案是：所述装饰层的原料包括按重量份计算的如下组分：偏高岭土：20％～30％；滑石粉：2％～3％；白硅灰：3％～5％；石英砂：35％～55％；水玻璃：5％～15％；碱金属碳酸盐：3％～7％；水：6％～15％；高强石膏：1％～3％；陶瓷颗粒：2％～5％。
高强石膏优选为高纯度高白度的石膏粉，抗折强度大于5.0mpa，添加少量高强石膏可有效提高装饰板早期强度，亦可抑制面板收缩开裂；滑石粉优选为3000目高白的化工级滑石粉，滑石粉充当填料主要起改善工作性能的作用；陶瓷颗粒可为由回收过来的废旧陶瓷破碎而成的带有不同色彩的20-40目彩色颗粒，主要用于装饰层材料以形成色彩及质感各异的装饰效果。
本发明另一方面还提供了一种预制件的制备方法，至少包括如下步骤：(1)模具的预处理：至少包括进行模具清理的步骤；(2)配料混合：将上述任一所述的活性干粉料与水配合搅拌均匀；(3)布料：至少包括将工序(2)中的拌合物浇注在经工序(1)处理后的模具内的步骤；(4)养护；(5)脱模。
优选，拌和水为5～10份。
作为优选，进一步的技术方案是：所述步骤(2)中先将活性干粉料中除复合激发剂外的其他物料在搅拌机中拌合均匀，再将水与复合激发剂混合后分三次加入搅拌机中，继续搅拌至均匀。
作为优选，进一步的技术方案是：所述步骤(4)中将工序(3)中已完成布料后的模具叠放，上下模具之间形成独立、密闭的养护空间，所述预制件在所述养护空间内进行养护。
本发明在布料完成后将浇筑有物料的模具进行叠放组合，预制件在上下模具之间的密闭的养护空间内独立的进行养护，养护空间密闭可控制胶凝材料水分的散失，维持养护空间内一个相对平衡的水分体系，同时利用胶凝材料水化时产生的水化热进行“抱团取暖”式保温保湿，尤其是胶凝材料中生石灰与水反应放出大量热，为预制件的养护提供一定的热源。如此，本发明在养护环节无需使用养护窑或其他的养护室，将模具叠放组合后送至堆场即可，养护一定时间即可脱模，不仅简化了工艺流程，且养护过程中无需使用码垛架或其他支架，减少生产成本的同时提高生产效率，同时由于无需使用养护窑等降低了成本，降低了能耗，减少的设施的维护成本，整个工艺生产线的占地面积也大大减少。需要说明的是，此处所述的养护空间的密闭是相对的，并非一定是绝对的密闭，并不表示养护空间与外界完全无能量或物料的交换，而在实际的操作过程中，由于模具的制作工艺的影响以及模具叠放过程的误差，模具之间可能无法完全契合，导致叠放后的模具的拼接面存在间隙，这些允许范围内的误差是可以接受的，并不影响本发明的养护效果，应当认为其构成的养护空间仍然是密闭的，当然，优选养护空间是绝对的密闭。优选，所述模具设有吊钉，通过吊具实现模具的叠放。
作为优选，进一步的技术方案是：所述工序(4)中叠放后位于顶部的模具采用密封件进行密封，顶部的模具与密封件形成独立、密闭的养护空间。如此，顶部模具中的预制件在模具与密封件构成的养护空间内进行单独养护。优选，每一垛可采用少于等于30个模具进行叠放组合，可节省空间，同时保温效果较好。
作为优选，进一步的技术方案是：至少所述模具的底模由保温材料制备。优选整个模具均为保温材料制备，这样尽可能的减少叠放码垛后上下模具之间形成的养护空间内的热量的损失，提高热能利用率，通过预制件的水化热将预制件维持在一定的恒温的养护空间中，提高养护效果。
作为优选，进一步的技术方案是：所述模具的边模上部或所述模具的底部设有密封条，所述工序(4)中模具叠放后通过所述密封条实现养护空间的密闭。密封条的设置使得模具叠放后实现养护空间的密闭，同时起到一定的缓冲作用，避免模具叠放落位时模具直接接触损坏模具。优选，密封条具有一定的厚度和柔性。
作为优选，进一步的技术方案是：所述模具上部设有码垛销，所述模具底部设有码垛孔，所述工序(4)中模具叠放后下部模具的码垛销插入上部模具的码垛孔内。如此，在预制件生产线中，模具叠放，码垛销插入所述码垛孔中进行限位和定位，码垛销和码垛孔的设置可使得模具叠放过程中叠放整齐，同时起到限位作用，防止成型模叠放一定高度后或在转运过程中倾倒。优选所述码垛销和码垛孔设置所述成型模的边角部，这样限位作用更为明显。当然，模具可设置其他的连接件实现上下模具的连接，如卡接件等。应当说明的是，此处所述上部模具和下部模具是相对概念，多个模具叠放组合时，两个相互组合模具之间位于上方的模具为上部模具，位于下方的模具为下部模具。
作为优选，进一步的技术方案是：所述工序(4)中的养护空间内注入有水蒸气或水雾。为增加养护效果，可通过水蒸气或水雾生成装置向养护空间内注入有水蒸气或水雾，所述水蒸气或水雾生成装置与至少一个叠放组合后的模具通过管路可拆卸连接，并向所述养护空间内注入水蒸气或水雾。由于养护空间是密闭的，可在模具叠放后仅注入一次，也可以是养护期限内间歇多次注入，维持一定的湿度。此种情况下，无需在养护窑中进行养护，封闭式的养护空间可保证养护空间内水蒸汽不散失，将上述的码垛好的模具放入堆场中，利用混凝土水化时产生的水化热进行“抱团取暖”式保湿养护，减少蒸汽养护所需要的热源和水蒸气来源。优选所述模具的边模设有接口，接口与管道可拆卸连接，接口在不通水蒸汽或水雾时，采用密封装置进行密封。
作为优选，进一步的技术方案是：所述预制件为装饰板，所述装饰板包括结构层和装饰层，所述工序(2)中包括结构层原料的配料混合以及装饰层原料的配料混合；所述工序(3)中先进行装饰层的布料，再进行结构层的布料。
作为优选，进一步的技术方案是：所述工序(3)和工序(4)之间还包括在所述结构层的上部复合保温层的步骤。本发明区别常规的在养护完成后进行后处理操作的过程中使用胶粘剂将结构层和保温层粘合的形式，当结构层浇筑后，利用结构层混凝土的粘结性，直接将保温层复合结构层上，工艺更加简单，且复合效果更好。同时将保温层复合在结构层后再进行本发明中采用的养护方式进行养护处理，利用保温层的保温性，减少养护空间内的热量的损失，提高热能利用率，充分利用预制件的水化热将预制件维持在一定的恒温的养护空间中，提高养护效果。同时由于保温层通常采用xps、挤塑板等保温板，不适用于高温蒸汽养护。
作为优选，进一步的技术方案是：将保温层设置在结构层上后还包括振动辊压的步骤：通过压辊振动辊压使保温层与结构层紧密结合。如此，增加保温层与结构层之间的结合力，复合效果更好，使用过程不至于剥落。
优选，具体操作步骤中可采用吸盘结构式上料机实现保温层的放置。
作为优选，进一步的技术方案是：所述保温层与结构层复合前有进行保温层的预处理，所述保温层的预处理包括对保温层与结构层的复合面进行拉毛和/或开槽处理，所述槽纵横交错呈“井”字型。如此，结构层中的浆液嵌入保温层的复合面或开设的槽中，增加保温层与结构层的粘合力。
作为优选，进一步的技术方案是：所述工序(4)中模具叠放后上层模具的底面紧贴下层模具内的保温层的顶面。如此，防止养护过程预制件养护过程发生翘曲，同时增加养护空间内的保温保湿效果。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步描述，以助于更好地理解本发明，但本发明的保护范围并不仅限于这些实施例。
预制件的制备实施例1
上述预制件由活性干粉料与水拌和后浇筑成型，活性干粉料包含按重量份计算的如下组分：偏高岭土40份、水玻璃10份和碳酸钠5份、生石灰3份、草木灰4份，以及20～40目、40～70目和325目规格的石英砂进行级配混合制得的集料45份，硅灰4份以及钢纤维4份。其中，拌和水8份。
预制件的制备实施例2
上述预制件由活性干粉料与水拌和后浇筑成型，活性干粉料包含按重量份计算的如下组分：偏高岭土3份、矿渣24份、粉煤灰3份、水玻璃10份和碳酸钠5份、生石灰1份、草木灰3份，以及20～40目、40～70目和325目规格的石英砂进行级配混合制得的集料40份，硅灰2份以及钢纤维3份。其中，拌和水5份。
预制件的制备实施例3
上述预制件由活性干粉料与水拌和后浇筑成型，活性干粉料包含按重量份计算的如下组分：偏高岭土3份、矿渣3份、粉煤灰24份、水玻璃10份和碳酸钠5份、生石灰1份、草木灰3份，以及20～40目、40～70目和325目规格的石英砂进行级配混合制得的集料40份，硅灰2份以及钢纤维3份。其中，拌和水10份。
预制件的制备实施例4
上述预制件由活性干粉料与水拌和后浇筑成型，活性干粉料包含按重量份计算的如下组分：偏高岭土24份、矿渣3份、粉煤灰3份、水玻璃7份和碳酸钠7份、生石灰1份、草木灰3份，以及20～40目、40～70目和325目规格的石英砂进行级配混合制得的集料40份，硅灰2份以及钢纤维3份。其中，拌和水7份。
预制件的制备实施例5
上述预制件由活性干粉料与水拌和后浇筑成型，活性干粉料包含按重量份计算的如下组分：偏高岭土24份、矿渣2份、粉煤灰2份、水玻璃10份和碳酸钠5份、生石灰1份、草木灰5份，以及20～40目、40～70目和325目规格的石英砂进行级配混合制得的集料40份，硅灰2份以及钢纤维3份。其中，拌和水6份。
预制件的制备实施例6
上述预制件由活性干粉料与水拌和后浇筑成型，活性干粉料包含按重量份计算的如下组分：偏高岭土24份、矿渣2份、粉煤灰2份、水玻璃10份和碳酸钠5份、生石灰3份、草木灰3份，以及20～40目、40～70目和325目规格的石英砂按9:3:1混合制得的集料40份，硅灰2份以及钢纤维3份。其中，拌和水6份。
预制件的制备实施例7
上述预制件由活性干粉料与水拌和后浇筑成型，活性干粉料包含按重量份计算的如下组分：偏高岭土5份、粉煤灰25份、水玻璃5份和碳酸钠3份、生石灰5份、草木灰6份，以及20～40目、40～70目和325目规格的石英砂进行级配混合制得的集料40份，硅灰3份以及钢纤维6份。其中，拌和水6份。
预制件的制备实施例8
上述预制件由活性干粉料与水拌和后浇筑成型，活性干粉料包含按重量份计算的如下组分：粉煤灰40份、水玻璃15份和碳酸钠10份、生石灰3份、草木灰1份，以及20～40目、40～70目和325目规格的石英砂进行级配混合制得的集料35份，硅灰5份以及钢纤维2份。其中，拌和水10份。
预制件的制备实施例9
上述预制件由活性干粉料与水拌和后浇筑成型，活性干粉料包含按重量份计算的如下组分：粉煤灰35份、矿渣5份、偏高岭土5份、水玻璃10份和碳酸钠5份、生石灰1份、草木灰5份，以及20～40目、40～70目和325目规格的石英砂进行级配混合制得的集料55份，硅灰4份以及钢纤维3份。其中，拌和水8份。
预制件的制备实施例10
上述预制件由活性干粉料与水拌和后浇筑成型，活性干粉料包含按重量份计算的如下组分：偏高岭土15份、水玻璃5份和碳酸钠3份、生石灰1份、草木灰2份，以及20～40目、40～70目和325目规格的石英砂进行级配混合制得的集料40份，硅灰1份以及钢纤维2份。其中，拌和水7份。
预制件的制备实施例11
上述预制件由活性干粉料与水拌和后浇筑成型，活性干粉料包含按重量份计算的如下组分：偏高岭土30份、粉煤灰8份、水玻璃8份和碳酸钠4份、生石灰2份、草木灰4份，以及20～40目、40～70目和325目规格的石英砂进行级配混合制得的集料40份，硅灰3份以及钢纤维2份。其中，拌和水6份。
上述实施例所采用的制备方法为：
实施例如下，包括如下步骤：(1)模具的预处理：至少包括进行模具清理的步骤；(2)配料混合：将上述任一所述的活性干粉料与水配合搅拌均匀；(3)布料：至少包括将工序(2)中的拌合物浇注在经工序(1)处理后的模具内的步骤；(4)养护；(5)脱模。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述步骤(2)中先将活性干粉料中除复合激发剂外的其他物料在搅拌机中拌合均匀，再将水与复合激发剂混合后分三次加入搅拌机中，继续搅拌至均匀。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述步骤(4)中将工序(3)中已完成布料后的模具叠放，上下模具之间形成独立、密闭的养护空间，所述预制件在所述养护空间内进行养护。
本发明在布料完成后将浇筑有物料的模具进行叠放组合，预制件在上下模具之间的密闭的养护空间内独立的进行养护，养护空间密闭可控制胶凝材料水分的散失，维持养护空间内一个相对平衡的水分体系，同时利用胶凝材料水化时产生的水化热进行“抱团取暖”式保温保湿，尤其是胶凝材料中生石灰与水反应放出大量热，为预制件的养护提供一定的热源。如此，本发明在养护环节无需使用养护窑或其他的养护室，将模具叠放组合后送至堆场即可，养护一定时间即可脱模，不仅简化了工艺流程，且养护过程中无需使用码垛架或其他支架，减少生产成本的同时提高生产效率，同时由于无需使用养护窑等降低了成本，降低了能耗，减少的设施的维护成本，整个工艺生产线的占地面积也大大减少。需要说明的是，此处所述的养护空间的密闭是相对的，并非一定是绝对的密闭，并不表示养护空间与外界完全无能量或物料的交换，而在实际的操作过程中，由于模具的制作工艺的影响以及模具叠放过程的误差，模具之间可能无法完全契合，导致叠放后的模具的拼接面存在间隙，这些允许范围内的误差是可以接受的，并不影响本发明的养护效果，应当认为其构成的养护空间仍然是密闭的，当然，优选养护空间是绝对的密闭。优选，所述模具设有吊钉，通过吊具实现模具的叠放。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述工序(4)中叠放后位于顶部的模具采用密封件进行密封，顶部的模具与密封件形成独立、密闭的养护空间。如此，顶部模具中的预制件在模具与密封件构成的养护空间内进行单独养护。优选，每一垛可采用少于等于30个模具进行叠放组合，可节省空间，同时保温效果较好。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，至少所述模具的底模由保温材料制备。优选整个模具均为保温材料制备，这样尽可能的减少叠放码垛后上下模具之间形成的养护空间内的热量的损失，提高热能利用率，通过预制件的水化热将预制件维持在一定的恒温的养护空间中，提高养护效果。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述模具的边模上部或所述模具的底部设有密封条，所述工序(4)中模具叠放后通过所述密封条实现养护空间的密闭。密封条的设置使得模具叠放后实现养护空间的密闭，同时起到一定的缓冲作用，避免模具叠放落位时模具直接接触损坏模具。优选，密封条具有一定的厚度和柔性。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述模具上部设有码垛销，所述模具底部设有码垛孔，所述工序(4)中模具叠放后下部模具的码垛销插入上部模具的码垛孔内。如此，在预制件生产线中，模具叠放，码垛销插入所述码垛孔中进行限位和定位，码垛销和码垛孔的设置可使得模具叠放过程中叠放整齐，同时起到限位作用，防止成型模叠放一定高度后或在转运过程中倾倒。优选所述码垛销和码垛孔设置所述成型模的边角部，这样限位作用更为明显。当然，模具可设置其他的连接件实现上下模具的连接，如卡接件等。应当说明的是，此处所述上部模具和下部模具是相对概念，多个模具叠放组合时，两个相互组合模具之间位于上方的模具为上部模具，位于下方的模具为下部模具。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述工序(4)中的养护空间内注入有水蒸气或水雾。为增加养护效果，可通过水蒸气或水雾生成装置向养护空间内注入有水蒸气或水雾，所述水蒸气或水雾生成装置与至少一个叠放组合后的模具通过管路可拆卸连接，并向所述养护空间内注入水蒸气或水雾。由于养护空间是密闭的，可在模具叠放后仅注入一次，也可以是养护期限内间歇多次注入，维持一定的湿度。此种情况下，无需在养护窑中进行养护，封闭式的养护空间可保证养护空间内水蒸汽不散失，将上述的码垛好的模具放入堆场中，利用混凝土水化时产生的水化热进行“抱团取暖”式保湿养护，减少蒸汽养护所需要的热源和水蒸气来源。优选所述模具的边模设有接口，接口与管道可拆卸连接，接口在不通水蒸汽或水雾时，采用密封装置进行密封。需要的条件下可通入高温水蒸气养护。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述预制件为装饰板，所述装饰板包括结构层和装饰层，所述工序(2)中包括结构层原料的配料混合以及装饰层原料的配料混合；所述工序(3)中先进行装饰层的布料，再进行结构层的布料。其中，结构层采用上述实施例中的活性干粉料制备，所述装饰层的原料包括按重量份计算的如下组分：偏高岭土：20％～30％；滑石粉：2％～3％；白硅灰：3％～5％；石英砂：35％～55％；水玻璃：5％～15％；碳酸钠：3％～7％；水：6％～15％；高强石膏：1％～3％；陶瓷颗粒：2％～5％。
具体，装饰层的原料包括按重量份计算的如下组分：偏高岭土：25％；滑石粉：2％；白硅灰：4％；石英砂：45％；水玻璃：8％；碳酸钠：4％；水：8％；高强石膏：1％；陶瓷颗粒：3％。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述工序(3)和工序(4)之间还包括在所述结构层的上部复合保温层的步骤。本发明区别常规的在养护完成后进行后处理操作的过程中使用胶粘剂将结构层和保温层粘合的形式，当结构层浇筑后，利用结构层混凝土的粘结性，直接将保温层复合结构层上，工艺更加简单，且复合效果更好。同时将保温层复合在结构层后再进行本发明中采用的养护方式进行养护处理，利用保温层的保温性，减少养护空间内的热量的损失，提高热能利用率，充分利用预制件的水化热将预制件维持在一定的恒温的养护空间中，提高养护效果。同时由于保温层通常采用xps、挤塑板等保温板，不适用于高温蒸汽养护。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，将保温层设置在结构层上后还包括振动辊压的步骤：通过压辊振动辊压使保温层与结构层紧密结合。如此，增加保温层与结构层之间的结合力，复合效果更好，使用过程不至于剥落。
优选，具体操作步骤中可采用吸盘结构式上料机实现保温层的放置。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述保温层与结构层复合前有进行保温层的预处理，所述保温层的预处理包括对保温层与结构层的复合面进行拉毛和/或开槽处理，所述槽纵横交错呈“井”字型。如此，结构层中的浆液嵌入保温层的复合面或开设的槽中，增加保温层与结构层的粘合力。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述工序(4)中模具叠放后上层模具的底面紧贴下层模具内的保温层的顶面。如此，防止养护过程预制件养护过程发生翘曲，同时增加养护空间内的保温保湿效果。
表1
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。