专利名称：一种高掺量粉煤灰烧结制品的减缩增强剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高掺量粉煤灰烧结制品的减縮增强剂及 其制备方法。
技术背景目前，中国正在进行大规模的城镇化建设。据有关研究表明，按年均增长l百分点计， 2020年的城镇化水平将达到57%左右，城镇总人口将达到8.28亿左右。每年增加城镇人口 约1800万人左右，这对城镇建设用地和建设用材提出了巨大的要求，按现行规划标准估算， 每年需要建设用地270万亩。我国房屋建筑材料中70%是墙体材料，其中粘土砖占据主导 地位，生产粘土砖每年耗用粘土资源达10多亿立方米，约相当于毁田50万亩，同时，我 国每年生产粘土砖消耗7000多万吨标准煤。如果实心粘土砖产量继续增长，不仅增加墙体 材料的生产能耗，而且导致新建建筑的采暖和空调能耗大幅度增加，将严重加剧能源供需 矛盾。从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰称为粉煤灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体 废物。据中国电力新闻网引自电监会研究室课题组的报告显示2006年，仅我国火电机组 燃煤量就达到13亿吨，排放的粉煤灰高达3.5亿吨。其次，被除尘器捕获的飞灰，以湿排 形式排放后，将使飞灰中的有害成分溶入水中，最终污染地表水和地下水。最终，破坏土 壤和水体的生态平衡，威胁人类的健康同时也浪费了大量的水资源。因此，高效利用粉煤 灰是解决粉煤灰排放对环境与资源不利影响的重要发展方向。粉煤灰的化学组成与粘土相似，其中Si02与AlA总量达到约70 9(m (质量百分数)， 且粉煤灰内含有残余可燃物，可起内燃料的作用，从而可降低制品的生产热耗。因此，利 用高掺量粉煤灰代替粘土生产墙体材料，应该是将粉煤灰作为资源的一种有益的途径，从 而减少环境污染，资源与能源消耗，为全社会的节能与减排做出贡献。尽管如此，粉煤灰从理论上分析制备烧结制品是可行的，但在实际生产过程中为了获 得良好的性能，粉煤灰掺量并不高(《50%，质量百分数)。这主要是由于粉煤灰其化学组 成尽管与粘土相似，但其矿物组成却缺少粘土类矿物，因此粉煤灰属于瘠性料。在实际生 产粉煤灰烧结制品的过程中， 一般而言必须加入相当量的塑化料，提高粉煤灰的塑性，增 加坯体强度，最终获得适宜的烧结强度。对于高掺量粉煤灰烧结制品而言，理想的产品性 能不仅与塑化料的种类与掺量相关，而且还取决于烧成温度制度，粉煤灰的掺量与烧成温 度近似为正相关性。虽然塑化剂的掺入提高了粉煤灰的塑性与坯体强度，但大量塑化剂的 掺入将增加粉煤灰烧结制品的容重和导热系数，使得高掺量粉煤灰烧结制品内部的微孔造 孔效应降低，并且导致烧结制品产生较大的收縮，甚至变形。因此，在基本上不改变现有生产工艺与生产条件的前提下，开发适于高掺量粉煤灰烧 结制品的添加剂对粉煤灰在烧结制品方面的应用具有重要意义。中国专利号为ZL 01123582.9的发明专利说明书中公开了一种粉煤灰烧结砖专用添加剂，该添加剂包括造纸 废水，矿化剂与表面活性剂。但是，该添加剂要求加热造纸废水至90 10(TC与矿化剂反应 10 20min，将较大幅度增加了生产能耗与设备投资。此外，所使用的表面活性剂成本较高。 中国专利号为ZL 200510080632.4的发明专利说明书中公开了一种用于粉煤灰烧结砖的添 加剂。但是，该添加剂采用的A类，B类和C类组分成本较高。此外，该添加剂在实际使用 中仍然需要适量的粘结剂(优选粘土或页岩粉)，并在实施例4中使用约20% (质量百分数) 的粘土作为粘结剂。因此，在使用该添加剂生产建筑用烧结砖时，对土地尤其是耕地仍存 在一定程度的占用与破坏，与国家基本政策不符。综上所述，上述发明专利说明书中没有 考虑到高惨量粉煤灰烧结制品的收縮变形问题，没有从体积变形，可塑性与低温快烧角度 提出适于现有生产工艺与生产条件的高掺量粉煤灰烧结制品的减縮增强剂及其制备方法。 发明内容本发明的目的在于提供一种高掺量粉煤灰烧结制品的减縮增强剂及其制备方法，该方 法可改善粉煤灰可塑性，制备出具有高强度、低收縮、低烧成温度特点的高掺量粉煤灰烧结制品。为了实现上述目的，本发明的技术方案是 一种高掺量粉煤灰烧结制品的减縮增强剂， 其特征是它由减縮组分、增塑组分和低温烧结组分混合而成，减缩组分增塑组分低温 烧结组分的质量比为l: 1 1.5: 0. 1 1;所述的减縮组分由无机物A和生物质B混合组成，无机物A:生物质B的质量比为1:0. 01 0. 5;其中，无机物A的化学组成(质量分数)为Si02 5 5 75%， A120:, 10 30%， Fe必, 1 10%， CaO 0. 5 5%， MgO 0. 5 3%;生物质B的组成(质量分数)为粗纤维30 45%， 木质素20 35%，灰含量20 35%;所述的增塑组分为页岩、煤矸石中的任意一种或二种的混合，二种混合时的质量比为-页岩煤矸石为1: 0.3 1;所述的低温烧结组分为磷酸钠、氧化铁中的任意一种或二种的混合，二种混合时的质 量比为磷酸钠氧化铁为l: 0. 5 1。无机物A为膨润土，膨润土中蒙脱石为60%-88%(质量分数)，膨胀容为15-50ml/g， 2h吸水率为150—350%。生物质B为锯末、秸秆或稻壳中的任意一种。上述一种高掺量粉煤灰烧结制品的减縮增强剂的制备方法，其特征是它包括如下步骤-1) 减縮组分的制备将无机物A和生物质B分别进行干燥与粉磨，达到80iim筛余 为小于20%的条件后，按无机物A:生物质B的质量比为1: 0.01 0.5，选取无机物A和 生物质B混合均匀，得减縮组分；2) 增塑组分的制备按增塑组分为页岩、煤矸石中的任意一种或二种的混合，二种混 合时的质量比为页岩煤矸石为l: 0.3 1，选取；然后进行破碎，粉磨混合，得增塑组4分；3) 低温烧结组分的制备按低温烧结组分为磷酸钠、氧化铁中的任意一种或二种的混 合，二种混合时的质量比为磷酸钠氧化铁为l: 0.5 1，选取；然后进行破碎，粉磨混 合，得低温烧结组分；4) 按减縮组分增塑组分低温烧结组分的质量比为1: 1 1.5: 0.1 1，选取减縮 组分、增塑组分和低温烧结组分；搅拌均匀后得高掺量粉煤灰烧结制品的减縮增强剂。应用本发明的高掺量粉煤灰烧结制品的减缩增强剂采用内掺法等量代替粉煤灰重量的 15 30%。本发明的有益效果是第一，可利用减縮组分经历高温作用产生的物理化学作用和适 量的微孔，抑制塑化剂掺入导致高掺量粉煤灰烧结制品所产生的较大收縮与变形；第二， 增塑组分的掺入，有利于改善粉煤灰的塑性，便于高产掺量粉煤灰烧结制品的成型，降低 对生产条件的高要求；第三，低温烧结组分的掺入，有利于在低温下通过固相反应和固液 相反应，加快粉煤灰与增塑组分的传质过程，促进高掺量粉煤灰的烧结。最终，实现高掺 量粉煤灰烧结制品高强度、低收縮、低烧成温度。
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容 不仅仅局限于下面的实施例。 实施例1:如图1所示， 一种高掺量粉煤灰烧结制品的减縮增强剂的制备方法，它包括如下步骤1) 减縮组分的制备将无机物A和生物质B分别进行干燥与粉磨，达到80um筛余 为小于20%的条件后，按无机物A:生物质B的质量比为1: 0.05，选取无机物A和生物质B混合均匀，得减縮组分；其中，无机物A为膨润土，它的化学组成(质量分数)为蒙脱石为65%，膨胀容为 15ml/g， 2h吸水率为150%;生物质B为秸秆，它的组成(质量分数)为粗纤维30%，木质素35%，灰含量35%; 生物质B的80ym筛余为小于20。/。，含水量小于10%;生物质B的燃烧特性为着火点， 250。C;燃尽温度，38CTC;2) 增塑组分的制备按增塑组分为页岩和煤矸石的混合，页岩煤矸石的质量比为l: 1，选取页岩和煤矸石；将页岩和煤矸石进行破碎，粉磨与混合，得增塑组分；3) 低温烧结组分的制备按低温烧结组分为磷酸钠和氧化铁的混合，磷酸钠氧化铁 的质量比为l:1，选取磷酸钠和氧化铁进行破碎，粉磨与混合，得低温烧结组分；4) 按减縮组分增塑组分低温烧结组分的质量比为1: 1: 0.3，选取减縮组分、增 塑组分和低温烧结组分；搅拌均匀后得高掺量粉煤灰烧结制品的减缩增强剂。应用本发明的高掺量粉煤灰烧结制品的减縮增强剂采用内掺法等量代替粉煤灰重量 的25%进行高掺量粉煤灰的生产。采用的原材料配比为粉煤灰750Kg (质量百分比，75%);减縮增强剂250Kg (质量百分比，25%)。其中，减縮增强剂配比为减縮组分 109Kg;增塑组分109Kg;低温烧结组分32Kg。将通过计量的粉煤灰和减縮增强剂放入轮碾机碾练3 5分钟，加入适量水继续碾练3 5分钟，陈化48小时，物料含水率控制 在20%左右。采用挤出成型，在氧化气氛中燃烧，烧成温度100(TC，可制得高掺量粉煤灰 烧结制品。产品外观平整，颜色红润，收縮值为1.5%;抗压强度为20.3Mpa， 5h沸煮吸水率为 20%，饱和系数达到0.84。泛霜，石灰爆裂和冻融等指标均达到GB 5101-2003《普通烧 结砖》标准要求。实施例2:一种高掺量粉煤灰烧结制品的减縮增强剂的制备方法，它包括如下歩骤1) 减缩组分的制备将无机物A和生物质B分别进行干燥与粉磨，达到80iim筛余 为小于20%的条件后，按无机物A:生物质B的质量比为1: 0.1，选取无机物A和生物质B混合均匀，得减縮组分；其中，无机物A为膨润土，它的化学组成(质量分数)为蒙脱石为70%，膨胀容为 25ml/g， 2h吸水率为250%;生物质B为稻壳，它的组成(质量分数)为粗纤维45%，木质素20%，灰含量35%; 生物质B的80u m筛余为小于20%,含水量小于10%;生物质B的燃烧特性为着火点， 308。C;燃尽温度，341°C;2) 增塑组分的制备按增塑组分为页岩和煤矸石的混合，页岩煤矸石的质量比为l: 0.5，选取页岩和煤矸石；将页岩和煤矸石进行破碎，粉磨与混合，得增塑组分；3) 低温烧结组分的制备按低温烧结组分为磷酸钠和氧化铁的混合，磷酸钠氧化铁 的质量比为l: 0.5，选取磷酸钠和氧化铁进行破碎，粉磨与混合，得低温烧结组分；4) 按减縮组分增塑组分低温烧结组分的质量比为1: 1.5:0.5，选取减縮组分、 增塑组分和低温烧结组分；搅拌均匀后得高掺量粉煤灰烧结制品的减缩增强剂。本发明的高掺量粉煤灰烧结制品的减缩增强剂采用内掺法等量代替粉煤灰重量的80% 进行高掺量粉煤灰的生产。采用的原材料配比为粉煤灰800Kg (质量百分比，80%); 减縮增强剂200Kg (质量百分比，25%)。其中，减縮增强剂配比为减縮组分67Kg; 增塑组分100Kg;低温烧结组分33Kg。将通过计量的粉煤灰和减縮增强剂放入轮碾机碾练3 5分钟，加入适量水继续碾练3 5分钟，陈化48小时，物料含水率控制在20%左右。采用挤出成型，在氧化气氛中燃烧，烧成温度ioocrc，可制得高掺量粉煤灰烧结制品。产品外观平整，颜色红润，收缩值为1.2%;抗压强度为17.6Mpa， 5h沸煮吸水率为 21%，饱和系数达到0.83。泛霜，石灰爆裂和冻融等指标均达到GB 5101-2003《普通烧 结砖》标准要求。实施例3:一种高掺量粉煤灰烧结制品的减縮增强剂的制备方法，它包括如下歩骤1)减縮组分的制备将无机物A和生物质B分别进行干燥与粉磨，达到80ixm筛余为小于20%的条件后，按无机物A:生物质B的质量比为1: 0.01,选取无机物A和生物 质B混合均匀，得减縮组分；其中，无机物A为膨润土，它的化学组成(质量分数)为蒙脱石为75%，膨胀容为 22ml/g， 2h吸水率为224%;生物质B为锯末，它的组成(质量分数)为粗纤维37%，木质素35%，灰含量25%; 生物质B的80um筛余为小于20%，含水量小于10%;生物质B的燃烧特性为着火点， 258'C;燃尽温度，337°C;2) 增塑组分的制备按增塑组分为页岩和煤矸石的混合，页岩煤矸石的质量比为l: 0.3，选取页岩和煤矸石；将页岩、煤矸石进行破碎，粉磨与混合，得增塑组分；3) 低温烧结组分的制备按低温烧结组分为磷酸钠和氧化铁的混合，磷酸钠氧化铁 的质量比为l: 0.5，选取磷酸钠和氧化铁进行破碎，粉磨与混合，得低温烧结组分；4) 按减缩组分增塑组分低温烧结组分的质量比为1: 1:0.1，选取减缩组分、增塑 组分和低温烧结组分；搅拌均匀后得高掺量粉煤灰烧结制品的减缩增强剂。本发明的各原料上下限取值，以及其区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
权利要求
1.一种高掺量粉煤灰烧结制品的减缩增强剂，其特征是它由减缩组分、增塑组分和低温烧结组分混合而成，减缩组分∶增塑组分∶低温烧结组分的质量比为1∶1～1.5∶0.1～1；所述的减缩组分由无机物A和生物质B混合组成，无机物A∶生物质B的质量比为1∶0.01～0.5；其中，无机物A的化学组成(质量分数)为SiO2 55～75％，Al2O3 10～30％，Fe2O31～10％，CaO 0.5～5％，MgO 0.5～3％；生物质B的组成(质量分数)为粗纤维30～45％，木质素20～35％，灰含量20～35％；所述的增塑组分为页岩、煤矸石中的任意一种或二种的混合，二种混合时的质量比为页岩∶煤矸石为1∶0.3～1；所述的低温烧结组分为磷酸钠、氧化铁中的任意一种或二种的混合，二种混合时的质量比为磷酸钠∶氧化铁为1∶0.5～1。
2. 根据权利要求1所述的一种高掺量粉煤灰烧结制品的减縮增强剂，其特征是无机物A为膨润土，膨润土中蒙脱石为60%-88%(质量分数)，膨胀容为15-50ml/g， 2h吸水率 为150—350% 。
3. 根据权利要求1所述的一种高掺量粉煤灰烧结制品的减缩增强剂，其特征是生物 质B为锯末、秸秆或稻壳中的任意一种。
4. 如权利要求1所述的一种高掺量粉煤灰烧结制品的减缩增强剂的制备方法，其特征 是它包括如下步骤1) 减缩组分的制备将无机物A和生物质B分别进行千燥与粉磨，达到80um筛余 为小于20%的条件后，按无机物A:生物质B的质量比为1: 0.01 0.5，选取无机物A和生物质B混合均匀，得减缩组分；2) 增塑组分的制备按增塑组分为页岩、煤矸石中的任意一种或二种的混合，二种混 合时的质量比为页岩煤矸石为l: 0.3 1，选取；然后进行破碎，粉磨混合，得增塑组 分；3) 低温烧结组分的制备按低温烧结组分为磷酸钠、氧化铁中的任意一种或二种的混 合，二种混合时的质量比为磷酸钠氧化铁为l: 0.5 1，选取；然后进行破碎，粉磨混 合，得低温烧结组分；4) 按减縮组分增塑组分低温烧结组分的质量比为1: 1 1. 5: 0. 1 1，选取减縮 组分、增塑组分和低温烧结组分；搅拌均匀后得高掺量粉煤灰烧结制品的减縮增强剂。
全文摘要
本发明涉及一种高掺量粉煤灰烧结制品的减缩增强剂及其制备方法。一种高掺量粉煤灰烧结制品的减缩增强剂，其特征是它由减缩组分、增塑组分和低温烧结组分混合而成，减缩组分∶增塑组分∶低温烧结组分的质量比为1∶1～1.5∶0.1～1.0。所述的减缩组分由无机物A和生物质B混合组成，无机物A∶生物质B的质量比为1∶0.01～0.5；所述的增塑组分为页岩、煤矸石中的任意一种或二种的混合，二种混合时的质量比为页岩∶煤矸石为1∶0.3～1；所述的低温烧结组分为磷酸钠、氧化铁中的任意一种或二种的混合，二种混合时的质量比为磷酸钠∶氧化铁为1∶0.5～1。本发明可改善粉煤灰可塑性，制备出具有高强度，低收缩，低烧成温度特点的高掺量粉煤灰烧结制品。
文档编号C04B20/04GK101328034SQ20081004840
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月15日 优先权日2008年7月15日
发明者张明磊, 毛豫兰, 王耀城, 王迎斌, 松 穆, 马保国, 翔 黄 申请人:武汉理工大学