本发明涉及一种蒸压加气混凝土材料及其制备方法,属于建筑材料领域。
背景技术：
蒸压加气混凝土具有多孔结构，其导热系数小（b07级砌块导热系数≤0.18w/m•k，b06级砌块导热系数≤0.16w/m•k），具备质轻及良好的保温、隔热特性。由于它还具有防火性能好，以及生产效率高、生产能耗低等特点，合乎新型墙体材料的要求，受到了建筑业的普遍重视，成为国家大力推广和发展的一种墙体材料。蒸压加气混凝土的生产是采用硅质原料（如砂或粉煤灰等）和钙质原料（如石灰、水泥等），掺入铝粉等发气剂，并通过一系列的工序制成的。目前，我国蒸压加气混凝土生产采用的硅质原材料主要为砂或者粉煤灰。但是，随着砂资源因河道禁止或限制开采而逐渐出现供给不足，而粉煤灰作为水泥混合材料和混凝土矿物掺合料之一，其供应量本就不充裕，亦出现原料短缺的问题。
另一方面，石墨尾矿是石墨矿开采后的尾矿矿浆经自然脱水而形成固体废弃物。开采石墨矿山后，会有大量废石、排土和尾矿等产生并堆积，从而造成土地占用等问题，而且其中含有的某些化学物质会对环境造成污染。因此，如何有效利用石墨尾矿是亟待解决的问题之一。目前，国内石墨尾矿的资源化利用途径主要包括：从石墨选矿尾矿中回收有价矿物、用于制白炭黑，以及在建材工业上的应用（主要集中在制作免烧结砖、烧结砖瓦、水泥配料以及作为道路基层材料等）。这些处理和利用在一定程度上推动了我国石墨尾矿资源化的技术进步，但由于其利用技术水平总体不高、利用效率不高，导致每年仍会有新增的石墨尾矿大量堆积。石墨尾矿作为一种含硅的固体矿业废料，其sio2含量比粉煤灰略高，且sio2主要以石英晶体等矿物的形式存在，因而石墨尾矿在常温常压条件下无胶凝活性。但在蒸压条件下，sio2与石灰（或氢氧化钙）的反应活性大大提高。因此，石墨尾矿具备用作硅质原材料生产蒸压加气混凝土的条件。
技术实现要素：
本发明利用石墨尾矿替代了粉煤灰和砂作为硅质材料来生产蒸压加气混凝土，这不仅缓解了天然砂等原材料供给不足的问题，而且也解决了在开采石墨尾矿堆积而造成的对土地资源的占用和环境污染等问题。可知，本发明同时还能促进石墨尾矿、磷石膏的高效率利用，节约资源能源、保护环境，具有良好经济效益和社会效益。
基于该问题，本发明提供一种蒸压加气混凝土材料及其试块的制备方法，是以石墨尾矿作为硅质材料，在水泥、生石灰及磷石膏体系的碱性环境下水化硬化提供强度，铝粉作为发气剂，制备一种性能优异、成本低廉、低碳环保的墙体材料。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种蒸压加气混凝土建筑材料，各原料的质量份数如下：石墨尾矿粉50~64份，水泥14~17份，生石灰19-30份，磷石膏2-5份，铝粉0.1～0.14份。
原料中氧化钙与氧化硅的质量比为0.5~0.9：1，水料比为0.6~0.65：1。所述的石墨尾矿粉中sio2含量不低于50%，比表面积不小于450m2/kg，细度为在0.080mm方孔筛中筛余不大于8%。所述磷石膏中caso4·2h2o含量不小于75%。
所述水泥采用符合《通用硅酸盐水泥》（gb175-2007）规范的32.5强度等级的水泥，所述生石灰等级为ⅱ级及以上生石灰，所述磷石膏中caso4·2h2o含量不小于75%。
一种蒸压加气混凝土材料的制备方法为：
首先用恒温水浴锅将水加热至水温达到50℃左右备用，再将所述石墨尾矿粉50~64份，水泥14~17份，生石灰19-30份，磷石膏2-5份放入搅拌锅中进行搅拌1min，然后加入50℃左右的热水，搅拌1min至均匀，接着倒入0.1～0.14份的铝粉一起进行搅拌，1min后停止搅拌，将搅拌好的浆体倒入试模，浇筑深度大约至模具高度的3/4处，然后将浇筑好的模具放入50℃烘干箱内进行静停发气，待发气结束后将试体移入蒸压反应釜中进行蒸压养护，养护制度分为五个阶段：第一阶段为无压排气。将蒸压反应釜的放气阀打开，进行无压排空气，此时釜内水蒸汽压力为0mpa。向釜内供热，釜内温度从室温开始升温，待升至100℃后关闭放气阀，继续供热，蒸压反应釜内水蒸气压力从0mpa上升至0.45-0.5mpa，此时温度从100℃上升至160-170℃，耗时35-45min；第二阶段为恒温恒压阶段，在釜内水蒸汽压力为0.45-0.5mpa（即釜内温度160-170℃）的条件下恒压0.8-1.5h；第三阶段继续升温升压，使釜内水蒸汽压力升至1.1-1.2mpa，此时釜内对应温度为190-200℃；第四阶段继续维持恒温恒压阶段（1.1-1.2mpa，190-200℃），即在釜内水蒸汽压力为1.1-1.2mpa（即釜内温度190-200℃）的条件下维持恒压5-6h；第五阶段降压降温阶段，停止向蒸压反应釜内供热，使釜内水蒸汽压力由1.1-1.2mpa下降至0mpa。然后，打开放气阀，等气排出后取出试体，最后，将蒸压养护后的试体移入50℃干燥箱内烘干至恒重后取出，即得本发明蒸压加气混凝土。
发明有如下显著进步之处：
第一、使用石墨尾矿作为硅质材料替代传统的粉煤灰和天然砂，缓解了传统硅质材料的需求，尤其减少了天然砂的开采。
第二、石墨尾矿是一种固体工业废料，经尾矿矿浆自然脱水形成，而本发明将其应用到蒸压加气混凝土中，减少堆放石墨尾矿对土地资源的占用及废料对环境造成的污染，开拓了石墨尾矿高附加值应用的新途径。
具体实施方式
实施例1
一种蒸压加气混凝土建筑材料，各原料的质量配比如下：
石墨尾矿64份，水泥14份，生石灰19份，磷石膏3份，发气剂铝粉0.1份，其钙硅比为0.5，水料比为0.60；所述的百分比均为质量百分比。
所述的石墨尾矿粉比表面积不小于450m2/kg，细度为在0.080mm方孔筛中筛余不大于8%，所述水泥采用符合《通用硅酸盐水泥》（gb175-2007）规范的32.5强度等级的水泥，所述生石灰等级为ⅱ级及以上生石灰，所述磷石膏中caso4·2h2o含量不小于75%。
一种蒸压加气混凝土材料的制备方法为：
首先用恒温水浴锅将水加热至水温达到50℃左右备用，再将所述石墨尾矿、生石灰、水泥、磷石膏按照64份、19份、14份、3份放入搅拌锅中进行搅拌1min，然后加入50℃左右的热水，搅拌1min至均匀，接着倒入0.1份的铝粉一起进行搅拌，1min后停止搅拌，将搅拌好的浆体倒入试模，浇筑深度大约至模具高度的3/4处，然后将浇筑好的模具放入50℃烘干箱内进行静停发气，待发气结束后将试体移入蒸压反应釜中进行蒸压养护，养护制度分为五个阶段：第一阶段为无压排气。将蒸压反应釜的放气阀打开，进行无压排空气，此时釜内水蒸汽压力为0mpa。向釜内供热，釜内温度从室温开始升温，待升至100℃后关闭放气阀，继续供热，蒸压反应釜内水蒸气压力从0mpa上升至0.5mpa，此时温度从100℃上升至168℃，耗时约40min；第二阶段为恒温恒压阶段，在釜内水蒸汽压力为0.5mpa（即釜内温度168℃）的条件下恒压1h；第三阶段继续升温升压，使釜内水蒸汽压力升至1.1mpa，此时釜内对应温度为194℃；第四阶段继续维持恒温恒压阶段（1.1mpa，194℃），即在釜内水蒸汽压力为1.1mpa（即釜内温度194℃）的条件下维持恒压6h；第五阶段降压降温阶段，停止向蒸压反应釜内供热，使釜内水蒸汽压力由1.1mpa下降至0mpa。然后，打开放气阀，等气排出后取出试体，最后，将蒸压养护后的试体移入50℃干燥箱内烘干至恒重后取出，即得本发明蒸压加气混凝土。
实施例2
一种蒸压加气混凝土建筑材料，各原料的质量配比如下：
石墨尾矿60份，水泥15份，生石灰22份，磷石膏3份。其钙硅比为0.6，发气剂铝粉0.14份，水料比为0.65；所述的百分比均为质量百分比。
所述的石墨尾矿粉比表面积不小于450m2/kg，细度为在0.080mm方孔筛中筛余不大于8%，所述水泥采用符合《通用硅酸盐水泥》（gb175-2007）规范的32.5强度等级的水泥，所述生石灰等级为ⅱ级及以上生石灰，所述磷石膏中caso4·2h2o含量不小于75%。
一种蒸压加气混凝土材料的制备方法为：
首先用恒温水浴锅将水加热至水温达到50℃左右备用，再将所述石墨尾矿、生石灰、水泥、磷石膏按照60份、22份、15份、3份放入搅拌锅中进行搅拌1min，然后加入50℃左右的热水，搅拌1min至均匀，接着倒入0.14份的铝粉一起进行搅拌，1min后停止搅拌，将搅拌好的浆体倒入试模，浇筑深度大约至模具高度的3/4处，然后将浇筑好的模具放入50℃烘干箱内进行静停发气，待发气结束后将试体移入蒸压反应釜中进行蒸压养护，养护制度分为五个阶段：第一阶段为无压排气。将蒸压反应釜的放气阀打开，进行无压排空气，此时釜内水蒸汽压力为0mpa。向釜内供热，釜内温度从室温开始升温，待升至100℃后关闭放气阀，继续供热，蒸压反应釜内水蒸气压力从0mpa上升至0.5mpa，此时温度从100℃上升至168℃，耗时约40min；第二阶段为恒温恒压阶段，在釜内水蒸汽压力为0.5mpa（即釜内温度168℃）的条件下恒压1h；第三阶段继续升温升压，使釜内水蒸汽压力升至1.1mpa，此时釜内对应温度为194℃；第四阶段继续维持恒温恒压阶段（1.1mpa，194℃），即在釜内水蒸汽压力为1.1mpa（即釜内温度194℃）的条件下维持恒压6h；第五阶段降压降温阶段，停止向蒸压反应釜内供热，使釜内水蒸汽压力由1.1mpa下降至0mpa。然后，打开放气阀，等气排出后取出试体，最后，将蒸压养护后的试体移入50℃干燥箱内烘干至恒重后取出，即得本发明蒸压加气混凝土。
实施例3
一种蒸压加气混凝土建筑材料，各原料的质量配比如下：
石墨尾矿52份，水泥17份，生石灰28份，磷石膏3份。其钙硅比为0.8，发气剂铝粉0.1份，水料比为0.6；所述的百分比均为质量百分比。
所述的石墨尾矿粉比表面积不小于450m2/kg，细度为在0.080mm方孔筛中筛余不大于8%，所述水泥采用符合《通用硅酸盐水泥》（gb175-2007）规范的32.5强度等级的水泥，所述生石灰等级为ⅱ级及以上生石灰，所述磷石膏中caso4·2h2o含量不小于75%。
一种蒸压加气混凝土材料的制备方法为：
首先用恒温水浴锅将水加热至水温达到50℃左右备用，再将所述石墨尾矿、生石灰、水泥、磷石膏按照52份、28份、17份、3份放入搅拌锅中进行搅拌1min，然后加入50℃左右的热水，搅拌1min至均匀，接着倒入0.1份的铝粉一起进行搅拌，1min后停止搅拌，将搅拌好的浆体倒入试模，浇筑深度大约至模具高度的3/4处，然后将浇筑好的模具放入50℃烘干箱内进行静停发气，待发气结束后将试体移入蒸压反应釜中进行蒸压养护，养护制度分为五个阶段：第一阶段为无压排气。将蒸压反应釜的放气阀打开，进行无压排空气，此时釜内水蒸汽压力为0mpa。向釜内供热，釜内温度从室温开始升温，待升至100℃后关闭放气阀，继续供热，蒸压反应釜内水蒸气压力从0mpa上升至0.5mpa，此时温度从100℃上升至168℃，耗时约40min；第二阶段为恒温恒压阶段，在釜内水蒸汽压力为0.5mpa（即釜内温度168℃）的条件下恒压1h；第三阶段继续升温升压，使釜内水蒸汽压力升至1.1mpa，此时釜内对应温度为194℃；第四阶段继续维持恒温恒压阶段（1.1mpa，194℃），即在釜内水蒸汽压力为1.1mpa（即釜内温度194℃）的条件下维持恒压6h；第五阶段降压降温阶段，停止向蒸压反应釜内供热，使釜内水蒸汽压力由1.1mpa下降至0mpa。然后，打开放气阀，等气排出后取出试体，最后，将蒸压养护后的试体移入50℃干燥箱内烘干至恒重后取出，即得本发明蒸压加气混凝土。
实施例4
一种蒸压加气混凝土建筑材料，各原料的质量配比如下：
石墨尾矿50份，水泥17份，生石灰30份，磷石膏3份。其钙硅比为0.9，发气剂铝粉0.1份，水料比为0.6；所述的百分比均为质量百分比。
所述的石墨尾矿粉比表面积不小于450m2/kg，细度为在0.080mm方孔筛中筛余不大于8%，所述水泥采用符合《通用硅酸盐水泥》（gb175-2007）规范的32.5强度等级的水泥，所述生石灰等级为ⅱ级及以上生石灰，所述磷石膏中caso4·2h2o含量不小于75%。
一种蒸压加气混凝土材料的制备方法为：
首先用恒温水浴锅将水加热至水温达到50℃左右备用，再将所述石墨尾矿、生石灰、水泥、磷石膏按照50份、30份、17份、3份放入搅拌锅中进行搅拌1min，然后加入50℃左右的热水，搅拌1min至均匀，接着倒入0.1份的铝粉一起进行搅拌，1min后停止搅拌，将搅拌好的浆体倒入试模，浇筑深度大约至模具高度的3/4处，然后将浇筑好的模具放入50℃烘干箱内进行静停发气，待发气结束后将试体移入蒸压反应釜中进行蒸压养护，养护制度分为五个阶段：第一阶段为无压排气。将蒸压反应釜的放气阀打开，进行无压排空气，此时釜内水蒸汽压力为0mpa。向釜内供热，釜内温度从室温开始升温，待升至100℃后关闭放气阀，继续供热，蒸压反应釜内水蒸气压力从0mpa上升至0.5mpa，此时温度从100℃上升至168℃，耗时约40min；第二阶段为恒温恒压阶段，在釜内水蒸汽压力为0.5mpa（即釜内温度168℃）的条件下恒压1h；第三阶段继续升温升压，使釜内水蒸汽压力升至1.2mpa，此时釜内对应温度为196℃；第四阶段继续维持恒温恒压阶段（1.2mpa，196℃），即在釜内水蒸汽压力为1.2mpa（即釜内温度196℃）的条件下维持恒压6h；第五阶段降压降温阶段，停止向蒸压反应釜内供热，使釜内水蒸汽压力由1.2mpa下降至0mpa。然后，打开放气阀，等气排出后取出试体，最后，将蒸压养护后的试体移入50℃干燥箱内烘干至恒重后取出，即得本发明蒸压加气混凝土。
分别检测蒸压加气混凝土材料其试块的抗压强度、干密度，结果见表1：
表1实施案例试验数据