一種耐水高強石膏基混凝土磚或砌塊及其生產方法

2023-07-06 03:25:31

專利名稱：一種耐水高強石膏基混凝土磚或砌塊及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種建築牆體材料，具體地說，是涉及一種能代替粘土磚和水 泥砌塊的耐水高強石膏基混凝土磚或砌塊。技術背景我國是世界上小塊粘土磚的生產和使用"王國"，在我國建築行業中，傳統 的牆體材料即小塊實心粘土磚已有兩千多年的歷史。無論從資源與能源的消耗、 土地的破壞和對環境的汙染任一角度來說，這些傳統的牆體材料均是不可持續發展的建築材料，如每年燒制粘土磚消耗約100萬畝土地，其中毀田造磚2萬 畝；全國有粘土磚瓦企業約11萬家，佔地600多萬畝；粘土磚的年生產能耗達 6000萬噸標準煤；生產粘土磚還產生大量的有害氣體等。另一方面，我國目前每年產生的工業副產品石膏(又稱化學石膏)數量龐 大。例如，磷石膏有2000萬噸，並以每年15%的速度增長；每年產生的脫硫石 膏也有400萬噸，2010年後每年還將新增脫硫石膏2000萬噸以上；而且，還有 大量的氟石膏、檸檬石膏、硼石膏、鈦石膏、鹽石膏等(其中氟石膏為無水石 膏，無水石膏也稱硬石膏；脫硫石膏、磷石膏、檸檬石膏、硼石膏、鈦石膏和 鹽石膏均為二水石膏)，僅有少量用於水泥添加劑，多數處於堆放狀態，既佔用 大量土地，又汙染環境和地下水資源。發明內容本發明的目的在於提供一種可代替現有牆體材料粘土磚和水泥砌塊，資源 消耗少，生產成本較低的耐水高強石膏基混凝土磚或砌塊。本發明的目的是通過以下技術方案實現的本發明之耐水高強石膏基混凝土磚或砌塊主要由石膏基複合膠凝材料，促 凝劑和填料組成，各組分材料的重量配比為石膏基複合膠凝材料10% 100% (優選15% 60%)，促凝劑0 6%(優選1% 4%)，填料0 90%(優選60% 85%)，早強劑0 1%，減水劑0 1%,石灰0 6%，半水石膏0 15%。所述石膏基複合膠凝材料由石膏與活性摻合料和鹼性激發劑組成，各組分 材料的重量配比，石膏活性摻合料鹼性激發劑=55% 70%: 15% 40%: 5% 15%，三者的優選重量配比為70: 30: 10;所述石膏可為硬石膏、二水石 膏中的一種或兩者的混合物，所述硬石膏與二水石膏的重量配比為硬石膏二 水石膏=0 100%: 100% 0 (優選硬石膏二水石膏=10% 40%: 60% 90 %);若活性摻合料中鹼度不夠，必要時還可添加0 3%的石灰；所述硬石膏為磨細的氟石膏或直接粉磨的無水石膏，或二水石膏經360 100(TC煅燒形成的硬石膏n，其中360 50(TC煅燒形成的硬石膏II稱慢溶性硬石膏n—s， 500 70(rc煅燒形成的硬石膏n稱不溶性硬石膏n—u， 7oo iooo。C煅燒形成的硬石膏II稱為澆注硬石膏II 一E;硬石膏的優選順序為氟石膏〉天然硬石膏〉硬石膏n—E〉硬石膏n—s〉硬石膏n—u。氟石膏、硬石膏n—s、硬石膏II一E粒度為80 300目，優選100 250目；天然硬石膏、硬石膏II一 U的粒度為100 500目，優選250 400目；所述二水石膏為直接粉磨的天然二水石膏或脫硫石膏，或經過預處理的磷 石膏，或預處理的檸檬酸石膏；所述預處理的磷石膏可以是用生石灰中和，使其pH值大於或等於7.0的磷 石膏(由於磷石膏中含有無機磷和可溶性磷酸鹽等雜質，這些雜質會嚴重影響石膏的凝結性能。因此，使用前，宜用生石灰中和，使其pH值大於或等於7.0);一般的預處理工藝為，將95% 99%磷石膏與1% 5%的石灰混合均勻，放置 2 5天，即為預處理磷石膏；所述預處理檸檬酸石膏，是指用生石灰中和，使其pH值大於或等於7.0的 檸檬酸石膏； 一般是將95% 99%的檸檬酸石膏與1% 5%石灰混合均勻，放 置3 5天，即為預處理檸檬酸石膏；所述活性摻合料為磨細水淬高爐礦渣(簡稱磨細礦渣)、磨細粉煤灰、磨細 氟石粉、磨細鋰矽渣粉、矽灰、磨細鐵合金渣或磨細爐渣中的一種或兩種以上 的混合物；所述鹼性激發劑為矽酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、石灰、鹼渣 或電石渣；所述促凝劑為選自Na2S04、 K2S04、 NaHS04、 KHS04、 CuS04、 FeS04、 AL2(S04)3、 ZnS04、 KAL(S04)212H20、 K2Cr207、煅燒AL2(S04)3中的一種或兩 種以上的混合物，優選NaHS04、 KHS04、 Na2S04、 KAL(S04)212H20、 K2Cr207中的一種或兩種以上的混合物。所述減水劑為公知的水泥減水劑； 所述早強劑為公知的水泥早強劑；所述填料為砂、碎石、爐渣、各種冶金礦渣或其他惰性材料。 採用硬石膏、二水石膏和活性摻合料為主要原料，通過鹼性激發劑激發， 生成兼有水硬性和氣硬性特徵的石膏基複合膠凝材料，該石膏基複合膠凝材料 的軟化係數大於0.80，而且強度高，具有水硬性材料的基本性質。生產工藝按預定配比稱取各原料，加適量水，攪拌均勻，倒入模具，震動成型或加壓成型，堆碼養護，即成。本發明所使用的原料中，80%的原料為工業副產品，如化學石膏、礦渣、粉煤灰、爐渣、鹼渣、電石渣等，既可降低生產成本，又有利於節能減排，並 減少化學石膏及礦渣、粉煤灰、爐渣、鹼渣、電石渣等佔用土地資源及對水資 源的汙染，有利於保護環境。
具體實施方式
以下結合實施例對本發明作進一步說明。 (一)脫硫石膏和氟石膏配比優化實施例原料含有10%游離水分的脫硫石膏(以乾料計)、磨細氟石膏、磨細水淬礦渣、矽酸鹽水泥(325#)、石灰、填料為粒徑小於10mm的爐渣、磨細明礬、 它們的重量比為脫硫石lh氟石膏水淬礦渣水泥石灰明礬:爐渣63.6027.39.14.02.01002#=53.610.027.39.14.02.01003#=43.620.027.39.14.02.01004# =33.630.027.39.14.02.01005# =23.640.027.39.14.02.01006# =13.650.027.39.14.02.01007#=063.627.39.14.02.0100按上述配比，配製原料，混合均勻，加水(水灰比0.20)，攪拌，用磚機振 動成型，製成石膏基混凝土標磚，灑水養護28天，切割試樣，按GB/T1346-2001 測定凝結時間，按GB/T17669.3 — 1999標準，測試抗壓強度、抗彎強度、泡水72h的泡水強度(計算軟化係數)，實驗結果見表l。表1 1# 7#石膏基混凝土磚力學性能試樣抗彎強度 (MPa)抗壓強度 (MPa)軟化係數初凝時間 (min)終凝時間 (min)1#2.121.00.834809602#2.222.00.843094422.428.30.842713314#2.832.50.861982682.831.30.851923186弁2.831.20.871262657#2.830.40.88128268從表l可以看出，隨著氟石膏含量增大，力學性能增大，凝結時間縮短，而軟化係數均大於0.8，系耐水材料；且抗壓強度均大於20Mpa，可用於砌築承重牆。 (二)活性摻合料優選實施例原材含有10%水分的脫硫石膏、氟石膏、磨細水淬礦渣、粉煤灰、填料 為爐渣、石灰、硫酸鈉，它們的重量配比為脫硫石膏氟石膏水淬礦渣粉煤灰:水泥:石灰硫酸鈉爐渣:43.620.027.309.13.02.01009#=:43.620.022.39.13.02.010010#=43.620.017.3109.13.02.0100=43.620.013.6513.659.13.02.010012#:=43.620.08.6518.659.13.02.010013#:=43.620.0027.39.13.02.0100按上述配比稱取原材料，加水攪拌，水灰比0.30，用混凝土空心砌塊成型 機振動成型，灑水養護28天，烘乾，按GB/T 17669.3-1999標準測試彎曲強度， 壓縮強度和泡水72小時強度(計算軟化係數)，實驗結果見表2。表2 8# 13#石膏基混凝土砌塊力學性能試樣抗彎強度 (MPa)抗壓強度 (MPa)軟化係數8#1428.30.849#2.326.20.8210#2.225.30.8311#2.428.20.8512#2.226,30.8013#2,028.00.80備註從表2可以看出，隨著粉煤灰含量的增大，、力學性能降低，但當水淬磨細 礦渣為0時，活性摻合料為粉煤灰，抗壓強度大於18Mpa，當粉煤灰摻量與水 淬礦渣摻量相等時，產生礦渣一粉煤灰協同效應，有較高的強度。考慮到粉煤 灰的價格遠低於礦渣的價格，可以用粉煤灰取代部分水淬礦渣粉。 (三)填料爐渣配比優化實施例原材料為烘乾的脫硫石膏、氟石膏、磨細水淬礦渣、粉煤灰、硫鋁酸鹽水 泥(425#)、電石渣、磨細硫酸鉀、填料為粒徑小於10mm的礦渣，它們的配比 為脫硫石膏氟石膏水淬礦渣粉煤灰水泥電石渣硫酸鉀礦渣 14#= 48.6 15.0 13.65 13.659.1 4.0 1.0 50 15#= 48.6 15.0 13.65 13.659.1 4.0 1.0 10016# =48.615.013.6513.659.14.01.015017#=48.615.013.6513.659.14.01.020018#=48.615.013.6513.659.14.01.030019# =48.615.013.6513.659.14.01.050020#=48.615.013.6513.659.14.01.0600按上述配比稱取原材料，加水攪拌，水灰比為0.30,用粘土磚成型機成型 標磚，切割成40X40X 160mm的長方條，灑水養護28天，烘乾，按GB/T 17669.3 標準測試彎曲強度、壓縮強度、泡水72h的壓縮強度(計算軟化係數)。試驗結 果見表3表3 14# 20#石膏基混凝土砌塊力學性能試樣抗彎強度 (MPa)抗壓強度 (MPa)軟化係數14#2.122,00.8315#2.321.20.8416#2.320.30.8417#2.121.00.8418#2.019.30.8319#1.916.80.8320#1.913.00.81-備註從表3可以看出，隨著填料爐渣的增加，力學性能降低，主要是爐渣的抗 壓強度小於基體的強度引起。(四)鹼性激發劑水泥配比優化實施例 原料經預處理並含有15%游離水分的磷石膏，經700'C煅燒的磷石膏(代替硬石膏)，磨細水淬礦渣、粉煤灰、矽酸鹽水泥(325#)、明礬、粒徑小於10mm 河砂，它們的重量配比為預處理磷石膏硬石膏II :水淬礦物水泥石灰明礬河砂21#=43.620.027.35.02.03.020022#=43.620.027.36.02.03.020023#=43.620.027.37.02.03.020024#=43.620.027.38.02.03.020025#=43.620.02739.02.03.020026# =43.620.027.310.02.03.020027# =43.620.027.311.02.03.020028# =43.620.027.315.02.03.0200按上述配比稱取原材料，加水攪拌，水灰比為0.30，用混凝土空心砌塊成 型機成型石膏基混凝土砌塊(390Xl卯X190mm)，灑水養護28天，切割成30 X30X160mm試樣，按GB/T 17669.3-1999標準測試彎曲強度、壓縮強度、泡水 72h壓縮強度(計算軟化係數)，試驗結果見表4:表4 21# 28#石膏基混凝土砌塊力學性能試樣抗彎強度抗壓強度軟化係數(MPa)(MPa)21#2.118.20.6022#2.220.00.7523#2.122.00.8124#2.122.00.8225#2.324.30.8626*2.225.20.8827#2.530.10.8828#2.532.00.84局部微裂紋從表4可以看出，當水泥配比為5%時，軟化係數較低，而當水泥配比為15 %時，出現局部微裂紋。出現局部微裂紋，主要是由石膏基複合膠凝材料中鹼 性激發劑組分材料的比例過大，生成大量鈣礬石，引起體積膨脹，產生裂紋， 與填料的重量分數無關。所以在石膏基複合膠凝材料中(不計填料)，激發劑水 泥配比應大於5%，小於15%。(五)活性摻合料水淬礦渣重量配比優化實施例(1)原料經預處理並含有15%游離水分的檸檬石膏(代替二水石膏，以乾料 計量)、氟石膏(代替硬石膏)、磨細水淬礦渣、矽酸鹽水泥(325#)、明礬、電 石渣、粒徑小於10mm的爐渣，它們的重量配比為檸檬石膏硬石膏水淬礦渣水泥電石渣明礬爐渣29#=80.910.009.13.02.020030#=70.910.0109.13.02.020031# =60.6訓20.39.13.02.020032# =53.610.027.39.13.02.020033#=50.610.030.39.13,02.020034#=45.610.035.39.13.02.020035#= 10.040.39.13.02.0200按上述配比，稱取原材料，加水攪拌，水灰比為0.3，積壓成型，製成石膏 基混凝土標磚，灑水養護28天，切割成40X40X 160mm試樣。按GB/T17669.3-1999標準測試彎曲強度、壓縮強度、泡水72h壓縮強度(計算軟化係數)， 試驗結果見表5:表5 29# 35#石膏基混凝土砌塊力學性能試樣抗彎強度 (MPa)抗壓強度 (MPa)軟化係數備註29#2.08.00.5030#2.612.00.5831#3.027.00.7632#2.828.00.8433#3.030.20.8534#2.940.00.85表面出現微裂 紋35#2.942.00，84表面出現微裂 紋從表5可見，當活性摻合料的組分重量小於10%，軟化係數較低，但當活 性摻合料的重量分數大於35%時，試樣表面出現微裂紋，主要是活性摻合料重 量分數過大，產生鈣礬石，引起體積膨脹，產生裂紋，這與填料的重量分數無 關，所以不計填料在石膏基複合膠凝材料中，所以活性摻合料水淬礦渣的重量 分數為大於10%，小於或等於35%。(六)活性摻合料水淬礦渣配比優化實施例原料脫硫石膏、氟石膏、磨細水淬礦渣、水泥、石灰、電石渣、明礬、 硫酸鈉、填料為爐渣，它們的重量配比為(接下頁)脫硫石膏:氟石膏:水淬礦渣:水泥:石灰:電石渣:明礬:硫酸鈉:爐渣36#=83.607.39.102.00018037#=73.6017.39.102.00018038#=63.6027.39.100018039#=53.6037.39.1300018040#=63.6027.305.02.00018041#=63.6027.306.02.00018042#=63.6027.307.02.00018043#=63.6027.3006.02.0018044#=63.6027.3007.02.0018045#=073.617.39.1002.0018046#=063.627.39.1002.0018047#=053.637.39.1002.0018048#=063.627.39.13.001.01.0180按上述配比稱取原材料，加水攪拌，水灰比為030,用常用磚機製備實心 石膏基磚(240X115X53mm)，灑水養護28天，按GB/T2542測試壓縮強度、 凍後抗壓強度，實驗結果見表6。 (接下頁)表6脫硫石膏、氟石膏混凝土磚的物理力學性能試樣壓縮強度(MPa)單塊最小壓縮強 度(MPa)軟化係數(％)凍後壓縮強度 (MPa)凍後質量損失36#10.28.50.501.02.037#16.213.00.7513.02.238#30.025.00.8525.01.039#35.030.00.8530.01.040#30.025.00.8525.01.041#30.025.00.8525.01.042弁32.025,00.8525,01.043弁30.025.00.8525.01.044#30.025.00.8525.01.045弁35.030.00.8530.01.046#40.035.00.8535.01.047#40.035.00.8535.01.048#40.035.00.8535.01.0表6為石膏基混凝土磚的實驗結果，除36#試樣(水淬礦渣在石膏基膠 凝材料中摻量等於7.3%)夕卜，其它試樣37- 48^均達到並超過GB/11945 — 1999 和JC/525—93標準，所以活性慘合料的摻量應大於7.3%。綜合實施例5，活性 摻合料應大於10% (不計填料重量分數)。
權利要求
1. 一種耐水高強石膏基混凝土磚或砌塊，其特徵在於，各組分材料的重量配比為石膏基複合膠凝材料10％～100％，促凝劑0～6％，填料0～90％，早強劑0～1％，減水劑0～1％，石灰0～6％，半水石膏0～15％；所述石膏基複合膠凝材料由石膏與活性摻合料和鹼性激發劑組成，各組分材料的重量配比，石膏∶活性摻合料∶鹼性激發劑＝55％～70％∶15％～40％∶5％～15％；所述石膏為硬石膏、二水石膏中的一種或兩者的混合物，所述硬石膏與二水石膏的重量配比為硬石膏∶二水石膏＝0～100％∶100％～0；所述硬石膏為磨細的氟石膏或直接粉磨的無水石膏，或二水石膏經360～1000℃煅燒形成的硬石膏II，其中包括360～500℃煅燒形成的慢溶性硬石膏II-S，500～700℃煅燒形成的不溶性硬石膏II-U，700～1000℃煅燒形成的澆注硬石膏II-E；氟石膏、硬石膏II-S、硬石膏II-E粒度為80～300目，天然硬石膏、硬石膏II-U的粒度為250～400目；所述二水石膏為直接粉磨的天然二水石膏、脫硫石膏、經預處理的磷石膏或預處理的檸檬酸石膏；所述活性摻合料為磨細水淬高爐礦渣、磨細粉煤灰、磨細氟石粉、磨細鋰矽渣粉、矽灰、磨細鐵合金渣或磨細爐渣中的一種或兩種以上的混合物；所述鹼性激發劑為矽酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、石灰、鹼渣或電石渣；所述促凝劑為選自Na2SO4、K2SO4、NaHSO4、KHSO4、CuSO4、FeSO4、AL2(SO4)3、ZnSO4、KAL(SO4)212H2O、K2Cr2O7、煅燒AL2(SO4)3中的一種或兩種以上的混合物；所述填料為砂、碎石、爐渣或冶金礦渣。
2、 根據權利要求1所述的一種耐水高強石膏基混凝土磚或砌塊，其特徵在 於，所述石膏基複合膠凝材料重量配比為15% 60%，促凝劑為1% 4。％，填 料為60% 85%。
3、 根據權利要求1或2所述的耐水高強石膏基混凝土磚或砌塊，其特徵在於，所述石膏活性摻合料鹼性激發劑=70: 30: 10。
4、 根據權利要求1或2所述的耐水高強石膏基混凝土磚或砌塊，其特徵在 於，所述硬石膏與二水石膏的重量配比為，硬石膏二水石膏=10% 40%: 60 % 90%。
5、 根據權利要求1或2所述的耐水高強石膏基混凝土磚或砌塊，其特徵在 於，所述氟石膏、硬石膏II一S、硬石膏II一E粒度為100 250目；天然硬石膏、 硬石膏II 一U的粒度250 400目。
6、 根據權利要求1或2所述的耐水高強石膏基混凝土磚或砌塊，其特徵在 於，所述石膏基複合膠凝材料中，還添加有0 3%的石灰。
7、 根據權利要求1或2所述的耐水高強石膏基混凝土磚或砌塊，其特徵在 於，所述預處理的磷石膏是指用生石灰中和，使其pH值大於或等於7.0的磷石 膏；所述預處理檸檬酸石膏是指用生石灰中和，使其pH值大於或等於7.0的檸 檬酸石膏。
8、 根據權利要求1-7之一所述的耐水高強石膏基混凝土磚或砌塊的生產方 法，其特徵在於，按預定配比稱取各原料，加水，攪拌均勻，倒入模具，震動成 型或加壓成型，堆碼養護，即成。
全文摘要
一種耐水高強石膏基混凝土磚或砌塊及其生產方法，本發明之耐水高強石膏基混凝土磚或砌塊主要由石膏基複合膠凝材料，促凝劑和填料組成，各組分材料的重量配比為石膏基複合膠凝材料10％～100％，促凝劑0～6％，填料0～90％，早強劑0～1％，減水劑0～1％，石灰0～6％，半水石膏0～15％。本發明之耐水高強石膏基混凝土磚或砌塊，80％的原料為工業副產品，既可降低生產成本，又有利於節能減排，並減少化學石膏及礦渣、粉煤灰、爐渣、鹼渣、電石渣等佔用土地資源及對水資源的汙染，有利於保護環境。
文檔編號C04B28/00GK101265067SQ20081003115
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月28日 優先權日2008年4月28日
發明者劉文偉, 朱桂華, 李福元, 劍 梁, 石宗利 申請人:長沙歸一建材科技有限公司