一種改性生土建材及其製備方法
2023-05-21 20:34:41 2
專利名稱：：一種改性生土建材及其製備方法
技術領域：
：本發明屬於建築材料
技術領域：
，具體涉及生土建築材料及其製備方法。背條技術中國的生土建築已經具有6000多年的歷史，許多古老的生土建築保存至今，成為中華文明的見證和歷史瑰寶。生土建築材料就地取材，不需要高溫焙燒，經過簡單加工就可以用於修建生土建築。而且生土建築廢棄後，生土建材可以直接還田作為耕種土壤或再次用於修建生土建築，因此生土建材是一種可重複利用的節能環保材料。近年來，隨著農村經濟的快速發展，農村居民對住宅的需求也日益增大，農村修建住宅使用的建築材料主要是粘土磚、f頭、混凝土砌塊和木材，逐漸摒棄了生土建材，生產這些材料不僅能耗很高而且還會破壞環境。由於生土建材的生產能耗極低，僅為燒結粘土磚生產能耗的1%，為了環境保護和緩解能源消耗的壓力，人們開始重新審視生土建築和生土建材，研製節能環保的生土建築材料具有重要的意義。傳統的生土建材和現代工業文明衍生出來的水泥基建築材料以及燒結粘土磚相比，其強度、耐水性等性能均明顯較差；但是生土建材具有可重複利用、取材容易、環境協調性以及熱工性能好等特點，因此如果能夠利用現代工業技術改進古老的生土建材，使其獲得較高的強度和良好的耐久性，就可能使生土成為廣大農村地區重要的建築材料，也可能使傳統生土建築重新煥發生機。目前對生土建材的研究主要集中在利用水泥、石灰等膠凝材料對生土進行改性，以提高生土建材的強度和耐久性，延長生土建築的使用年限。如《低溫建築技術》2007年第2期(總第116期)中的"新疆高寒地區改性生土坯體牆體材料的試驗研究"一文，公開的改性生土坯體組分及其比例為石灰:粉煤灰:水泥:粘土=7:5:2:86。該改性生土建材具有以下主要不足之處①採用的改性材料為水泥和石灰工業產品，多消耗了寶貴的資源和能源；②由於水泥和石灰均是強鹼性材料，不利於生土建材廢棄後的循環再利用；③該材料的組分多，材料消耗多，生產成本較高；④利用水泥或石灰改性的生土建材幹燥收縮值高達4050mm/m，可能導致改性生土建材牆體產生嚴重的、無法解決的開裂問題，使其美觀和熱工性能明顯下降；⑤經水泥和石灰改性的生土建材的體積穩定性難以達到要求，在乾濕變化較大的環境中，其體積穩定性會逐漸變差，導致嚴重開裂，甚至喪失強度。
發明內容本發明目的在於針對現有改性生土建材的不足之處，提供一種改性生土建材及其製備方法，具有組分少，材料體積穩定性、抗裂性好，利用燃煤電廠的廢棄物，節約資源和能源，方法簡單，成本較低，廢棄後的生土建材還可以循環再利用等特點。本發明的機理粘土中的礦物主要是a-石英，a-石英性質非常穩定，在水化過程中幾乎不發生變化，因此可以將粘土視為惰性物質。煅燒石膏主要影響生土建材的早期強度，煅燒石膏水化速度很快，使生土建材可以快速硬化，以獲得較高的早期強度，同時明顯降低生土建材的乾燥收縮值。固硫灰中含有燒粘土質礦物(活性Si02和AlA)和一定量的f-CaO和II-CaS04，因此自身即可組成火山灰反應系統。與水混合後，固硫灰自身組分之間可以發生火山灰反應，從而生成具有水硬性的物質，如C-S-H和鈣礬石等。固硫灰中f-CaO含量較高，f-CaO可以和燒粘土質礦物發生水化反應，而CaS04和固硫灰中的II-CaS04則起到了激發作用，CaO~Si02-A1203系統與CaS04和固硫灰中II-CaS04的水化相互影響。因此固硫灰中的CaO"Si02-Al203系統的火山灰水化反應活性提高了生土建材的後期強度，同時也使生土建材具有較好的耐水性。實現本發明目的的技術方案是一種改性生土建材的組分及其重量百分數為粘土5080%固硫灰1030%煅燒石膏1020%其中粘土為一般粘土；固硫灰為燃煤電廠的流化床鍋爐燃燒後排放的燃煤灰渣；煅燒石膏為燃煤電廠煙氣脫硫後的廢石膏或其他廢石膏經煅燒而成。一種改性生土建材的製備方法，以粘土和固硫灰及煅燒石膏為原料，經混合均勻後，再加水混合均勻，然後採用澆注入模振實或壓製成型，最後通過自然養護而成。具體的方法步驟如下(1)備料以粘土和固硫灰及煅燒石膏為原料。將粘土用5.0mm篩過篩，除去雜質，收集過篩的粘土，備用。其固硫灰為燃煤電廠的流化床鍋爐燃燒後排放的燃煤灰渣，煅燒石膏為燃煤電廠煙氣脫硫後的廢石膏或其他廢石膏經煅燒而成。(2)混合料的製備第(1)步完成後，按粘:t^:固硫灰煅燒石膏的重量百分比為5080%:1030%:1020%的比例，將第(1)步的備料攪拌混合均勻後，加入水，再攪拌均勻，就製備出顆粒分散、顏色均勻的生土建材幹混合料。然後採用澆注或壓製成型，當採用澆注成型時，其幹混合料的重量水的體積比為1:0.360.40;當採用壓製成型時，其幹混合料的重量水的體積比為1:0.120.20。(3)生土建材坯體的製備第(2)步完成後，採用澆注成型時，將第(2)步製備出的繞注成型的混合料繞注入模具內，採用振動至模具內的混合料密實，以提高其強度。然後清整表面，經過13小時坯體硬化後拆模，就製備出生土建材坯體；採用壓製成型時，將第(2)步製備出的壓製成型的混合料澆注入模具內，在1015MPa的壓力下壓製成型，然後立即拆模，就製備出生土建材坯體。(4)生土建材的製備第(3)步完成後，將第(3)步製備出的生土建材坯體堆碼，自然養護13天，就製備出生土建材。本發明採用上述技術方案後，主要具備以下效果1、利用工業廢棄物，有利於環境保護。燃煤電廠的廢棄物大量堆存，如脫硫石裔和固硫灰，對環境產生了極大的危害。本發明利用煤粉鍋爐煙氣脫硫後的廢石膏或其他廢石膏經煅燒而成的煅燒石膏，以及燃煤電廠的流化床鍋爐燃燒後排放的固硫灰來改性生土建材，為低成本製備高性能生土建材開拓了一條新的途徑，特別為廣大農村的新農村建設提供高性能生土建材，同時也解決了燃煤電廠廢石膏和固硫灰的綜合利用問題。2、廢棄後的生土建材可循環再利用。煅燒石膏和固硫灰不是強鹼性材料，有利於生土建築廢棄後的循環再利用，可以直接將改性生土建材還田作為耕種土壤或再次用於修建生土建築，是一種節能環保的建築材料。3、組分少，生產成本較低。本發明只採用了煅燒石膏和固硫灰對生土建材進行改性，組分少，利用了工業廢棄物，因而生產成本較低。4、生土建材的抗裂性好。煅燒石膏凝結硬化時具有微膨脹特性，膨脹量約1%;固硫灰中含有CaSOJI，CaS(UI凝結硬化後的膨脹量可以達到1(^。因此，採用煅燒石膏和固硫灰改性的生土建材的乾燥收縮值小，28天乾燥收縮值可以低至0.3rm/m，有利於提高改性生土建材牆體抗裂性，明顯提高生土建築的美觀和熱工性能。5、生土建材的體積穩定性好。利用煅燒石膏和固硫灰改性的生土建材體積穩定性良好，在水中浸泡1年後仍然保持完好，抗壓強度為0.8MPa，抗折強度為0.3MPa，而且表面無裂紋，質量損失率約為6.2%,說明生土建材的長期耐水性和體積穩定性均良好。採用本發明方法製備出的改性生土建材可廣泛應用於新農村建設中，修建三層及以下的建築物，如住宅、倉庫、養殖場等。具體實施例方式下面將結合具體實施方式對本發明進一步說明。實施例1一種改性生土建材的組分及重量百分數的特徵如下粘土50%固硫灰30%煅燒石膏20%其中粘土為一般粘土；固硫灰為燃煤電廠的流化床鍋爐燃燒後排放的燃煤灰渣；煅燒石膏為燃煤電廠煙氣脫硫後的廢石膏經煅燒而成。一種改性生土建材的製備方法的具體步驟如下(1)備料以粘土和固硫灰及煅燒石膏為原料。將粘土用5.0mm篩過篩，除去雜質，收集過篩的粘土備用。其固硫灰為燃煤電廠的流化床鍋爐燃燒後排放的燃煤灰渣，煅燒石膏為燃煤電廠煙氣脫硫後的廢石膏經煅燒而成。(2)混合料的製備第(1)步完成後，按粘土固硫灰煅燒石膏的重量百分比為50%:30%:20%的比例，將第(1)步的備料攪拌混合均勻後，加入水，再攪拌均勻，就製備出顆粒分散、顏色均勻的生土建材幹混合料。然後採用澆注成型，其幹混合料的重量水的體積比為1:0.40。(3)生土建材坯體的製備第(2)步完成後，將第(2)步製備出的澆注成型的混合料澆注入模具內，採用振動至模具內的混合料密實，以提髙其強度。然後清整表面，經過1小時坯體硬化後拆模，就製備出生土建材坯體。(4)生土建材的製備第(3)步完成後，將第(3)步製備出的生土建材坯體堆碼，自然養護1天，就製備出生土建材。實施例2一種改性生土建材的組分及重量百分數的特徵如下粘土60%固硫灰20%煅燒石裔20%其中煅燒石膏為其他廢石膏經煅燒而成。一種改性生土建材的製備方法的具體步驟如下(1)備料同實施例l。特徵為煅燒石裔為其他廢石膏經煅燒而成。(2)混合料的製備同實施例1。特徵為粘土固硫灰煅燒石膏的重量百分比為60%:20%:20%，幹混合料的重量水的體積比為1:0.36。(3)生土建材坯體的製備同實施例l。特徵為經過3小時坯體硬化後拆模。(4)生土建材的製備同實施例l。特徵為自然養護3天。實施例3一種改性生土建材的組分及重量百分數的特徵如下粘土55%固硫灰30%煅燒石膏15%其中煅燒石膏為燃煤電廠煙氣脫硫後的廢石膏經煅燒而成。一種改性生土建材的製備方法的具體步驟如下(1)備料同實施例l。特徵為煅燒石膏為燃煤電廠煙氣脫硫後的廢石膏經煅燒而成。(2)混合料的製備同實施例1。特徵為粘土固硫灰煅燒石膏的重量百分比為55%:30%:15%,幹混合料的重量水的體積比為1:0.38。(3)生土建材坯體的製備同實施例l。特徵為經過2小時坯體硬化後拆模。.(4)生土建材的製備同實施例1。特徵為自然養護2天。實施例4一種改性生土建材的組分及重量百分數的特徵如下粘土80%固硫灰10%煅燒石裔10%其中煅燒石膏為燃煤電廠煙氣脫硫後的廢石膏經煅燒而成。一種改性生土建材的製備方法的具體步驟如下(1)備料同實施例l。特徵為煅燒石膏為燃煤電廠煙氣脫硫後的廢石膏經煅燒而成。(2)混合料的製備同實施例1。特徵為粘土固硫灰煅燒石膏的重量百分比為80%:10%:10%,採用壓製成型，幹混合料的重量水的體積比為l:0.12。(3)生土建材坯體的製備同實施例l。特徵為採用壓製成型製備生土建材坯體，壓力為10MPa，立即拆模。(4)生土建材的製備同實施例l。實施例5一種改性生土建材的組分及重量百分數的特徵如下粘土70%固硫灰20%煅燒石膏10%其中煅燒石膏為燃煤電廠煙氣脫硫後的廢石膏經煅燒而成。一種改性生土建材的製備方法的具體步驟如下-(1)備料同實施例l。特徵為煅燒石膏為燃煤電廠煙氣脫硫後的廢石膏經煅燒而成。(2)混合料的製備同實施例l。特徵為粘土固硫灰煅燒石膏的重量百分比為70%:20%:10%,採用壓製成型，幹混合料的重量水的體積比為l:0.20。(3)生土建材坯體的製備同實施例1。特徵為採用壓製成型，壓力為15MPa，立即拆模。(4)生土建材的製備同實施例l。特徵為自然養護3天。實施例6一種改性生土建材的組分及重量百分數的特徵如下粘土75%固硫灰10%煅燒石膏15%其中煅燒石膏為其他廢石膏經煅燒而成。一種改性生土建材的製備方法的具體步驟如下(1)備料同實施例l。特徵為煅燒石膏為其他廢石膏經煅燒而成。(2)混合料的製備同實施例1。特徵為粘土固硫灰煅燒石膏的重量百分比為75%:10%:15%，採用壓製成型，幹混合料的重量水的體積比為1:0.15。(3)生土建材坯體的製備同實施例l。特徵為採用壓製成型，壓力為12MPa,立即拆模。(4)生土建材的製備同實施例1。特徵為自然養護2天。.試驗結果將實施例16製備出的改性生土建材，按照普通混凝土力學性能試驗方法標準(GBT50081-2002)測定強度；按照《水泥膠砂幹縮試驗方法》(JC/T603—1995)的方法測定乾燥收縮值；軟化係數是以改性生土建材坯體養護28天，又在水中浸泡1天的抗壓強度與養護28天抗壓強度之比計算的，結果如下-表1強度結果(MPa)tableseeoriginaldocumentpage11表2耐水性結果tableseeoriginaldocumentpage11tableseeoriginaldocumentpage12由上述試驗結果可知(1)利用煅燒石膏和固硫灰改性的生土建材，其28天抗壓強度高達6.7MPa，28天抗折強度高達1.6MPa，90天抗壓強度高達6.8MPa,90天抗折強度高達1.8MPa，軟化係數能夠達到0.53，因此，本發明改性生土建材的強度較高，耐水性好。(2)改性生土建材的乾燥收縮值小，28天的乾燥收縮值可以降低到0.3mra/m，有利於增加改性生土建材牆體抗裂性，明顯提高生土建築的美觀和熱工性能。(3)改性生土建材的體積穩定性良好。經試驗得出在水中浸泡l年後仍然保持完好，抗壓強度為0.8MPa，抗折強度為0.3MPa，而且表面無裂紋，質量損失率僅為6.2%，因此，本發明改性生土建材的長期耐水性和體積穩定性均良好。綜上所述，採用本發明方法製備的改性生土建材的主要性能達到建材原料所需的基本特質，完全能夠滿足新農村建設中修建三層及以下的建築物，如住宅、倉庫、養殖場等的需要。權利要求1.一種改性生土建材，其特徵在於其組分及重量百分數為粘土50～80％固硫灰10～30％煅燒石膏10～20％其中粘土為一般粘土；固硫灰為燃煤電廠的流化床鍋爐燃燒後排放的固硫灰；煅燒石膏為燃煤電廠煙氣脫硫後的廢石膏或其他廢石膏經煅燒而成。2.按照權利要求1所述的一種改性生土建材，其特徵在於粘土50%固硫灰30%煅燒石膏20%其中煅燒石膏為燃煤電廠煙氣脫硫後的廢石膏經煅燒而成。3.按照權利要求1所述的一種改性生土建材，其特徵在於粘土60%固硫灰20%煅燒石膏20%其中煅燒石膏為其他廢石膏經煅燒而成。4.按照權利要求1所述的一種改性生土建材，其特徵在於粘土80%固硫灰10%煅燒石膏10%其中煅燒石膏為燃煤電廠煙氣脫硫後的廢石膏經煅燒而成。5.—種改性生土建材的製備方法，其特徵在於具體的方法步驟如下(1)備料以粘土和固硫灰及煅燒石膏為原料，將粘土用5.0ram篩過篩，收集過篩的粘土，固硫灰為燃煤電廠的流化床鍋爐燃燒後排放的燃煤灰渣，煅燒石膏為燃煤電廠煙氣脫硫後的廢石膏或其他廢石膏經煅燒而成；、(2)混合料的製備第(1)步完成後，按粘土固硫灰煅燒石膏的重量百分比為5080%:1030%:1020%的比例，將第(1)步的備料攪拌混合均勻後,加入水，再攪拌均勻，就製備出顆粒分散、顏色均勻的生土建材幹混合料，然後採用澆注或壓製成型，當採用澆注成型時，其幹混合料的重量水的體積比為1:0.360.40;當採用壓製成型時，其幹混合料的重量水的體積比為1:0.12~0.20;(3)生土建材坯體的製備第(2)步完成後，採用澆注成型時，將第(2)步製備出的澆注成型的混合料澆注入模具內，採用振動至模具內的混合料密實，然後清整表面，經過13小時坯體硬化後拆模；採用壓製成型時，將第(2)步製備出的壓製成型的混合料澆注入模具內，在1015MPa的壓力下壓製成型，然後立即拆模；(4)生土建材的製備第(3)步完成後，將第(3)步製備出的生土建材坯體堆碼，自然養護13天。6.按照權利要求5所述的一種改性生土建材的製備方法，其特徵在於具體的方法步驟如下(1)備料同權利要求5，特徵為煅燒石膏為燃煤電廠煙氣脫硫後的廢石膏經煅燒而成；(2)混合料的製備同權利要求5，特徵為粘土固硫灰煅燒石膏的重量百分比為50%:30%:20%，採用澆築成型，幹混合料的重量水的體積比為1:0.40;(3)生土建材坯的製備.同權利要求5，特徵為採用澆注成型，經過1小時坯體硬化後拆模；(4)生土建材的製備同權利要求5，特徵為自然養護1天。7.按照權利要求5所述的一種改性生土建材的製備方法，其特徵在於具體的方法步驟如下(1)備料同權利要求5，特徵為煅燒石膏為其他廢石膏經煅燒而成；(2)混合料的製備同權利要求5,特徵為粘土固硫灰煅燒石膏的重量百分比為60%:20%:20%，採用澆注成型，幹混合料的重量水的體積比為l:o.36;(3)生土建材坯的製備同權利要求5，特徵為採用澆注成型，經過3小時坯體硬化後拆模；(4)生土建材的製備同權利要求5，特徵為自然養護3天。8.按照權利要求5所述的一種改性生土建材的製備方法，其特徵在於具體的方法步驟如下(1)備料同權利要求5，特徵為煅燒石膏為燃煤電廠煙氣脫硫後的廢石膏經煅燒而成；(2)混合料的製備同權利要求5，特徵為粘土固硫灰煅燒石膏的重量百分比為80%:10%:10%，採用澆注成型，幹混合料的重量水的體積比為1:0.12;(3)生土建材坯的製備同權利要求5，特徵為採用壓製成型，壓力為10MPa:(4)生土建材的製備同權利要求5，特徵為自然養護1天。9.按照權利要求5所述的一種改性生土建材的製備方法，其特徵在於具體的方法步驟如下(1)備料同權利要求5，特徵為煅燒石膏為燃煤電廠煙氣脫硫後的廢石膏經煅燒而成；(2)混合料的製備，同權利要求5，特徵為粘土固硫灰煅燒石膏的重量百分比為70%:20%:10%，採用澆注成型，幹混合料的重量水的體積比為1:0.20;(3)生土建材坯的製備同權利要求5，特徵為採用壓製成型，壓力為15MPa;(4)生土建材的製備同權利要求5，特徵為自然養護3天。全文摘要一種改性生土建材及其製備方法，涉及生土建築材料及其製備方法。本發明建材由粘土、固硫灰、煅燒石膏組成。本發明方法是以粘土和固硫灰及煅燒石膏為原料，經混合均勻後，再加水混合均勻，然後採用澆築入模振實或壓製成型，最後自然養護而成。本發明建材的組分少，有效利用工業廢棄物，成本低。本發明方法簡單，節約能源，有利於環境保護，生產出的產品具有體積穩定性、抗裂性好，廢棄後還可再循環利用等特點。採用本發明方法製備出的建材可廣泛用於農村修建三層及以下的建築物，如住宅、倉庫、養殖場等。文檔編號C04B14/02GK101412612SQ20081023291公開日2009年4月22日申請日期2008年10月24日優先權日2008年10月24日發明者別安濤,唐祖全,智王,琴王,江袁,賈興文,錢覺時,黃煜鑌申請人:重慶大學