燒結磚添加劑和高摻量粉煤灰燒結磚的製作方法
2023-09-16 01:34:50
專利名稱：燒結磚添加劑和高摻量粉煤灰燒結磚的製作方法
技術領域：
本發明涉及建築材料領域，具體涉及一種可用於燒結磚的添加劑，該添加劑尤其適用於生產高摻量粉煤灰燒結磚，本發明還涉及利用該添加劑製備高摻量粉煤灰燒結磚的工藝。
背景技術：
實心粘土磚是傳統的牆體材料，尤其在中國，實心粘土磚的使用佔牆體材料總量的70％以上。然而，大量生產實心粘土磚要挖土毀田，消耗寶貴的國土資源，嚴重破壞生態平衡。多年來，國家有關部委多次下達在全國部分城市禁止生產和使用實心粘土磚的命令。
為了減少制磚行業的粘土用量，同時還要滿足建築業的需要，近30年來很多制磚企業開始利用粉煤灰生產粉煤灰燒結磚來取代實心粘土磚，對於降低粘土的使用具有一定的效果，但是在實際的工業化生產中，受到技術因素的制約，大多數企業所生產的粉煤灰燒結磚中粉煤灰的摻量僅為30-40％，粘土的用量仍高達60-70％。粉煤灰摻量之所以難以突破30-40％大關，關鍵在於粉煤灰本身是一種粉狀、無粘結性的材料，摻多了磚坯料的塑性就會下降，致使擠不出合格的磚坯來，也就燒不出合格的磚。
利用粉煤灰摻入量在50％以上，例如60-80％的原料燒制的磚稱為高摻量粉煤灰燒結磚。作為制磚行業公知的技術，在實心粘土磚原料中摻入不高於30％的粉煤灰，不用改變其生產工藝就可以生產出合格的實心粘土磚產品；當粉煤灰的摻量達到原料總量的40-50％時，必須對原生產工藝進行一定的調整改造，否則不能穩定地生產出合格的實心粘土磚；而當粉煤灰的摻入量高於50％時，粘土摻量被大幅減少，原料的性質就發生了本質變化。此時必須加入一定量的添加劑，並對原生產工藝進行一定的改造，才能生產出合格的磚產品。
另一方面，我國是以燃煤發電為主的國家，每年由於燃煤發電會排放大量粉煤灰，這些粉煤灰的貯存不僅侵佔了大量農田土地，還會對地下水資源，對周邊的生態環境構成嚴重汙染和危害，從這一點來講，粉煤灰已成為當代主要公害之一。
國家計委早在 150號文《中國粉煤灰綜合利用技術政策及實施要點》中已經明確指出要將大摻量粉煤灰製品(磚)的研究開發(摻量＞50％)列為重點開發、研究的課題。同時國內有一些關於高摻量粉煤灰燒結磚的技術研究和報導，其關鍵在於如何解決粉煤灰的塑性差，收縮係數大的缺陷，採取的方法一般是對作為原料的粉煤灰進行篩選和處理，尤其是篩選細度適當的粉煤灰，提高其比表面積，對於原料和操作條件要求都比較苛刻，為改善粉煤灰的塑性，除了加入一定量的粘土外，還使用例如碎玻璃、碳酸鈉和雲母粉一類的助熔劑，對工藝要求較高，得到的高摻量粉煤灰燒結磚在穩定性、抗壓強度等方面還不能適應工業化生產。
通過外摻添加劑的使用或改進來嘗試生產高摻量粉煤灰燒結磚近年來也有報導，為了燒制出能替代粘土磚，所採用的添加劑也有不同的組成，能夠發現的報導一般都只提到燒制出的粉煤灰磚在抗壓強度、吸水率等指標與普通粘土磚相當，而如何能更進一步改善高摻量粉煤灰磚的性能，在不增加生產難度和成本的前提下，得到在抗壓強度、表觀密度及隔熱性能都優於粘土磚的高摻量粉煤灰磚，還沒有研究報導。
無論從哪方面講，研發利用粉煤灰作為主要原料生產高摻量粉煤灰磚，真正實現粉煤灰的綜合利用，同時提高現行燒結磚的性能，都具有非常積極的效益。
發明內容
本發明的主要目的之一是提供一種燒結磚用添加劑，通過對其中各組分的合理調配，可以用於粉煤灰燒結磚的生產，尤其是可作為生產高摻量粉煤灰燒結磚的添加劑，不僅有助於提高粉煤灰在燒結磚中的摻量，而且有助於提高粉煤灰燒結磚的性能。
本發明同時提供了製備這種添加劑的方法。
本發明還提供了利用這種添加劑製備的燒結磚，尤其是高摻量粉煤灰燒結磚和該燒結磚的製備方法。
首先，本發明提供了一種可用於燒結磚的添加劑，或稱外加劑，其由如下的四類組分配製而成A類，包括羧甲基纖維素、矽酸鈉溶液和聚乙二醇雙硬脂酸酯，其相應的重量比例關係為2-3∶1∶1；B類，包括木質素磺酸鹽、亞甲基二萘磺酸鹽、三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物和β-萘磺酸甲醛縮合物中至少一種；C類，包括松香熱聚物、松香皂和烷基苯磺酸鹽中至少一種；D類，氧化鐵粉或磷酸鹽；其中，每100重量份的所述添加劑中，上述各類組分的配製比例為A∶B∶C∶D＝40-50∶5-10∶10-30∶10-30。
該添加劑組成中，A類組分的羧甲基纖維素(CMC)、矽酸鈉溶液和聚乙二醇雙硬脂酸酯(PEG400DS)可起粘結和增稠作用；B類組分的木質素磺酸鹽、亞甲基二萘磺酸鹽、β-萘磺酸甲醛縮合物(商品名為擴散劑NNO)或三聚氰胺磺酸鹽甲醛樹脂(密胺樹脂)作為分散劑起擴散作用；C類組分的松香熱聚物、松香皂或烷基苯磺酸鹽起微孔作用；而D類組分的氧化鐵粉(Fe2O3)、磷酸鹽則作為增強劑起增強作用，尤其是使用氧化鐵粉時，除了有助於提高燒結磚的強度，還能使燒制出的磚具有紅色的外觀。
在本發明的添加劑組成中，優選的，所述木質素磺酸鹽為其鈣鹽或鈉鹽，例如木質素磺酸鈣、木質素磺酸鈉等，其分子量範圍一般在1000-100000；所述亞甲基二萘磺酸鹽可以為其鈉鹽或鉀鹽；而烷基苯磺酸鹽則屬於陰離子表面活性劑類產品；矽酸鈉溶液，又稱水玻璃或泡花鹼，本發明是選用密度為1.3-1.4千克/升或模數M＝3.1-3.4的矽酸鈉溶液；本發明所用的磷酸鹽優選是酸式磷酸鹽，例如，磷酸二氫鈉或磷酸二氫氨等。
根據本發明優選的實施方案，每100重量份的添加劑中所含組分的含量比為A類組分40-50、B類組分木質素磺酸鹽5-10、C類組分松香熱聚物10-30、D類組分氧化鐵粉10-30。
上述添加劑的製備過程可以將各組分按比例稱取後加入適量的水通過簡單的混合而完成，產品形式可以為糊狀體。優選的製備方法是量取所述組分總質量的大約30-50倍水，先分別將羧甲基纖維素和聚乙二醇雙硬脂酸酯用其自身質量的大約5-20倍水稀釋均勻，再與其餘組分一起加入餘量水中攪拌成為糊狀均勻體。
本發明的添加劑採用了常規的化工原料經過科學合理的組合，組分的選用和配比與現有技術完全不同，用於制磚過程中可以實現最大量地提高粉煤灰的摻加量，降低磚中粘土的用量，生產出高摻量的燒結粉煤灰磚。
本發明的添加劑是一種新型的燒結磚外加助劑，發明人經過大量試驗揭示，將本發明的添加劑用於燒結磚的生產，尤其是粉煤灰燒結磚的生產中，通過多種成分的組合和共同作用，能夠更加有效地改善制磚原料，尤其是以粉煤灰為主料的原料的塑性和其它物理性質，不需特殊的燒制工藝就可生產與使用多年的粘土實心磚相當甚至性能提高的高摻量粉煤灰磚，並且作為一種工業化產品集中製造後提供給制磚企業，即保證了質量的穩定，也降低了制磚的成本和工藝難度。
本發明的另一方面是提供了高摻量粉煤灰燒結磚及其生產工藝。
本發明的粉煤灰燒結磚的原料組成包括80-85％的粉煤灰主料、15-20％的粘結劑；前述添加劑作為外加劑，其外摻量為3-5％。
將原料混合均勻製成磚坯，經燒制即為所述高摻量粉煤灰燒結磚產品。
可以看到，在本發明的粉煤灰燒結磚配方中，粉煤灰是作為了主料，粘土用量顯著減少，以這樣組成結構的原料混合後的塑性遠不能與粘土相比，而本發明能利用這樣的原料燒制出合格的磚，關鍵在於使用了特殊的添加劑作為摻加助劑。
發明人在試驗中發現，由於使用上述摻加助劑從以下方面保證了燒結磚的生產一、改善了由於粉煤灰用量大，粘土用量少帶來的物料塑性降低的缺陷；二、粉煤灰的熔點比粘土高，適量添加劑的使用降低了磚坯的燒結溫度，有利於提高焙燒質量；三、由於助劑內含有部分分散劑，加入後有利於物料在攪拌過程中均勻性的改善和提高；四、該外摻助劑中同時還含有的起微孔作用的減水劑(C類組分)和增強劑(D類組分)則賦予燒結磚一定數量的均勻的封閉微孔結構，這樣既降低了磚的密度提高了保溫性能，又減少了磚的吸水率提高產品的抗凍性能和耐久性。
前面已經提到，粉煤灰來自燃煤發電業的排放，具有充足的資源，本發明的燒結磚生產恰好起到了化害為益，變廢為寶的效果。在作為制磚主料時，希望使用的粉煤灰的細度儘量高，粉煤灰越細，坯料的粘結性將越好，並且燒失量越小，有利於坯體成型。由於粉煤灰的粘性低，而且在燒制過程中容易變形收縮，為降低整磚坯收縮，視不同來源粉煤灰的性質差異，可以在粉煤灰主料中摻入適量骨料，例如爐渣或砂子。所述骨料是否需要及具體摻入量視粉煤灰主料的性質，還需要視粘土的砂含量來確定。爐渣的顆粒比較粗，適宜作為骨料加入，起到減少磚坯在乾燥和焙燒時收縮的作用，另一方面，爐渣的加入還可作為內燃料提供焙燒能源，所以，本發明所述的「粉煤灰主料」可以完全由粉煤灰構成，也可以含有適量的骨料(或稱輔料)，例如在粉煤灰主料中可以加入粉煤灰質量的5-25％的爐渣。
粉煤灰的缺點是粘性和塑性差，所以本發明提出的粉煤灰燒結磚的原料中雖然是以粉煤灰為主料，還需要添加適量的粘結劑，例如可以包括粘土、頁巖粉、矸石粉、膨潤土或它們的混合物。綜合考慮，優選使用粘土或頁巖粉。
在該粉煤灰燒結磚的生產過程中，原料的均勻混合對於磚坯的質量是很重要的，在生產中可以按照粉煤灰、粘結劑(粘土)、骨料(如果需要)和助劑的順序投料，助劑最好用拌合水稀釋後加入到事先被幹攪拌混合後的物料中，繼續攪拌均勻即可進行磚坯成型，原料的混合優選採用碾練方法。成型好的磚坯乾燥至含水率小於7％時即可採用常規方法燒結，考慮到粉煤灰摻量高的特點，焙燒溫度適宜控制在950-1050℃，尤其適宜在1000-1050℃焙燒。
本發明的高摻量粉煤灰燒結磚通過專用添加劑的使用，在制磚過程對原料的規格和性質沒有特殊要求，確保生產的高摻量粉煤灰燒結磚具有符合國家相關標準的質量規格。在此基礎上，申請人的試驗結果還顯示，採用本發明的專用添加劑生產的燒結磚產品除了可提高粉煤灰摻量外，還具有強度高、重量輕、隔熱效果好的特點。根據黑龍江省工程質量監督檢驗測試中心的測試結果，本發明生產的高摻量粉煤灰燒結磚的抗壓強度平均值可達到19.4MPa，高於國家標準的10.0MPa；表觀密度可低於1500kg/m3，通常規格為0.24×0.115×0.053m的粘土燒結磚的單塊重量在2.5kg，而按照本發明方法製備的同樣規格的粉煤灰燒結磚的單塊重量在2.2kg；另外，普通粘土燒結磚的導熱係數一般在0.7W/m.k左右，本發明製備的燒結磚的導熱係數可以低至0.486W/m.k，可見，本發明的高摻量粉煤灰燒結磚完全可以替代傳統的粘土磚，並且由於更低的密度和導熱係數，更適合作為建築物的外牆磚材料。
*本添加劑對頁巖燒結磚、矸石燒結磚也有良好效果。
具體實施例方式
以下結合具體實施例詳細說明本發明的實現和所具有的有益功效，但僅為了幫助閱讀者更好地理解本發明的特點和可實施性，並不能限定本發明的可實施範圍。
實施例1添加劑的配製比例(重量)A∶B∶C∶D＝50∶10∶20∶20。
A羧甲基纖維素(30克)、矽酸鈉溶液(10克)、聚乙二醇雙硬脂酸脂(10克)；B木質素磺酸鈣(10克)；C松香熱聚物(20克)；D三氧化二鐵粉(20克)。
配製方法如下1、將以上各種物料按上述計量稱重配料。
2、將羧甲基纖維素用600克水稀釋、拌勻備用。
3、將聚乙二醇雙硬脂酸酯用100克水稀釋、拌勻備用。
4、將2、3和其餘物料以及3700克水放入容器攪拌機內攪拌10分鐘，使其成為糊狀均勻體即得本發明實例所用的添加劑。
實施例2添加劑的配料比例A∶B∶C∶D＝40∶10∶30∶20A羧甲基纖維素(22克)、矽酸鈉溶液(8克)、聚乙二醇雙硬脂酸脂(10克)。
B三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物(10克)。
C烷基苯磺酸鹽(30克)。
D三氧化二鐵粉(20克)。
配製方法如下1、將以上各種物料按上述計量稱重配料。
2、將羧甲基纖維素用400克水稀釋、拌勻備用。
3、將聚乙二醇雙硬脂酸酯用200克水稀釋、拌勻備用。
4、將2、3和其餘物料以及3800克水放入容器攪拌機內攪拌10分鐘，使其成為糊狀均勻體，即得本發明的添加劑。
實施例3添加劑的配料比例A∶B∶C∶D＝45∶5∶20∶30配製方法同實施例1。
實施例4高摻量粉煤灰燒結磚的生產將生產原料按如下比例粉煤灰(哈爾濱第三電廠溼排粉煤灰)72千克(比例為80％)，粘土18千克(比例為20％)，實施例的添加劑4.5千克(外摻比例為5％)。將經過計量的粉煤灰和粘土放入輪碾機(哈爾濱市瑞恆機械廠提供)內碾練3-5分鐘，加入添加劑和適量水稀釋液繼續碾練3-5分鐘，陳化48小時，物料含水率控制在16-18％，備用。
陳化好的物料製成磚坯(單塊規格0.24×0.115×0.053m)，經過乾燥(含水率小於7％後)、送入輪窯焙燒，控制最高焙燒溫度1050℃，可製成高摻量燒結粉煤灰磚。
經檢測，該粉煤灰磚的尺寸偏差和外觀質量方面的指標均符合相關標準，可評定為一等品。
發明人還將該產品送黑龍江省工程質量監督檢驗測試中心進行抗壓強度、抗風化性能等指標的測試，結果顯示抗壓強度(MPa)平均值19.4；變異係數0.33；單塊最小值9.1；5h沸煮吸水率平均值20.5；單塊最大值21.3；飽和係數平均值≤0.80；飽和係數的單塊最大值≤0.83。
泛霜、石灰爆裂、凍融等指標均符合GB 5101-2003的《普通燒結磚》標準。
該磚的單塊重量2.2kg，導熱係數0.486W/m.k，可用於外牆磚。
實施例5高摻量粉煤灰燒結磚的生產將生產原料按如下比例粉煤灰65千克，爐渣(粉碎成小於3mm)20千克，粘土或頁巖粉15千克，實施例2的添加劑3千克。
燒結磚的製備方法同實施例1。
該磚體為磚紅色，各項性能指標與實施例4相似。
權利要求
1.一種燒結磚添加劑，其由如下的四類組分配製而成A類，包括羧甲基纖維素、矽酸鈉溶液和聚乙二醇雙硬脂酸酯，其相應的重量比例關係為2-3∶1∶1；B類，包括木質素磺酸鹽、亞甲基二萘磺酸鹽、三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物和β-萘磺酸甲醛縮合物中至少一種；C類，包括松香熱聚物、松香皂和烷基苯磺酸鹽中至少一種；D類，氧化鐵粉或磷酸鹽；每100重量份的所述添加劑中，上述各類組分的配製比例為A∶B∶C∶D＝40-50∶5-10∶10-30∶10-30。
2.權利要求1所述的添加劑，其中，所述矽酸鈉溶液的密度為1.3-1.4千克/升。
3.權利要求1所述的添加劑，其中，所述木質素磺酸鹽為木質素磺酸鈣或木質素磺酸鈉；所述亞甲基二萘磺酸鹽為其鈉鹽或鉀鹽。
4.權利要求1所述的添加劑，其中，每100重量份的添加劑中所含組分的含量比為A類組分40-50、B類組分木質素磺酸鹽5-10、C類組分松香熱聚物10-30、D類組分氧化鐵粉10-30。
5.權利要求1-4任一項所述的燒結磚添加劑的製備方法，包括量取所述組分總質量的30-50倍水，分別將羧甲基纖維素和聚乙二醇雙硬脂酸酯用其自身質量的10-20倍水稀釋均勻，再與其餘組分一起加入餘量水中攪拌成為糊狀均勻體。
6.一種粉煤灰燒結磚的製備方法，其原料組成包括80-85％的粉煤灰主料、15-20％的粘結劑；權利要求1記載的添加劑作為外加劑，其外摻量為3-5％，將原料混合均勻製成磚坯，經燒製成為產品。
7.權利要求6所述的粉煤灰燒結磚的製備方法，其中，原料的混合採用碾練方法。
8.權利要求6所述的粉煤灰燒結磚的製備方法，其中，所述粉煤灰主料中還可包括骨料，其添加量基於粉煤灰主料重量為不高於5-25％。
9.權利要求6或8所述的粉煤灰燒結磚的製備方法，其中，所述粘結劑包括粘土、頁巖粉、矸石粉、膨潤土或它們的混合物。
10.權利要求6所述的粉煤灰燒結磚的製備方法，其中，添加劑以水溶液的形式加入原料中使物料實現均勻混合。
全文摘要
本發明提供了一種用於粉煤灰燒結磚的添加劑，其組成中包括了粘結劑、減水劑、分散劑及增強劑成分，通過特定的比例配合成為本發明的添加劑。本發明同時提供了採用該添加劑作為外加劑製備高摻量粉煤灰燒結磚的方法，可以將燒結磚中的粉煤灰摻加量提高到85％，並且通過該添加劑的作用，同時提高了物料的塑性，可以生產表觀密度更低，隔熱性能更好的燒結磚產品。
文檔編號C04B22/16GK1765809SQ20051008063
公開日2006年5月3日 申請日期2005年7月4日 優先權日2005年7月4日
發明者趙傳文, 趙宇昕 申請人:趙宇昕, 趙傳文