專利名稱：粉煤灰微混凝土磚及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粉煤灰微混凝土磚及其制備方法。
隨著燃煤電力的發(fā)展，我國(guó)粉煤灰和廢渣排放量急劇增長(zhǎng)，如何解決粉煤灰和廢渣的污染問題，已引起國(guó)家有關(guān)部門的高度重視。粉煤灰和渣中含有鋁硅酸鹽玻璃微珠、海綿狀玻璃體、石英、莫來石、碳粒、硫酸鹽等礦物質(zhì)，是一種可以綜合利用變廢為寶的資源，將粉煤灰和廢渣制成各種粉煤灰磚可以使用大量的粉煤灰，并且節(jié)省土地資源，是綜合利用的一種有效手段。目前利用粉煤灰制成的磚有粉煤灰燒結(jié)磚、粉煤灰免燒磚、粉煤灰加氣混凝土磚等，粉煤灰燒結(jié)磚的性能雖然好，但工藝復(fù)雜投資大，制磚成本高；粉煤灰加氣混凝土磚強(qiáng)度低，存在的主要問題是凍融性差，達(dá)不到質(zhì)量要求；所以，粉煤灰磚一直得不到推廣應(yīng)用。但粉煤灰應(yīng)用于混凝土中，不僅在國(guó)內(nèi)外得到推廣使用，且能改善混凝土的性能，降低混凝土的成本，是一條可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)?；炷僚淞现袚郊右徊糠謨?yōu)質(zhì)粉煤灰，粉煤灰占普通水泥的三分之一左右，來部分取代水泥，粉煤灰混凝土的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到30Mpa以上，如果降低粉煤灰的質(zhì)量和增加比例，雖然抗壓強(qiáng)度降低，但是，仍能保證達(dá)到10Mpa以上，而磚的抗壓強(qiáng)度要求比混凝土低很多，仍然可以達(dá)到或超過普通磚的強(qiáng)度，所以，在粉煤灰混凝土基礎(chǔ)上發(fā)展出一種粉煤灰微混凝土磚是可行的。粉煤灰微混凝土磚屬于粉煤灰免燒磚，由粉煤灰、膠凝材料、外加劑等經(jīng)攪拌、壓制成型。粉煤灰制品存在凍融性差的問題，是因?yàn)榉勖夯抑杏幸徊糠侄嗫最w粒，吸水性強(qiáng)，顆粒內(nèi)部孔洞中的水分多，在結(jié)冰時(shí)體積膨脹而導(dǎo)致制品因冰凍被破壞，解決制品的抗凍融性的辦法是降低水灰比，但由于粉煤灰顆粒表面的摩擦力大，流動(dòng)性差，不能提高水灰比卻要提高流動(dòng)性是一個(gè)難題，目前出現(xiàn)借助外加劑來改善配料的流動(dòng)性的辦法，如中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?1106058.8)公布了一種以粉煤灰和普通水泥及水溶性環(huán)氧樹脂水溶液混合加壓，并加蒸汽養(yǎng)生的制磚法，粉煤灰與普通水泥的配比為(90-60)％比(10-40)％，粉煤灰粗粉和細(xì)粉的配比為(90-50)％比(10-50)％，水溶性環(huán)氧樹脂分子量在400-8000范圍內(nèi)，中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?6116318.6)公布了一種粉煤灰制磚、塊的方法，其組分是由水泥(32.6-39.8％)、粉煤灰(24.8-34.4％)、膨脹珍珠巖(3.5-11.1％)、水(23.6-30.7)、聚乙烯醇(0.3-0.8％)，中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?5119424.0)公布了粉煤灰制磚的改進(jìn)方法，以粉煤灰(70-60％)、普通水泥(9-10％)、砂(10-21％)為主要原料，外加酯基羧酸類添加劑占總重量的(0.0003-0.0005％)，混合加壓形成，并加蒸汽養(yǎng)生的制磚法，以上制品中通過使用外加劑，使制品的性能得到改善，證明了外加劑的摻入是成功的，但是，這些制品還沒有根本解決凍融性問題，如本發(fā)明人采用上述專利技術(shù)試制粉煤灰磚，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度不理想，耐久性不可靠，其制品的凍融指標(biāo)和強(qiáng)度指標(biāo)仍達(dá)不到要求，目前外加劑的品種雖然很多，但選擇現(xiàn)有的外加劑還不能滿足粉煤灰制品的要求，并且，對(duì)廢渣的利用，粉煤灰和廢渣的級(jí)配也不合理。
本發(fā)明的目的通過選擇外加劑，粉煤灰與渣的粒度級(jí)配，提高粉煤灰微混凝土磚的性能，通過提供一種粉煤灰微混凝土磚的制備方法，選擇合理的工藝參數(shù)，利用振動(dòng)加壓，增加致密性，提高強(qiáng)度。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。
粉煤灰微混凝土磚是渣和粉煤灰為粗細(xì)骨料，以水泥為膠凝材料，其中渣占50-60％，粉煤灰占32-40％，水泥占8-10％，還有占上述配比總量的0.03％-0.05％的丙烯酸酯共聚物與二氧化硅組成的乳液狀的有機(jī)—無機(jī)納米雜化材料外加劑，10-18％的水，渣的粒徑在0.63-5mm以下。
上述的粉煤灰微混凝土磚的制備方法是(1)選擇渣的粒徑在0.63-5mm以下，(2)干性物料預(yù)攪拌2分鐘，(3)水與外加劑的溶解溫度控制在18-20℃，(4)將配合好的水和外加劑噴入干性混合物料中，(5)用揉碾攪拌機(jī)揉碾4分鐘，(6)采用兩次高頻振動(dòng)，即在工作臺(tái)底振的基礎(chǔ)上，加上模體箱二次高頻振動(dòng)，將松散的物料加壓，工作臺(tái)振動(dòng)頻率5000次/分，模體箱振動(dòng)頻率6800次/分，壓力達(dá)到1-1.2MPa，壓制出來成型制品。
1.渣和粉煤灰級(jí)配的選擇本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，粉煤灰和渣不僅在磚中起到集料作用，而且，粉煤灰的活性，粒度級(jí)配，對(duì)強(qiáng)度和凍融性起著非常重要的作用。
粉煤灰是指從鍋爐煙氣中收集的細(xì)灰，國(guó)外稱為“飛灰”，粒徑極限為0.5-315μm，多數(shù)在50μm左右，渣是指從鍋爐底部排出的煤燃燒后形成的粗渣，粒徑在0.63-10mm以下，是一種多孔材料，礦物質(zhì)成分與粉煤灰相同，渣和粉煤灰合理級(jí)配可以增強(qiáng)粉煤灰微混凝土磚的強(qiáng)度和凍融性，粉煤灰在粉煤灰微混凝土磚中作為細(xì)骨料，和未水化水泥粒芯組成聯(lián)合微集料系統(tǒng)，均勻分布于水泥漿體的基相之中，起到微集料作用，可以增加粉煤灰微混凝土磚的密實(shí)度，渣在粉煤灰微混凝土磚中作為粗骨料。采用III級(jí)粉煤灰進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用100％粉煤灰時(shí)冰凍時(shí)很容易漲破，采用粉煤灰和石子或砂的級(jí)配，冰凍時(shí)也很容易漲破，采用渣和粉煤灰級(jí)配，做凍融試驗(yàn)卻能夠合格，這是因?yàn)樵谔砑颖┧狨ス簿畚锱c二氧化硅組成的乳液狀的有機(jī)—無機(jī)納米雜化材料外加劑的作用下，渣和粉煤灰處于不飽和吸水狀態(tài)，在冰凍膨脹時(shí)，利用渣的孔隙能夠吸收粉煤灰膨脹的體積，經(jīng)試驗(yàn)確定渣的摻量在(50-60)％，粉煤灰摻量在(32-40)％制品級(jí)配效果最好。
粉煤灰微混凝土磚的最終強(qiáng)度與渣的用量多少和粒度大小有關(guān)，由于渣自身強(qiáng)度比普通混凝土中的骨料卵石、碎石低很多，也比粉煤灰的強(qiáng)度低，在一定程度上，最終的粉煤灰微混凝土磚的強(qiáng)度取決于渣的最大粒度，對(duì)于最大粒度一定的渣，粉煤灰微混凝土磚的強(qiáng)度有一個(gè)極限，減小渣的最大粒度，可以提高粉煤灰微混凝土磚的強(qiáng)度極限，經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐獲得渣的最大粒徑確定為0.63mm-5mm最合適。
渣和粉煤灰在混凝土硬化前期發(fā)揮著物理充填材料作用，在混凝土硬化后期，渣和粉煤灰充填性又有另一個(gè)特點(diǎn)，即具有活性充填作用，渣和粉煤灰中活性顆粒水化反應(yīng)時(shí)，渣和粉煤灰顆粒與水泥漿體的界面膠合，漿體和集料的界面起致密作用，看不到普通混凝土中卵石和漿體的明顯的界面，充填效果更為強(qiáng)化，渣和粉煤灰的致密作用減少了混凝土磚中的孔隙體積和較粗的孔隙，特別是填塞了漿體中的毛細(xì)孔的通道，對(duì)混凝土磚的耐久性十分有利。
渣和粉煤灰在混凝土中的化學(xué)活性，是玻璃體與水泥水化分解出來的氫氧化鈣進(jìn)行“二次反應(yīng)”，生成具有較凝能力的水化CSH凝膠，這種化學(xué)活性具有防止水泥水化熱造成制品內(nèi)部溫度升高，內(nèi)外部溫差過大，出現(xiàn)裂縫的作用。
2.水泥的配比水泥在粉煤灰微混凝土磚的組分中，起到膠凝材料的作用，是配料中CaO成分的主要來源，CaO遇水后生成Ca(OH)2，與配料中的SiO2結(jié)合，生成水化磚酸鈣(CSH)凝膠，在一定的溫度條件下，繼續(xù)水化生成硅酸鈣晶體，因此，水泥摻量直接影響制品的強(qiáng)度，水泥摻量為8％時(shí)，制品強(qiáng)度為7.5-10Mpa，水泥摻量為10％時(shí)，制品強(qiáng)度為10-15Mpa，經(jīng)過試驗(yàn)和結(jié)合各種原料的價(jià)格，確定渣、粉煤灰、水泥的配比選擇為渣∶粉煤灰∶水泥＝(50-60)∶(32-40)∶(8-10)3.水混合物料中的水主要有兩個(gè)作用，一是化學(xué)結(jié)合水，起增強(qiáng)作用，二是自由水，使混合物料具有一定的塑性，同時(shí)也增加內(nèi)部孔隙，降低強(qiáng)度，水分過小水分不充分，塑性不夠，成型困難，水分過大，增加孔隙率，也影響強(qiáng)度，水分控制在上述配比總量的10-18％范圍內(nèi)效果最好。
4.外加劑選擇本發(fā)明中選擇的外加劑，不是現(xiàn)有技術(shù)中的外加劑，是采用如下的配方和制備方法獲得的。
本外加劑與粉煤灰具有良好的親和性，能明顯提高制品磚的性能，同時(shí)也加大了制品磚的成本，因此，外加劑的加入量直接影響制品磚的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，外加劑的摻量在0.03％時(shí)，強(qiáng)度可達(dá)到10Mpa，選擇外加劑的摻入量為0.03％-0.05％，強(qiáng)度可達(dá)到10Mpa以上，而磚的成本也比較合適。外加劑配方1<
上述配方中調(diào)節(jié)丙烯酸正丁酯、2-乙基丙烯酸己酯和丙烯酸的組成，乳化劑十二烷基苯磺酸鈉可由十二烷基硫酸鈉代替，偏硅酸鈉可由二氧化硅氣溶膠取代，詳見配方2-7外加劑配方2-7<
上述的外加劑的制備方法是首先在燒瓶中加入水，表面活性劑，碳酸氫鈉，偏硅酸鈉，機(jī)械攪拌溶解，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加熱至80℃，將上述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、2-乙基丙烯酸己酯和丙烯酸單體按配方比例混合后倒入加料漏斗中，均速滴加入燒杯內(nèi)，同時(shí)均速滴加過硫酸鉀溶液，在1.5小時(shí)內(nèi)加料完畢，滴加結(jié)束后，在相同溫度下繼續(xù)反應(yīng)1小時(shí)，冷卻至室溫，用濃氨水調(diào)節(jié)PH值為8-9，可得穩(wěn)定的有機(jī)—無機(jī)納米雜化材料分散液。
這種有機(jī)—無機(jī)納米雜化材料外加劑主要技術(shù)指標(biāo)如下a.乳白色均勻液體，略有藍(lán)光，存放期在6個(gè)月以上，b.PH值為8-9左右，c.高分子組分的球體直徑小于0.2μm，d.外加劑在堿性或弱酸性條件下穩(wěn)定，e.外加劑含固量為35-42％，(重量)f.外加劑粘度為300-350厘泊。
本外加劑的作用(1)減水作用因?yàn)樵且环N多孔的顆料，粉煤灰中也有一部分多孔顆粒，吸水性強(qiáng)，顆粒內(nèi)部孔洞中的水分多，在結(jié)冰時(shí)體積膨脹而導(dǎo)致制品因冰凍被破壞，解決制品的抗凍融性的辦法是降低水灰比，同時(shí)粉煤灰制品的強(qiáng)度與其本身的微觀結(jié)構(gòu)，特別是孔隙率及孔隙結(jié)構(gòu)有非常密切的關(guān)系，而孔隙率受水灰比的影響最大，降低水灰比可減少粉煤灰磚中的孔隙率，提高制品強(qiáng)度，但由于水灰比減小，會(huì)降低粉煤灰漿體的流動(dòng)性，本發(fā)明的外加劑中高分子組分為微小球狀結(jié)構(gòu)，對(duì)粉煤灰漿體具有軸承效應(yīng)，使粉煤灰的流動(dòng)性得到改善，本發(fā)明的外加劑還具有引氣作用，將本外加劑摻入粉煤灰漿體中，可引入很多小氣泡，氣泡存在改善和易性，同時(shí)，本外加劑中表面活性物質(zhì)對(duì)改善粉煤灰分散具有一定作用，因此，本外加劑的加入，可以降低水灰比并保證粉煤灰漿體具有相同的流動(dòng)性，減水率能達(dá)到15-20％。
(2)耐久性能本外加劑中高分子組分以微小的球體均勻分布在粉煤灰漿體中，阻礙渣和粉煤灰與多余水分的接觸，保證渣和粉煤灰吸水處于不飽和狀態(tài)，再加上上述的減水作用，從而改善抗凍性能。
(3)增強(qiáng)作用本外加劑具有激發(fā)粉煤灰潛在活性的作用，外加劑中堿性基團(tuán)使粉煤灰中玻璃體表面層的〔SiO4〕4-和〔AlO4〕4-四面體網(wǎng)絡(luò)破壞，聚合度降低，表面活性中心增加，水化反應(yīng)加快，從而粉煤灰與Ca(OH)2反應(yīng)生成的CSH和CAH等膠凝物含量增加。
另外，本外加劑中高分子組分含有可與粉煤灰表面羥基相互作用的基團(tuán)，這在一定程度上起到粉煤灰偶聯(lián)增強(qiáng)作用，而且，這種增強(qiáng)作用對(duì)壓力特別敏感，壓力越大，這種增強(qiáng)作用越強(qiáng)。
(4)保水性本外加劑摻入粉煤灰漿體中，可引入很多小氣泡，氣泡堵塞毛細(xì)通路減少泌水性，這樣可采用較低的水灰比，減少干燥收縮，即使長(zhǎng)期不進(jìn)行水養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度增長(zhǎng)也很快。
5.粉煤灰微混凝土磚的制備工藝粉煤灰微混凝土磚在制備工藝上與傳統(tǒng)混凝土和制磚工藝不同，采用兩次高頻振動(dòng)，即在工作臺(tái)底振的基礎(chǔ)上，加上模體箱二次高頻振動(dòng)，迅速將物料填充均勻并振實(shí)。工藝步驟如下(1)選擇渣的粒徑在0.63-5mm以下，粉煤灰正常粒徑在0.5-315μm均可以滿足要求，(2)干性物料預(yù)攪拌2分鐘，(3)水與外加劑的溶解溫度控制在18-20℃，(4)將配合好的水和外加劑噴入干性混合物料中，(5)用揉碾攪拌機(jī)攪碾4分鐘，(6)采用兩次高頻振動(dòng)，即在工作臺(tái)底振的基礎(chǔ)上，加上模體箱二次高頻振動(dòng)，將松散的物料加壓，工作臺(tái)振動(dòng)頻率5000次/分，模體箱振動(dòng)頻率6800次/分，壓力達(dá)到1-1.2MPa，壓制出來成型制品。
本發(fā)明是綜合了粉煤灰磚和粉煤灰混凝土的經(jīng)驗(yàn)，配料以渣和粉煤灰為主，以水泥為輔，通過渣和粉煤灰合理級(jí)配，選擇外加劑，制備工藝改進(jìn)，在強(qiáng)度上達(dá)到了國(guó)家粉煤灰磚的標(biāo)準(zhǔn)，又降低了成本，其價(jià)格與目前使用的普通磚具有可比性，為解決粉煤灰的污染問題做出了貢獻(xiàn)，也為取消目前建材中的粘土磚找到一種合理的替代產(chǎn)品。
實(shí)施例制備粉煤灰微混凝土磚的主要生產(chǎn)設(shè)備有Y-FMH-1500型臥式雙軸揉碾攪拌機(jī)1臺(tái)，Y-FMH-25，50型自動(dòng)液壓成型機(jī)2臺(tái)，物料自動(dòng)計(jì)量輸送帶1套，成品磚輸送帶1套，托磚模板3000塊，托架300個(gè)，托木600個(gè)，養(yǎng)護(hù)室100m2，鍋爐1臺(tái)。
生產(chǎn)流程為原料—拌合—成型—養(yǎng)護(hù)—檢驗(yàn)—成品原料配比選擇
還有占上述配比總量14％的水，0.03％的外加劑。
渣的粒度控制在0.63-5mm以下，渣和粉煤灰按最佳配合比由輸送帶送到攪拌機(jī)內(nèi)，渣、細(xì)灰、水泥干性混合物料拌合2分鐘，將配合好的水和外加劑噴入干性混合物料中，水和外加劑的溶解溫度控制在18-20℃，經(jīng)揉碾4分鐘后，把具有良好和易性的物料送到成型機(jī)的料倉(cāng)內(nèi)，自動(dòng)液壓制磚機(jī)自動(dòng)將物料輸入模箱內(nèi)，采用兩次高頻振動(dòng)，即在工作臺(tái)底振的基礎(chǔ)上，加上模體箱二次高頻振動(dòng)，將松散的物料加壓，工作臺(tái)振動(dòng)頻率5000次/分，模體箱振動(dòng)頻率6800次/分，振動(dòng)時(shí)間僅5秒鐘，壓力達(dá)到1-1.2MPa，壓制出來成型制品，壓制成型后成品推出送到輸送帶上，全過程時(shí)問僅15秒/次。
養(yǎng)護(hù)根據(jù)自然條件的氣溫狀況，采用二種養(yǎng)護(hù)工藝1.自然養(yǎng)護(hù)當(dāng)氣溫在20℃以上采用，此種養(yǎng)護(hù)方式磚的強(qiáng)度增長(zhǎng)較慢，運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)，積壓場(chǎng)地，但節(jié)約能源。
工藝成型的磚坯第一天靜養(yǎng)，第二天少量灑水，保持磚表面不干燥為準(zhǔn)，第四天大量灑水，將磚坯澆透為止，繼續(xù)灑水養(yǎng)護(hù)，第10-15天后出廠。
2.低溫蒸汽養(yǎng)護(hù)是在70℃的濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)室中進(jìn)行，加快磚強(qiáng)度的增長(zhǎng)速度，加快周轉(zhuǎn)速度。
工藝成型的磚坯6小時(shí)靜養(yǎng)后送養(yǎng)護(hù)室升溫4小時(shí)，在室內(nèi)升溫為20℃后，恒溫1小時(shí)，升溫為70℃后，恒溫2小時(shí)，降溫到20℃后，恒溫1小時(shí)，待磚完全冷卻后即可碼垛，7天后出廠。
按上述配方和工藝生產(chǎn)的粉煤灰微混凝土磚各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到或超過《JC239-91》粉煤灰磚標(biāo)準(zhǔn)要求，具體指標(biāo)見下表<
從上述的檢驗(yàn)結(jié)果可見，粉煤灰微混凝土磚的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了國(guó)家粉煤灰磚的標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種粉煤灰微混凝土磚，是以渣和粉煤灰為粗細(xì)骨料，以水泥為膠凝材料，其中渣占50-60％，粉煤灰占32-40％，水泥占8-10％，還有占上述配比總量的0.03％-0.05％的丙烯酸酯共聚物與二氧化硅組成的乳化狀的有機(jī)—無機(jī)納米雜化材料外加劑，10-18％的水，渣的粒徑在0.63-5mm以下。
2.如權(quán)利要求1所述的粉煤灰微混凝土磚的制備方法是(1)選擇渣的粒徑在0.63-5mm以下，(2)干性物料預(yù)攪拌2分鐘，(3)水與外加劑的溶解溫度控制在18-20℃，(4)將配合好的水和外加劑噴入干性混合物料中，(5)用揉碾攪拌機(jī)揉碾4分鐘，(6)用雙頻振動(dòng)采用兩次高頻振動(dòng)，即在工作臺(tái)底振的基礎(chǔ)上，加上模體箱二次高頻振動(dòng)，將松散的物料加壓，工作臺(tái)振動(dòng)頻率5000次/分，模體箱振動(dòng)頻率6800次/分，壓力達(dá)到1-1.2MPa，壓制出來成型制品。
全文摘要
一種粉煤灰微混凝土磚及其制備方法,是以渣和粉煤灰為粗細(xì)骨料,以水泥為膠凝材料,其中渣占50—60%,粉煤灰占32—40%,水泥占8—10%,還有占上述配比總量的0.03%—0.05%的丙烯酸酯共聚物與二氧化硅組成的乳化狀的有機(jī)一無機(jī)納米雜化材料外加劑,10—18%的水,渣的粒徑在0.63—5mm以下,此磚在強(qiáng)度上達(dá)到了國(guó)家粉煤灰磚的標(biāo)準(zhǔn),又降低了成本,其價(jià)格與目前使用的普通磚具有可比性,為解決粉煤灰的污染問題做出了貢獻(xiàn),也為取消目前建材中的粘土磚找到一種合理的替代產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C04B40/00GK1263063SQ0011012
公開日2000年8月16日 申請(qǐng)日期2000年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月18日
發(fā)明者孫景寬 申請(qǐng)人:孫景寬