申请日2014.09.12
公开(公告)日2014.12.24
IPC分类号C04B28/08; C04B24/26; C04B14/04; C04B38/10
摘要
本发明公开了一种低收缩污泥陶粒碱激发全矿渣泡沫混凝土板及其制备方法，所述泡沫混凝土板以矿渣、硅灰、粉煤灰、纤维、陶粒、聚丙烯酸钠盐SAP、水、发泡剂、碱激发剂和减水剂为原料制备而成。该方法采用矿渣完全替代水泥制备泡沫混凝土，并通过掺加陶粒和聚丙烯酸钠盐SAP来降低泡沫混凝土材料的易收缩性能和导热系数，同时利用碱激发矿渣体系和陶粒来保证泡沫混凝土材料的抗压强度。制得的泡沫混凝土板具有良好的力学性能和低收缩自保温性能，解决了传统蒸压加气混凝土材料存在的需高温蒸养和制备的预制构件易开裂的问题，并有效实现了矿渣等工业废弃物的回收利用，节能环保，在墙体保温等领域具有重要的应用价值。
权利要求书
1.一种低收缩污泥陶粒碱激发全矿渣泡沫混凝土板，其特征在于，各组分及含量为：矿 渣400～430kg/m3，硅灰20～35kg/m3，粉煤灰40～65kg/m3，纤维0.8～1.1kg/m3，陶粒50～ 80kg/m3，聚丙烯酸钠盐SAP 0.2～0.3kg/m3，水100～125kg/m3，发泡剂1～1.2kg/m3，碱激 发剂7～8.5kg/m3，减水剂的掺量为矿渣、硅灰和粉煤灰总质量的1.8～2.1%。
2.根据权利要求1所述的一种低收缩污泥陶粒碱激发全矿渣泡沫混凝土板，其特征在于， 所述矿渣活性为S105级，其勃氏比表面积大于450m2/kg。
3.根据权利要求1所述的一种低收缩污泥陶粒碱激发全矿渣泡沫混凝土板，其特征在于， 所述陶粒为污泥烧制的陶粒，粒径为1～3mm。
4.根据权利要求1所述的一种低收缩污泥陶粒碱激发全矿渣泡沫混凝土板，其特征在于， 所述聚丙烯酸钠盐SAP是一种高吸水性树脂，吸水倍数为150～200倍。
5.根据权利要求1所述的一种低收缩污泥陶粒碱激发全矿渣泡沫混凝土板，其特征在于， 所述碱激发剂为钠水玻璃溶液，固含量大于60%(质量分数)。
6.根据权利要求1所述的一种低收缩污泥陶粒碱激发全矿渣泡沫混凝土板，其特征在于， 所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
7.根据权利要求1所述的一种低收缩污泥陶粒碱激发全矿渣泡沫混凝土板，其特征在于， 所述泡沫剂为复合植物蛋白阴离子表面活性剂GS-1，密度为1.01kg/L，稀释倍数为39，发泡 倍数为20倍。
8.根据权利要求1所述的一种低收缩污泥陶粒碱激发全矿渣泡沫混凝土板的制备方法， 其特征在于，包括以下步骤：(1)根据原料配比称取原料，各组分及含量为：矿渣400～ 430kg/m3，硅灰20～35kg/m3，粉煤灰40～65kg/m3，纤维0.8～1.1kg/m3，陶粒50～80kg/m3， 聚丙烯酸钠盐SAP0.2～0.3kg/m3，水100～125kg/m3，发泡剂1～1.2kg/m3，碱激发剂7～ 8.5kg/m3，减水剂的掺量为矿渣、硅灰和粉煤灰总质量的1.8～2.1%;(2)将陶粒和聚丙烯酸 钠盐SAP进行饱水处理;(3)将矿渣、硅灰、粉煤灰和纤维剂置于混凝土搅拌机中混合干拌 30～60s，在得到的混合料中，加入扣除陶粒和聚丙烯酸钠盐SAP含水量的水、经饱水处理 过的陶粒和聚丙烯酸钠盐SAP、减水剂和碱激发剂，继续拌合240～300s，得混合浆体;(4) 在混合浆体中，引入发泡剂发出的泡沫体，进行搅拌120～180s，得发泡浆体;(5)沿管道将 所得发泡浆体泵送浇筑入模，表面整平后覆盖薄膜，静置18～24h后拆模，进行养护至龄期， 得所述泡沫混凝土板。
9.根据权利要求8所述的一种低收缩污泥陶粒碱激发全矿渣泡沫混凝土板的制备方法， 其特征在于，所述陶粒的饱水处理步骤包括：拌制泡沫混凝土前24h以上将陶粒置于蓄水池 中进行饱水处理;在拌制混凝土前4～5h将蓄水池中的水放净，使陶粒自由失水;在拌制混 凝土前1h将陶粒堆中的陶粒混合均匀，在拌制混凝土前半小时取至少三个有代表性位置测堆 积中陶粒的含水率并取平均值。
10.根据权利要求8所述的一种低收缩污泥陶粒碱激发全矿渣泡沫混凝土板的制备方法， 其特征在于，所述聚丙烯酸钠盐SAP的饱水处理步骤包括：拌制泡沫混凝土前，在聚丙烯酸 钠盐SAP中加入150～200倍质量的水，浸泡2～3h，使其充分吸收水分，使用时直接加入搅 拌。
说明书
一种低收缩污泥陶粒碱激发全矿渣泡沫混凝土板及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种低收缩污泥陶粒碱激发全矿渣泡沫混凝土板及 其制备方法。
背景技术
传统的蒸压加气混凝土砌块是一种轻质多孔的墙体材料，由于轻质，体积大，且内部呈 孔洞结构而具有良好的隔音，保温功能，是一种广泛应用的保温墙体材料。蒸压加气混凝土 砌块由发气剂经化学反应形成孔隙，并经浇注成型、预养切割、蒸压养护等工艺制备而成。 蒸压加气混凝土砌块的蒸压养护工艺存在高能耗问题，且混凝土的水泥用量高，制备的预制 构件易形成开裂。此外蒸压加气混凝土砌块存在强度与保温性能难以兼顾的问题。蒸压加气 混凝土作为一种工程材料必需保证一定的强度，而强度提高将导致其保温隔热性能下降和密 度增加。因此，进一步研究和改善其他轻质、高强、保温性能好，且不易开裂的墙体保温材 料，在工程建筑领域具有重要的实际应用意义。
目前的加气混凝土一般使用水泥作为主要胶凝材料，水泥用量极大，导致了板材生产成 本较高，能耗较大，且水泥的生产运输污染也较大。本专利使用工业废渣替代水泥作为水化 胶凝材料生产泡沫混凝土，碱激发矿渣体系不仅能提高泡沫混凝土的抗压强度，还在实现资 源再利用的同时降低了生产的成本。但是碱激发矿渣体系的收缩值较大，于是考虑掺入超轻 污泥陶粒来降低泡沫混凝土的收缩值。污泥陶粒是用含有重金属的工业污泥烧制而成，该陶 粒具有一定的孔隙率，能吸收少部分分水，浸泡后能够作为泡沫混凝土内养护材料来促进水 化反应，即可以提高制品的强度又可以降低泡沫混凝土的收缩值。同时，陶粒的导热系数较 低，加入泡沫混凝土中能起到阻热点的作用，从而降低了板材的导热系数。污泥陶粒在对泡 沫混凝土进行性能改性的同时，还对资源进行了二次利用，并对污泥的处理提供了一种新型 的解决办法。但是考虑到污泥陶粒的吸水性一般，内养护作用微弱，本专利掺入了聚丙烯酸 钠盐SAP作为第二种内养护材料来促进水化反应。聚丙烯酸钠盐SAP的“储水-释水”作用缓 解了制品内部因水分增发而产生的负压，从而缓解了收缩的产生。聚丙烯酸钠盐SAP完全释 水后会在泡沫混凝土中留下大量的毛细孔，增加制品的孔隙率，降低了泡沫混凝土的导热系 数，同时也会小幅度的降低强度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低收缩污泥陶粒碱激发全矿渣泡沫混凝土板及其制备方法， 所述泡沫混凝土板在碱激发体系下采用矿渣完全替代水泥制备而成，制得的泡沫混凝土板匀 质性高，力学性能和耐久性能良好，且不易发生开裂。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种低收缩污泥陶粒碱激发全矿渣泡沫混凝土板， 其特征在于，主要由矿渣、硅灰、粉煤灰、纤维、陶粒、聚丙烯酸钠盐SAP、水、发泡剂、 碱激发剂和减水剂制备而成，各组分及含量为：矿渣400～430kg/m3，硅灰20～35kg/m3，粉 煤灰40～65kg/m3，纤维0.8～1.1kg/m3，陶粒50～80kg/m3，聚丙烯酸钠盐SAP 0.2～0.3kg/m3， 水100～125kg/m3，发泡剂1～1.2kg/m3，碱激发剂7～8.5kg/m3，减水剂的掺量为矿渣、硅 灰和粉煤灰总质量的1.8～2.1%。
根据上述方案，所述矿渣活性为S105级，其勃氏比表面积大于450m2/kg。
根据上述方案，所述陶粒为污泥烧制的陶粒，取自“十二五”淤污泥烧制陶粒项目中生产 的陶粒，粒径分布为1～3mm，导热系数为0.13～0.14W/(m·K)。陶粒的制备：按污泥、页岩粉 所占质量百分数为：污泥30%、页岩粉70%，称取污泥和页岩粉，控制污泥和页岩粉中 (Al2O3+SiO2)/(CaO+MgO+Na2O+Fe2O3)=7.5～10，将污泥和页岩粉混合造粒，粒径为1～3mm; 然后在回转窑内经1050～1150℃煅烧15～20min，得密度等级为300～500级，筒压强度为 1～3MPa，吸水率为10～12%的超轻污泥陶粒。
根据上述方案，所述聚丙烯酸钠盐SAP是一种高吸水性树脂，吸水倍数为150～200倍。
根据上述方案，所述碱激发剂为钠水玻璃溶液，固含量大于60%(质量分数)，模数比 n=1.2。
根据上述方案，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
根据上述方案，所述泡沫剂为复合植物蛋白阴离子表面活性剂GS-1，密度为1.01kg/L， 稀释倍数为39，发泡倍数为20倍，发泡剂发泡过程中所需的水分不包括在组分配比中水的 含量内。
根据上述方案，上述一种低收缩污泥陶粒碱激发全矿渣泡沫混凝土板的制备方法，其特 征在于，包括以下步骤：(1)根据原料配比称取原料，各组分及含量为：矿渣400～430kg/m3， 硅灰20～35kg/m3，粉煤灰40～65kg/m3，纤维0.8～1.1kg/m3，陶粒50～80kg/m3，聚丙烯酸 钠盐SAP0.2～0.3kg/m3，水100～125kg/m3，发泡剂1～1.2kg/m3，碱激发剂7～8.5kg/m3， 减水剂的掺量为矿渣、硅灰和粉煤灰总质量的1.8～2.1%;(2)将陶粒和聚丙烯酸钠盐SAP 进行饱水处理;(3)将矿渣、硅灰、粉煤灰和纤维剂置于混凝土搅拌机中混合干拌30～60s， 在得到的混合料中，加入扣除陶粒和聚丙烯酸钠盐SAP含水量的水、经饱水处理过的陶粒和 聚丙烯酸钠盐SAP、减水剂和碱激发剂，继续拌合240～300s，得混合浆体;(4)在混合浆 体中，引入发泡剂发出的泡沫体，进行搅拌120～180s，得发泡浆体;(5)沿管道将所得发泡 浆体泵送浇筑入模，表面整平后覆盖薄膜，静置18～24h后拆模，进行养护至龄期，得所述 泡沫混凝土板。
根据上述方案，所述陶粒(或称污泥超轻陶粒)的饱水处理步骤包括：拌制泡沫混凝土 前24h以上将陶粒置于蓄水池中进行饱水处理;在拌制混凝土前4～5h将蓄水池中的水放净， 使陶粒自由失水;在拌制混凝土前1h将陶粒堆中的陶粒混合均匀，在拌制混凝土前半小时取 至少三个有代表性位置测堆积中陶粒的含水率并取平均值，测得所述陶粒的含水量为12%左 右(质量)。
根据上述方案，所述聚丙烯酸钠盐SAP的饱水处理步骤包括：拌制泡沫混凝土前，在聚 丙烯酸钠盐SAP中加入150～200倍质量的水，浸泡2～3h，使其充分吸收水分，使用时直接 加入搅拌。
根据上述方案，制得的泡沫混凝土板的最小尺寸规格为100×300×22cm，最大尺寸规格为 300×300×22cm，容重为580～620kg/m3，28d抗压强度为5.0～6.0MPa，导热系数≤0.145w/ (m·k)，收缩值<0.4mm·m-1，碳化系数<1.1，冻融后质量损失<3%且强度损失<5%。
本发明的原理为：
(1)泡沫混凝土中碱激发矿渣的作用机理如下：1)在水化产物中产生沸石类矿物，提 高材料的耐久性能;2)碱激发可提高硅质材料中SiO2的活性，增加水化产物的含量，提高 材料的强度;3)碱激发剂具有一定的粘度，可作为一种调节发气的组分，控制泡沫混凝土的 孔结构。
(2)陶粒的作用机理如下：1)泡沫混凝土的强度会随适量陶粒的掺入而增加，预湿的 陶粒会吸取一部分水，在制品中胶凝材料水化过程中起到水源的作用，保证了胶凝材料的水 化需水量，使泡沫混凝土抗压强度的提高;2)陶粒自身导热系数较小，保温性能好，在墙体 材料中起到了阻热点的作用，降低混凝土的导热系数;3)陶粒自身收缩值极小，可以有效缓 解多孔材料因水分蒸发而导致的干缩，同时，吸水后的陶粒会在后期水化进程中逐步释放出 水分，有利于胶凝材料的水化，使泡沫混凝土形成以陶粒为中心的水化优势区域，为内应力 的消除提供保障，从而降低收缩效应。
(3)泡沫混凝土基材中的毛细孔及微毛细孔中水分的蒸发，在毛细孔中产生拉应力，并 相应在周围固体结构中产生压应力，导致水泥基材体积收缩。毛细水蒸发后，进一步蒸发物 理-化学结合的吸附水，这些水分的蒸发将引起水泥基材体积的显著收缩。聚丙烯酸钠盐SAP 的掺入会在负压出现时释放内部含有的水分，抵消掉负压，缓解自收缩。与此同时聚丙烯酸 钠盐SAP释放的水分及时补充了胶凝材料水化的需水量，促进泡沫混凝土的硬化，为抵抗收 缩应力提供强度，进一步起到降低收缩的效果。聚丙烯酸钠盐SAP的掺入还可起到降低泡沫 混凝土导热系数的作用。这是因为引入的聚丙烯酸钠盐SAP吸收了大量的水分，在蒸发过程 和胶凝材料水化过程中不断释水，导致后期聚丙烯酸钠盐SAP存在的部位留下空隙，提高了 泡沫混凝土的孔隙率，空隙增多，热传导的阻碍增多，使泡沫混凝土的导热系数降低。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)将工业矿渣作为主要的胶凝材料，并将淤污泥陶粒应用于制备泡沫混凝土，制得的 泡沫混凝土满足建筑材料的各项性能要求，解决了工业废渣和淤污泥的回收利用问题，有利 于保护环境和对废弃资源的二次利用，并降低工程成本。
(2)利用碱激发矿渣体系制备泡沫混凝土，将矿渣100%替代水泥，降低工程成本;将 钠水玻璃作为碱激发剂对矿渣进行活性激发，促使其生成C-A-S-H凝胶，保证所得泡沫混凝 土的抗压强度。
(3)陶粒为多孔材料，具有一定吸水-释水作用，对混凝土有一定的内养护作用，可有 效降低泡沫混凝土的收缩性能;陶粒自身的导热系数很低，可以起到阻热点的作用，可有效 降低泡沫混凝土的导热系数。
(4)聚丙烯酸钠盐SAP具有储存水的作用，在泡沫混凝土中起到了内养护的作用，促 进水化和缓解水分增发时产生的局部负压，降低了收缩。同时，聚丙烯酸钠盐SAP释水后会 在泡沫混凝土中留下毛细孔径，增加泡沫混凝土的孔隙率，降低了导热系数。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅 局限于下面的实施例。
以下实施例中，所述的矿渣为活性为S105级，其勃氏比表面积大于450m2/kg;
所述粉煤灰的细度为45μm，方孔筛筛余量<12%，密度2.35g/cm3;
所述的硅灰比表面积≥20000m2/kg，平均粒径≤0.225μm，密度约为1650kg/m3，活性指数 ≥96;
所述的纤维为聚丙烯纤维;
所述的减水剂为聚羧酸系高效减水剂;
所述的水玻璃(即钠水玻璃溶液，碱激发剂)的模数n=1.2，固含量>60%(质量分数);
所述的泡沫剂为复合植物蛋白阴离子表面活性剂GS-1，密度为1.01kg/L，稀释倍数为39， 发泡倍数为20倍;
所述的陶粒为污泥烧制的陶粒，取自“十二五”淤污泥烧制陶粒项目中生产的陶粒，粒径 分布为1～3mm，容重为450kg/m3，筒压强度为1.2MPa，导热系数为0.13～0.14W/(m·K)。陶 粒的制备：按污泥、页岩粉所占质量百分数为：污泥30%、页岩粉70%，称取污泥和页岩粉， 控制污泥和页岩粉中(Al2O3+SiO2)/(CaO+MgO+Na2O+Fe2O3)=7.5～10，将泥和页岩粉混合造 粒，粒径为1～3mm;然后在回转窑内经1050～1150℃煅烧15～20min，得密度等级为300～500 级，筒压强度为1～3MPa，吸水率为10～12%的超轻污泥陶粒。
所述的聚丙烯酸钠盐SAP是一种高吸水性树脂，吸水倍数为150～200倍。
所述陶粒(或称超轻污泥陶粒)的饱水处理步骤包括：拌制泡沫混凝土前24h以上将陶 粒置于蓄水池中进行饱水处理;在拌制混凝土前4～5h将蓄水池中的水放净，使陶粒自由失 水;在拌制混凝土前1h将陶粒堆中的陶粒混合均匀，在拌制混凝土前半小时取至少三个有代 表性位置测堆积中陶粒的含水率并取平均值，测得所述陶粒的含水量为12%左右(质量)。
所述聚丙烯酸钠盐SAP的饱水处理步骤包括：拌制泡沫混凝土前，在聚丙烯酸钠盐中加 入150～200倍质量的水，浸泡2～3h，使其充分吸收水分，使用时直接加入搅拌。
