CN1015100B - 用含飞灰的材料生产建筑构件的方法及所制成的建筑构件 - Google Patents

用含飞灰的材料生产建筑构件的方法及所制成的建筑构件

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Abstract

一种生产建筑构件的方法，其中将可硬化粘合剂材料与含粗粒材料混合后，用之来形成未硬化的建筑构件。该建筑构件在最高100℃温度和大气压下的含水蒸汽的空气中进行硬化。该可硬化粘合剂材料由分别制备的飞灰、Ca(OH)2或可转化成Ca(OH)2的物质和水的混合物所组成。使用之前可将该可硬化混合物选择性地进行部分地颗粒化。

Description

本发明涉及生产建筑构件的方法，所述的方法是通过将飞灰、熟石灰、水和含粗粒材料的混合物形成未硬化的建筑构件，并在高温及含水蒸汽的空气中硬化所述未硬化建筑构件。
这种方法在已公开的德国专利申请DE-A-3321899中可以见到。
在该申请中叙述了一种方法，所述方法中将煤炭火力发电站的压碎炉底熔渣、飞灰、熟石灰和水混合，再将该混合物形成砖状构件。然后在高温下利用蒸汽压力将所述砖硬化。硬化过程优选在14至16巴的压力及180至220℃的温度下进行。
这种已知方法的缺点在于，硬化过程中需要在高的温度及高的蒸汽压力下进行，同时所用的含粗粒材料则限制于压碎炉底熔渣。
本发明的目的是提供一种所示类型的方法，而所述方法容许硬化过程在较适度的条件下进行，且其中可用的含粗粒材料种类具有更广泛的选择性。
所述目的可由本发明的方法而达到，其特征在于，首先形成至少包含飞灰、Ca（OH）2或可转化成Ca（OH）2的物质和水的可硬化混合物，该混合物可选择性地部分地加以颗粒化，然后将所述可硬化的混合物与含粗粒材料混合，而构件的硬化是在最高温度为100℃和大气压下进行的。
在实施本发明的方法时可从多种可能的含粗粒材料做出广泛的选择。具体来说可从下述几点做出选择：
a）建筑构件制造工业中所用的传统材料;
b）在颗粒状态下的包含着飞灰、Ca（OH）2或可转化成Ca（OH）2的物 质和水的可硬化的混合物。
c）颗粒状态下的由一种或多种传统材料及包含飞灰、Ca（OH）2或可转化成Ca（OH）2的物质和水的混合物所组成的混合物。
已发现，通过首先形成用飞灰、Ca（OH）2或可转化成Ca（OH）2的物质和水的可硬化混合物，而后将所述混合物与适宜的含粗粒材料混合、能获得在较低温度及大气压下可硬化的建筑构件。
所述含飞灰的混合物，作为形成粗粒基质的粘合料，可选择性的加以粒化。粒化后所述飞灰混合物的基质特性并不受影响。
此后所列出的实例将对按本发明的方法实现的各种良好的具体实施方案进行说明。
具体来说，含粗粒材料中的粗粒至少有部分是由颗粒状的、包含着飞灰、Ca（OH）2或可转化成Ca（OH）2的物质和水的混合物组成。正如前面已说明的，含粗粒材料可由建筑构件制造工业中所用传统材料中选择。应注意到包含着一系列该种材料的表可在1950年麦格劳希尔出版社出版的化学工程师手册第三版第457页中找到。然而，可使用的材料并不限于所述表中的粗粒材料。
通过选择在强度，体积重量以及吸湿性等方面具有良好性质的指定材料便可形成粗粒。
按本发明的方法，水可能与熟石灰及其他物质混合后，将主要的煤灰全部或部分地形成颗粒，然后将材料与粗粒材料混合并使之形成建筑材料。这种形成法可在振动、冲击、加压或挤压的作用下实现。在粒化导致成形之前需迅速而适当地装满材料，从而可保证压实后获得尺寸稳定的建筑材料。
在振动的作用下达到压实的可能性意味着可将建筑材料在混凝土压力机中生产。混凝土压力机较为廉宜且生产容量较大。粒化之前也可将材料浇注于模中。
所述颗粒材料可通过将材料经过滚动或使材料经过压实压力或挤出压力而获得，除飞灰和水之外，尚可包含熟石灰及其他物质。部分粒化的材料可单独地或与其他粗粒物质混合在模具中压缩。所述其他粗粒物质如水泥或其他物质。例如也可将颗粒材料与飞灰、水及熟石灰的混合物混合在一起。
也可以与砾石、碎岩石、高炉车间产生的废料如细分的氧化渣、粒状矿渣、石膏、硫酸钙、细分的赤铁矿等及在与具有粘合性物质的功能的物质结合时的其它类似物混合。这种物质也可包括在颗粒材料之中。
有趣的是，除硫酸钙之外，还含有生石灰的飞灰的配制。这种飞灰用特殊方法净化废气而获得。虽然飞灰往往可以与水泥一起使用，但上述飞灰则不宜推荐与水泥一起使用。含硫酸盐的飞灰可用于按本发明生产的不含水泥的建筑材料中。飞灰中存在生石灰在经济上是有利的。
用飞灰预制的部分颗粒可供在工厂中生产建筑材料之用，所述建筑材料实际上完全由飞灰组成。如果用颗粒材料来制造建筑材料，则在硬化以后，在单位体积重量为每升1.6公斤时其强度可能达到约为15牛顿/毫米2。建筑材料的成分为94%（重量）的飞灰及6%（重量）的熟石灰。其强度可通过使用飞灰、水及熟石灰的混合物与颗粒材料组合而提高。通过添加其他组分还可能进一步提高其强度。只有当颗粒材料是在低压缩能量下进行压实时，才可能获得单位体积重量低的材料。
飞灰的初步粒化使之可能转变成沙-石灰砖，而仍能保持沙-石灰砖特有的颜色。沙-石灰砖的颜色是稍带白的，但当在混合物中加入飞灰的情况下，即使只有10%，其颜色也会变成灰色。这种变化的可能性从商业推销前景来看是需要加以控制的。为此，从含熟石灰的混合物中形成颗粒并非绝对需要。所述颗粒也可以由飞灰和水形成。对飞灰处理的相同原理也可应用于形成建筑材料的其他混合物。例如，所述颗粒可包含在混凝土混合物中或沙、水泥和水的混合物中。形成建筑构件后， 此种建筑构件可具有砖、砌块、墙或地板组合面或柱的形状。经压实后，所述颗粒的形状不一定需要与在直接粒化后的形状相同。所述建筑材料的硬化可通过将之存放于常温之下或通过潮湿状态下热处理来实现。所述潮湿状态就如通常在混凝土快速固化或在蒸汽压容器中的潮湿条件下。使建筑材料硬化的最好方法是让硬化过程在大气压下在一种蒸汽室中进行，这时所选择的温度在70℃以上。
说明性实例
实例1
含有生石灰与硫酸钙的飞灰，例如，其含量为10%（重量）硫酸钙、和10%（重量）氧化钙，以1∶1的比例与水混合。水与氧化钙反应形成氢氧化钙和水蒸气，部分蒸气从反应容器中逸出。温度的升高使反应在10分钟内继续进行。使飞灰可在成粒机内至少部分地形成颗粒。随后，该颗粒材料被送到压力机中，使材料体具有所需建筑材料的形状。然后，将所述建筑材料放置在95℃的室中约8小时。经硬化后，所述建筑材料将具适当的强度。单位体积的重量约为每升1.5公斤。
实例2
含有很少量的未结合的氧化钙的飞灰，与3%（重量）的石灰和水混合。在混合器中，将温度升高至90℃以上。经10分钟后，在此温度下，石灰全部被转化成熟石灰，同时可开始进行粒化作用。将一部分未粒化的混合物，例如混合物的量的一半，与颗粒材料混合，并用来形成建筑材料。此处所形成的建筑材料与实例1中所获得的建筑材料比较，其密度与强度均较高。模具也由于颗粒的存在而可适当地装满。
实例3
由飞灰，炉底灰、粒状的高炉渣、氧化渣（oxy    sludge）与水的混合物形成颗粒材料。进行粒化作用，形成建筑材料并使之硬化。对于如此制得而用作建筑材料的产品而言所获的强度是足够高的。
实例4
由飞灰，熟石灰和水的混合物与按荷兰专利申请第8002252号所叙述的方法获得的包含飞灰和粘合剂的硬化了的颗粒混合。
含水混合物中包含着尺寸较传统的飞灰颗粒要大的颗粒。在混合物中飞灰混合物的含量在24%（重量）与62%（重量）之间变化，可从下表中看出。
表Ⅰ
硬颗粒    飞灰混合物    单位体积的重量    强度    水分吸收率
重量% 重量% 公斤/升 牛顿/毫米2体积%
75.6    24.4    1.47    13.8    30
50.8    49.2    1.54    22.1    22.1
38.3    61.7    1.34    23.6    26.4
可发现这些结果中水分吸收体积量在美国对建筑砌块所要求的范围内，同样其强度也足够高。同样重要的是其单位体积的重量为约1.5公斤/升，这说明当由硬化了的颗粒与飞灰作初始料而制成砌块时，所获得的砌块与用轻质混凝土砌块不相上下。
同样，不硬化颗粒的应用也能获得符合轻质混凝土所要求的建筑材料。
当其他粗粒材料也被添加时，粘合剂的应用也可给出建筑材料成形时很好的结果。所述的粘合剂包含飞灰、熟石灰、水以及选择性的存在有烧结块的其它组分的水湿混合物。规定可以将混合物中硬化颗粒或不硬化颗粒用炉底渣来代替。炉底渣为出现在发电站锅炉底的灰渣。所述炉渣可被认为是烧结灰粒的烧结块，其容重较低约0.4公斤/升，同时有吸收大量水分的能力，以干基计可高达47%（重量）。
实例5
Vasil
Figure 86107869_IMG1
砂粒，由熔融的釉飞灰组成，用于喷砂清理作用中。将 所述砂粒与含有飞灰、熟石灰和水的混合物进行混合，在高温时成形。
在这情况下，应用了各种比例，其中粗粒的百分比由18%至80%（重量）。
用这种混合物制成的试验砖的强度依赖其材料的组合成分其结果在12至28牛顿/毫米2之间。
硬化过程是在含水蒸汽的空气中，在最高98℃的温度下进行的。
由于熔融飞灰比飞灰颗粒具较高的密度，其单位体积的重量也比实例4所获得颗粒要高，同时其变化也较之为大，即由1.83公斤/升至1.5公斤/升。而制成的构件则较用实例4的构件在水份吸收率上要低。
实例6
作为粗骨料现用发电站锅炉的炉底渣，这种用法的可能性在前述实例中已有叙述。当含飞灰、熟石灰和水的混合物中的粗骨料含有较大量的粗粒时，其单位体积的重量便降低。如果先把炉底渣的尺寸减小，试验砖的单位体积重量便增加。且在同应用包含飞灰的硬化或不硬化颗粒所获得值比较时，甚至可达到更高的值。
表Ⅱ
炉底渣    飞灰混合物    单位体积重量    强度    水分吸收率
重量% 重量% 公斤/升 牛顿/毫米2体积%
20    80    1.49    28    23
30    70    1.47    25    26
40    60    1.42    20.8    29
50    50    1.38    18    32
当在飞灰和粘合剂的混合物中，通过利用快速旋转破碎装置而将烧结块部分的含量降低到只有百分之几时就会获得有趣的结果。其中水湿状态的粘合剂可由工厂内现有的混合器中获得。这种混合物只包含少量烧结块，烧结飞灰颗粒的最大直径约为1毫米，结果与前述表中所列出 的基本上相同。
作为粗粒也对混合应用于与含飞灰与熟石灰的混合物的烧结的飞灰材料进行研究。这种研究极为重要。因为烧结的飞灰颗粒也提供可代替砾石的混凝土骨料。作为粘合剂人们可考虑、包含着很少粘合剂由飞灰和水制成的不硬化的颗粒或包含着按本发明的飞灰、Ca（OH）2或可转化成Ca（OH）2的物质和水的不硬化颗粒。
当将不硬化颗粒的混合物与烧结的飞灰球混合在一起，在模具中压实后，可获得未硬化的建筑砖、建筑砌块或建筑构件，其中可硬化的物质出现在硬的烧结的飞灰颗粒的周围，经热处理后可将可硬化的物质硬化，建筑材料也因此而获得所需的强度。
若将在结合作用中起粗骨料作用的烧结飞灰颗粒掺合在由飞灰、粘合剂及选择性也由其他部分颗粒化的材料组成的混合物中、经成形与硬化后可获得同样合适的材料。
这种组合可能性的极大技术优点为在由飞灰生产颗粒的设备中，可对颗粒选择性地供应以额外的碳以便在烧结时可达到正确的温度。而形成的小球可掺合在包含飞灰和至少一种粘合剂的可压实混合物中。同时烧结设备的能量也可用于含粘合剂的产品的硬化过程。同样，热的烧结小球与含粘合剂的可硬化的飞灰产品的混合也可顺利地进行。
可以理解，最后获得的不良烧结品，是在飞灰-烧结-设备中以烧结块的形式形成的，在破碎块体以后，也可作为粗骨料而加以使用。
实例7
如上实例所叙述的烧结飞灰小球体，作为粗骨料，掺合在至少含飞灰、粘合剂与水的混合物的组合物中。
表Ⅲ
烧结飞灰小球    飞灰混合物    单位体积重量    强度    水分吸收率
重量% 重量% 公斤/升 牛顿/毫米2体积%
20    80    1.60    31.0    25
33    67    1.59    30.8    26
55    45    1.56    24.0    26.3
65    35    1.47    20.3    29
除了上述混合物之外，接着还使用含有一定比例的未颗粒化的不硬化颗粒。烧结小球体与部分地粒化混合物的混合比例为50/50。经过压实后显示硬的、粗粒的完全封包的混合物的功能完全被部份颗粒化混合物所代替。
其强度、单位体积的重量及水份吸收率完全与表Ⅲ中所列的值相对应。
实例8
作为粗骨料也可用市场上供应的烧结粘土产品。
这类轻质骨料也可用其他原材料来制备。比如在美国使用了坑石、板石及其同类物。其产品以不同的商标在市场上出售。这些日子以来这些颗粒料常被用在花盆中以代替砾石。
其结果如下表所示：
表Ⅳ
烧结粘土产品    飞灰混合物    单位体积的重量    强度    水分吸收率
重量% 重量% 公斤/升 牛顿/毫米2体积%
23    77    1.53    24.0    28
35    65    1.52    18.5    30
50    50    1.51    16.5    33
同样地将极轻质粗骨料与由飞灰及粘合剂组成的灰浆的组合物进行 试验，即蛭石与聚苯乙烯小球体。
其缺点在于所获产品强度比较低，特别是采用蛭石后其单位体积的重量不能很好地重现。当压实能量增加时块料崩溃。
在这方面聚苯乙烯具有较好的性能，其结果在下列实例之表中说明。
实例9
表Ⅴ
蛭石    飞灰混合物    单位体积的重量    强度    水分吸收率
重量% 重量% 公斤/升 牛顿/毫米2体积%
5    95    1.2    14.0    32
实例10
表Ⅵ
聚苯乙烯    飞灰混合物    单位体积的重量    强度    水分吸收率
重量% 重量% 公斤/升 牛顿/毫米2体积%
3    97    1.2    13.0    18
如下列实例中所说明，用天然产品如浮岩及某种重质熔岩产品可获得更好的结果。
实例11
表Ⅶ
熔岩    飞灰混合物    单位体积的重量    强度    水分吸收率
重量% 重量% 公斤/升 牛顿/毫米2体积%
50    50    1.53    24.0    27.8
浮岩
50    50    1.49    20.4    28.3
也可结合其他合成轻质骨料、即加气混凝土。加气混凝土是由碎砂、熟石灰及一些水泥的混合物用气体使之膨胀而成的一种产品，该气体是在用水混合后在水湿的块料中产生的。在材料块膨胀后，将之在压力容 器内高温硬化。
将加气混凝土压碎可获得轻质混凝土骨料，该骨料可掺合在飞灰混合物中。
所用的加气混凝土的类型为具强度约为0.3牛顿/毫米2及容重约为0.45公斤/升。
实例12
表Ⅷ
加气混凝土颗粒    飞灰混合物    单位体积的重量    强度    水分吸收率
重量% 重量% 公斤/升 牛顿/毫米2体积%
30    70    0.98    10.0    25
实例13
在此实例中应用从飞灰制备的轻质颗粒作为粗骨料。
表Ⅸ
飞灰的颗粒轻质    飞灰混合物    单位体积的重量    强度    水分吸收率
骨料 重量% 重量% 公斤/升 牛顿/毫米2体积%
40    60    1.3    11.0    30
同样也可用砂、砾石和碎岩石作为粗骨料。砂是一种材料除包含细颗粒外还包括较出现在飞灰中的颗粒更粗可达5.6毫米的颗粒。然而在实施本发明的方法时，对于使用砂混合物须备加小心，尽管混合物是按一定的混合比例形成的，但其体积非常庞大，因此导致建筑材料在压实后，尺寸上的多种变化。在那种情况下制造出来的建筑构件，其压实程度是不均匀的。可应用的混合比为50%（重量）砂，在这种情况下所用砂为细砂。当砂中含有大量的粗粒，则用砂量高达40%。在下列实例中对此进行说明。
实例14
表Ⅹ
似砾石砂    飞灰混合物    单位体积的重量    强度    水分吸收率
重量% 重量% 公斤/升 牛顿/毫米2体积%
40    60    1.75    24.0    23
在使用砾石，本发明的方法的实施将更为便利，亦即如下列实例所示可在更广泛的范围内变化。
实例15
表Ⅺ
砾石    飞灰混合物    单位体积的重量    强度    水分吸收率
重量% 重量% 公斤/升 牛顿/毫米2体积%
30    70    1.8    21.0    20
50    50    2.0    18.0    12
60    40    2.0    17.0    11.8
应注意到在上述表中粘合剂的含量比较低。
当使用磨细的砾石或磨细的岩石作为粗骨料时，粘合剂的含量甚至可以更低。通过研磨岩石型材料而获得可压实至高密度的材料混合物。
在下列实例中对此有所说明。
实例16
将磨细的岩石式碎岩石用具有5.6毫米圆孔的筛子过筛。
表Ⅻ
碎岩石    飞灰混合物    单位体积的重量    强度    水分吸收率
重量% 重量% 公斤/升 牛顿/毫米2体积%
0    100    1.52    20.2    27.6
5    95    1.53    20.2    27.6
10    90    1.56    20.2    27.3
30    70    1.61    18.0    27.0
50    50    1.73    16.9    23.0
60    40    1.78    16.9    21.0
实例17
在试验中，将混凝土破碎成粗颗粒，并将部分所述颗粒研磨，使其平均尺寸低于300微米。在自由状态下研磨成如此细小直径的混凝土仿佛包含相当数量的未反应的Ca（OH）2。当将研磨成小尺寸颗粒的该混凝土与飞灰和水混合，可获得可硬化混合物，所述混合物可作为形成粗颗粒物质的基质。
将如此获得的可硬化混合物与剩余粗混凝土颗粒混合，由此获得的材料体形成未硬化的建筑构件。经硬化后，该建筑构件显示具有与实例11的试验所获得表Ⅶ的性质符合性很好的性质。
实例18
将上述实例的试验重复进行，但用破碎砖块代替混凝土。在碾磨时，该细砖料粒显示出凝硬作用。硬化的构件具有与实例11表Ⅶ等级的性质。
由以上可知，将从含飞灰的混合物所获得不硬化颗粒与硬的粗材料两者粘合起来，在使用含飞灰，石灰型粘合剂和水以及也选择其他材料 的混合物的情况下是极为可能的。飞灰混合物可以选择性地部分地进行颗粒化。

Claims (11)

1、制备建筑构件的方法，所述方法通过将飞灰、熟石灰、水和含粗粒材料的混合物形成未硬化建筑构件，并通过将所述未硬化构件在高温及含水蒸汽的空气中硬化，其特征在于首先形成至少包含飞灰、Ca(OH)2或可转化成Ca(OH)2的物质和水的可硬化的混合物，然后将所述可硬化的混合物与适宜的含粗粒材料混合，而所述建筑构件的硬化过程是在最高温度为100℃的大气压力下进行的。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述含粗粒材料选自：
a）建筑构件制造工业中所用的传统材料，
b）在颗粒状态下的、包含着飞灰、Ca（OH）2或可转化成Ca（OH）2的物质和水的所述可硬化混合物，
c）颗粒状态下的、由传统材料与含飞灰、Ca（OH）2或可转化成Ca（OH）的物质和水的混合物所组成的混合物。
3、按照权利要求2所述的方法，其特征在于颗粒状态下的含飞灰、Ca（OH）2或可转化成Ca（OH）2的物质和水的混合物，及由所述混合物形成的至少部分含粗粒材料在形成未硬化建筑构件的处理前先进行硬化。
4、按照权利要求1至3所述的方法，其特征在于使用了本身含游离CaO的飞灰，将所述飞灰选择性的与具不同CaO含量的飞灰混合，以获得所需要的平均CaO含量。
5、按照权利要求4的方法，其特征在于所用飞灰也包含CaSO4。
6、按照权利要求1的方法，其特征在于可硬化的混合物中存在的Ca（OH）2量或可转化成Ca（OH）2的物质的量，是飞灰与Ca（OH）2或可转化成Ca（OH）2的物质总量的约25%（重量）。
7、按照权利要求1的方法，其特征在于在形成至少包含飞灰、Ca（OH）2或可转化成Ca（OH）2的物质和水的可硬化混合物过程中使温度升高到90℃以上，并在达到所述温度后混合过程最少继续进行1分钟。
8、按照权利要求1的方法，其特征在于形成建筑构件的含粗粒材料的量与混合物中的其余量按重量比为100∶1至1∶100之间。
9、按照权利要求2或3的方法，其特征在于所述至少含飞灰、Ca（OH）2或可转化成Ca（OH）2的物质和水的可硬化的混合物部分被砂-石灰砖制造工业中的传统原材料所代替，所述原材料为熟石灰与砂，后者可选择性地混合以石英粉，而所述的含粗粒材料是由飞灰、Ca（OH）2或可转化成Ca（OH）2的物质和水的颗粒状的混合物所组成的。
10、按照权利要求2或3的方法，其特征在于，至少含飞灰、Ca（OH）2或可转化成Ca（OH）2的物质和水的可硬化混合物部份地被在混凝土工业中本身为已知的灰浆所代替，而所述的含粗粒材料是由飞灰、Ca（OH）2或可转化成Ca（OH）2的物质和水的颗粒状的混合物所组成的。
11、按照权利要求1的方法，其特征在于所述建筑构件制成一定尺寸，该尺寸基本上等于其硬化后使用的尺寸，而成形过程是利用了混凝土和/或砂-石灰砖制造工业中所使用的传统的装置。
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