CN104177031A - 泡沫混凝土砌块及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及泡沫混凝土砌块及其生产方法。泡沫混凝土砌块，由下述重量份的原料加工而成：水泥+骨料+石灰＝M，混凝土速凝剂＝(0.001～0.005)M，混凝土早强剂＝(0～0.002)M，KOH和/或NaOH＝(0～0.001)M，水＝(0.25～0.35)M，硬脂酸钙：0.2～0.6，三氯化铁：0～0.1，发泡剂：9～11，其中：水泥∶骨料∶石灰＝1∶1～1.2∶0.05～0.1，150≤M≤1200。本发明发泡时间短，凝结速度快，泡沫均匀，气泡的封闭率高；产品的强度高和抗水性能好；充分利用废弃物或者是无用物，解决环境污染，降低产品成本；生产方法简单易行，投资小，生产效率高。

Description

泡沫混凝土砌块及其生产方法

技术领域

本发明涉及建筑材料，具体是新型墙体材料泡沫混凝土，具体是泡沫混凝土砌块及其生产方法。

背景技术

建筑材料中的新型墙体材料越来越引起关注。节能、安全、舒适、质轻、强度高、环保、可持续发展和对人类无毒害作用等，都成了新型墙体材料的新的要求。

新型环保型节能建筑材料不同于普通的建筑材料，它不仅要具有质量轻、强度高等优异的力学性能，而且要具有作为保温材料所必需的保温隔热、隔音、抗震等热工性能，以及安全、无辐射、防火等安全性能，从而可以为居住者提供一个舒适的生活环境。除此之外，新型建材还要求在材料的生产中尽量减少或不使用不可再生资源如粘土、甚至需要变废为宝，充分利用工业废渣、农作物秸秆、建筑垃圾等材料，在减少环境污染的同时降低生产成本，在节能和经济方面获得双赢。

泡沫混凝土又名发泡混凝土，英文名称：Foam concrete block，是将化学发泡剂或物理发泡剂发泡后加入到胶凝材料、掺合料、改性剂、卤水等制成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料，即没有免烧砖的压制程序，也没有加气块的蒸压程序。它属于气泡状绝热材料，突出特点是全部采用无机材料，在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化。泡沫混凝土砌块(也称免蒸压加气块)属于加气混凝土砌块的一种，其外观质量、内部气孔结构、使用性能等均与蒸压加气混凝土砌块基本相同。但是泡沫混凝土砌块内部气孔不相通，而蒸压加气块内部气孔连通，所以相对来说泡沫混凝土砌块保温性能更好，渗水率更低，隔音效果更好！

泡沫混凝土具有如下优点：1、轻质高强，减轻建筑物负荷：干质密度320-1200kg/m³；，是普通混凝土或砌块的1/5-1/8.

2、良好的隔热、隔音性能：其导热系数0.06-0.16w/m.k，24cm厚的墙体隔音量为58dB，满足建筑外墙、分户墙隔热、隔音要求。

3、良好的抗压性能：抗压强度大于0.5Mpa，最高强度可达7.5Mpa以上。

4、抗震性好：由于泡沫混凝土砌块属多孔材料，具有较低的弹性模量，从而使其对震动冲击载荷有良好的吸收和分散作用，同时泡沫混凝土砌块质量较轻，有效减低建筑物的荷载，建筑物荷载越小，抗震能力越强。

5、不开裂、使用寿命长：泡沫混凝土砌块不会出现开裂空鼓现象，使用时无需刷涂界面剂，抗老化性能突出，使用寿命长。

6、抗水性能好：泡沫混凝土材料吸水率低于20％，明显区别于其他墙体自保温材料。

7、闭孔：不吸水，不透水，有利于控制室内环境，室外水分不会由于墙体吸收后向室内排放，避免室内潮气过重引起室内发霉和滋长病菌引发疾病。

8、具有可加工性：可锯、刨、钻、钉、粘结，为建筑施工带来方便。

9、综合成本降低：综合产品价格、用量、施工等，房屋建筑总造价比使用粘土砖降低12～15％。

目前，泡沫混凝土砌块均采用物理发泡的方法。国家建材行业标准《泡沫混凝土砌块》(JC/T1062-2007)也是将泡沫混凝土砌块定义为：用物理方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入到水泥基胶凝材料、集料、掺合料、外加剂和谁等制成的浆料中，经混合、浇铸成型、自然或蒸汽养护而成的轻质多空混凝土砌块，也称发泡混凝土砌块。物理发泡法需要用到发泡机，而且发泡剂也不是很理想，不好的发泡剂不可能得到满意的泡沫混凝土砌块。物理发泡法还会使得砌块中存在气泡和气泡之间联通的情况。

发明内容

为了解决现有技术的问题，避免气泡破裂，减少气泡和气泡之间联通的情况，提高泡沫混凝土砌块中气泡的封闭率，简化生产工艺，本发明提供一种泡沫混凝土砌块及其生产方法。

本发明的泡沫混凝土砌块，由下述重量份的原料加工而成：水泥+骨料+石灰＝M，混凝土速凝剂＝(0.001～0.005)M，混凝土早强剂＝(0～0.002)M，KOH和/或NaOH＝(0～0.001)M，水＝(0.25～0.35)M，硬脂酸钙：0.2～0.6，三氯化铁：0～0.1，发泡剂：9～11，其中：水泥∶骨料∶石灰＝1∶1～1.2∶0.05～0.1，150≤M≤1200。

这里的M根据砌块的干表观密度确定。需要生产某种干表观密度的砌块，可以据此计算各种原料的重量。由于硬脂酸钙、三氯化铁和发泡剂这三种原料用量不变，其它原料随M而改变，所以可以得到不同干表观密度的砌块。JC/T1062-2007中规定的密度等级分为B03～B10共八个等级，对应的干表观密度分别为(≤每千克每立方米)：330、430、530、630、730、830、930、1030，所以本发明M的取值完全覆盖了JC/T1062-2007范围。

所述骨料包括：石粉、粉煤灰、煤矸石粉、尾矿粉、矿渣粉和/或建筑垃圾碎粉，骨料细度为80～300目，并进行颗粒级配，而且特别是在制备干表观密度较小或尺寸较小的产品时，粗粒度的骨料用量少而细粒度的骨料用量要多。

进一步，石粉选自主要成分为硅质和/或钙质的粉料。钙质的粉料主要是碳酸钙粉，这是最常见的石粉。硅质粉料主要是石英类的石粉，如河沙、山沙、风化石等各种沙子。

尾矿粉和矿渣粉主要来自矿业加工的固体废弃物。

本发明所述的建筑垃圾是指在从事拆迁、建设、装修、修缮等建筑业的生产活动中产生的渣土、废旧混凝土、废旧砖石的统称。包括渣土、混凝土块、碎石块、砖瓦碎块、废砂浆，不包括泥浆、沥青块、废塑料、废金属、废竹木等。

粉煤灰是燃煤电厂排出的主要污染物，长期以来主要堆积于贮存场或直接排入江河中，不仅占用大量农田，据统计，仅我国已占用的农田达4万公顷)，况且排送粉煤灰又浪费了珍贵的水电资源，更可惜的是排弃粉煤灰浪费了大量宝贵的矿物资源，它还通过水体污染侵害人们身体健康，给生态环境造成严重危害。

粉煤灰本身略有或没有水硬胶凝性能，但当以粉状及水存在时，能在常温，特别是在水热处理(蒸汽养护)条件下，与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，成为一种增加强度和耐久性的材料。在混凝土中掺加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料；减少了用水量；改善了混凝土拌和物的和易性；增强混凝土的可泵性；减少了混凝土的徐变；减少水化热、热能膨胀性；提高混凝土抗渗能力；增加混凝土地修饰性。

粉煤灰利用于建材方面，主要源于粉煤灰的活性，粉煤灰需要激活才能更好地发挥作用。粉煤灰的活性一般包括物理活性和化学活性，粉煤灰的物理活性产生的效应包括减水效应、微集料效应和密实效应，这些效应正是粉煤灰用于混凝土制造的原因。

减水效应是球形颗粒产生的，球形玻璃微珠的滚珠，作用使掺粉煤灰体系的流动性提高，降低了需水量，微集料效应是粉煤灰颗粒(尤其是惰性的晶体颗粒)充当微小集料，使集料的匹配更加合理、填充率提高、水泥的分散更加均匀，密实效应是微集料效应和火山灰效应的共同作用的表现，火山灰效应使粉煤灰形成类似托勃莫来石次生晶相，填补水膜层和水泥骨架空隙，提高密实度。

粉煤灰的活性必须加以激发，才能充分发挥粉煤灰的潜在活性，粉煤灰活性的激发常用的方法有物理激发、化学激发和高温激发等方法。

本发明在配比原料时是利用了水泥和石灰来进行对粉煤灰活性的化学激发。由于粉煤灰与水泥相比，“先天性缺钙”，其中CaO含量一般小于10％，而后者却超过60％，Ca²⁺是形成胶凝性水化物的必要条件，所以在激发方法中，首先必须提供充足的Ca²⁺。本发明中的水泥和石灰恰好可以提供激发粉煤灰需要的Ca²⁺。

此外，本发明还有KOH和/或NaOH，也用于激发粉煤灰。当然本发明也利用机械粉碎物理激发粉煤灰活性，这属于后述的生产方法的过程。

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al₂O₃、SiO₂，另外还含有数量不等的Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、SO₃和微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)。

从煤炭开采来看，中国每年生产1亿t煤炭，排放矸石1400万t左右；从煤炭洗选加工来看，每洗选1亿t炼焦煤排放矸石量2000万t，每洗1亿t动力煤，排放矸石量1500万t。2005年，国内各类煤矿生产煤炭1045亿t，洗煤385亿t，排放矸石量19-20亿t。因而，全国国有煤矿现有矸石山1500余座，堆积量30亿t以上(占中国工业固体废物排放总量的40％以上)。中国历年已积存煤矸石约1000Mt，并且每年仍继续排放约100Mt，不仅堆积占地，而且还能自燃污染空气或引起火灾。

与粉煤灰一样，为了对煤矸石进行有效利用，也必须通过一些合适的方法提高煤矸石的活性，这些方法有物理(机械)激发、碱激发和高温激发等。物理激活就是过磨细煤矸石来激发活性。这也是属于下述的生产方法的过程。化学激活就是过化学激发剂，激发煤矸石潜在活性，加速水泥水化二次反应速度，增加水化产物强度。

在本发明的配料中，石灰同样也起着激发煤矸石潜在活性的作用。因为CaO含量越高，煤矸石的活性就越高。另外带正电荷的钠钾离子填充在凝胶体的通道中，参与并加速煤矸石与水泥水化产物的二次反应，可以获得更加稳定的凝胶结构，提高凝胶材料水化产物形成后的强度和耐水性。

由上可知，本发明使用的骨料均是废弃物或者是无用物(如风化石)等。

本发明采取的发泡方法不同于已有技术需要发泡机打入泡沫，而是直接将发泡剂加入到浆料中进行发泡。本发明的发泡剂首先选用双氧水，双氧水的浓度为25～35％。当然也可以选用其它的发泡剂如：氯氟烃类(HCFCS)和氟烃类(HFCS)，但是考虑到大气环境的破坏，要尽量避免氯氟烃类(HCFCS)和氟烃类(HFCS)。

硬脂酸钙用作增加泡沫强度稳定泡沫，同时也为体系提供部分Ca²⁺。三氯化铁可以促进发泡。

本发明中，水泥选自：普通硅酸盐水泥或快硬硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥；且普通硅酸盐水泥选用42.5级或32.5级。快硬硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥有利于提高凝结速度，减少泡沫破灭，提高模具周转率。混凝土速凝剂和混凝土早强剂也是为了提高凝结速度而添加的。混凝土速凝剂和混凝土早强剂选用符合标准的种类，并按照实际情况使用。

本发明中的石灰包括生石灰和熟石灰。石灰为体系增加Ca²⁺。

本发明中的生石灰熟化后形成的石灰膏中，石灰粒子形成氢氧化钙胶体结构，颗粒极细(粒径约为1μm)，比表面积很大(达10～30m²/g)，其表面吸附一层较厚的水膜，可吸附大量的水，因而有较强保持水分的能力，即保水性好。将它掺入水泥砂浆中，配成混合砂浆，可显著提高砂浆的和易性。这又是本发明使用石灰带来的又一个显著特点。

本发明提供的泡沫混凝土砌块的生产方法，包括下述步骤：

1)骨料粉碎、磨粉、过筛；

2)一次混合：将除发泡剂外的其它成分混合均匀，成浆料；

3)二次混合：在浆料中加入发泡剂，混合5～20s；

4)注模；

5)发泡：在30～50℃、相对湿度60～100％环境发泡1～3h，使之达到规定的体积，并成型；

6)脱模、切割；

7)初期养护：在40～70℃、相对湿度60～100％环境养护3～5h；

8)后期养护：自然养护7～10天。

作为优选，步骤2)和步骤3)在25～35℃进行；步骤5)在40℃蒸汽环境中进行，时间为2h；步骤7)在60℃蒸汽环境中进行，时间为3h。

上述的蒸汽来源于常压汽水两用炉。这种常压汽水两用炉体积小、价格低、使用安全、操作方便，不属于特种设备。

为了维持步骤2)和步骤3)的温度，冷天由常压汽水两用炉提供热水，夏天需要降温时，则使用自来水。

本发明在步骤6)合计用时不得超过1h。控制这个过程的时间，有利于将还没有达到要求的砌块尽快进入初期养护。

本发明的方法中，粉碎磨粉、混合搅拌、切割的设备均可采用常规设备。切割包括平切与纵切，将发泡脱模后的大块分切成符合标准要求。

本发明的泡沫混凝土砌块的生产方法中，骨料粉碎、磨粉既可以确保均匀度，还可以实现级配，更是粉煤灰和煤矸石活性激发的重要一环。

本发明的试验证明，蒸汽能对温度和湿度进行同时控制，并且可以大大缩短发泡和初期养护的时间，可以大大提高模具周转率、提高生产效率。

本发明的技术方案的有益效果主要有以下几个方面：

一、发泡时间短，凝结速度快，可以减少泡沫破灭，减少气泡和气泡之间联通的情况，提高泡沫均匀性，提高泡沫混凝土砌块中气泡的封闭率。

二、配方科学合理，各种原料间有互相协同和促进作用，确保生产和加工的顺利进行，提高产品的强度和抗水性能。

三、充分利用废弃物或者是无用物，变废为宝，解决各种废渣对环境的污染，降低产品成本。

四、生产方法简单易行，投资小，生产效率高，工艺可控性好，与产品的配方相适应，对产品质量有保障。

本发明的技术方案适宜于标准的泡沫混凝土砌块，也可用于泡沫混凝土保温材料的制造加工。

附图说明

图1是本发明的生产工艺流程图。

图2是本发明的一种生产流程布置图。

具体实施方式

实施例1～8

配料按照表1。

生产流程见图1，生产过程见图2。将骨料粉碎、磨粉到规定细度并过筛。之后进行颗粒级配，然后将除发泡剂外的所有原料投入搅拌机1中搅拌均匀，用水温控制体系温度为30-35℃。浆料通过传送带2送到搅拌机3继续搅拌，在搅拌下加入发泡剂，搅拌20s后通过料斗4倒入模具5中。模具5沿着轨道9(所有的轨道都是连通的)由道口A进入发泡通道6，之后由道口B出来。发泡通道6内由蒸汽入口8通入40℃水蒸汽，模具5载着浆料在发泡通道6内发泡2h。边发泡边沿着发泡通道6内的轨道9缓慢行走。

从道口B出来后，立即将模框提取放到轨道7上已经存在的底模上。模框与底模组成一套模具，沿着轨道7返回料斗4之下。

模框提走后，仍然还在底模上的已经成型的泡沫混凝土大块跟着底模行走到平切机10之下，停住。平切机10对泡沫混凝土大块水平切割成规定的厚度。

之后，底模连同已经平切过的泡沫混凝土行走到纵切机11之下，停住。纵平切机11对泡沫混凝土大块纵向切割成规定的长度和宽度，从而成为一块块分开但还一起放置在底模上的泡沫混凝土砌块。

之后，底模连同已经切割好的的泡沫混凝土砌块行走进入道口C，在初期养护第一通道13内进行初期养护。当沿着轨道12行走至道口D后，转入道口E，进入初期养护第二通道15内进行初期养护，最后沿着轨道12从道口F出来，完成初期养护。两个初期养护通道13、15内由蒸汽入口通入60℃水蒸汽。两个初期养护的时间累计为3h。

从道口F出来后，将泡沫混凝土砌块搬运至货场堆码，任其自然养护。底模则顺着底模轨道16输送到轨道7，以便于放置模框。

整个过程顺序循环进行，实现连续化生产。

产品经过检测，完全符合国家建材行业标准《泡沫混凝土砌块》(JC/T1062-2007)的要求。表2是本发明的密度等级B07产品的检测结果。

表1

配料	1	2	3	4	5	6	7	8
									水泥	300	300	340	400	450	500	180	90
石粉	100	100	---	100	100	100	---	---
									粉煤灰	100	50	100	100	100	---	40	---
煤矸石粉	---	50	100	---	---	150	40	30
									尾矿粉	---	---	---	---	100	100	20	30
矿渣粉：锰渣	---	---	---	100	190	50	40	30
									建筑垃圾碎粉	150	150	180	120	---	100	40	---
生石灰*	50	70	80	80	60	100	40	20
									混凝土速凝剂	2	2	2	3	4	5	1	0.8
混凝土早强剂	---	---	0.5	1	1	1.5	---	---
									NaOH	0.7	0.7	0.4	0.5	1	1	0.3	---
KOH	---	---	0.4	---	---	1	0.1	0.2
									水	200	200	240	300	350	320	100	60
硬脂酸钙	0.5	0.5	0.4	0.3	0.2	0.5	0.5	0.3
									三氯化铁	0.1	0.1	0.1	---	0.1	0.05	0.1	---
双氧水	10	10	11	10	9	10	11	9
									M	700	720	800	900	1000	1100	400	200

注：1、表第一行横栏中的数字代表实施例的序号，如“1”表示为实施例1。2、原料数量单位为Kg。3、*表示可以用石灰膏，但需要折算成生石灰的用量。

表2

Claims (10)

1.泡沫混凝土砌块，由下述重量份的原料加工而成：水泥+骨料+石灰＝M，混凝土速凝剂＝(0.001～0.005)M，混凝土早强剂＝(0～0.002)M，KOH和/或NaOH＝(0～0.001)M，水＝(0.25～0.35)M，硬脂酸钙：0.2～0.6，三氯化铁：0～0.1，发泡剂：9～11，其中：水泥∶骨料∶石灰＝1∶1～1.2∶0.05～0.1，150≤M≤1200。

2.根据权利要求1所述的泡沫混凝土砌块，其特征在于：骨料包括：石粉、粉煤灰、煤矸石粉、尾矿粉、矿渣粉和/或建筑垃圾碎粉，骨料细度为80～300目，并进行颗粒级配。

3.根据权利要求2所述的泡沫混凝土砌块，其特征在于：石粉选自主要成分为硅质和/或钙质的粉料。

4.根据权利要求1所述的泡沫混凝土砌块，其特征在于：发泡剂选用双氧水、氯氟烃类或氟烃类，其中双氧水的浓度为25～35％。

5.根据权利要求1所述的泡沫混凝土砌块，其特征在于：水泥选自：普通硅酸盐水泥或快硬硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥；且普通硅酸盐水泥选用42.5级或32.5级。

6.根据权利要求1所述的泡沫混凝土砌块，其特征在于：石灰包括生石灰和熟石灰。

7.权利要求1～6任一项所述的泡沫混凝土砌块的生产方法，包括下述步骤：

1)骨料粉碎、磨粉、过筛；

2)一次混合：将除发泡剂外的其它成分混合均匀，成浆料；

3)二次混合：在浆料中加入发泡剂，混合5～20s；

4)注模；

5)发泡：在30～50℃、相对湿度60～100％环境发泡1～3h，使之达到规定的体积，并成型；

6)脱模、切割；

7)初期养护：在40～70℃、相对湿度60～100％环境养护3～5h；

8)后期养护：自然养护7～10天。

8.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于：步骤2)和步骤3)在25～35℃进行；步骤5)在40℃蒸汽环境中进行，时间为2h；步骤7)在60℃蒸汽环境中进行，时间为3h。

9.根据权利要求8所述的生产方法，其特征在于：蒸汽来源于常压汽水两用炉。

10.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于：步骤6)合计用时不得超过1h。