CN112279671A - 聚苯乙烯泡沫粒固废混凝土砌块及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚苯乙烯泡沫粒固废混凝土砌块，所述混凝土砌块选取胶凝材料、外加剂以及水采用免蒸压工艺制得，所述胶凝材料原材料选自聚苯乙烯颗粒、钢渣微粉、矿渣微粉、水泥。本发明公开了一种制备聚苯乙烯固废混凝土砌块及其制备方法，是先通过聚苯乙烯泡沫粒和PO42.5硅酸盐水泥制成聚苯乙烯水泥粒，再将其加入其他胶凝材料、外加剂和水混合而得的浆料中，所得浆体浇筑成型后养护得到成品砌块。与现有技术相比，本发明不仅合理有效的利用了工业固体废料，还能制造出保温性、抗噪性、防吸水性、抗折性较好的混凝土砌块。

Description

聚苯乙烯泡沫粒固废混凝土砌块及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土砌块技术领域，具体涉及一种聚苯乙烯泡沫粒固废混凝土砌块及其制备方法。

背景技术

近年来我国每年产钢3～4亿吨，冶炼废渣产生14000多万吨(其中钢渣约为5000多万吨，高炉矿渣约9000多万吨)，加上历年累积，钢渣总贮存量为2亿吨，占地3万亩，这些露天储存的冶炼废渣堆存侵占土地，污染毒化土壤、水体和大气，严重影响生态环境，造成明显或潜在的经济损失和资源浪费。据估算以每吨冶炼废渣堆存的经济损失14.25元计，每年造成经济损失大概30亿元。所以，冶炼废渣的无害化、资源化利用是我国乃至世界各国十分重视的焦点，也是我们推进循环经济的中心内容之一。但我国钢渣综合利用与工业发达国家存在明显的差距，这一方面阻碍我国钢铁工业的进一步发展，另一方面与国家加强环境保护和资源有效利用等可持续发展战略极不相适应。而我国目前钢渣的主要利用途径是在钢铁公司内部自行循环使用，代替石灰作溶剂，返回高炉或烧结炉内作为炼铁原料，也可用于公路路基、铁路路基以及作为水泥原料、改良土壤等因此，在绿色建筑节能领域却未得到相关应用。

中国专利申请CN101215135A公开了一种钢渣墙体砌块及其制作方法，该专利是钢渣矿渣作为细骨料和辅助胶凝材料使用，搭配水泥和石屑制备砌块制品，其优势在于使墙体砌块满足吃“废”功能，却未满足节能保温功能，不符合绿色建筑节能的主题。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种聚苯乙烯泡沫粒固废混凝土砌块及其制备方法，在免蒸压条件下制得抗压强度大、导热系数小的砌块。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种聚苯乙烯泡沫粒固废混凝土砌块，所述混凝土砌块选取胶凝材料、外加剂以及水，采用免蒸压工艺制得，所述胶凝材料原材料选自钢渣微粉、矿渣微粉、水泥，所述水泥可以为硅酸盐水泥。

上述方案中优选地，所述钢渣微粉的比表面积为450m²/g。

上述方案中优选地，所述钢渣主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁酸二钙、RO、游离石灰、镁、铁、锰的氧化物，其中RO为FeO、MgO、MnO形成的固熔体。

上述方案中优选地，所述胶凝材料还包括石灰、脱硫石膏。

上述方案中优选地，所述外加剂包括脂肪酸金属盐、水玻璃、硫酸钠、减水剂。

上述方案中优选地，所述硫酸钠是纯度为99.9％的工业级硫酸钠。

上述方案中优选地，所述水玻璃模数是1.2。

上述方案中优选地，所述脂肪酸金属盐脂肪碳数15。

本发明还提供了一种聚苯乙烯泡沫粒固废混凝土砌块的制备方法，是先通过聚苯乙烯泡沫粒和PO42.5硅酸盐水泥制成聚苯乙烯水泥粒，再将其加入其他胶凝材料、外加剂和水混合而得的浆料中，所得浆体浇筑成型后养护得到成品砌块。

上述方法具体包括以下步骤：

步骤a、选取钢渣微粉、矿渣微粉、石灰、脱硫石膏、水泥作为胶凝材料，减水剂、硫酸钠、水玻璃作为外加剂。

步骤b、制备砌块前12小时取占总水重量16％的水，将脂肪酸金属盐溶入水中，并将水与聚苯乙烯泡沫粒、PO42.5硅酸盐水泥搅拌均匀，再制成聚苯乙烯水泥粒；

步骤c、将胶凝材料和减水剂、硫酸钠混合并搅拌，干混2～3min，制成混合料；

步骤d、将水玻璃溶入其余84％的水中，水的温度为常温(25℃)，搅拌均匀；

步骤e、将步骤d所得溶液倒入步骤c所得混合料中，并搅拌3～4min得到浆料；

步骤f、将步骤b预先所得的聚苯乙烯水泥粒，加入至步骤e所得浆料中搅拌20s～25s，搅拌至稠度均匀的浆体；

步骤g、将步骤f中制备的浆体倒入模具中浇筑成型；

步骤h、将步骤g中浇筑浆料后的模具放在60℃热湿养护箱中发气加预养护16～24小时，再进行脱模，最后于放入80℃烘箱6～10小时；

步骤i、脱模后的坯体在60℃热湿养护箱中进行热湿养护，养护时间为7～28天，得到成品砌块。

上述方案中优选地，其特征在于，所述胶凝材料和外加剂按照重量比选取原材料，其中钢渣微粉30～40％，矿渣微粉20％～30％，PO42.5硅酸盐水泥22％，水玻璃1％，石灰6％，脱硫石膏5％，硫酸钠2％，聚苯乙烯颗粒0.1～0.2％，脂肪酸金属盐0.2％；原料中水料比为0.3～0.35。

上述方案中优选地，所述PO42.5硅酸盐水泥用于聚苯乙烯颗粒预处理。

上述方案中优选地，所述步骤b中在水与聚苯乙烯泡沫粒、PO42.5硅酸盐水泥搅拌均匀后，应及时将其处理成聚苯乙烯水泥粒。

上述方案中优选地，所述步骤c中，搅拌速度为：自转130～150r/min，公转55～70r/min。

上述方案中优选地，所述步骤f中，搅拌速度为：自转135～150r/min，公转55～70r/min。

上述方案中优选地，所述步骤d中，搅拌至固态的水玻璃完全融化。

上述方案中优选地，所述步骤g中倒入料浆前在摸具中铺上适量的润滑油。

值得一提的是，由于中国聚苯乙烯需求旺盛，消费量飞速增长，近20年聚苯乙烯的平均消费量达500万吨，而这些聚苯乙烯在使用后被丢弃，变成白色垃圾，由于聚苯乙烯的难降解性和抗腐蚀性，年复一年大量的聚苯乙烯垃圾堆积起来，严重污染环境。且由于聚苯乙烯又具备憎水性，水泥等无机胶凝材料具有亲水性而不能对其进行润湿，导致聚苯颗粒和胶凝材料之间不能很好的结合，黏结力低。在专利CN1069255A公开的一种聚苯乙烯混凝土砌块及其制作方法中提到，用硅酸盐水泥粉煤灰为作为基体，膨胀聚苯乙烯颗粒为骨料，其缺点是搅拌时其极可能出现密度太小的聚苯乙烯粒漂浮在浆料表面，从而使砌块中难以融入聚苯乙烯粒，且不具备广泛适用性。本发明创造性的提出在通过聚苯乙烯泡沫粒制备混凝土砌块时，为解决上述聚苯乙烯粒不能与胶凝材料很好的结合的问题，先将水泥与聚苯乙烯水泥泡沫粒混合制得聚苯乙烯水泥粒，使其与其他胶凝材料的密度相似，从而得到结构更均匀的混凝土砌块，其抗压强度显著增加，具有很大的应用价值。

本发明提供的一种加气混凝土砌块及其制备方法，与现有技术相比有以下优点：

本发明的加气混凝土砌块采用的原料是固废——钢渣、矿渣和聚苯乙烯泡沫粒，钢渣内具有密度大、强度高、表面粗糙、稳定性好、耐磨与耐久性的特点，矿渣具有较好的质量稳定性和减水性，用于制备混凝土砌块能够使其具有抗压强度高、吸水性低、抗折性和耐久性好的特点。又由于聚苯乙烯颗粒具有导热系数小、隔音防水性好，用此制备的混凝土砌块具有隔音效果好、防水性强、导热系数较低的特点。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明包括以下步骤：

1、选取胶凝材料

(1)本实施例选用的钢渣微粉表面积为450m²/kg。

其它胶凝材料包括钢渣微粉、S95级矿渣微粉、PO.42.5硅酸盐水泥、脱硫石膏、石灰、高岭土中的一种或者多种。钢渣微粉、矿渣微粉、脱硫石膏、硅酸盐水泥的化学成分见表1，石灰的主要性能如表2。

表1部分原材料的化学组成(％)

表2石灰的主要性能

有效氧化钙	氧化镁	消化时间(min)	消化温度(°)	45μm筛余量(％)
					≧85％	≦2％	10～20	65	≦5

2、制备

实施例1

a、胶凝材料和外加剂按以下质量百分比选取原材料：

钢渣微粉30％，矿渣30％，PO42.5硅酸盐水泥25％，石灰6％，石膏5％，水玻璃1％，水玻璃模数1.2，减水剂1％，脂肪酸金属盐0.2％，聚苯乙烯颗粒0.1％；原料中水料比为0.32。

b、制备砌块前12小时取占总水重量16％的水，将脂肪酸金属盐溶入水中，并将水与聚苯乙烯泡沫粒、PO42.5硅酸盐水泥搅拌均匀，再制成一定大小的聚苯乙烯水泥粒；

c、将胶凝材料外加剂混合并搅拌，搅拌速度为自转140±5r/min，公转62±5r/min，进行干混2.5min，制成混合料；

d、将水玻璃溶入其余84％的水中，水的温度为常温(25℃)，搅拌均匀；

e、将步骤d所得水玻璃溶液倒入步骤c所得混合料中，搅拌速度为自转140±5r/min，公转62±5r/min，搅拌3～4min，得到浆料；

f、将步骤b预先所得的聚苯乙烯水泥粒，加入至步骤e所得浆料中搅拌20s～25s，搅拌至稠度均匀的浆体；

g、将步骤f中制备的浆体倒入模具中浇筑成型；

h、将步骤g中浇筑浆料后的模具放在60℃热湿养护箱中发气加预养护16～24小时，再进行脱模，最后于放入80℃烘箱6～10小时；

i、脱模后的坯体在60℃热湿养护箱中进行热湿养护，养护时间为7～28天，得到成品砌块。制成的成品砌块经检测，抗压强度17.2MPa，干密度为1737.8kg/m³。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于步骤a中选取的原材料含量为：钢渣微粉40％，矿渣20％，PO42.5硅酸盐水泥25％，石灰6％，石膏5％，水玻璃1％，水玻璃模数1.2，减水剂1％，脂肪酸金属盐0.2％，聚苯乙烯颗粒0.15％；原料中水料比为0.32。

制成的成品砌块经检测，抗压强度16.5MPa，干密度为1650.8kg/m³。

实施例3

本实施例与实施例1的区别仅在于步骤a中选取的原材料含量为：钢渣微粉40％，矿渣20％，PO42.5硅酸盐水泥25％，石灰6％，石膏5％，水玻璃1％，水玻璃模数1.2，减水剂1％，脂肪酸金属盐0.2％，聚苯乙烯颗粒0.15％；原料中水料比为0.32。

制成的成品砌块经检测，抗压强度18.1MPa，干密度为1800.5kg/m³。

实施例4

本实施例与实施例1的区别仅在于步骤a中选取的原材料含量为：钢渣微粉30％，矿渣30％，PO42.5硅酸盐水泥25％，石灰6％，石膏5％，水玻璃1％，水玻璃模数1.2，减水剂1％，脂肪酸金属盐0.2％，聚苯乙烯颗粒0.20％；原料中水料比为0.32。

制成的成品砌块经检测，抗压强度16.1MPa，干密度为1605.4kg/m³。

本发明实施例1、2、3和4的结果证明，通过本发明限定的方法，对钢渣微粉进行回收利用，结合聚苯乙烯水泥颗粒，通过免蒸工艺制备混凝土砌块，与传统蒸压加气混凝土制作方法对比操作更简单、成本更低，制得保温性、抗噪性、防吸水性、抗折性较好的免蒸压加气混凝土砌块。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种聚苯乙烯泡沫粒固废混凝土砌块，其特征在于，所述混凝土砌块选取胶凝材料、外加剂以及水采用免蒸压工艺制得，所述胶凝材料原材料选自聚苯乙烯颗粒、钢渣微粉、矿渣微粉、水泥。

2.根据权利要求1所述的聚苯乙烯泡沫粒固废混凝土砌块，其特征在于，所述钢渣微粉的比表面积为450m²/g。

3.根据权利要求1所述的聚苯乙烯泡沫粒固废混凝土砌块，其特征在于，所述外加剂包括水玻璃、脱硫石膏、石灰、硫酸钠、减水剂、脂肪酸金属盐。

4.根据权利要求3所述的聚苯乙烯泡沫粒固废混凝土砌块，其特征在于，所述硫酸钠是纯度为99.9％的工业级硫酸钠。

5.根据权利要求3所述的聚苯乙烯泡沫粒固废混凝土砌块，其特征在于，所述脂肪酸金属盐为脂肪碳数15。

6.根据权利要求3所述的聚苯乙烯泡沫粒固废混凝土砌块，其特征在于，所述水玻璃模数为1.2。

7.根据权利要求1所述的聚苯乙烯泡沫粒固废混凝土砌块，其特征在于，所述聚苯乙烯泡沫粒粒径为1.5～3.0mm。

8.根据权利要求3所述的聚苯乙烯泡沫粒固废混凝土砌块，其特征在于，所述胶凝材料和外加剂按照重量比选取原材料，其中钢渣微粉30～40％，矿渣微粉20％～30％，PO42.5硅酸盐水泥22％，水玻璃1％，石灰6％，脱硫石膏5％，硫酸钠2％，聚苯乙烯颗粒0.1～0.2％，脂肪酸金属盐0.2％，以及余量的水；原料中水料比为0.3～0.35。

9.根据权利要求8所述的聚苯乙烯泡沫粒固废混凝土砌块，其特征在于，所述PO42.5硅酸盐水泥用于聚苯乙烯颗粒预处理。

10.一种聚苯乙烯泡沫粒固废混凝土砌块的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤a、选取钢渣微粉、矿渣微粉、PO42.5硅酸盐水泥作为胶凝材料，水玻璃、脱硫石膏、石灰、硫酸钠、减水剂、脂肪酸金属盐作为外加剂；

步骤b、制备砌块前12小时取占总水重量16％的水，将脂肪酸金属盐溶入水中，并将水与聚苯乙烯泡沫粒、PO42.5硅酸盐水泥搅拌均匀，制成4～6mm粒径大小的聚苯乙烯水泥粒；

步骤c、将步骤a所得胶凝材料和脱硫石膏、石灰、硫酸钠、减水剂混合并搅拌，干混2～3min，制成混合料；

步骤d、将水玻璃溶入其余84％的水中，水的温度为常温，搅拌均匀；

步骤e、将步骤d所得溶液倒入步骤c所得混合料中，并搅拌3～4min得到浆料；

步骤f、将步骤b所得聚苯乙烯水泥粒加入至步骤e所得浆料中搅拌20s～25s，搅拌至稠度均匀的浆体；

步骤g、将步骤f中制备的浆体倒入模具中浇筑成型；

步骤h、将步骤g中浇筑浆料后的模具放在60℃热湿养护箱中发气加预养护16～24小时，再进行脱模，最后于放入80℃烘箱6～10小时；

步骤i、脱模后的坯体在60℃热湿养护箱中进行热湿养护，养护时间为7～28天，得成品砌块。