CN113816718B - 一种建筑轻质墙板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种建筑轻质墙板及其制备方法。所述制备方法可包括以下步骤：按照质量比65～90：10～35：0～2，将硅酸镁活性粉体、胶凝材料和助剂混合均匀，得到混合胶凝材料；按照质量比45～60：15～40：0～15：0～15：0～5：6～25，将混合胶凝材料、硅酸镁砂、建筑用砂、轻质骨料、增强纤维与水混合均匀，得到建筑砂浆；将建筑砂浆放入成型模具中，成型，脱模后得到建筑轻质墙板坯体；将建筑轻质墙板坯体进行养护，得到建筑轻质墙板。所述建筑轻质墙板包括按照上述方法制备出的产品。本发明拓展了轻质墙板的材料来源，实现多种含石棉废物的资源化利用，制备的产品具有轻质、耐火、隔热、阻燃等优点。

Description

一种建筑轻质墙板及其制备方法
技术领域
本发明涉及能源处理利用领域，具体地，涉及一种建筑轻质墙板及其制备方法。
背景技术
轻型墙板由于质轻、隔温隔热性能，已称为现代新型建材的代表和典范，是国家和地方政府大力发展的新型绿色建材的排头兵，尤其是在内隔墙的应用尚，轻质隔墙材料完全可以和砖块向匹敌。而且轻质隔墙材料，节能环保，质轻使用方便，已受到人们的广泛欢迎，其市场占有率也持续攀升。
轻质墙板主要原材料有：水泥、石膏、GRC、菱镁、炉渣、媒粉灰、发泡聚苯颗粒、发泡珍珠岩、轻质陶粒、木屑、秸秆等材料。其中，有机材料虽然质轻，但易燃，而石膏和粉煤灰等无机材料，则受原料产地影响较大，产品辐射半径有限。
国内大量的含蛇纹石的固体废弃物，因缺乏有效的资源化途径，目前只能堆存处理，在占用宝贵土地资源的同时，还对周边环境具有潜在污染。
因此，利用固体废弃物制备轻质墙板将具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提高固体废物资源的利用效率。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种建筑轻质墙板的制备方法。
所述制备方法可包括以下步骤：
按照质量比65～90：10～35：0～2，将硅酸镁活性粉体、胶凝材料和助剂混合均匀，得到混合胶凝材料；
按照质量比45～60：15～40：0～15：0～15：0～5：6～25，将混合胶凝材料、硅酸镁砂、建筑用砂、轻质骨料、增强纤维与水混合均匀，得到建筑砂浆；将建筑砂浆放入成型模具中，成型，脱模后得到建筑轻质墙板坯体；将建筑轻质墙板坯体进行养护，得到建筑轻质墙板。
进一步地，所述硅酸镁粉体可包括按照质量百分比计的以下成分：25～40％MgO，38～45％SiO2，2～5％CaO，2～15％Fe2O3，5～15％Al2O3。
进一步地，所述硅酸镁粉体的主体为非晶相硅酸镁组分，晶相占比在30％以下，晶相包括橄榄石相。
进一步地，所述硅酸镁粉体可以由以下方法制备得到：将含蛇纹石的固体废弃物进行预处理，获得第一粉粒体；煅烧第一粉粒体，获得硅酸镁活性粉体，煅烧的温度为600～900℃，煅烧时间为1.5h以下。进一步地，预处理包括破碎和粉磨；再进一步地，预处理还可包括干燥。
进一步地，所述含蛇纹石的固体废弃物可包括蛇纹岩型剥离废石、蛇纹岩尾矿、蛇纹岩尾渣、石棉尾矿和石棉尾渣中的至少一种。
进一步地，所述胶凝材料可包括水泥、石灰和熟石膏中的至少一种。
进一步地，所述助剂可包括缓凝剂、早强剂和减水剂中的至少一种。
进一步地，所述硅酸镁砂可以由以下方法制备得到：将含蛇纹石的固体废弃物进行预处理，获得第二粉粒体，所述含蛇纹石的固体废弃物包括蛇纹岩型剥离废石、蛇纹岩尾矿、蛇纹岩尾渣、石棉尾矿和石棉尾渣中的至少一种；将所第二粉粒体进行煅烧，获得硅酸镁砂，其中，煅烧温度为850℃～1200℃，煅烧时间为1.5h以下。进一步地，预处理包括破碎和粉磨；再进一步地，预处理还可包括干燥。
进一步地，硅酸镁砂主要为晶相，晶相含量为95～100％，晶相的组成主要为橄榄石和顽火辉石，还含少量透辉石和镁铁尖晶石。
进一步地，所述轻质骨料可包括膨胀珍珠岩、轻质陶粒、浮石和有机物发泡颗粒中的至少一种。
进一步地，所述增强纤维可包括玻璃纤维、陶瓷纤维、有机纤维和植物纤维中的至少一种。
进一步地，所述建筑用砂可包括河砂、海砂和岩石破碎后的机制砂中的一种或多种。
进一步地，所述将建筑砂浆放入成型模具中包括：将建筑砂浆装入成型模具中均匀铺平。
进一步地，所述成型方式可包括加压、挤出或凝固成型。
进一步地，所述建筑轻质墙板装入、均匀铺平和加压或挤出成型方式可以采用墙板生产设备按程序进行。
其中，加压成型压力可以为20～50MPa，例如25、30、40、45MPa等；挤出成型压力可以为30～45MPa，例如31、35、40、44MPa等。
进一步地，成型模具可包括实心轻型墙板模具、空心墙板模具等。模具长度一般为2.5～3.3m，宽度一般为600mm、610mm、1200mm，厚度一般为80mm、90mm、100mm、120mm或为60、75、100、150mm。
进一步地，所述养护包括：将建筑轻型墙板坯体送入养护装置中养护，包括：在养护室内对建筑轻型墙板坯体采用蒸气加热；或者，采用窑炉中产生的热尾气加热并采用喷雾装置增加养护室内的湿度；养护条件是养护室温度为20～95℃，升温方式为缓慢升温(3～5℃/min)后再加快升温(10～15℃/min)，养护时间为12～72h，养护室内湿度大于90％。
进一步地，所述养护包括：在蒸压釜中采用高温蒸气加压养护，养护压力为1.2～1.5Mpa，养护温度为180～205℃，养护时间12～72h。
本发明另一方面提供了一种建筑轻质墙板。
所述建筑轻质墙板可包括采用上述建筑轻质墙板的制备方法所制备出的产品。
所获得的建筑轻质墙板所述建筑轻质墙板的面密度为70～110kg/m2，例如75、80、90、100kg/cm3等；抗压强度≥3.5Mpa；耐火极限≥1h。
与现有技术相比，本发明的有益效果可包括以下中的至少一项：
(1)本发明对采用硅酸镁砂和硅酸镁活性粉体为主题组成制备建筑轻型墙板，可实现多种含石棉废物的资源化利用，对资源保护、节约与高值化利用，具有重要的生态与可持续发展意义。
(2)本发明采用硅酸镁砂和硅酸镁活性粉体为主题组成制备建筑轻型墙板，拓展了轻质墙板的材料来源，为产品制造提供了更多原材料选择，从而有效拓宽了产品的生产和辐射范围。
(3)本发明采用硅酸镁砂和硅酸镁活性粉体为主题组成制备建筑轻型墙板，避免了使用有机原料易燃，防火性能差等缺点，并实现了变废为宝。
(4)本发明采用硅酸镁砂和硅酸镁活性粉体为主题组成制备建筑轻型墙板，具有轻质、耐火、隔热、阻燃等优点，有力地拓展了产品的使用性能。
(5)本发明首次采用硅酸镁砂和硅酸镁活性粉体为主题组成制备建筑轻型墙板，可有效降低水泥用量，有助于减少碳排量和环境污染，实现含蛇纹石矿物固废的资源化利用，有利用保护环境、节约土地资源，变废为宝，同时也为危险废物的无毒无害化处理提供了新思路，具有重要的生态、环境、经济和社会效益。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例详细地描述本发明的一种新型建筑轻质墙板及其制备方法。
示例性实施例1
一种建筑轻质墙板的制备方法包括如下步骤：
步骤1：将硅酸镁活性粉体与胶凝材料和助剂进行配料并搅拌均匀，获得建筑砂浆用混合胶凝材料。
硅酸镁活性粉体与胶凝材料混合后，所获得的混合胶凝材料具有复合胶凝特性，可以充分发挥胶凝材料和硅酸镁活性粉体的活性和胶凝性，其中胶凝材料的水化产物还可以对硅酸镁活性粉体形成激发作用，有效提高硅酸镁活性粉体的化学反应活性，从而提高建筑轻质墙板的强度，硅酸镁活性粉体除具备化学反应活性外，还有助于提高建筑轻质墙板的耐火性，对高层建筑等防火等级要求高的工程具有独特的优势，助剂的添加，有助于减少建筑轻质墙板的用水量，提高早期强度，增加建筑轻质墙板的和易性。
在本实施例中，硅酸镁活性粉体是以蛇纹岩型剥离废石、蛇纹岩尾矿、蛇纹岩尾渣、石棉尾矿和石棉尾渣中的至少一种为原料，经破碎、粉磨、煅烧处理后获得的粉末。
其中，煅烧温度为600～900℃，例如650、700、750、800、870℃；煅烧时间可以为5min～1.5h，例如10min、30min、50min、60min、80min等。煅烧时间可以为2min～1.5h，例如5min、10min、30min、50min、60min、80min等。
煅烧的主要目的是将主要含蛇纹石矿物原料的粉体转变为以硅酸镁活性粉体主要为氧化镁和氧化硅的非晶相产物，提高粉体的反应活性，同时含少量橄榄石晶相。当煅烧温度过低，非晶产物的转化率低，达不到煅烧目的，煅烧温度过高，则主要转化为晶体相，从而会显著降低胶凝材料的活性，煅烧时间亦如此，时间过短或过长，都会降低粉体的胶凝性，所以有最佳温度和最优时间范围。
煅烧后得到粉体的主要化学组成的重量百分比为：MgO 25～40％，SiO2 38～45％，CaO 2～5％，Fe2O3 2～15％，Al2O3 5～15％。
硅酸镁活性粉体的主体为非晶相硅酸镁组分，其仅含少量0～30％的晶相，晶相组分主要为橄榄石。
在本实施例中，硅酸镁活性粉体的粒度为10μm～75μm。若粉体粒度过细，虽然有助于提升后期产品的性能，但加工成本过高，性价比较低，粉体粒度过粗，将导致所制备的复合胶凝材料活性偏低，不利于实际应用，故粉体的粒度有一个最佳范围，在此范围内具有较好的性价比。
在本实施例中，所用胶凝材料，均为满足商用要求的水泥、石灰和熟石膏中的至少一种。石灰可包括生石灰粉、消石灰，当采用生石灰粉，其150目通过率100％，200目通过率不低于85％，325目通过率不低于55％；当采用熟石膏时，其200目通过率应为100％，325目通过率不低于45％。
在本实施例中，所用助剂为满足商用要求的相关助剂。进一步地，助剂包括缓凝剂、消泡剂、减水剂中的一种或多种。
在本实施例中，所述混合胶凝材料配料中各物料用量的重量百分比可以为：
硅酸镁钙活性粉体65～90％，例如66％、70％、80％、85％、89％；
胶凝材料10～35％，例如11％、15％、25％、30％、34％；
助剂0～2％，例如0.1％、0.5％、1％、1.5％、1.9％。
其中，10～35％胶凝材料可以包括：
0～15％水泥，例如1％、2％、5％、10％、14％；
0～25％石灰，例如1％、5％、10％、20％、24％；
0～35％熟石膏，例如1％、5％、10％、20％、30％、34％。
步骤2：将硅酸镁砂、建筑用砂、轻质骨料、增强纤维、混合胶凝材料及水按比例配比并拌和均匀，获得以硅酸镁砂和硅酸镁活性粉体为主体的建筑砂浆。
其中，硅酸镁砂的加入，减少了其他砂的添加量，在有效节约天然砂等宝贵资源的同时，还可以提高建筑砂浆的耐火性能，同时添加硅酸镁砂和建筑用砂，可以充分发挥二者的性能优势，制备出满足强度和使用要求的耐火建筑砂浆，同时还可以提高建筑砂浆隔热保温性能，增强纤维的加入，可以有效提高建筑砂浆的韧性和抗裂性能，增加建筑砂浆的整体性。
在本实施例中，硅酸镁砂是以蛇纹岩型剥离废石、蛇纹岩尾矿、蛇纹岩尾渣、石棉尾矿和石棉尾渣中的一种或多种为原料经破碎、煅烧处理后获得的机制砂。其中，煅烧温度可以为850℃～1200℃，例如860、900、1000、1150、1190℃；升温速率10～30℃/min，煅烧时间可以为10min～1.5h，例如11min、25min、45min、60min、71min、79min、86min等。
煅烧的主要目的是使其中的蛇纹石转变为无害的橄榄石和顽火辉石，若煅烧温度低于850℃或煅烧时间低于10min，无法实现含蛇纹石矿物的物相转变；而煅烧温度大于1200℃时，含蛇纹石矿物开始烧结熔融，含蛇纹石矿物虽发生了晶相转变，但后续的利用价值会受影响，同时高温转相需要消耗大量的热量，不满足节能环保要求。煅烧时间大于2h，此时含蛇纹石矿物已经完成晶相转变，增加煅烧时间浪费能源。
煅烧过程的升温速度过低或煅烧时间过长，则生产效率低，生产成本增加，造成能源浪费，拉长周期；若升温速度过高或煅烧时间过短，则导致晶相转变效果变差和不充分。
煅烧后硅酸镁砂主要为晶相，含量为95～100％，晶相的组成主要为橄榄石和顽火辉石，含少量透辉石和镁铁尖晶石。
在本实施例中，建筑用砂可包括河砂、海砂和岩石破碎后的机制砂中的一种或多种。
在本实施例中，轻质骨料可包括膨胀珍珠岩、轻质陶粒、浮石和有机物发泡颗粒(如聚苯发泡颗粒)中的一种或多种。
在本实施例中，增强纤维可包括玻璃纤维、陶瓷纤维、有机纤维和植物纤维中的一种或多种。有机纤维可包括聚丙烯纤维。
在本实施例中，步骤2中所述的按比例配比的各物料用量的重量百分比为：
混合胶结材料45～60％，例如46％、50％、55％、59％等；
硅酸镁砂15～40％，例如16％、20％、30％、35％、39％等；
建筑用砂0～15％，例如0.1％、0.5％、1％、3％、5％、8％、10％、13％、14％等；
轻质骨料0～15％，例如0.1％、0.5％、1％、3％、5％、8％、10％、13％、14％等；
增强纤维0～5％，例如0.1％、1％、2％、3％、4.5％等；
水6～25％，例如10％、15％、20％、44％等。
步骤3：将步骤2获得的建筑轻型墙板用的建筑砂浆装入成型模具中并铺平，采用加压、挤出或凝固成型后脱模，获得所述建筑轻型墙板坯体。
步骤4：将步骤3获得的建筑轻型墙体坯体送入养护装置中养护后，获得所述建筑轻型墙板。
将建筑轻型墙板坯体送入养护装置中养护包括：在养护室内对建筑轻型墙板坯体采用蒸气加热，或采用窑炉中产生的热尾气加热并采用喷雾装置增加养护室内的湿度，养护条件是养护室温度为20～95℃，升温方式为缓慢升温(3～5℃/min)后再加快升温(10～15℃/min)，养护时间为3～8h，养护室内湿度大于90％。
本发明还可在蒸压釜中采用高温蒸气加压养护，氧护压力为1.2～1.5Mpa，养护温度为180～205℃。
为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。
示例1
一种建筑轻质墙板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将蛇纹岩尾矿为原料，经减压破碎、粉磨、850℃煅烧10min，获得硅酸镁活性粉体。
所述粉粒体的主要化学组成的质量百分含量为：MgO 38％，SiO2 41％，CaO 3％，Fe2O3 5％，Al2O3 11％。其中主要晶相橄榄石含量占8％，非晶相含量占90％，其余晶相含量占2％。
(2)将获得硅酸镁活性粉体与石灰按80：20质量比进行配料并搅拌均匀，获得建筑砂浆用混合胶凝材料。
(3)将石棉尾矿破碎，900℃下煅烧60min，获得橄榄石和顽火辉石含量96％，透辉石和镁铁尖晶石含量4％的硅酸镁砂。
(4)将混合胶凝材料、硅酸镁砂、轻质陶粒、聚丙烯纤维和水按质量比58：22：3：2：15混合均匀后，转入3300mm×600mm×90mm模具内，在45MPa压力下挤压成型，获得建筑用轻型墙板坯体。
(5)将建筑用轻型墙板坯体在70℃下养护48h，获得以硅酸镁砂和硅酸镁活性粉体为主体组成的建筑轻型墙板。所得轻型墙板的面密度90kg/m2.抗压强度4.5MPa，耐火极限3.5h。
示例2
一种建筑轻质墙板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石棉尾矿为原料，经减压破碎、粉磨、700℃煅烧60min，获得硅酸镁活性粉体。
所述粉粒体的主要化学组成的质量百分含量为：MgO 30％，SiO245％，CaO 5％，Fe2O3 9％，Al2O3 9％。其中，主要晶相橄榄石含量占15％，非晶相含量占80％，其余晶相含量占5％。
(2)将硅酸镁活性粉体与水泥和减水剂按85：19.7：0.3质量比进行配料并搅拌均匀，获得建筑砂浆用混合胶凝材料。
(3)将石棉尾矿破碎，1100℃下煅烧15min，获得橄榄石和顽火辉石含量96％，透辉石和镁铁尖晶石含量4％的硅酸镁砂。
(3)将硅酸镁活性粉体、硅酸镁砂、膨胀珍珠岩、玻璃纤维和水按质量比50：23：10：5：12混合均匀后，转入3000mm×1200mm×100mm模具内，在40MPa压力下挤压成型，获得建筑用轻型墙板坯体。
(4)将建筑用轻型墙板坯体在蒸压釜中以1.5Mpa、200℃下养护24h，获得以硅酸镁砂和硅酸镁活性粉体为主体组成的建筑轻型墙板。所得轻型墙板的面密度100kg/m2.抗压强度5.5MPa，耐火极限5h。
示例3
一种建筑轻质墙板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石棉尾矿为原料，经减压破碎、粉磨、750℃煅烧30min，获得硅酸镁活性粉体。
所述粉粒体的主要化学组成的质量百分含量为：MgO 35％，SiO239％，CaO 4％，Fe2O3 8％，Al2O3 12％。其中，主要晶相橄榄石含量占10％，非晶相含量占87％，其余晶相含量占3％。
(2)将获得硅酸镁活性粉体与熟石膏按70：30质量比进行配料并搅拌均匀，获得建筑砂浆用混合胶凝材料。
(3)将蛇纹岩尾矿破碎，1000℃下煅烧30min，获得橄榄石和顽火辉石含量97％，透辉石和镁铁尖晶石含量3％的硅酸镁砂。
(4)将硅酸镁活性粉体、硅酸镁砂、河砂、陶瓷纤维和水按质量比55：25：8：2：18混合均匀后，装入2800mm×610mm×800mm模具内，在35MPa压力下挤压成型，获得建筑用轻型墙板坯体。
(5)将建筑用轻型墙板坯体在60℃下养护48h，获得以硅酸镁砂和硅酸镁活性粉体为主体组成的建筑轻型墙板。所得轻型墙板的面密度75kg/m2.抗压强度4.0MPa，耐火极限4h。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种建筑轻质墙板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
按照质量比65～90：10～35：0～2，将硅酸镁活性粉体、胶凝材料和助剂混合均匀，得到混合胶凝材料；
按照质量比45～60：15～40：0～15：0～15：0～5：6～25，将混合胶凝材料、硅酸镁砂、建筑用砂、轻质骨料、增强纤维与水混合均匀，得到建筑砂浆；
将建筑砂浆放入成型模具中，成型，脱模后得到建筑轻质墙板坯体；
将建筑轻质墙板坯体进行养护，得到建筑轻质墙板。
2.根据权利要求1所述的建筑轻质墙板的制备方法，其特征在于，所述硅酸镁活性粉体包括按照质量百分比计的以下成分：
25～40％MgO，38～45％SiO2，2～5％CaO，2～15％Fe2O3，5～15％Al2O3。
3.根据权利要求1所述的建筑轻质墙板的制备方法，其特征在于，所述硅酸镁活性粉体的主体为非晶相硅酸镁组分，晶相占比在30%以下，晶相包括橄榄石相。
4.根据权利要求1所述的建筑轻质墙板的制备方法，其特征在于，所述硅酸镁活性粉体由以下方法制备得到：
将含蛇纹石的固体废弃物进行预处理，获得第一粉粒体；
煅烧第一粉粒体，获得硅酸镁活性粉体，煅烧的温度为600～900℃，煅烧时间为1.5h以下。
5.根据权利要求4所述的建筑轻质墙板的制备方法，其特征在于，所述含蛇纹石的固体废弃物包括蛇纹岩型剥离废石、蛇纹岩尾矿、蛇纹岩尾渣、石棉尾矿和石棉尾渣中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的建筑轻质墙板的制备方法，其特征在于，所述胶凝材料包括水泥、石灰和熟石膏中的至少一种；
所述助剂包括缓凝剂、早强剂和减水剂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的建筑轻质墙板的制备方法，其特征在于，所述轻质骨料包括膨胀珍珠岩、轻质陶粒、浮石和有机物发泡颗粒中的至少一种；
所述增强纤维包括玻璃纤维、陶瓷纤维、有机纤维和植物纤维中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的建筑轻质墙板的制备方法，其特征在于，所述硅酸镁砂由以下方法制备得到：
将含蛇纹石的固体废弃物进行预处理，获得第二粉粒体，所述含蛇纹石的固体废弃物包括蛇纹岩型剥离废石、蛇纹岩尾矿、蛇纹岩尾渣、石棉尾矿和石棉尾渣中的至少一种；
将所第二粉粒体进行煅烧，获得硅酸镁砂，其中，煅烧温度为850℃～1200℃，煅烧时间为1.5h以下。
9.一种建筑轻质墙板，其特征在于，所述建筑轻质墙板由采用权利要求1至8中任一项所述的建筑轻质墙板的制备方法制备得到。
10.根据权利要求9所述的建筑轻质墙板，其特征在于，所述建筑轻质墙板的面密度为70～110kg/m2，抗压强度≥3.5Mpa，耐火极限≥1h。
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