CN114105559A - 一种绿色免烧耐高温水泥基材料及其制备和检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种绿色免烧耐高温水泥基材料及其制备和检测方法，属于土木工程材料生产技术领域。其组成按重量份计包括以下原料：普通硅酸盐水泥3‑8份、生石灰粉4‑9份、二水石膏1‑2份、粉煤灰15‑40份、铁尾矿2‑5份、徐水土3‑19份、钾长石3‑12份、石英0.3‑1.7份、氧化铝粉0.5‑3份、微量纯碱、水玻璃、适量水。本发明利用该混合料在一定高温烧制下强度升高特点，来提升新材料的耐火性能。新材料不需高温烧制，在常温下便可成型，并具有一定的强度，受火后在保持强度方面效果显著。另外，新材料的主要组成原料均为工业废弃物，增加了粉煤灰、石灰和铁尾矿的回收利用率，符合绿色可持续发展要求。

Description

一种绿色免烧耐高温水泥基材料及其制备和检测方法
技术领域
本发明涉及一种绿色免烧耐高温水泥基材料及其制备和检测方法，属于土木工程材料生产技术领域。
背景技术
我国建筑外墙的节能措施主要采用外墙外保温技术。外墙保温材料无论是聚苯板还是胶粉聚苯颗粒浆料，使用年限一般为15～20年，而一般建筑的设计使用年限为50年，在建筑全生命周期中存在着保温体系的维护和多次更换的难题。其暴露出来的问题也相当多，主要表现为：外墙饰面层易脱落、破裂、外保温层脱落、保温层耐久性差等。其次，这些材料一般都是有机材料，不耐高温易引起高空火灾，虽然国家出台了一些施工构造上的措施，但都不能完全杜绝有机材料易燃的火灾隐患。此外，由于瓷砖高空脱落造成人员伤害的事件在国内屡见不鲜，更是给人民的生命财产造成重大损害。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种绿色免烧耐高温水泥基材料及其制备和检测方法，用以解决耐火性能及其相应的制备和检测问题。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
一种绿色免烧耐高温水泥基材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：准备绿色免烧耐高温水泥基材料，其组成按重量份计主要包括以下原料：普通硅酸盐水泥3-8份、生石灰粉4-9份、二水石膏1-2份、粉煤灰15-40份、铁尾矿2-5份、徐水土3-19份、钾长石3-12份、石英0.3-1.7份、氧化铝粉0.5-3份；
其中，所述的徐水土是经过淘洗工艺处理过的粉末原料，徐水土在最初研磨过程中需先加入占徐水土总量0.5％的纯碱，待磨至规定细度后加入占徐水土总量0.5％的水玻璃，用玻璃棒搅拌均匀；
所述淘洗工艺流程为：将徐水土原矿和水混合过筛，除去筛余的粗渣；将过筛的混合物泵送到水旋分离器中分离，将分离出来的细渣倒入排渣池中；剩余分离出来的混合物，经过吸铁处理后，放入沉淀池中沉淀，出料；
步骤二：按配比依次称取水泥基材料各原料倒入搅拌锅中，称取水备用；
步骤三：将步骤一中的搅拌锅置于水泥胶砂搅拌机上固定好，手动启动搅拌机低速旋转搅拌叶，拌和加水，然后启用搅拌机自动程序开始搅拌，直至程序停止；
步骤四：将步骤三制得的浆料倒入六联水泥试模中，将装满浆料的模具放到振实台上振密实，1天后拆模，放入标准养护箱中养护28天，取出，绿色免烧耐高温水泥基材料制备完成。
进一步地，所述步骤一中，所述规定细度为200目；所述淘洗工艺中，徐水土原矿和水混合过筛的细度为100目，且所述水旋分离器的直径为50mm。
进一步地，所述步骤二中，称取水量为：20-28份。
进一步地，所述步骤三中，手动启动搅拌机低速旋转搅拌叶，拌和5s后徐徐加水，在20-30秒内加完。
进一步地，所述步骤四中，六联水泥试模的长宽高尺寸为：20mm×20mm×20mm。
进一步地，所述绿色免烧耐高温水泥基材料，其主要原料重量份如下：普通硅酸盐水泥7.4份、生石灰粉8.8份、二水石膏1.6份、粉煤灰36份、铁尾矿3份、徐水土3份、钾长石3份、石英0.3份、氧化铝粉0.5份。
或者，所述绿色免烧耐高温水泥基材料，其主要原料重量份如下：硅酸盐水泥6.7份、生石灰粉8份、二水石膏1.5份、粉煤灰32份、铁尾矿2份、徐水土6.5份、钾长石4份、石英0.6份、氧化铝粉1份。
或者，所述绿色免烧耐高温水泥基材料，其主要原料重量份如下：硅酸盐水泥3.5份、生石灰粉4份、二水石膏1份、粉煤灰16份、铁尾矿2份、徐水土19份、钾长石11份、石英1.7份、氧化铝粉3份。
上述制备方法制得的绿色免烧耐高温水泥基材料，所述的绿色免烧耐高温水泥基材料，其组成按重量份计主要包括以下原料：普通硅酸盐水泥3-8份、生石灰粉4-9份、二水石膏1-2份、粉煤灰15-40份、铁尾矿2-5份、徐水土3-19份、钾长石3-12份、石英0.3-1.7份、氧化铝粉0.5-3份。
上述绿色免烧耐高温水泥基材料的耐高温性能检测方法，包括以下步骤：
(1)将养护箱养护完成的砌块放入马弗炉中，先以10℃/min速率烧至200℃，接着以10℃/min速率烧至1300℃，并保温2小时，取出冷却至室温；
(2)采用水泥净浆抗压强度试验方法，在WAW-300B微机控制电液伺服万能试验机上进行抗压强度测试；选取人造板表面胶合强度GB/T17657-2013测试方法，设置力速度为0.1KN/s，进行抗压强度测试。
采用本发明的技术方案取得了如下技术效果：
(1)采用上述技术方案，水泥、石灰、石膏、粉煤灰、铁尾矿和水作为新材料的基本原料，通过添加徐水土、钾长石、石英、氧化铝粉等混合料，该混合料在一定高温烧制下强度会越来越高的特点，来提升新材料的耐火性能。
(2)通过徐水土的加入，徐水土属于可塑性较好的粘土，颗粒细，吸水性强，对一些非可塑性原料(钾长石、石英)产生结合能力，有效解决了新材料在干燥过程中容易产生变形与开裂的缺陷，并且当温度达到1000℃以上时，由于脱水后粘土矿物分解，而有莫来石晶体生成，对新材料强度有一定的提升。
(3)通过钾长石的引入，减少了新材料在高温灼烧下的干燥收缩和变形，还可作为熔剂降低烧成温度，促使石英和徐水土之间熔融，并在液相中相互扩散渗透而加速莫来石的形成。
(4)通过添加少量石英，石英本身具有很高的熔点，进而具备良好的耐火性，有利于提高新材料的耐火性，其与徐水土在高温中生成的莫来石晶体较好的提高了新材料的机械强度和化学稳定性。
(5)通过添加微量氧化铝粉，氧化铝粉具有耐高温、耐腐蚀、性质稳定等特点，能够显著提升新材料的耐火性能。
(6)通过添加少量铁尾矿，铁尾矿经活化后作为掺合料添加到水泥基材料中，是提高其利用效率的一种有效手段。铁尾矿具有较高的硅含量，SiO2、Fe2O3和Al2O3含量丰富，烧失量较低。铁尾矿与水泥基材料掺和，各粒级颗粒物之间存在相互填充的作用，且可减少填充水使水泥基材料微结构更加密实，在节约水泥的同时，提高了抗渗性且避免了泌水离析现象。另外，铁尾矿的微集料效应可有效提高水泥基材料的工作性能。总之，铁尾矿的添加，提高了新材料抗压强度、容重、导热等物理性能。
(7)通过添加微量纯碱和水玻璃混合电解质，水玻璃对徐水土泥浆具有良好的稀释作用，有效的改善了泥浆的流动性。
附图说明
图1为本发明不同组分试块煅烧前后抗压强度对比；
图2为组分1试块煅烧前后形貌；
图3为组分2试块煅烧前后形貌；
图4为组分3试块煅烧前后形貌。
具体实施方式
下面结合附图1-4对本发明的技术方案做详细的说明和实施。
本发明的一种绿色免烧耐高温水泥基材料，绿色免烧耐高温水泥基材料，其组成按重量份计主要包括以下原料：普通硅酸盐水泥3-8份、生石灰粉4-9份、二水石膏1-2份、粉煤灰15-40份、铁尾矿2-5份、徐水土3-19份、钾长石3-12份、石英0.3-1.7份、氧化铝粉0.5-3份。
其制备方法，包括如下步骤：
步骤一：准备绿色免烧耐高温水泥基材料，其组成按重量份计主要包括以下原料：普通硅酸盐水泥3-8份、生石灰粉4-9份、二水石膏1-2份、粉煤灰15-40份、铁尾矿2-5份、徐水土3-19份、钾长石3-12份、石英0.3-1.7份、氧化铝粉0.5-3份。
其中，徐水土是经过淘洗工艺处理过的粉末原料，徐水土在最初研磨过程中需先加入占徐水土总量0.5％的纯碱，待磨至规定细度200目后加入占徐水土总量0.5％的水玻璃，用玻璃棒搅拌均匀。
淘洗工艺流程为：将徐水土原矿和水混合过筛(100目)，除去筛余的粗渣。将过筛的混合物泵送到直径50mm水旋分离器中分离，将分离出来的细渣倒入排渣池中。剩余分离出来的混合物，经过吸铁处理后，放入沉淀池中沉淀，出料。
步骤二：按配比依次称取水泥基材料各原料倒入搅拌锅中，称取水备用，称取水量为25.3份。
步骤三：将步骤一中的搅拌锅置于水泥胶砂搅拌机上固定好，手动启动搅拌机低速旋转搅拌叶，拌和5s后徐徐加水，在20-30秒内加完。然后启用搅拌机自动程序开始搅拌，直至程序停止。
步骤四：将步骤三制得的浆料倒入20mm×20mm×20mm六联水泥试模中，将装满浆料的模具放到振实台上振密实，1天后拆模，放入标准养护箱中养护28天，取出，绿色免烧耐高温水泥基材料制备完成。
本发明采用三种试块材料进行比对分析。
实施例组分1：如图2所示，一种绿色免烧耐高温水泥基材料，其主要原料重量份如下：普通硅酸盐水泥7.4份、生石灰粉8.8份、二水石膏1.6份、粉煤灰36份、铁尾矿3份、徐水土3份、钾长石3份、石英0.3份、氧化铝粉0.5份、微量纯碱、水玻璃、适量水。
实施例组分2：如图3所示，一种绿色免烧耐高温水泥基材料，其主要原料重量份如下：硅酸盐水泥6.7份、生石灰粉8份、二水石膏1.5份、粉煤灰32份、铁尾矿2份、徐水土6.5份、钾长石4份、石英0.6份、氧化铝粉1份、微量纯碱、水玻璃、适量水。
实施例组分3：如图4所示，一种绿色免烧耐高温水泥基材料，其主要原料重量份如下：硅酸盐水泥3.5份、生石灰粉4份、二水石膏1份、粉煤灰16份、铁尾矿2份、徐水土19份、钾长石11份、石英1.7份、氧化铝粉3份、微量纯碱、水玻璃、适量水。
上述绿色免烧耐高温水泥基材料的耐高温性能检测方法，包括以下步骤：
(1)将养护箱养护完成的砌块放入马弗炉中，先以10℃/min速率烧至200℃，接着以10℃/min速率烧至1300℃，并保温2小时，取出冷却至室温。
(2)采用水泥净浆抗压强度试验方法，在WAW-300B微机控制电液伺服万能试验机上进行抗压强度测试。选取人造板表面胶合强度GB/T17657-2013测试方法，设置力速度为0.1KN/s，进行抗压强度测试。
如图1所示，通过上述三组组分的比对分析可知，该发明以水泥、石灰、石膏、粉煤灰、水作为材料的主体，通过添加徐水土、钾长石、石英、氧化铝粉、铁尾矿等混合料，利用该混合料在一定高温烧制下强度升高特点，来提升新材料的耐火性能。测试结果显示，新材料不需高温烧制，在常温下便可成型，并具有一定的强度，受火后在保持强度方面效果显著。另外，新材料的主要组成原料有粉煤灰、石灰和铁尾矿，三者均为工业废弃物，增加了粉煤灰、石灰和铁尾矿的回收利用率，符合绿色可持续发展要求。
以上各实施例只是为了更清楚说明本发明的技术方案作出列举，并非对本发明的限定，本领域的普通技术人员根据本领域的公知常识对本申请技术方案的变通亦均在本申请保护范围之内，总之，上述实施例仅为列举，本申请的保护范围以所附权利要求书范围为准。

Claims (10)

1.一种绿色免烧耐高温水泥基材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：准备绿色免烧耐高温水泥基材料，其组成按重量份计主要包括以下原料：普通硅酸盐水泥3-8份、生石灰粉4-9份、二水石膏1-2份、粉煤灰15-40份、铁尾矿2-5份、徐水土3-19份、钾长石3-12份、石英0.3-1.7份、氧化铝粉0.5-3份；
其中，所述的徐水土是经过淘洗工艺处理过的粉末原料，徐水土在最初研磨过程中需先加入占徐水土总量0.5％的纯碱，待磨至规定细度后加入占徐水土总量0.5％的水玻璃，用玻璃棒搅拌均匀；
所述淘洗工艺流程为：将徐水土原矿和水混合过筛，除去筛余的粗渣；将过筛的混合物泵送到水旋分离器中分离，将分离出来的细渣倒入排渣池中；剩余分离出来的混合物，经过吸铁处理后，放入沉淀池中沉淀，出料；
步骤二：按配比依次称取水泥基材料各原料倒入搅拌锅中，称取水备用；
步骤三：将步骤一中的搅拌锅置于水泥胶砂搅拌机上固定好，手动启动搅拌机低速旋转搅拌叶，拌和加水，然后启用搅拌机自动程序开始搅拌，直至程序停止；
步骤四：将步骤三制得的浆料倒入六联水泥试模中，将装满浆料的模具放到振实台上振密实，1天后拆模，放入标准养护箱中养护28天，取出，绿色免烧耐高温水泥基材料制备完成。
2.根据权利要求1所述的一种绿色免烧耐高温水泥基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，所述规定细度为200目；所述淘洗工艺中，徐水土原矿和水混合过筛的细度为100目，且所述水旋分离器的直径为50mm。
3.根据权利要求2所述的一种绿色免烧耐高温水泥基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，称取水量为：20-28份。
4.根据权利要求3所述的一种绿色免烧耐高温水泥基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，手动启动搅拌机低速旋转搅拌叶，拌和5s后徐徐加水，在20-30秒内加完。
5.根据权利要求4所述的一种绿色免烧耐高温水泥基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，六联水泥试模的长宽高尺寸为：20mm×20mm×20mm。
6.根据权利要求1所述的一种绿色免烧耐高温水泥基材料的制备方法，其特征在于：所述绿色免烧耐高温水泥基材料，其主要原料重量份如下：普通硅酸盐水泥7.4份、生石灰粉8.8份、二水石膏1.6份、粉煤灰36份、铁尾矿3份、徐水土3份、钾长石3份、石英0.3份、氧化铝粉0.5份。
7.根据权利要求1所述的一种绿色免烧耐高温水泥基材料的制备方法，其特征在于：所述绿色免烧耐高温水泥基材料，其主要原料重量份如下：硅酸盐水泥6.7份、生石灰粉8份、二水石膏1.5份、粉煤灰32份、铁尾矿2份、徐水土6.5份、钾长石4份、石英0.6份、氧化铝粉1份。
8.根据权利要求1所述的一种绿色免烧耐高温水泥基材料的制备方法，其特征在于：所述绿色免烧耐高温水泥基材料，其主要原料重量份如下：硅酸盐水泥3.5份、生石灰粉4份、二水石膏1份、粉煤灰16份、铁尾矿2份、徐水土19份、钾长石11份、石英1.7份、氧化铝粉3份。
9.一种根据权利要求1-5所述的制备方法制得的绿色免烧耐高温水泥基材料，其特征在于，所述的绿色免烧耐高温水泥基材料，其组成按重量份计主要包括以下原料：普通硅酸盐水泥3-8份、生石灰粉4-9份、二水石膏1-2份、粉煤灰15-40份、铁尾矿2-5份、徐水土3-19份、钾长石3-12份、石英0.3-1.7份、氧化铝粉0.5-3份。
10.一种根据权利要求9所述的绿色免烧耐高温水泥基材料的耐高温性能检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将养护箱养护完成的砌块放入马弗炉中，先以10℃/min速率烧至200℃，接着以10℃/min速率烧至1300℃，并保温2小时，取出冷却至室温；
(2)采用水泥净浆抗压强度试验方法，在WAW-300B微机控制电液伺服万能试验机上进行抗压强度测试；选取人造板表面胶合强度GB/T17657-2013测试方法，设置力速度为0.1KN/s，进行抗压强度测试。
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