本發(fā)明涉及一種以渣土為原料的含鋁托勃莫來石蒸壓加氣混凝土砌塊及生產(chǎn)方法，屬于建筑用新型墻體材料及生產(chǎn)方法技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明中的一種主要原材料為城市中大量堆堆積、且難以處理和利用的建筑渣土余泥，涉及固體廢棄物處置領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

建筑垃圾是城市的副產(chǎn)物，城市發(fā)展和居民生活產(chǎn)生了大量建筑垃圾，渣土余泥是其中重要一種。在2000年以前，許多城市待建地和低洼地帶分布廣泛，建設(shè)項(xiàng)目的土地平整工程以“缺方”為主，渣土余泥的生產(chǎn)規(guī)模相對有限，通過填筑地基、就地掩埋等方式可由社會自發(fā)基本完成。隨著我國城市現(xiàn)代化建設(shè)步伐加大，尤其是地鐵項(xiàng)目的開工建設(shè)，城市低洼地帶基本填平，建設(shè)項(xiàng)目的土地平整工程以“棄方”為主，國家也開始嚴(yán)格限制填海填湖行為，由社會自發(fā)實(shí)現(xiàn)的渣土余泥排放平衡被打破。在一些大中城市，由政府和民間建設(shè)的渣土余泥受納場或“收土點(diǎn)”應(yīng)運(yùn)而生，然而并未從根本上解決渣土余泥處置難的問題。其主要原因是受納場數(shù)量有限、庫容不足、消化艱難，導(dǎo)致大量渣土余泥亂排亂放、越堆越高，造成嚴(yán)重的水土流失、滑土滑坡、河道淤塞和環(huán)境污染，危及人民的生產(chǎn)、生活安全。

因此，對渣土余泥的資源化利用和消化處理成為政府和環(huán)保企業(yè)亟待解決的技術(shù)問題。部分建筑垃圾經(jīng)自然風(fēng)化降解后會變成顆粒粗細(xì)不一的渣土余泥，外觀呈泥質(zhì)或粘土質(zhì)，主要化學(xué)成分為50-70％二氧化硅、20-30％氧化鋁。渣土經(jīng)進(jìn)一步破碎處理可作為硅質(zhì)原料用于生產(chǎn)水泥混凝土制品，主要有標(biāo)準(zhǔn)磚、免蒸壓砌塊和蒸壓加氣混凝土砌塊等。

中國專利申請?zhí)枮?01210082187.5公布了利用建筑垃圾生產(chǎn)免蒸養(yǎng)混凝土加氣保溫磚及其生產(chǎn)方法，原材料為水泥、建筑垃圾骨料、CaO、CaSO₄、碳酸胺、聚乙烯醇、羥丙基甲基纖維、甲酸鈣，采用鋁粉、鋁粉膏、雙氧水或碳酸氫鈉發(fā)泡，經(jīng)配料、混合、注模、固化養(yǎng)護(hù)得到免蒸壓混凝土保溫磚。中國專利申請?zhí)枮?01410122099.2公布了一種采用建筑垃圾制作加氣混凝土砌塊的配方及加工方法，其配料比為建筑垃圾35-40％、粉煤灰15-25％、生石灰6-11％、水泥10-15％、硅沙3-7％、脫硫石膏3-5％、紅泥5-10％。原料種類較多，且未對建筑垃圾的成分和品質(zhì)作具體說明，也未對生產(chǎn)過程中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)如鈣硅比、料漿擴(kuò)展度等作闡述，產(chǎn)業(yè)化存在技術(shù)難度。中國專利申請?zhí)枮?01410349225.8公布了一種再生加氣混凝土砌塊及其制備方法，通過以25-50％(wt)再生混凝土粉料替代砂料制得再生加氣混凝土砌塊，控制再生加氣混凝土砌塊含硅量為51.9-71.6％(wt)，成品符合國標(biāo)B06技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其缺點(diǎn)是再生粉料替代率偏低，且再生混凝土粉料化學(xué)成分與渣土差別較大。中國專利申請?zhí)枮?00410036554.3公布了一種黃金尾礦蒸壓加氣混凝土砌塊及生產(chǎn)方法。它是采用黃金尾礦(金礦選廠廢渣)替代常用的粉煤灰為主要原料，配合適量水泥、生石灰、鋁粉、磷石膏和水等，生產(chǎn)環(huán)保型蒸壓加氣混凝土砌塊。該產(chǎn)品被山東建筑工程質(zhì)量檢測中心批準(zhǔn)為合格產(chǎn)品，已作為成熟產(chǎn)品進(jìn)入市場，但仍需進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種以渣土為主要原料之一，且工藝簡單、易于實(shí)現(xiàn)、質(zhì)量穩(wěn)定的含鋁托勃莫來石蒸壓加氣混凝土砌塊及生產(chǎn)方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種含鋁托勃莫來石渣土蒸壓加氣混凝土砌塊，按重量百分比，原料配制比為：渣土20-40％、水泥10-15％、生石灰15-25％、砂15-40％、脫硫石膏3-5％、發(fā)泡劑0.05-0.08％、穩(wěn)泡劑0.01-0.03％、外加劑0.02-0.10％，各組份重量配比之和為100％；

所述渣土是指渣土受納場的堆填渣土余泥，主要礦物組成為石英、長石和高嶺土等，主要化學(xué)成分為氧化硅50-70％、氧化鋁15-30％。

所述水泥為PO42.5水泥。

所述生石灰為中速消解石灰，有效氧化鈣含量高于80％。

所述砂為河砂或海砂，二氧化硅含量高于70％。

所述發(fā)泡劑為鋁粉或鋁粉膏，活性鋁含量高于95％。

所述穩(wěn)泡劑為市售的加氣混凝土專用穩(wěn)泡劑，具有抑制石灰消解、促進(jìn)鋁粉脫脂和提高澆注穩(wěn)定性的作用。

加氣混凝土之所以能夠具有一定的強(qiáng)度，其根本原因是由于加氣混凝土的鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料在蒸壓養(yǎng)護(hù)條件下相互作用，氧化鈣與二氧化硅之間進(jìn)行水熱合成反應(yīng)產(chǎn)生新的水化產(chǎn)物的結(jié)果，脫硫石膏起緩凝的作用。通常而言，水泥-石灰-砂體系加氣混凝土鈣質(zhì)材料(水泥、石灰)約占35-45％，硅質(zhì)材料(砂、渣土)約占55-65％，如果超出這個范圍，加氣塊品質(zhì)波動較大。本發(fā)明是以一部分渣土來取代砂，導(dǎo)致材料中鋁元素含量增大，因此需要通過對鋁元素在反應(yīng)過程中對材料性質(zhì)的影響研究和配方的調(diào)整，獲得性能優(yōu)異的產(chǎn)品。

所述外加劑為0.01-0.05％納米二氧化鈦和0.01-0.05％海藻酸鈉。

渣土中的粘土質(zhì)成分對加氣混凝土性能的影響有兩重性：一方面，由于粘土是一種高分散物料，吸水性強(qiáng)，含量過高時(shí)，會使料漿粘度增大，若為保證一定的粘度而增加用水量，則又延長坯體硬化時(shí)間；另一方面，粘土中含有一定量的Al₂O₃，它可以促進(jìn)鋁托勃莫來石的生成。

由于鋁和硅性質(zhì)相近、結(jié)構(gòu)相似，在蒸壓養(yǎng)護(hù)條件下Al³⁺會取代Si⁴⁺進(jìn)入硅氧四面體，與氫氧化鈣反應(yīng)生成含鋁托勃莫來石，置換后的含鋁托勃莫來石硅氧四面體更為緊湊，從而增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，鋁托勃莫來石耐久性和耐高溫性能更佳，比純物質(zhì)合成的托勃莫來石耐熱溫度高出90℃左右，蒸壓加氣塊中的鋁托勃莫來石對強(qiáng)度和耐久性是有利的。通過摻入納米二氧化鈦、海藻酸鈉等外加劑，可以促進(jìn)水化反應(yīng)加速進(jìn)行，加快鋁托勃莫來石相的轉(zhuǎn)變，增多鋁托勃莫來石相的生成，從而使渣土蒸壓加氣混凝土砌塊強(qiáng)度更高、耐久性更好。該工藝在實(shí)現(xiàn)建筑廢棄物資源化的同時(shí)也發(fā)揮了其中活性礦物的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到了物盡其用的效果。

用水量應(yīng)足以使加氣混凝土料漿流動度符合要求，料漿流動度宜為210-240mm。

本發(fā)明中渣土料漿粘性較大，顆粒分散性遠(yuǎn)不如砂、粉煤灰、黃金尾礦、頁巖等硅質(zhì)材料，導(dǎo)致生產(chǎn)過程中用水量難以把握，料漿發(fā)氣不穩(wěn)定，是現(xiàn)有技術(shù)存在的難點(diǎn)之一。本發(fā)明通過嚴(yán)格控制料漿的流動度，在合適的流動度下添加發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑等，保證蒸壓加氣混凝土砌塊容重穩(wěn)定。

優(yōu)選地，原材料CaO/SiO₂摩爾比的適宜范圍為0.65-0.75。原材料中的氧化鈣與二氧化硅成分之間維持一定的比例，使其能夠進(jìn)行充分有效的反應(yīng)，從而使加氣混凝土獲得強(qiáng)度。對任一種類的加氣混凝土和一定的材料、生產(chǎn)工藝來說，鈣硅比都有一個最佳值和最佳范圍。本發(fā)明中的渣土蒸壓加氣混凝土砌塊，其鈣硅比的適宜范圍為0.65-0.75，在此范圍內(nèi)的加氣混凝土強(qiáng)度最高。

一種前述含鋁托勃莫來石渣土蒸壓加氣混凝土砌塊的生產(chǎn)方法，按所述配方采用蒸壓加氣的制備方法，制備的蒸壓加氣混凝土砌塊含有一定鋁托勃莫來石相。

具體地，一種含鋁托勃莫來石渣土蒸壓加氣混凝土砌塊的生產(chǎn)方法，其生產(chǎn)方法流程包括：

(a)渣土和砂加水濕磨，磨細(xì)細(xì)度為料漿能通過180目方孔篩，存入漿料儲罐；水泥、石灰干磨，磨細(xì)細(xì)度為80μm方孔篩篩余小于15％，存入干料儲罐。

(b)渣土、水泥、石灰、砂、石膏、外加劑均經(jīng)計(jì)量配料后，至澆注攪拌機(jī)攪拌均勻，調(diào)節(jié)水料比，使流動度符合要求。

(c)加入發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑、攪拌、澆注入模，澆注溫度38-45℃。

(d)靜停養(yǎng)護(hù)、發(fā)氣、稠化，養(yǎng)護(hù)溫度45-55℃，養(yǎng)護(hù)時(shí)間3.5h。

(e)脫模，切面包頭，按所需尺寸規(guī)格進(jìn)行切割。

(f)入釜蒸壓，進(jìn)釜時(shí)釜內(nèi)溫度110-120℃，抽真空0.5h，升溫1-2h至溫度190℃，壓力1.10MPa，恒壓7-8h，降壓2-3h，出釜得到成品。

本發(fā)明考慮到實(shí)際生產(chǎn)中渣土余泥含水率一般較高，磨細(xì)的渣土顆粒為薄層片狀結(jié)構(gòu)，雖然比表面積較大，但實(shí)際上顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重，在水中難以分散，與水泥、石灰膠結(jié)性較差。因此，采用渣土和砂混合濕磨的方法，既節(jié)省渣土烘干、再粉磨的時(shí)間和成本，又可以破壞渣土的層狀結(jié)構(gòu)，使渣土和砂在懸浮漿液中均勻分布。由于不同區(qū)域、不同來源的渣土成分差異較大，通過對渣土原料進(jìn)行初選，并調(diào)節(jié)渣土和砂的摻量，控制適宜的原材料鈣硅比，可以保證蒸壓加氣混凝土砌塊強(qiáng)度穩(wěn)定。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果包括：

以渣土替代一部分天然砂生產(chǎn)加氣混凝土，既節(jié)省了成本和自然礦物資源，又處置了渣土這一難以消化的城市固體廢棄物，實(shí)現(xiàn)了一舉兩得的目的。利用本發(fā)明技術(shù)方案生產(chǎn)的蒸壓加氣混凝土砌塊通過強(qiáng)度、容重、干燥收縮和導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)，證明其符合《蒸壓加氣混凝土砌塊》(GB11968-2006)B06合格品技術(shù)要求。砌塊孔隙較均勻，不掉粉，質(zhì)量穩(wěn)定，是良好的新型墻體保溫材料。

相比其他已公開的技術(shù)方案，本發(fā)明中渣土的利用率大，最大摻量可以達(dá)到40％，且對生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)如原材料品質(zhì)、原料鈣硅比、料漿流動度、蒸養(yǎng)制度等進(jìn)行了詳細(xì)闡述和說明，這些參數(shù)均會對制品性能產(chǎn)生直接影響。此外，通過大量研究試驗(yàn)，摻加外加劑使加氣混凝土的強(qiáng)度得以提高，彌補(bǔ)了渣土的不利特征對加氣混凝土性能的削弱。這種新型的渣土蒸壓加氣混凝土砌塊容重穩(wěn)定在600kg/m³左右，強(qiáng)度可達(dá)到4MPa以上，工藝成熟，真正意義從工業(yè)化應(yīng)用層面上實(shí)現(xiàn)了渣土余泥的處置和利用。

附圖說明

圖1，本發(fā)明實(shí)施例1方案的XRD圖譜

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明及其有效的技術(shù)效果作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

本發(fā)明比較完整的具體實(shí)施方案如下：

實(shí)施例1

一種含鋁托勃莫來石渣土蒸壓加氣混凝土砌塊，按照重量百分比，主要原料配比為：渣土29.81％、水泥12％、生石灰25％、砂30％、脫硫石膏3％、發(fā)泡劑0.07％、穩(wěn)泡劑0.02％、納米二氧化鈦0.05％、海藻酸鈉0.05％。

渣土化學(xué)成分SiO₂含量58.7％、Al₂O₃含量25.3％；水泥為華潤PO42.5水泥，28d強(qiáng)度48MPa；生石灰氧化鈣含量90.1％，消解時(shí)間12min，消解溫度70℃；砂中SiO₂含量82％；發(fā)泡劑為濟(jì)南銀鵬公司生產(chǎn)的鋁粉膏；穩(wěn)泡劑為浙江江山天順生物化工廠制備的加氣混凝土專用外加劑；納米二氧化鈦為親水性、金紅型、顆粒尺寸40nm。

生產(chǎn)方法流程為：

(a)渣土和砂加水濕磨，磨細(xì)細(xì)度為料漿能通過180目方孔篩，存入漿料儲罐；水泥、石灰干磨，磨細(xì)細(xì)度為80μm方孔篩篩余小于15％，存入干料儲罐。

(b)渣土、水泥、石灰、砂、石膏、外加劑均經(jīng)計(jì)量配料后，至澆注攪拌機(jī)攪拌均勻，調(diào)節(jié)水料比，料漿流動度為210-240mm。

(c)加入發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑、攪拌、澆注入模，澆注溫度38-45℃。

(d)靜停養(yǎng)護(hù)、發(fā)氣、稠化，養(yǎng)護(hù)溫度45-55℃，養(yǎng)護(hù)時(shí)間3.5h。

(e)脫模，切面包頭，切割成600×200×200mm長方體砌塊。

(f)入釜蒸壓，進(jìn)釜時(shí)釜內(nèi)溫度110-120℃，抽真空0.5h，升溫1h至溫度190℃，壓力1.10MPa，恒壓7h，降壓2h，出釜得到成品。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的一種含鋁托勃莫來石渣土蒸壓加氣混凝土砌塊及生產(chǎn)方法與實(shí)施例1的區(qū)別：按照重量百分比，主要原料配比為：渣土20.81％、水泥15％、生石灰25％、砂36％、脫硫石膏3％、發(fā)泡劑0.07％、穩(wěn)泡劑0.02％、納米二氧化鈦0.05％、海藻酸鈉0.05％。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的一種含鋁托勃莫來石渣土蒸壓加氣混凝土砌塊及生產(chǎn)方法與實(shí)施例1的區(qū)別：按照重量百分比，主要原料配比為：渣土39.81％、水泥13％、生石灰22％、砂21％、脫硫石膏4％、發(fā)泡劑0.07％、穩(wěn)泡劑0.02％、納米二氧化鈦0.05％、海藻酸鈉0.05％。

將成品按《蒸壓加氣混凝土砌塊》(GB11968-2006)進(jìn)行性能檢測，結(jié)果如下。各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到普通蒸壓加氣混凝土砌塊B06等級合格品要求，可以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。

將實(shí)施例1制備的蒸壓加氣混凝土破碎、磨細(xì)成粉，通過80μm標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行小角度X射線衍射分析(2θ＝5-20°)，觀察水化產(chǎn)物類型，XRD圖譜如下圖1所示。由圖可知，蒸壓加氣混凝土水化后的產(chǎn)物包括Portlandite(氫氧化鈣)、AFt(鈣礬石)和Tobermorite,syn(含鋁托勃莫來石)。Tobermorite,syn是Tobermorite(托勃莫來石)的不同晶型，是Tobermorite的一種，XRD卡片中顯示其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Ca₅Si₅Al(OH)O₁₇·5H₂O，其中含有Al組分，而Tobermorite化學(xué)式為5CaO·6SiO₂·5H₂O，可以證明該物質(zhì)Ca₅Si₅Al(OH)O₁₇·5H₂O為含鋁托貝莫來石。

托勃莫來石是加氣混凝土中最主要的水化產(chǎn)物之一，是一種結(jié)晶完好的單堿水化硅酸鈣，在蒸壓養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長的情況下，半結(jié)晶的CSH(I)可以逐漸轉(zhuǎn)變成結(jié)晶良好的托勃莫來石。在大量細(xì)小、結(jié)晶度較低的CSH(I)中穿插一些結(jié)晶好良的托勃莫來石，能夠顯著提高制品的強(qiáng)度。由于鋁和硅性質(zhì)相近、結(jié)構(gòu)相似，在生成托貝莫來石的過程中，渣土含鋁礦物中的A1³⁺能取代部分Si⁴⁺進(jìn)入托貝莫來石結(jié)構(gòu)中，置換后的含鋁托貝莫來石硅氧四面體更為緊湊，從而增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高了制品的強(qiáng)度。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。