CN105016636B - 一种石膏矿渣发泡水泥保温板及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石膏矿渣发泡水泥及其保温板和制备方法，该水泥的原料由以下质量百分比的组分组成：矿渣80‑90％，脱硫石膏10‑15％，建筑石膏0‑10％，消石灰0‑10％，石灰石0‑10％。该保温板的原料由以下重量份数的组分组成：水泥2400‑4000、粉煤灰140‑1200、水1600‑2400、稳泡剂20‑60、减水剂0‑10、发泡剂100‑300、纤维0‑30。本发明的优点在于：对脱硫石膏进行资源化利用，大量利用矿渣、粉煤灰等工业废弃物，且生产过程节能环保，具有良好的经济和环境效益。另外，本发明发泡保温板具有质轻、保温隔热、阻燃、隔音吸声等特点，生产成本低，工艺简单。
Description
技术领域
本发明属于建筑节能材料领域，具体涉及一种以石膏矿渣水泥为主要胶凝材料的发泡水泥保温板及其制备方法。
背景技术
在各大能源消耗的比例中，建筑能耗占有较高的比重，因此，节能型建筑材料势必成为今后新型建材的发展方向，开发高效保温的新型墙体材料对降低建筑能耗和达到节能的要求都有着重大的意义。在外墙保温系统中，之前普遍采用的保温材料是EPS和XPS等有机高分子材料。它们虽然保温性能优异，但具有易燃、易老化脱落、维修更换复杂等明显的缺点，特别是易燃的缺陷，使得发生不少因外墙保温板燃烧引起了的重大火灾事故，造成了巨大的人员伤亡和财产损失。另外一种以珍珠岩等多孔轻质材料制成的颗粒胶粉砂浆，虽解决了防火问题，但是其吸水率较高，容易开裂，从而导致保温效果不佳。
发泡水泥，是通过发泡剂与水按比例混合并高速搅拌制出泡沫，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后进行现浇施工或模具成型，经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。发泡水泥保温板不仅导热系数低，保温效果好，而且不燃烧，防水，与墙体粘结力强，强度高，无毒害放射物质，环保，目前已成为墙体保温和防火隔离带理想的保温材料，但其使用的原料硅酸盐水泥在制备过程中能耗高，不符合节能减排的 要求。此外，采用硅酸盐系列水泥制造发泡水泥成本也较高。
脱硫石膏和矿渣都是工业生产中的副产物或废料，其来源广泛、产量丰富但利用率低。脱硫石膏作为燃煤火电厂湿石灰-石膏法烟气脱硫的产物，是一种有着广泛应用前景的工业废弃物。其主要应用方向是制备混凝土的促凝剂、石膏板、石膏砌块、粉刷石膏等产品。目前我国脱硫石膏的年产量大概为6000万吨,利用率大概为83％，每年仍有1020万吨脱硫石膏因无法利用而堆积填埋。并且，现有脱硫石膏板材、砌块等产品有着耐水性差的显著缺点。粒化高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣。高炉矿渣的产生量一般为生铁产量的25％～50％左右。2013年我国生铁产量为70897万吨，估算每年产生的高炉矿渣总量至少在20000万吨以上。目前我国高炉矿渣的利用率在85％左右，离发达国家的当年排渣当年用完，完全实现资源化还有较大的距离。
将制备出的水泥应用到发泡水泥保温板的制备中，有效地利用了脱硫石膏和冶铁废渣等工业废弃物资源，实现了资源的回收利用，具有绿色、廉价的优势，推动了建筑节能的发展。
本发明制备的石膏矿渣发泡水泥板相比目前普遍使用的EPS和XPS等有机外墙保温材料，其耐火性好，达到不燃级别(即A级)；其次，相比于硅酸盐水泥发泡保温板，其脱硫石膏煅烧温度(700℃)相对于硅酸盐水泥烧结温度(1450℃)大大降低，有效减小了能源消耗，具有良好的经济效益。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种石膏矿渣发泡水泥及由该水泥制成的保温板，通过合适的配合比得到较好的水泥，通过化学发泡的方法和相应的稳定剂等在相对稳定的状态下浇筑成型，得到一种轻质高强、防水防火、保温隔热性能优良的发泡保温板。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种石膏矿渣发泡水泥，其原料由以下质量百分比的组分组成：矿渣80-90％，脱硫石膏10-15％，建筑石膏0-10％，消石灰0-10％，石灰石0-10％。
进一步的，所述脱硫石膏为经700℃煅烧1h的脱硫石膏，并经过磨细处理。
进一步的，所述矿渣为S95或S105的矿粉。
上述石膏矿渣发泡水泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)脱硫石膏经700℃煅烧一小时后并用球磨机粉磨35min后备用；
(2)按比例复合掺加建筑石膏、消石灰与石灰石粉作为熟料，经实验室球磨机粉磨50min后备用；
(3)按比例将脱硫石膏、熟料、矿渣一起粉磨1h，制备水泥。
一种石膏矿渣发泡水泥保温板，其原料由以下重量份数的组分组成：水泥2400-4000、粉煤灰140-1200、水1600-2400、稳泡剂20-60、减水剂0-10、发泡剂100-300、纤维0-30；
所述水泥为上述的石膏矿渣发泡水泥。
进一步的，所述发泡剂为浓度为质量浓度为30％～40％的双氧水。
进一步的，所用稳泡剂为硬脂酸钙。
进一步的，所述减水剂为聚羧酸减水剂或萘系减水剂或脂肪族减水剂或其它减水剂中的一种。
进一步的，所述纤维为长度为5-20mm的聚丙烯纤维或玻璃纤维或玄武岩纤维的一种或几种。
进一步的，所述粉煤灰为I级或Ⅱ级粉煤灰；水为自来水。
上述的石膏矿渣发泡水泥保温板的制备方法，包括以下步骤：
(1)对于粉剂型减水剂，按比例将水泥、粉煤灰、减水剂、纤维搅拌均匀后，加入全部的水，搅拌30s；对于液态型减水剂，先将减水剂加入全部的水中搅拌均匀，再加入水泥、粉煤灰、纤维，搅拌30s；
(2)将稳泡剂加入步骤(1)的拌合物中搅拌1min；
(3)将发泡剂加入步骤(2)得到的拌合物中，搅拌5～7s；
(4)将步骤(3)得到的拌合物于3～6s内浇注到模具中，静置24h后拆模。
本发明得到了以石膏矿渣水泥为胶凝材料的发泡水泥保温板不仅可以用现场浇注，也可以用来生产制品。通过改变发泡剂掺量来调节发泡程度，还可以生产保温砌块。
本发明中，石膏-矿渣复合为主要胶凝材料，粉煤灰作为辅助胶凝组分，共同组成了以石膏矿渣发泡水泥复合体系。煅烧脱硫石膏成分为CaSO4，而粒化炉渣中则含有SiO2、Al2O3，活性较高，在碱性条件下，存在两种激发机理：碱激发和硫酸盐激发。石膏将作为硫酸盐激发剂使矿渣水化，生成水化硫铝酸钙化合物即钙矾石(AFt)(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)和低碱性水化硅酸钙C-S-H凝胶(化学组成和形态不固定，均随反应条件不同而 变化)。钙矾石为水硬性材料，将有效改善石膏的耐水性，而C-S-H凝胶将会提高整个复合体系的强度。并且在碱性条件下有利于促进矿渣分解产生钙离子、铝离子和硅离子，进一步反应生成钙矾石和C-S-H凝胶。钙矾石是硅酸盐水化产物中提供早期强度的主要物质，而不同碱性环境下将导致钙矾石产量不同，因而碱度直接影响早期水泥强度。碱度适中时，符合钙矾石生成条件，钙矾石析出并填充到固体颗粒的空隙中，进而提高水泥石的密实性和强度。网状的C-S-H凝胶和部分AFt、Ca(OH)2相互交织在一起形成致密结构，少量未水化的矿渣粉和脱硫石膏填充在硬化体的孔隙中，大大减少了硬化体结构中的大孔和连通孔的数量，从而使胶凝材料具有较高的强度和良好的耐水性。粉煤灰的主要含有大量的活性SiO2和Al2O3，其和水泥复合使用，可以充分发挥两者的活性，对整个体系的早期强度和后期强度的发展起到很大的作用。高效减水剂的加入可以降低整体用水量，提高整体流变性及可塑性，使得强度提高。聚丙烯纤维可以提高构件的抗折强度，减少收缩，防止结构开裂。稳泡剂的加入可以改善发泡水泥的性能，使泡沫稳定时间更长。
本发明的有益效果是：
本发明对脱硫石膏进行资源化利用，大量利用矿渣、粉煤灰等工业废弃物，且生产过程节能环保，具有良好的经济和环境效益。另外，本发明发泡保温板具有质轻、保温隔热、阻燃、隔音吸声等特点，生产成本低，工艺简单。
采用本发明的技术方案制备的发泡保温板性能如下：干密度225kg/m3,导热系数0.062W/(m·K)，抗压强度0.56MPa，体积吸水率7.5％。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例1
一种以石膏矿渣水泥为主要胶凝材料的发泡保温板，其原料按重量份数，包括以下组分：水泥2800，粉煤灰1200，水2080，硬脂酸钙60，萘系减水剂(粉剂)10，过氧化氢208，聚丙烯纤维20；其中，过氧化氢采用质量浓度为30％的双氧水，其质量以H2O2计；聚丙烯纤维的长度为5-20mm，粉煤灰为I级粉煤灰，水为自来水。
其中，水泥的原料由以下质量百分比的组分组成：矿渣80％，脱硫石膏15％，建筑石膏3％，消石灰1％，石灰石1％。其中，矿渣为S95级的矿粉。
其制备方法是：首先将脱硫石膏经700℃煅烧一小时后并用球磨机粉磨35min后备用(煅烧石膏以提高水泥早期强度)；按比例复合掺加建筑石膏、消石灰与石灰石粉作为熟料，经实验室球磨机粉磨50min后备用；按比例将脱硫石膏、熟料、矿渣一起粉磨1h，制备水泥。
按比例将水泥、粉煤灰、减水剂、纤维搅拌均匀后，加入全部的水，搅拌30s；再将硬脂酸钙加入其中，搅拌1min；加入双氧水，搅拌6～7s；3～6s内入模，静置24h后拆模。
这种发泡水泥的7d抗压强度为0.42MPa，28d抗压强度为0.56MPa，干密度250kg/m3，导热系数0.065W/(m·K)，体积吸水率8％。
实施例2
一种以石膏矿渣水泥为主要胶凝材料的发泡保温板，其原料按重量份 数，包括以下组分：水泥3200，粉煤灰800，水2080，硬脂酸钙60，聚羧酸减水剂(液体)10，过氧化氢208，聚丙烯纤维20；其中，过氧化氢采用质量浓度为40％的双氧水，其质量以H2O2计，聚丙烯纤维的长度为5-20mm，粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，水为自来水。
其中，水泥的原料由以下质量百分比的组分组成：矿渣90％，脱硫石膏10％。其中，矿渣为S105级的矿粉。
其制备方法是：首先将脱硫石膏经700℃煅烧一小时后并用球磨机粉磨35min后备用(煅烧石膏以提高水泥早期强度)；按比例将脱硫石膏、矿渣一起粉磨1h，制备水泥。
按照比例，先将减水剂加入全部的水中搅拌均匀，再加入水泥、粉煤灰、纤维，搅拌30s；再将硬脂酸钙加入其中，搅拌1min；加入双氧水，搅拌6～7s；3～6s内入模，静置24h后拆模。
这种发泡水泥的7d抗压强度为0.32MPa，28d抗压强度为0.46MPa，干密度180kg/m3，0.055W/(m·K)，体积吸水率9％。
实施例3
一种以石膏矿渣水泥为主要胶凝材料的发泡保温板，其原料按重量份数，包括以下组分：水泥2400，粉煤灰140，水1600，硬脂酸钙40，过氧化氢300，玻璃纤维30；其中，过氧化氢采用质量浓度为35％的双氧水，其质量以H2O2计，玻璃纤维的长度为5-20mm，粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，水为自来水。
其中，水泥的原料由以下质量百分比的组分组成：矿渣85％，脱硫石膏 12％，建筑石膏1％，消石灰1％，石灰石1％。其中，矿渣为S95的矿粉。
其制备方法是：首先将脱硫石膏经700℃煅烧一小时后并用球磨机粉磨35min后备用(煅烧石膏以提高水泥早期强度)；按比例复合掺加建筑石膏、消石灰与石灰石粉作为熟料，经实验室球磨机粉磨50min后备用；按比例将脱硫石膏、熟料、矿渣一起粉磨1h，制备水泥。
按比例将水泥、粉煤灰、纤维搅拌均匀后，加入全部的水，搅拌30s；将硬脂酸钙加入其中，搅拌1min；加入双氧水，搅拌6～7s；3～6s内入模，静置24h后拆模。
实施例4
一种以石膏矿渣水泥为主要胶凝材料的发泡保温板，其原料按重量份数，包括以下组分：水泥4000，粉煤灰600，水2400，硬脂酸钙20，脂肪族减水剂(液体)5，过氧化氢100；其中，过氧化氢采用质量浓度为30％的双氧水，其质量以H2O2计；粉煤灰为I级粉煤灰，水为自来水。
其中，水泥的原料由以下质量百分比的组分组成：矿渣80％，脱硫石膏10％，石灰石10％。其中，矿渣为S95的矿粉。
其制备方法是：首先将脱硫石膏经700℃煅烧一小时后并用球磨机粉磨35min后备用(煅烧石膏以提高水泥早期强度)；将石灰石粉经实验室球磨机粉磨50min后备用；按比例将脱硫石膏、石灰石粉、矿渣一起粉磨1h，制备水泥。
按照比例，先将减水剂加入全部的水中搅拌均匀，再加入水泥、粉煤灰，搅拌30s；再将硬脂酸钙加入其中，搅拌1min；加入双氧水，搅拌6～7s；3～6s 内入模，静置24h后拆模。
实施例5
一种以石膏矿渣水泥为主要胶凝材料的发泡保温板，其原料按重量份数，包括以下组分：水泥3000，粉煤灰800，水2000，硬脂酸钙40，脂肪族减水剂(液体)10，过氧化氢200，纤维15；其中，过氧化氢采用质量浓度为40％的双氧水，其质量以H2O2计；纤维为聚丙烯纤维和玻璃纤维的混合，其长度为5-20mm；粉煤灰为I级粉煤灰，水为自来水。
其中，水泥的原料由以下质量百分比的组分组成：矿渣80％，脱硫石膏10％，消石灰10％。其中，矿渣为S95的矿粉。
其制备方法是：首先将脱硫石膏经700℃煅烧一小时后并用球磨机粉磨35min后备用(煅烧石膏以提高水泥早期强度)；将石灰经实验室球磨机粉磨50min后备用；按比例将脱硫石膏、石灰、矿渣一起粉磨1h，制备水泥。
按照比例，先将减水剂加入全部的水中搅拌均匀，再加入水泥、粉煤灰、纤维，搅拌30s；再将硬脂酸钙加入其中，搅拌1min；加入双氧水，搅拌6～7s；3～6s内入模，静置24h后拆模。
实施例6
一种以石膏矿渣水泥为主要胶凝材料的发泡保温板，其原料按重量份数，包括以下组分：水泥2400，粉煤灰600，水2400，硬脂酸钙60，萘系减水剂(粉剂)10，过氧化氢100，纤维30；其中，过氧化氢采用质量浓度为35％的双氧水，其质量以H2O2计；纤维为聚丙烯纤维和玻璃纤维的混合，其长度为5-20mm；粉煤灰为I级粉煤灰，水为自来水。
其中，水泥的原料由以下质量百分比的组分组成：矿渣80％，脱硫石膏10％，建筑石膏10％。其中，矿渣为S95的矿粉。
其制备方法是：首先将脱硫石膏经700℃煅烧一小时后并用球磨机粉磨35min后备用(煅烧石膏以提高水泥早期强度)；将建筑石膏经实验室球磨机粉磨50min后备用；按比例将脱硫石膏、建筑石膏、矿渣一起粉磨1h，制备水泥。
按比例将水泥、粉煤灰、减水剂、纤维搅拌均匀后，加入全部的水，搅拌30s；再将硬脂酸钙加入其中，搅拌1min；加入双氧水，搅拌6～7s；
3～6s内入模，静置24h后拆模。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种石膏矿渣水泥发泡保温板，其特征在于：其原料由以下重量份数的组分组成：水泥2400-4000、粉煤灰140-1200、水1600-2400、稳泡剂20-60、减水剂0-10、发泡剂100-300、纤维0-30；
所述水泥为石膏矿渣水泥，其原料由以下质量百分比的组分组成：矿渣80-90%，脱硫石膏10-15%，建筑石膏0-10%，消石灰0-10%，石灰石0-10%；所述脱硫石膏为经700℃煅烧1h的脱硫石膏，并经过磨细处理；所述矿渣为S95或S105的矿粉；
所述稳泡剂为硬脂酸钙；
所述纤维为长度为5-20mm的聚丙烯纤维或玻璃纤维或玄武岩纤维的一种或几种。
2.如权利要求1所述的石膏矿渣水泥发泡保温板，其特征在于：所述发泡剂是质量浓度为30%~40%的双氧水。
3.如权利要求1所述的石膏矿渣水泥发泡保温板，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸减水剂或萘系减水剂或脂肪族减水剂中的一种。
4.一种如权利要求1-3任一所述的石膏矿渣水泥发泡保温板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）对于粉剂型减水剂，按比例将水泥、粉煤灰、减水剂、纤维搅拌均匀后，加入全部的水，搅拌30s；对于液态型减水剂，先将减水剂加入全部的水中搅拌均匀，再加入水泥、粉煤灰、纤维，搅拌30s；
（2）将稳泡剂加入步骤（1）的拌合物中搅拌1min；
（3）将发泡剂加入步骤（2）得到的拌合物中，搅拌5~7s；
（4）将步骤（3）得到的拌合物于3~6s内浇注到模具中，静置24h后拆模。
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