CN114075084A - 一种高钙硅比加气砖的制备方法及其制备的高钙硅比加气砖 - Google Patents
一种高钙硅比加气砖的制备方法及其制备的高钙硅比加气砖 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高钙硅比加气砖的制备方法及其制备的高钙硅比加气砖，涉及建筑材料技术领域；一种高钙硅比加气砖的制备方法，包括以下步骤：S1预晶化：称取预晶化原料，混合均匀，转入高压反应釜，晶化，制得硅酸钙晶化复合物；S2混料：称取加气砖粉料，加入步骤S1制得的硅酸钙晶化复合物，混合均匀，制得混合料；S3制浆：向混合料中加入水，搅拌，加入铝粉，继续搅拌，制得料浆；S4发泡静停：将料浆注入模具中，发泡，静停，制得胚体；S5蒸汽养护：将胚体切割成加气块，水蒸汽养护，制得加气砖。高钙硅比加气砖的制备方法具有可提高产品抗压强度的优点。高钙硅比加气砖具有抗压强度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种高钙硅比加气砖的制备方法及其制备的高钙硅比加气砖。
背景技术
加气砖又名加气混凝土砌块，是通过高温蒸压处理制得的加气混凝土产品。加气砖一般以砂子等硅质材料和石灰等钙质材料为主要原料，通过制浆、浇注、静停、切割、蒸压养护等工艺过程制成轻质多孔混凝土产品。加气砖具有轻质、保温性能好、隔音效果好、抗震力强、适应性强和加工性能好等优点，逐渐被广泛使用。
现有的加气砖制备方法一般是先将砂子、水泥、石灰和铝粉等原料配制成浆料，再将浆料浇注至模具中，铝粉与浆料中的碱反应生成氢气从而产生气泡，使浆料膨胀，经静停处理形成含空心结构的胚体，再经水蒸汽高温高压养护制得加气砖。在静停处理过程中，料浆中的氢氧化钙和二氧化硅反应生成硅酸钙凝胶，在胚体高温高压养护过程中，硅酸钙凝胶发生结晶反应生成高强度的半晶态硅酸钙材料，提高了加气砖的抗压强度。
然而，在胚体高温高压养护过程中，若蒸压养护温度过低，硅酸钙凝胶不易于发生结晶反应生成高强度的半晶态硅酸钙材料，影响了加气砖的抗压强度；若蒸压养护温度过高，高强度的半晶态硅酸钙材料容易转晶生成低强度的水石榴石，给加气砖的抗压强度带来一定的不利影响。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种高钙硅比加气砖的制备方法，其具有可提高产品抗压强度的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种高钙硅比加气砖，其具有抗压强度高的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种高钙硅比加气砖的制备方法，包括以下步骤：
S1预晶化：称取预晶化原料，混合均匀，转入高压反应釜，密封，加热至160-180℃晶化4-7hr，降至室温，抽滤，将滤饼于60-120℃干燥120-250min，制得硅酸钙晶化复合物；所述预晶化原料包括以下重量份原料：硅酸钠2.5-3份，生石灰粉0.2-0.3份，水6-9份，氢氧化钾0.6-0.9份；
S2混料：称取加气砖粉料，加入0.2-0.8重量份的步骤S1制得的硅酸钙晶化复合物，混合均匀，制得混合料；所述加气砖粉料包括以下重量份原料：砂子120-200份，固体硅胶20-50份，白炭黑20-40份，石膏10-20份，生石灰粉120-150份，水泥20-50份；
S3制浆：向混合料中加入80-120重量份的水，以100-400转/分钟的转速搅拌5-10min，加入0.2-0.5重量份的铝粉，继续搅拌2-4min，制得料浆；
S4发泡静停：将料浆注入模具中，室温发泡30-50min，然后在环境温度为50-60℃条件下静停200-280min，制得胚体；
S5蒸汽养护：将胚体切割成加气块，将加气块转入蒸压釜中，于170-190℃水蒸汽中养护300-360min，制得加气砖。
通过采用上述技术方案，在加气砖生产过程中，生石灰粉和水泥中均含有钙离子，砂子、固体硅胶和白炭黑等物质中含有二氧化硅，料浆中的钙与二氧化硅反应生成水化硅酸钙凝胶，对胚体进行高温高压水蒸汽养护，在高温高压水蒸汽环境下，胚体中的水化硅酸钙凝胶结晶生成高强度的半晶态硅酸钙材料，提高了加气砖的抗压强度；然而，在高温高压状态下，半晶态硅酸钙材料容易转晶生成低强度的水石榴石，对加气砖的强度带来不利影响。本申请将硅酸钠与生石灰粉在氢氧化钾的强碱性条件下，通过高温预晶化反应生成含有半晶态硅酸钙材料的硅酸钙晶化复合物，通过在料浆中加入硅酸钙晶化复合物作为晶种，在高温蒸汽养护过程中，硅酸钙晶化复合物形成晶核，诱导水化硅酸钙凝胶结晶生成高强度的半晶态硅酸钙材料，降低了蒸汽养护过程的养护温度，有助于避免半晶态硅酸钙材料转晶生成对加气砖强度不利的水石榴石，显著提高了加气砖的抗压强度。相比于现有技术，本申请中石灰粉用量较多，加气砖的钙硅比高，胚体碱度较高，有助于促进水化硅酸钙凝胶结晶生成高强度的半晶态硅酸钙材料，提高加气砖产品抗压强度。本申请在料浆中加入固体硅胶、白炭黑和砂子的复合硅质料，白炭黑与钙离子反应生成水化硅酸钙凝胶的反应速率较快，固体硅胶的反应速率次之，砂子的反应速率最慢，本申请同时加入砂子、白炭黑和硅胶，有助于控制水化硅酸钙凝胶的生成速率，有助于避免对加气砖强度不利的杂晶的生成，显著提高了加气砖抗压强度。本申请通过加入自制的硅酸钙晶化复合物、提高投料钙硅比、降低蒸汽养护温度和使用复合硅质料，这几种因素共同影响，显著提高了加气砖产品的抗压强度。
优选的，所述步骤S2-S3中使用的原料按如下重量份配比投料：硅酸钙晶化复合物0.4-0.6份，砂子150-180份，固体硅胶30-40份，白炭黑25-35份，石膏10-20份，生石灰粉120-150份，水泥30-40份，水95-105份，铝粉0.2-0.5份。
通过采用上述技术方案，使用更优的原料配比，有助于提高加气砖的抗压强度，有助于延长产品使用寿命，有助于产品市场推广。
优选的，所述硅酸钠为九水偏硅酸钠，所述预晶化原料还包括0.05-0.1重量份的乙醇。
通过采用上述技术方案，在预晶化过程中加入少量的乙醇，乙醇与水互溶，具有与盐析效应相似的功能，促进九水偏硅酸钠和钙离子生成固相水化硅酸钙凝胶，诱导水化硅酸钙凝胶通过固相转化机理生成小晶粒的半晶态硅酸钙材料，小晶粒的半晶态硅酸钙材料具有更大的比表面积，在步骤S5蒸汽养护过程中形成更多的有效晶核，促进步骤S5蒸汽养护过程中水化硅酸钙凝胶更多地转化成高强度的半晶态硅酸钙材料，提高加气砖产品抗压强度。
优选的，所述步骤S1称取预晶化原料，混合均匀，转入高压反应釜，密封，以200-500转/分钟的转速搅拌，加热至170-190℃晶化4-7hr，降至室温，抽滤，将滤饼于60-120℃干燥120-250min，制得干料，将干料粉碎至粒径不大于20μm为止，制得硅酸钙晶化复合物。
通过采用上述技术方案，在搅拌状态下晶化，有助于减小硅酸钙晶化复合物的粒径，在步骤S5蒸汽养护过程中形成更多的有效晶核，促进步骤S5蒸汽养护过程中水化硅酸钙凝胶更多地转化成高强度的半晶态硅酸钙材料，提高加气砖产品抗压强度。
优选的，所述加气砖粉料还包括0.2-0.5重量份的磷酸十二醇酯。
通过采用上述技术方案，铝粉在发泡过程中与料浆中的碱反应生成氢气，产生气泡使料浆膨胀，形成空心结构，提高加气砖的隔音性能和隔热保温性能，在料浆中加入少量具有一定分散作用的磷酸十二醇酯，有助于铝粉均匀分散在料浆中，更好地改善加气砖的隔音性能和隔热保温性能。
优选的，所述加气砖粉料还包括0.1-0.4重量份的醋酸酯淀粉。
通过采用上述技术方案，在料浆中加入少量的粘附性能强的醋酸酯淀粉，有助于提高加气砖中各组分之间的粘结强度，提高加气砖抗压强度。
优选的，所述砂子的粒径为不大于200μm，所述固体硅胶的粒径为不大于50μm。
通过采用上述技术方案，使用合适粒径大小的砂子和固体硅胶，有助于提高加气砖中各组分之间的粘结强度，提高加气砖抗压强度。
优选的，所述步骤S5将胚体切割成加气块，将加气块转入蒸压釜中，抽真空至-0.09至-0.07MPa，通入水蒸汽，控制水蒸汽通入量使蒸压釜以40-60℃/h的升温速率升温至170-190℃，保温养护300-360min，制得加气砖。
通过采用上述技术方案，对蒸压釜加热前先抽真空处理，使用合适的升温速率，有助于减少杂晶的生成，提高加气砖产品抗压强度。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种高钙硅比加气砖，由上述的高钙硅比加气砖制备方法制得。
通过采用上述技术方案，使用本申请公开的方法制备加气砖，有助于提高加气砖产品抗压强度，延长加气砖产品使用寿命，有助于产品市场推广。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请通过预晶化制得作为晶种的硅酸钙晶化复合物，选用砂子、固体硅胶和白炭黑组成的复合硅质料，有助于控制水化硅酸钙凝胶的生成速率，有助于避免杂晶的生成，使用高钙硅比配比，有助于加快水化硅酸钙凝胶晶化生成半晶态硅酸钙的反应速率，在料浆中加入作为晶种的硅酸钙晶化复合物，在步骤S5高温高压水蒸汽养护过程中形成晶核，诱导水化硅酸钙凝胶晶化生成高强度的半晶态硅酸钙材料，同时降低步骤S5的水蒸汽养护温度，有助于避免半晶态硅酸钙转晶生成低强度的水石榴石等杂晶，显著提高了加气砖的抗压强度；
2.本申请通过在预晶化步骤中加入乙醇、在搅拌状态下进行预晶化和对干料进行粉碎，有助于减小硅酸钙晶化复合物的粒径，在步骤S5蒸汽养护过程中形成更多的有效晶核，促进步骤S5蒸汽养护过程中水化硅酸钙凝胶更多地转化成高强度的半晶态硅酸钙材料，提高加气砖产品抗压强度；
3.本申请通过加入磷酸十二醇酯，有助于铝粉均匀分散在料浆中，更好地改善加气砖的隔音性能和隔热保温性能；
4.本申请通过加入醋酸酯淀粉、控制砂子和固体硅胶的粒径、对蒸压釜进行抽真空处理和使用合适的升温速率等方式，有助于提高加气砖产品的抗压强度，有助于延长产品使用寿命，有助于产品市场推广。
具体实施方式
实施例
本发明所涉及的原料均为市售，部分原料的型号及来源如表1所示。
表1原料的规格型号及来源
以下实施例中砂子产自四川，砂子为粒径不大于200μm的机制砂。
实施例1：一种高钙硅比加气砖的制备方法，包括以下步骤：
S1预晶化：称取7.5kg水，加入2.8kg硅酸钠、0.25kg生石灰粉、0.8kg氢氧化钾和0.05-0.1kg乙醇，混合均匀，转入15L高压反应釜中，密封，以300转/分钟的转速搅拌，加热至170℃晶化5hr，降至室温，出料，抽滤，将滤饼用10Kg水冲洗，将滤饼转入干燥箱，80℃干燥180min，制得干料，将干料用粉碎机粉碎，用孔径为20μm的筛网筛分，粒径大于20μm的颗粒继续粉碎至粒径不大于20μm为止，制得硅酸钙晶化复合物。
S2混料：将砂子用孔径为200μm的筛网筛分，选用粒径不大于200μm的砂子；将固体硅胶用孔径为50μm的筛网筛分，选用粒径不大于50μm的固体硅胶。称取160kg砂子，加入35kg固体硅胶、30kg白炭黑、15kg石膏、140kg生石灰粉、35kg水泥、0.3kg磷酸十二醇酯和0.2kg醋酸酯淀粉，再加入0.5kg的步骤S1制得的硅酸钙晶化复合物，混合均匀，制得混合料。
S3制浆：向混合料中加入100kg水，以300转/分钟的转速搅拌8min，再加入0.3kg铝粉，继续搅拌3min，制得料浆。
S4发泡静停：将料浆注入加气砖模具中，室温发泡40min。静停处理在静停暖房内进行，静停暖房内安装有暖气管道，将静停暖房温度调节至55℃，将加气砖模具转移至静停暖房内，55℃条件下静停240min，制得胚体。
S5蒸汽养护：将胚体切割成加气块，将加气块转入蒸压釜中，抽真空至-0.08MPa，通入水蒸汽，控制水蒸汽通入量使蒸压釜以50℃/h的升温速率升温至180℃，压力为1.2MPa，180℃保温养护320min，制得加气砖。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，实施例2步骤S1中不加入乙醇，其它均与实施例1保持一致。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，实施例3不加入磷酸十二醇酯，其它均与实施例1保持一致。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，实施例4不加入醋酸酯淀粉，其它均与实施例1保持一致。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于，实施例5步骤S5控制水蒸汽通入量使蒸压釜以80℃/h的升温速率升温至180℃，其它均与实施例1保持一致。
实施例6-13
实施例6-13与实施例1的区别在于，实施例6-13各原料的添加量不同，及工艺参数不同。实施例6-13中硅酸钙晶化复合物、砂子和固体硅胶的粒径均与实施例1保持一致，实施例6-13各原料的添加量见表2，实施例6-13的工艺参数见表3。
表2实施例6-13的各原料的添加量
表3实施例6-13的步骤中的参数
对比例
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1不加入硅酸钙晶化复合物，对比例1不经预晶化步骤，对比例1石灰粉用量从140kg减少至80kg，其它均与实施例1保持一致。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，对比例2不加入硅酸钙晶化复合物，对比例2不经预晶化步骤，对比例2步骤S5水蒸汽养护温度从180℃提高至220℃，其它均与实施例1保持一致。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于，对比例3石灰粉用量从140kg减少至80kg，其它均与实施例1保持一致。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于，对比例4不加入固体硅胶和白炭黑，对比例4砂子用量从160kg增加至225kg，其它均与实施例1保持一致。
性能检测
1、抗压强度：参照GB/T11969-2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》公开的方法，制作尺寸为100mm*100mm*100mm的试件，并进行抗压强度测试，结果见表4。
表4不同加气砖产品性能对比表
| 样品编号 | 抗压强度(MPa) |
| 实施例1 | 13.6 |
| 实施例2 | 10.5 |
| 实施例3 | 11.8 |
| 实施例4 | 11.4 |
| 实施例5 | 11.2 |
| 实施例6 | 12.8 |
| 实施例7 | 12.6 |
| 实施例8 | 12.3 |
| 实施例9 | 12.5 |
| 实施例10 | 13.3 |
| 实施例11 | 13.7 |
| 实施例12 | 13.5 |
| 实施例13 | 13.1 |
| 对比例1 | 3.2 |
| 对比例2 | 4.3 |
| 对比例3 | 5.8 |
| 对比例4 | 5.4 |
对比例1未加入自制的作为晶种的硅酸钙晶化复合物，且使用低钙硅比配比，制得的加气砖产品抗压强度不高，产品机械强度性能不佳，不利于产品市场推广。对比例2未加入自制的作为晶种的硅酸钙晶化复合物，且在较高温度下进行水蒸汽养护，制得的加气砖产品抗压强度不高，不利于产品市场推广。对比例3石灰粉用量较少，使用低钙硅比配比，制得的加气砖产品抗压强度不高，不利于产品市场推广。对比例4不使用固体硅胶、白炭黑和砂子组成的复合硅质料，使用单一的砂子硅质料，制得的加气砖产品抗压强度不高，不利于产品市场推广。
对比实施例1和对比例1-4的实验结果，可以看出，在加气砖制备过程中，加入自制的硅酸钙晶化复合物作为晶种，使用高钙硅比配比，较低温度下进行水蒸汽养护，且使用固体硅胶、白炭黑和砂子组成的复合硅质料，显著提高了加气砖产品的抗压强度，有助于延长产品使用寿命，有助于产品市场推广。
对比实施例1和实施例2的实验结果，实施例2步骤S1中未加入乙醇，制备出的加气砖产品的抗压强度有所降低，不利于产品市场推广。对比实施例1和实施例3的实验结果，实施例3未加入磷酸十二醇酯，制备出的加气砖产品抗压强度稍有降低。对比实施例1和实施例4的实验结果，实施例4未加入醋酸酯淀粉，制备出的加气砖产品抗压强度稍有降低，不利于产品市场推广。对比实施例1和实施例5的实验结果，实施例5步骤S5使用更快的升温速率，制备出的加气砖产品抗压强度稍有降低，不利于产品市场推广。
相比于实施例1，实施例6-13中各原料的添加量不同，及工艺参数有所不同，在加气砖制备过程中，加入自制的硅酸钙晶化复合物作为晶种，使用高钙硅比配比，且使用固体硅胶、白炭黑和砂子组成的复合硅质料，制得的加气砖产品抗压强度显著提高，产品具有优异的机械强度性能，有助于延长产品使用寿命，有助于产品市场推广。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高钙硅比加气砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1预晶化：称取预晶化原料，混合均匀，转入高压反应釜，密封，加热至160-180℃晶化4-7hr，降至室温，抽滤，将滤饼于60-120℃干燥120-250min，制得硅酸钙晶化复合物；所述预晶化原料包括以下重量份原料：硅酸钠2.5-3份，生石灰粉0.2-0.3份，水6-9份，氢氧化钾0.6-0.9份；
S2混料：称取加气砖粉料，加入0.2-0.8重量份的步骤S1制得的硅酸钙晶化复合物，混合均匀，制得混合料；所述加气砖粉料包括以下重量份原料：砂子120-200份，固体硅胶20-50份，白炭黑20-40份，石膏10-20份，生石灰粉120-150份，水泥20-50份；
S3制浆：向混合料中加入80-120重量份的水，以100-400转/分钟的转速搅拌5-10min，加入0.2-0.5重量份的铝粉，继续搅拌2-4min，制得料浆；
S4发泡静停：将料浆注入模具中，室温发泡30-50min，然后在环境温度为50-60℃条件下静停200-280min，制得胚体；
S5蒸汽养护：将胚体切割成加气块，将加气块转入蒸压釜中，于170-190℃水蒸汽中养护300-360min，制得加气砖。
2.根据权利要求1所述的一种高钙硅比加气砖的制备方法，其特征在于，所述步骤S2-S3中使用的原料按如下重量份配比投料：硅酸钙晶化复合物0.4-0.6份，砂子150-180份，固体硅胶30-40份，白炭黑25-35份，石膏10-20份，生石灰粉120-150份，水泥30-40份，水95-105份，铝粉0.2-0.5份。
3.根据权利要求1所述的一种高钙硅比加气砖的制备方法，其特征在于：所述硅酸钠为九水偏硅酸钠，所述预晶化原料还包括0.05-0.1重量份的乙醇。
4.根据权利要求1所述的一种高钙硅比加气砖的制备方法，其特征在于：所述步骤S1称取预晶化原料，混合均匀，转入高压反应釜，密封，以200-500转/分钟的转速搅拌，加热至170-190℃晶化4-7hr，降至室温，抽滤，将滤饼于60-120℃干燥120-250min，制得干料，将干料粉碎至粒径不大于20μm为止，制得硅酸钙晶化复合物。
5.根据权利要求1所述的一种高钙硅比加气砖的制备方法，其特征在于：所述加气砖粉料还包括0.2-0.5重量份的磷酸十二醇酯。
6.根据权利要求5所述的一种高钙硅比加气砖的制备方法，其特征在于：所述加气砖粉料还包括0.1-0.4重量份的醋酸酯淀粉。
7.根据权利要求1所述的一种高钙硅比加气砖的制备方法，其特征在于：所述砂子的粒径为不大于200μm，所述固体硅胶的粒径为不大于50μm。
8.根据权利要求1所述的一种高钙硅比加气砖的制备方法，其特征在于：所述步骤S5将胚体切割成加气块，将加气块转入蒸压釜中，抽真空至-0.09至-0.07MPa，通入水蒸汽，控制水蒸汽通入量使蒸压釜以40-60℃/h的升温速率升温至170-190℃，保温养护300-360min，制得加气砖。
9.一种高钙硅比加气砖，其特征在于：由权利要求1-8任意一项所述的一种高钙硅比加气砖的制备方法制得。
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