專利名稱：用化學(xué)石膏和工業(yè)廢料制成的石膏砌塊及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑物非承重內(nèi)隔墻石膏砌塊及其制備方法，特別是一種用化學(xué)石膏和工業(yè)廢料制成的耐水性強(qiáng)、隔音性好的石膏砌塊及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的石膏砌塊大多采用天然二水石膏(或化學(xué)二水石膏)炒制成半水石膏后，加入一定量的輕骨料(也有的加入少量粉煤灰等摻合料)，加水?dāng)嚢?，澆注成型而成。雖然其生產(chǎn)工藝簡單，產(chǎn)品的抗折、抗壓強(qiáng)度能滿足規(guī)范要求，也具有一定的保溫、隔熱的建筑性能，但由于成本較高，尤其是耐水性較差，在衛(wèi)生間、廚房等部位使用時(shí)還需另做防水處理，施工上比較麻煩，防水處理效果也不理想，因此推廣起來有一定的難度。
據(jù)調(diào)查，各種工業(yè)廢料很多，例如化學(xué)石膏是某種工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中由化學(xué)反應(yīng)生成的以硫酸鈣(含零至兩個(gè)結(jié)晶水)為主要成分的副產(chǎn)品或廢渣，化學(xué)石膏來源廣泛，其中無水石膏無需炒制，節(jié)約能源，價(jià)格低廉，可用以生產(chǎn)石膏砌塊。還有其它工業(yè)廢料如粉煤灰、礦渣、鋼渣等，它們的排放既占用農(nóng)田又污染環(huán)境，如何合理利用以上廢料，變廢為寶，也是解決環(huán)境污染問題的積極的技術(shù)措施。
中國專利文獻(xiàn)公開的以石膏、化學(xué)石膏和其它工業(yè)廢料制造的石膏砌塊類申請(qǐng)已有不少，其中有關(guān)提高防水性能的申請(qǐng)也有不少。如專利申請(qǐng)?zhí)枮?003101116312，名稱為“一種高強(qiáng)防水石膏制品的生產(chǎn)配方”的專利申請(qǐng)中公開了以石膏粉、聚乙烯醇、鹽酸、水組成的防水石膏的配方。專利申請(qǐng)?zhí)枮?0031011511937，名稱為“耐水性好的石膏墻體材料及該材料制成的墻板”的專利申請(qǐng)文件中公開了以水溶性苯丙乳液來提高制品的防水性的技術(shù)方案。專利號(hào)為931153359X，名稱為“耐水石膏制品”的專利文件中公開了以石膏、硅油乳化物、玻璃纖維、鈣的硅酸鹽組成配方的耐水石膏制品。以上公開技術(shù)中的主原料及配比基本上還是石膏、水泥、輕骨料幾大塊。對(duì)于提高防水性能所采用的技術(shù)方案主要是加入各種防水劑，并采用直接加入的方法?，F(xiàn)有技術(shù)中也有將防水劑涂敷在制品表面的作法。總體來說本申請(qǐng)人認(rèn)為以上方法都是“治標(biāo)”辦法，也即是“對(duì)癥下藥”的辦法。這些辦法由于未涉及事物的本質(zhì)規(guī)律，因而技術(shù)效果不是十分理想。
另一些專利文獻(xiàn)中公開了另一種技術(shù)路線的發(fā)明。如申請(qǐng)?zhí)枮?215331749，名稱為“一種防潮石膏砌塊的制備方法”的專利申請(qǐng)中公開了以建筑石膏、高爐礦渣、石灰或電石渣、硫酸鋁或明礬石制備的石膏砌塊，認(rèn)為其提高防潮性能的機(jī)理在于石膏制品的上述配方使其由氣硬性轉(zhuǎn)變?yōu)樗残?，制品密度加大了。申?qǐng)?zhí)枮?31028047，名稱為“防水石膏砌塊”的專利申請(qǐng)公開了以石膏、礦渣、水泥、粉煤灰、硅灰制成的砌塊，申請(qǐng)人認(rèn)為形成了鈣釩石結(jié)晶體，改善了耐水性。
但是也有一些專利申請(qǐng)對(duì)鈣釩石的形成是否有利持否定態(tài)度。如美國國民石膏公司的申請(qǐng)?zhí)枮?88052547名稱為“含石膏的膠凝性膠結(jié)劑和由其制備的組合物和材料”的專利申請(qǐng)說明書第1頁第2段是這樣說的“試圖通過使波特蘭水泥和半水硫酸鈣混合來改善石膏板的抗水性所取得的成功是有限的，因?yàn)檫@樣的混合物導(dǎo)致形成鈣釩石，而鈣釩石引起石膏/波特蘭水泥制品膨脹，并因此導(dǎo)致其損壞?！痹谠撋暾?qǐng)說明書第6頁第4段還指出“加入硅灰，阻止鈣釩石的形成?！卑l(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述情況，本申請(qǐng)的目的是提供一種化學(xué)石膏和其它工業(yè)廢料制成的石膏砌塊及其制備方法。本方案利用工業(yè)廢料達(dá)到原料總量的70％以上，是變廢為寶，治理環(huán)境污染的好方法。采用化學(xué)石膏為主要原料，通過復(fù)合多種無機(jī)礦物組分，改變了石膏的水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，使其產(chǎn)生既具有氣硬性的水化產(chǎn)物二水石膏，也具有水硬性的水化產(chǎn)物如鈣礬石、水化硅酸鈣等。使制品的強(qiáng)度、防水性能得到提高，針對(duì)其水化過程既有膨脹的特性又有收縮的特性，采用優(yōu)化后的配比使膨脹與收縮達(dá)到平衡，制品的體積穩(wěn)定，不會(huì)因膨脹或收縮產(chǎn)生破壞。從而得到一種防水性能好的以廢料為主原料的石膏砌塊。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的用化學(xué)石膏和工業(yè)廢料制作的石膏砌塊原料中含有化學(xué)石膏、工業(yè)廢料、水泥，原料經(jīng)混合、澆注而成石膏砌塊，本發(fā)明的特別之處在于所述的化學(xué)石膏是由水化速度不同、水化后晶體結(jié)構(gòu)不同的無水石膏和經(jīng)炒制而成的半水石膏兩種組份配合而成的，無水石膏和半水石膏之比為2∶1～3∶1；水化過程為收縮過程的水泥和水化過程為微膨脹過程的無水石膏的比例為1∶12～1∶3；原料中不摻入起降低制品容重作用的輕質(zhì)骨料，原料中加入能在砌塊中產(chǎn)生分散型微小氣泡的引氣劑。
所述的石膏砌塊原料的組份和含量為無水石膏 45％～60％激發(fā)劑 0.4％1.2％半水石膏 20％～35％活性工業(yè)廢料 10％～20％水泥 5％～15％引氣劑 0.04％～0.07％。
所述的引氣劑為乳化松香、木鈣或苯磺酸鈉，其中優(yōu)選的是乳化松香。
本發(fā)明的用化學(xué)石膏和工業(yè)廢料制作的石膏砌塊的制備方法，包括原料混勻、加水?dāng)嚢琛沧⑷肽?、機(jī)械脫膜、及自然養(yǎng)護(hù)工序，其特別之處在于將無水石膏、半水石膏、活性工業(yè)廢料均粉磨到通過140目篩的篩余小于12％；其中半水石膏是由二水石膏在120℃～210℃溫度下炒制后磨細(xì)；引氣劑配制成0.8％～1.2％重量百分比的稀溶液加入，加入引氣劑時(shí)采用中等攪拌速度，攪拌速度應(yīng)控制在280～320轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間應(yīng)根據(jù)物料的多少確定，一般控制在30～60秒鐘。
上述的引氣劑中乳化松香的制備過程如下將固體松香與NaOH按6∶1稱量后放入約為其體積10倍的水中，緩慢加溫并不斷攪拌，控制溫度在80±10℃，直到松香完全溶解成乳液為止，將此松香乳液稀釋為含松香為0.8％～1.2％重量百分比的稀溶液備用。優(yōu)選乳化松香是因?yàn)樗上銉r(jià)廉，引氣效果好，且對(duì)制品強(qiáng)度影響較小。
所述的工業(yè)廢料是干排粉煤灰或/和礦渣或/和鋼渣。所述的水泥為PO32.5或更高標(biāo)號(hào)的硅酸鹽水泥。所述的激發(fā)劑是明礬、石灰、煅燒白云石、Na2SO4、NaHSO4；其中優(yōu)選的是煅燒并磨細(xì)的明礬，煅燒溫度一般控制在180℃～260℃，細(xì)度為140目。所述的砌塊是實(shí)心砌塊、空心砌塊及板材。
本發(fā)明大量利用了工業(yè)廢石膏和其它一些具有一定活性的工業(yè)廢料，原材料廉價(jià)可得，利廢、節(jié)能、環(huán)保。多種廢料按一定比例混合，使其主材石膏的水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而使砌塊強(qiáng)度大幅提高，耐水性增強(qiáng)，不但克服了傳統(tǒng)石膏砌塊耐水性差的弱點(diǎn)，而且其強(qiáng)度、保溫、隔熱、隔音性能更好，特別是隔音聲阻≥44分貝，是同等厚度石膏砌塊中的最先進(jìn)指標(biāo)。
用以下三個(gè)實(shí)例來對(duì)比并說明本發(fā)明的積極效果，其中編號(hào)①的為純化學(xué)石膏制成的砌塊，編號(hào)②的為本發(fā)明的一實(shí)施例，編號(hào)③的為本發(fā)明的另一實(shí)施例，其原料配比見表1。
表1

注配方中激發(fā)劑選用煅燒并磨細(xì)的明礬。引氣劑為乳化松香的水溶液。
對(duì)應(yīng)的性能測試數(shù)據(jù)如下表2。
表2

從以上檢測數(shù)據(jù)分析比較，本發(fā)明生產(chǎn)的砌塊②、③與傳統(tǒng)石膏砌塊①相比，除了容重有所增加之外，其強(qiáng)度和耐水性都有明顯提高，這也是本發(fā)明的有益效果。


附圖1為編號(hào)①的純化學(xué)石膏砌塊的電鏡照片示意圖；附圖2為編號(hào)②的本發(fā)明的一實(shí)施例的電鏡照片示意圖；附圖3為編號(hào)②的本發(fā)明的一實(shí)施例的另一電鏡照片示意圖；附圖4為編號(hào)③的本發(fā)明的另一實(shí)施例的電鏡照片示意圖；附圖5為編號(hào)③的本發(fā)明的另一實(shí)施例的另一電鏡照片示意圖；附圖6為本發(fā)明的工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。本申請(qǐng)人認(rèn)為，石膏砌塊性能的改善還應(yīng)從研究石膏本身的凝結(jié)硬化機(jī)理和規(guī)律上下功夫，在充分了解和認(rèn)識(shí)上述機(jī)理和規(guī)律的基礎(chǔ)上，本申請(qǐng)人提出了另一種思路以化學(xué)石膏為主，復(fù)合多種無機(jī)礦物組分生產(chǎn)石膏砌塊。從制品的水化產(chǎn)物上看，既具有氣硬性的水化產(chǎn)物二水石膏，也具有水硬性的水化產(chǎn)物如鈣礬石、水化硅酸鈣等。產(chǎn)生的水化產(chǎn)物硅酸鈣凝膠填充在二水石膏晶體的空隙之間，從而使制品的微觀結(jié)構(gòu)更加致密，物理性能得到優(yōu)化。既保留了石膏材料的優(yōu)點(diǎn)，又解決了石膏材料存在的缺陷。
從理論上講，無水石膏的水化比半水石膏水化慢得多，但其最終水化產(chǎn)物也是二水石膏，其水化過程是一個(gè)微膨脹過程；水泥水化是一個(gè)收縮過程，以上兩種材料膨脹、收縮峰值時(shí)間又不一致，這就是一對(duì)矛盾?？上攵?，單種組分的過多、過少都會(huì)造成砌塊體積的不穩(wěn)定，因此它們之間要有一個(gè)合適的比例。
無水石膏和半水石膏水化的最終產(chǎn)物都是二水硫酸鈣，但從微觀結(jié)構(gòu)上看是不同的，無水石膏水化后，晶體結(jié)構(gòu)密實(shí)、復(fù)雜，強(qiáng)度高的多，但無水石膏的水化比半水石膏水化慢的多，也就是說，早期強(qiáng)度低，表現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)上，就是不能及時(shí)脫膜，若全部使用無水石膏，則難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、自動(dòng)化生產(chǎn)。如果摻入一定量的半水石膏，制品幾分鐘就可以脫膜。因此我們采用了一定比例的配合方案。它既滿足了工業(yè)化生產(chǎn)的需要，而且產(chǎn)品性能比單純用半水石膏生產(chǎn)的傳統(tǒng)石膏制品好。
引氣劑的引入是為了降低制品的重量，傳統(tǒng)石膏砌塊生產(chǎn)是通過摻入一定的輕骨料來達(dá)到此目的，但其成本較高。本發(fā)明不摻入輕骨料，而是通過引入一定量的引氣劑達(dá)到降低容重的目的。引氣劑引氣的原理是它們能在混合料漿體攪拌的過程中產(chǎn)生大量的氣泡，在制品干燥過程中，氣泡中的水分散失后形成空洞，從而降低了制品的容重。引氣劑的引氣效果與攪拌速度和時(shí)間有關(guān)，攪拌速度過快、過慢，均不能達(dá)到理想的引氣效果。攪拌過快、時(shí)間過長，產(chǎn)生的氣泡容易破裂，氣泡數(shù)量少；反之，攪拌過慢、時(shí)間過短，引氣劑在漿體中分散不勻，不能產(chǎn)生大量的氣泡，也起不到降低容重的作用。值得注意的是引氣劑摻量應(yīng)適中，摻量低，引氣效果不好，摻量過高，又會(huì)引起制品的強(qiáng)度大幅度降低。
從附圖提供的電鏡照片上看出，本發(fā)明的技術(shù)方案取得了實(shí)際的積極的技術(shù)效果，也間接地反應(yīng)了本發(fā)明的凝結(jié)硬化有所不同。圖1為編號(hào)①的純化學(xué)石膏砌塊的樣本，它是以純化學(xué)石膏制成的，從電鏡圖片看，它的生成物基本是二水石膏的柱板狀晶體。晶體結(jié)構(gòu)疏松，表面光滑無嵌鎖，這也是石膏制品強(qiáng)度不高，易遭水浸在層間破壞的原因。
附圖2、3為編號(hào)②的本發(fā)明的一實(shí)施例的樣本，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜一些，既有二水石膏晶體，也有部分水化硫鋁酸鈣的棒柱狀晶體，也清晰可見水化硅酸鈣凝膠，特別是從附圖3中看到晶體比純石膏的晶體長且凝膠生長在晶體間，結(jié)構(gòu)要密實(shí)一些，這決定了其強(qiáng)度較①要高，抵御水浸破壞力強(qiáng)。
附圖4、5這兩張照片也是放大5000倍電鏡拍攝的，但從照片看，晶體很小，結(jié)晶細(xì)長。從附圖5看，是細(xì)小晶體生長長成大的晶粒。這比較符合鈣釩石的特征。水化產(chǎn)物中也有部分纖維狀的水化硅酸鈣。鈣釩石的增長具有一定的膨脹性，控制膨脹在一定范圍，使制品具有微膨脹，可使墻體材料具有許多優(yōu)點(diǎn)；控制不了膨脹，制品會(huì)出現(xiàn)脹裂破壞。這也是我們研究這種材料，尋找最佳配合比克服的主要難題。
本發(fā)明以化學(xué)石膏為基材，通過復(fù)合各種無機(jī)活性礦物組分，尋找最佳配合比，改變了石膏制品的水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，使其既有氣硬性材料的特性，也有水硬性材料的特性，既保留了石膏材性的優(yōu)點(diǎn)，又克服了石膏材料存在強(qiáng)度低、不耐水的固有缺陷。使制品的強(qiáng)度更高，耐水性更強(qiáng)。各種物理性能如保溫、隔熱、隔音性能更好，特別是隔音聲阻≥44分貝。
以下分述本發(fā)明的若干個(gè)實(shí)施例表3 幾種實(shí)例配方

對(duì)應(yīng)的性能測試數(shù)據(jù)如下表4。
表4

注強(qiáng)度為28天烘干強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.一種用化學(xué)石膏和工業(yè)廢料制作的石膏砌塊，原料中含有化學(xué)石膏、工業(yè)廢料、水泥，原料經(jīng)混合、澆注而成石膏砌塊，其特征在于所述的化學(xué)石膏是由水化速度不同、水化后晶體結(jié)構(gòu)不同的無水石膏和經(jīng)炒制而成的半水石膏兩種組份配合而成的，無水石膏和半水石膏之比為2∶1～3∶1；水化過程為收縮過程的水泥和水化過程為微膨脹過程的無水石膏的比例為1∶12～1∶3；原料中不摻入起降低制品容重作用的輕質(zhì)骨料，原料中加入能在砌塊中產(chǎn)生分散型微小氣泡的引氣劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石膏砌塊，其特征在于原料由如下組份和含量組成無水石膏45％～60％激發(fā)劑 0.4％～1.2％半水石膏20％～35％活性工業(yè)廢料10％～20％水泥5％～15％引氣劑 0.04％～0.07％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的石膏砌塊，其特征在于所述的引氣劑為乳化松香、木鈣或苯磺酸鈉。
4.一種用化學(xué)石膏和工業(yè)廢料制作的石膏砌塊的制備方法，包括原料混勻、加水?dāng)嚢?、澆注入膜、機(jī)械脫膜、及自然養(yǎng)護(hù)工序，其特征在于將無水石膏、半水石膏、活性工業(yè)廢料均粉磨到通過140目篩的篩余小于12％；半水石膏是由二水石膏在120℃～210℃溫度下炒制后磨細(xì)；引氣劑配制成o.8％～1.2％重量百分比的稀溶液加入，加入引氣劑時(shí)采用中等攪拌速度，攪拌速度應(yīng)控制在280～320轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間一般控制在30～60秒鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的引氣劑中乳化松香的制備過程如下將固體松香與NaOH按6∶1稱量后放入約為其體積10倍的水中，緩慢加溫并不斷攪拌，控制溫度在80±10℃，直到松香完全溶解成乳液為止，將此松香乳液稀釋為含松香為0.8％～1.2％重量百分比的稀溶液備用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石膏砌塊，其特征在于所述的工業(yè)廢料是干排粉煤灰或/和礦渣或/和鋼渣。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石膏砌塊，其特征在于所述的激發(fā)劑是明礬、石灰、煅燒白云石、Na2SO4或NaHSO4。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石膏砌塊，其特征在于所述的砌塊是實(shí)心砌塊、空心砌塊及板材。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的石膏砌塊，其特征在于所述的引氣劑優(yōu)選的是乳化松香。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述石膏砌塊，其特征在于所述的激發(fā)劑優(yōu)選的是煅燒并磨細(xì)的明礬。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用化學(xué)石膏和工業(yè)廢料制作的石膏砌塊及其制備方法，是用化學(xué)石膏和工業(yè)廢料制成的耐水性強(qiáng)、隔音性好的石膏砌塊及其制備方法。其特別之處在于所述的化學(xué)石膏是由水化速度不同、水化后晶體結(jié)構(gòu)不同的無水石膏和經(jīng)炒制而成的半水石膏兩種組份配合而成的，無水石膏和半水石膏之比為2∶1～3∶1；水化過程為收縮過程的水泥和水化過程為微膨脹過程的無水石膏的比例為1∶12～1∶3；原料中不摻入起降低制品容重作用的輕質(zhì)骨料，原料中加入能在砌塊中產(chǎn)生分散型微小氣泡的引氣劑。本發(fā)明大量利用了工業(yè)廢料，原材料廉價(jià)可得，利廢、節(jié)能、環(huán)保?？朔藗鹘y(tǒng)石膏砌塊耐水性差的弱點(diǎn)，強(qiáng)度、保溫、隔熱、隔音性能更好。
文檔編號(hào)C04B24/34GK1919781SQ20051001935
公開日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2005年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月26日
發(fā)明者朱群洲, 曾明, 歐陽貞祥, 蔡雪軍, 李軍 申請(qǐng)人:武漢冶金建筑研究院