利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块及其制备方法
阅读说明：本技术 利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块及其制备方法 (Aerated concrete block prepared by replacing part of ground fine sand with waste ceramic polishing sludge and preparation method thereof ) 是由 刘福财 肖敏 黎浩 李斯思 黄贺明 于 2021-06-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及混凝土材料领域,公开了利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块及其制备方法,该加气混凝土砌块由以下重量份数的原料制成：平均粒径30～60μm、强度等级不小于42.5的水泥45～115份,平均粒径35～70μm、消解时间10～30分钟的生石灰80～140份,平均粒径20～80μm的石膏5～30份,平均粒径1～100μm的废弃陶瓷抛光淤泥180～420份,平均粒径50～130μm的磨细砂90～210份,发气剂0.4～1.0份,水100～150份；其中,废弃陶瓷抛光淤泥预处理为质量浓度45～55wt％的废弃陶瓷抛光淤泥浆料后再与余下原料混合。该利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块整体价格相对低廉,废弃物利用率高,强度高,气孔分布均匀,抗冻融性能好,干缩性能小,适合绿色节能建材的发展与应用。(The invention relates to the field of concrete materials, and discloses an aerated concrete block prepared by replacing part of ground fine sand with waste ceramic polishing sludge and a preparation method thereof, wherein the aerated concrete block is prepared from the following raw materials in parts by weight: 45-115 parts of cement with the average particle size of 30-60 mu m and the strength grade of not less than 42.5, 80-140 parts of quicklime with the average particle size of 35-70 mu m and the digestion time of 10-30 minutes, 5-30 parts of gypsum with the average particle size of 20-80 mu m, 180-420 parts of waste ceramic polished sludge with the average particle size of 1-100 mu m, 90-210 parts of fine sand with the average particle size of 50-130 mu m, 0.4-1.0 part of a gas generating agent and 100-150 parts of water; wherein the waste ceramic polishing sludge is pretreated into waste ceramic polishing sludge slurry with the mass concentration of 45-55 wt% and then mixed with the rest raw materials. The aerated concrete block prepared by using the waste ceramic polishing sludge to replace part of the ground fine sand is relatively low in overall price, high in waste utilization rate, high in strength, uniform in pore distribution, good in freeze-thaw resistance and small in dry shrinkage performance, and is suitable for development and application of green energy-saving building materials.)
技术领域
本发明涉及混凝土材料领域，更具体地，涉及利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块及其制备方法。
背景技术
我国是一个人口众多、能源和土地紧缺的国家。以烧结实心粘土砖为主的传统建筑材料大量毁田取土，浪费土地资源、污染环境。因此，在城镇建设中禁止使用实心粘土砖是国家实施可持续发展战略的重大决策。根据住建部的政策，要求对符合建筑节能要求的新型墙体材料进行推广和应用，加气混凝土作为一种节能、节土的新型墙体材料得到了广泛推广和应用。传统加气混凝土砌块有粉煤灰加气混凝土砌块和砂加气混凝土砌块。但是使用传统加气混凝土砌块施工尚存在一些问题，如：灰缝开裂、抹灰层开裂、空鼓、渗漏、隔声效果降低等。我国缺乏对加气混凝土砌块本身深入细致的研究，而是根据加气混凝土砌块的性能特点，结合薄层砂浆干法施工方法，通过在薄层干粉砂浆中掺丙纶纤维、纤维素醚和可再分散乳胶粉，研制加气混凝土砌块专用高性能薄层干粉砂浆。该砂浆虽然具有优异的流动性、保水性、力学性能及施工性能，解决了加气混凝土砌块墙体开裂、渗漏，抹灰层空鼓、剥落等问题，但是砂浆成本也增加不少。
我国是建筑陶瓷生产及消费大国。据文献统计，我国每年产生陶瓷抛光废料多达1000万吨。如此大量的固体废料对环境和人的危害很大，所以对陶瓷废料的再利用研究具有重要的意义。目前，有人利用陶瓷废料生产多孔陶瓷，将陶瓷废料加入到配方中，但这种处理方法能耗大、成本高，且产量小、处理量有限，并不适合推广借鉴。万冬梅和彭刚利用陶瓷废料开发固体混凝土材料，但这种方法需要使用较多的高强粘结剂且成型比较复杂，也并不适合广泛应用。在国外，40％以上的陶瓷废料会再循环利用，余下的会制备成陶瓷废料粉提供给其它能使用的工厂使用。而我国企业最主要的方法还是填埋，大量堆积的陶瓷废料挤占土地，严重污染人类赖以生存的水、空气和土壤环境，这与生态环境的矛盾越来越尖锐，急切寻求更为合理有效的处理方法。
石正国等研究表明：掺加5％～10％的废弃陶瓷抛光淤泥可改善混凝土的工作性能、提高混凝土各龄期抗压强度，同时混凝土的耐久性也得到显著提高。但当陶瓷抛光淤泥掺量超过20％时，混凝土的力学性能和耐久性均大幅度下降。
在华南理工大学王功勋的博士论文《陶瓷抛光淤泥特性及综合利用研究》(2008年)一文中披露了抛光淤泥具有一定的火山灰活性，常温条件下其水泥胶砂强度活性指数可达84％，具有作为辅助胶凝材料的潜在性。前期研究表明：在蒸压条件下，陶瓷淤泥的火山灰活性更高，其水泥胶砂强度活性指数可达110％，我们思考是否可以通过陶瓷废料来部分或全部替代磨细砂，用于生产加气混凝土砌块，从而实现废弃物综合利用。
申请号为201410522233.8名为“利用陶瓷抛光废料制得的蒸压加气混凝土砌块及其制备方法”的中国发明专利申请公开了利用陶瓷抛光废料制得的蒸压加气混凝土砌块及其制备方法，主要由以下材料组成：石灰60～90Kg、水泥70～90Kg、铝粉0.4～0.55Kg、陶瓷抛光废料150～220Kg。该发明利用陶瓷抛光废料制备B03级的蒸压加气混凝土砌块，强度较低，陶瓷抛光废料利用较少，耗能较高。
发明内容
本发明旨在解决废弃陶瓷抛光淤泥利用率低、加气混凝土砌块抹灰开裂的问题，提供一种节能环保、耐久性好、B04级别以上的利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块，以适应建筑工程领域的广泛使用。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：
第一方面，利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块，由以下重量份数的原料制成：
平均粒径30～60μm、强度等级不小于42.5的水泥45～115份，
平均粒径35～70μm、消解时间10～30分钟的生石灰80～140份，
平均粒径20～80μm的石膏5～30份，
平均粒径1～100μm的废弃陶瓷抛光淤泥180～420份，
平均粒径50～130μm的磨细砂90～210份，
发气剂0.4～1.0份，
水100～150份；
其中，废弃陶瓷抛光淤泥预处理为质量浓度45～55wt％的废弃陶瓷抛光淤泥浆料后再与余下原料混合。
本发明提供的上述加气混凝土砌块采用了大量的废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂，其质量比为磨细砂的两倍左右，一方面提高了陶瓷抛光废料利用率，可以变废为宝，减少对陶瓷淤泥的填埋处理，降低陶瓷淤泥对环境的污染，降低加气混凝土砌块的造价；另一方面提升了加气混凝土砌块的综合性能，提高吸水速率，改善加气混凝土砌块抹灰开裂现象。在将废弃陶瓷抛光淤泥与其余原料混合之前，本发明对废弃陶瓷抛光淤泥进行了预处理，使其质量浓度为45～55wt％，再结合特定粒径中速生石灰及石膏的复配，使得制备得到的加气混凝土砌块达到B04级别以上，强度级别达到A2.5以上，在不引入更多其他成分的情况下克服了废弃陶瓷抛光淤泥利用率不高的技术问题。此外，该加气混凝土砌块气孔分布均匀，抗冻融性能好，干缩性能小，适合绿色节能建材的发展与应用。
本发明将废弃陶瓷抛光淤泥预制为质量浓度为45～55wt％的浆料，使其能够均匀分散于砌块中。若浓度大于55％，废弃陶瓷淤泥浆体黏性大，废弃陶瓷淤泥不易分散均匀；若浓度小于45％，陶瓷淤泥黏性小，容易发生沉降分离。
由于快速生石灰在浇注初期就大量消解，急剧引起料浆过早稠化、与发气过程很不适应，结果产生“面包头”竖起或坯体不够高等现象；浇注后坯体虽然较快达到最高温度，但这时水泥的水化凝结速度跟不上石灰的消解速度，使硬化还是较慢，制品强度较低。而使用慢速生石灰时、由于坯体硬化后石灰还在继续大量消解，破坏了水泥的水化凝结已经形成的骨架结构，因而给制品质量带来不利的影响。中速生石灰随着消解时间的增加，稠化逐渐缓慢，适应水泥的水化凝结速度，浇注工艺得到改善，坯体硬化加速，制品强度也有较大的提高。本发明采用上述配比的中速生石灰得到的加气混凝土砌块与采用慢速生石灰得到的加气混凝土砌块相比，强度提高65％。
本发明添加上述配比的石膏，一方面石膏起调节生石灰消化速度及调节发气与稠化速度的作用，另一方面，掺少量石膏能提高加气混凝土砌块强度。
优选地，利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块，由以下重量份数的原料制成：
平均粒径30～60μm、强度等级不小于42.5的水泥60～100份，
平均粒径35～70μm、消解时间10～30分钟的生石灰90～130份，
平均粒径20～80μm的石膏10～25份，
平均粒径1～100μm的废弃陶瓷抛光淤泥240～360份，
平均粒径50～130μm的磨细砂130～170份，
发气剂0.6～0.8份，
水110～140份。
更优选地，利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块，由以下重量份数的原料制成：
平均粒径30～60μm、强度等级不小于42.5的水泥80份，
平均粒径35～70μm、消解时间10～30分钟的生石灰110份，
平均粒径20～80μm的石膏18份，
平均粒径1～100μm的废弃陶瓷抛光淤泥300份，
平均粒径50～130μm的磨细砂150份，
发气剂0.7份，
水125份。
优选地，废弃陶瓷抛光淤泥与磨细砂的质量比为(1.8～2.2)：1。
优选地，水泥包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥中的一种或多种两种混合。
优选地，磨细砂包括河砂磨细砂、石英砂磨细砂中的一种或多种两种混合。
优选地，发气剂包括铝粉、双氧水、漂白粉中的一种或多种。考虑生产成本及发气效果，更优选地，发气剂为活性铝含量大于85％的铝粉。
第二方面，利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备加气混凝土砌块的方法，包括如下步骤：
S1.将废弃陶瓷抛光淤泥预处理，制备成质量浓度为45～55wt％的废弃陶瓷抛光淤泥浆料；
S2.按配比加入水泥、生石灰、石膏和磨细砂，搅拌均匀，得均匀粉体；
S3.将水及步骤S1所得废弃陶瓷抛光淤泥浆料按配比加入步骤S2所得均匀粉体中搅拌均匀，再按配比加入铝粉搅拌均匀，得均匀混合物；
S4.将步骤S3所得均匀混合物浇注入45～65℃的模具内，带模在45～65℃温度下静置2～3.5小时，切割，得坯体；
S5.将步骤S4所得坯体蒸压养护，即得所述利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块。
优选地，步骤S5中，所述蒸压养护为升温1.5～3小时至蒸汽压力达0.8～1.2MPa，恒温恒压6～10小时，再降温降压1.5～3小时至常温。
优选地，利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备加气混凝土砌块的方法，包括如下步骤：
S1.将废弃陶瓷抛光淤泥预处理，制备成质量浓度为45～55wt％的废弃陶瓷抛光淤泥浆料；
S2.按配比将水泥、生石灰、石膏和磨细砂加入搅拌机，搅拌1～3分钟至均匀，得均匀粉体；
S3.将水及步骤S1所得废弃陶瓷抛光淤泥浆料按配比加入步骤S2所得均匀粉体中，搅拌2～5分钟至均匀，再按配比加入铝粉搅拌20～40秒至均匀，得均匀混合物；
S4.将步骤S3所得均匀混合物浇注入55℃的模具内，带模在45～65℃温度下静置2～3.5小时，切割，得坯体；
S5.将步骤S4所得坯体蒸压养护，先升温1.5～3小时至蒸汽压力达0.8～1.2MPa，恒温恒压6～10小时，再降温降压1.5～3小时至常温，即得所述利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块。
本发明与现有技术相比较有如下有益效果：
(1)本发明技术方案所涉及的利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块达到B04级别以上，强度级别达到A2.5以上。
(2)利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块的强度与用磨细砂制备的加气混凝土砌块的强度一致，充分利用了陶瓷抛光淤泥等廉价资源，具有环境和经济效益。
具体实施方式
为了让本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块，由以下重量份数的原料制成：
平均粒径30～60μm、强度等级不小于42.5的硅酸盐水泥45份，
平均粒径35～70μm、消解时间10～30分钟的生石灰80份，
平均粒径20～80μm的石膏5份，
平均粒径1～100μm的废弃陶瓷淤泥180份，
平均粒径50～130μm的河砂磨细砂90份，
发气剂0.4份，
水100份。
利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备加气混凝土砌块的方法，包括如下步骤：
S1.将废弃陶瓷抛光淤泥预处理，制备成质量浓度为45～55wt％的废弃陶瓷抛光淤泥浆料；
S2.按配比将水泥、生石灰、石膏和磨细砂加入搅拌机，搅拌1～3分钟至均匀，得均匀粉体；
S3.将水及步骤S1所得废弃陶瓷抛光淤泥浆料按配比加入步骤S2所得均匀粉体中，搅拌2～5分钟至均匀，再按配比加入铝粉搅拌20～40秒至均匀，得均匀混合物；
S4.将步骤S3所得均匀混合物浇注入55℃的模具内，带模在45～65℃温度下静置2～3.5小时，切割，得坯体；
S5.将步骤S4所得坯体蒸压养护，先升温1.5～3小时至蒸汽压力达0.8～1.2MPa，恒温恒压6～10小时，再降温降压1.5～3小时至常温，即得所述利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块。
实施例2
本实施例除了配方不同外，其他条件同实施例1。
利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块，由以下重量份数的原料制成：
平均粒径30～60μm，强度等级不小于42.5的硅酸盐水泥115份，
平均粒径35～70μm、消解时间10～30分钟的生石灰140份，
平均粒径20～80μm的石膏30份，
平均粒径1～100μm的废弃陶瓷淤泥420份，
平均粒径50～130μm河砂磨细砂210份，
发气剂1.0份，
水150份。
实施例3
本实施例除了配方不同外，其他条件同实施例1。
利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块，由以下重量份数的原料制成：
平均粒径30～60μm、强度等级不小于42.5的硅酸盐水泥60份，
平均粒径35～70μm、消解时间10～30分钟的生石灰90份，
平均粒径20～80μm的石膏10份，
平均粒径1～100μm的废弃陶瓷淤泥240份，
平均粒径50～130μm的河砂磨细砂130份，
发气剂0.6份，
水110份。
实施例4
本实施例除了配方不同外，其他条件同实施例1。
利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块，由以下重量份数的原料制成：
平均粒径30～60μm、强度等级不小于42.5的硅酸盐水泥100份，
平均粒径35～70μm、消解时间10～30分钟的生石灰130份，
平均粒径20～80μm的石膏25份，
平均粒径1～100μm的废弃陶瓷淤泥360份，
平均粒径50～130μm的河砂磨细砂170份，
发气剂0.8份，
水140份。
实施例5
本实施例除了配方不同外，其他条件同实施例1。
利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块，由以下重量份数的原料制成：
平均粒径30～60μm、强度等级不小于42.5的硅酸盐水泥80份，
平均粒径35～70μm、消解时间10～30分钟的生石灰110份，
平均粒径20～80μm的石膏18份，
平均粒径1～100μm的废弃陶瓷淤泥300份，
平均粒径50～130μm的河砂磨细砂150份，
发气剂0.7份，
水125份。
对比例1
除了配方中的水泥40份外，其他条件同实施例1。
对比例2
除了配方中的水泥130份外，其他条件同实施例1。
对比例3
除了配方中的生石灰替换为慢速生石灰外，其他条件同实施例1。
对比例4
除了配方中的废弃陶瓷淤泥450份外，其他条件同实施例1。
对比例5
除了配方中的发气剂1.2份外，其他条件同实施例1。
对比例6
除了制备方法中废弃陶瓷抛光淤泥不进行预处理外，其他条件同实施例1。
对比例7
除了制备方法中废弃陶瓷抛光淤泥预处理为质量浓度为70wt％的废弃陶瓷抛光淤泥浆料外，其他条件同实施例1。
对比例8
除了制备方法中废弃陶瓷抛光淤泥预处理为质量浓度为30wt％的废弃陶瓷抛光淤泥浆料外，其他条件同实施例1。
对比例9
除了配方中平均粒径1～100μm的废弃陶瓷淤泥0份，平均粒径50～130μm的河砂磨细砂270份外，其他条件同实施例1。
此外，水泥还可以选用强度等级不低于42.5的普通硅酸盐水泥，磨细砂还可以选用石英砂磨细砂发气剂还可以选用双氧水、漂白粉等，模具温度可以设置在45～65℃左右。
获得干密度低、而抗压强度高的加气混凝土砌块是业内普遍追求的。加气混凝土砌块的干密度和强度级别标准如表1所示：
表1加气混凝土砌块测试标准
将实施例1～5、对比例1～8制备加气混凝土砌块制作成标准试件，对其进行干密度及抗压强度测试，实验数据见表2：
表2实施例1～5及对比例1～9加气混凝土砌块检测数据
从表1来看，对比例1水泥40份，与实施例1对比，干密度降低较少，但抗压强度下降较多，达不到A7.5级别；对比例2水泥130份，与实施例1对比，干密度超出B08级别，但抗压强度却只达到A7.5级别；对比例3慢速生石灰80份，与实施例1对比，干密度基本没变化，但抗压强度显著降低；对比例4废弃陶瓷淤泥450份，与实施例1对比，干密度增加，超过B08级别，但抗压强度却低于A7.5级别；对比例5发气剂1.2份，与实施例1对比，干密度降低，但抗压强度显著降低；对比例6废弃陶瓷抛光淤泥不进行预处理，与实施例1对比，干密度略有增加，但抗压强度显著降低；对比例7质量浓度为70wt％的废弃陶瓷抛光淤泥浆料，与实施例1对比，干密度略有增加，但抗压强度显著降低；对比例8质量浓度为30wt％的废弃陶瓷抛光淤泥浆料，与实施例1对比，干密度略有增加，但抗压强度显著降低；对比例9平均粒径1～100μm的废弃陶瓷淤泥0份，平均粒径50～130μm的河砂磨细砂270份，与实施例1对比，干密度和抗压强度基本没有变化。从实施例1～5的对比可知，实施例1～5的强度级别均高于对应干密度级别标准所要求的强度级别，尤其是实施例3～5，比标准所要求达到的强度级别高出0.9～2.4MPa，其中实施例5在最低干密度下取得较好的强度级别。相比之下，对比例1～9要么干密度较高，要么抗压强度较低，可见本发明配方中的各组分及其配比、以及废弃陶瓷淤泥的预处理协同作用，对最终制得B04级别以上的利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块作出了重要贡献。通过大量试验，在本发明所选取的水泥、生石灰、废弃陶瓷淤泥、磨细砂和发气剂的范围为最优，生石灰优选中速生石灰。
将实施例5制备加气混凝土砌块制作成标准试件，对其进行性能检测，检测项目和实验数据见表3：
表3实施例5利用废弃陶瓷抛光淤泥取代部分磨细砂制备的加气混凝土砌块的检测数据
本发明以实施例5为例，对制得加气混凝土砌块进行更全面的测试，由表3可知，其抗冻融性能好，干缩性能小，导热系数低，适合绿色节能建材的发展与应用。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
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