專利名稱：燒結(jié)磚添加劑和高摻量粉煤灰燒結(jié)磚的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種可用于燒結(jié)磚的添加劑，該添加劑尤其適用于生產(chǎn)高摻量粉煤灰燒結(jié)磚，本發(fā)明還涉及利用該添加劑制備高摻量粉煤灰燒結(jié)磚的工藝。
背景技術(shù)：
實(shí)心粘土磚是傳統(tǒng)的墻體材料，尤其在中國，實(shí)心粘土磚的使用占墻體材料總量的70％以上。然而，大量生產(chǎn)實(shí)心粘土磚要挖土毀田，消耗寶貴的國土資源，嚴(yán)重破壞生態(tài)平衡。多年來，國家有關(guān)部委多次下達(dá)在全國部分城市禁止生產(chǎn)和使用實(shí)心粘土磚的命令。
為了減少制磚行業(yè)的粘土用量，同時還要滿足建筑業(yè)的需要，近30年來很多制磚企業(yè)開始利用粉煤灰生產(chǎn)粉煤灰燒結(jié)磚來取代實(shí)心粘土磚，對于降低粘土的使用具有一定的效果，但是在實(shí)際的工業(yè)化生產(chǎn)中，受到技術(shù)因素的制約，大多數(shù)企業(yè)所生產(chǎn)的粉煤灰燒結(jié)磚中粉煤灰的摻量僅為30-40％，粘土的用量仍高達(dá)60-70％。粉煤灰摻量之所以難以突破30-40％大關(guān)，關(guān)鍵在于粉煤灰本身是一種粉狀、無粘結(jié)性的材料，摻多了磚坯料的塑性就會下降，致使擠不出合格的磚坯來，也就燒不出合格的磚。
利用粉煤灰摻入量在50％以上，例如60-80％的原料燒制的磚稱為高摻量粉煤灰燒結(jié)磚。作為制磚行業(yè)公知的技術(shù)，在實(shí)心粘土磚原料中摻入不高于30％的粉煤灰，不用改變其生產(chǎn)工藝就可以生產(chǎn)出合格的實(shí)心粘土磚產(chǎn)品；當(dāng)粉煤灰的摻量達(dá)到原料總量的40-50％時，必須對原生產(chǎn)工藝進(jìn)行一定的調(diào)整改造，否則不能穩(wěn)定地生產(chǎn)出合格的實(shí)心粘土磚；而當(dāng)粉煤灰的摻入量高于50％時，粘土摻量被大幅減少，原料的性質(zhì)就發(fā)生了本質(zhì)變化。此時必須加入一定量的添加劑，并對原生產(chǎn)工藝進(jìn)行一定的改造，才能生產(chǎn)出合格的磚產(chǎn)品。
另一方面，我國是以燃煤發(fā)電為主的國家，每年由于燃煤發(fā)電會排放大量粉煤灰，這些粉煤灰的貯存不僅侵占了大量農(nóng)田土地，還會對地下水資源，對周邊的生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重污染和危害，從這一點(diǎn)來講，粉煤灰已成為當(dāng)代主要公害之一。
國家計(jì)委早在 150號文《中國粉煤灰綜合利用技術(shù)政策及實(shí)施要點(diǎn)》中已經(jīng)明確指出要將大摻量粉煤灰制品(磚)的研究開發(fā)(摻量＞50％)列為重點(diǎn)開發(fā)、研究的課題。同時國內(nèi)有一些關(guān)于高摻量粉煤灰燒結(jié)磚的技術(shù)研究和報(bào)道，其關(guān)鍵在于如何解決粉煤灰的塑性差，收縮系數(shù)大的缺陷，采取的方法一般是對作為原料的粉煤灰進(jìn)行篩選和處理，尤其是篩選細(xì)度適當(dāng)?shù)姆勖夯?，提高其比表面積，對于原料和操作條件要求都比較苛刻，為改善粉煤灰的塑性，除了加入一定量的粘土外，還使用例如碎玻璃、碳酸鈉和云母粉一類的助熔劑，對工藝要求較高，得到的高摻量粉煤灰燒結(jié)磚在穩(wěn)定性、抗壓強(qiáng)度等方面還不能適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)。
通過外摻添加劑的使用或改進(jìn)來嘗試生產(chǎn)高摻量粉煤灰燒結(jié)磚近年來也有報(bào)道，為了燒制出能替代粘土磚，所采用的添加劑也有不同的組成，能夠發(fā)現(xiàn)的報(bào)道一般都只提到燒制出的粉煤灰磚在抗壓強(qiáng)度、吸水率等指標(biāo)與普通粘土磚相當(dāng)，而如何能更進(jìn)一步改善高摻量粉煤灰磚的性能，在不增加生產(chǎn)難度和成本的前提下，得到在抗壓強(qiáng)度、表觀密度及隔熱性能都優(yōu)于粘土磚的高摻量粉煤灰磚，還沒有研究報(bào)道。
無論從哪方面講，研發(fā)利用粉煤灰作為主要原料生產(chǎn)高摻量粉煤灰磚，真正實(shí)現(xiàn)粉煤灰的綜合利用，同時提高現(xiàn)行燒結(jié)磚的性能，都具有非常積極的效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的之一是提供一種燒結(jié)磚用添加劑，通過對其中各組分的合理調(diào)配，可以用于粉煤灰燒結(jié)磚的生產(chǎn)，尤其是可作為生產(chǎn)高摻量粉煤灰燒結(jié)磚的添加劑，不僅有助于提高粉煤灰在燒結(jié)磚中的摻量，而且有助于提高粉煤灰燒結(jié)磚的性能。
本發(fā)明同時提供了制備這種添加劑的方法。
本發(fā)明還提供了利用這種添加劑制備的燒結(jié)磚，尤其是高摻量粉煤灰燒結(jié)磚和該燒結(jié)磚的制備方法。
首先，本發(fā)明提供了一種可用于燒結(jié)磚的添加劑，或稱外加劑，其由如下的四類組分配制而成A類，包括羧甲基纖維素、硅酸鈉溶液和聚乙二醇雙硬脂酸酯，其相應(yīng)的重量比例關(guān)系為2-3∶1∶1；B類，包括木質(zhì)素磺酸鹽、亞甲基二萘磺酸鹽、三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物和β-萘磺酸甲醛縮合物中至少一種；C類，包括松香熱聚物、松香皂和烷基苯磺酸鹽中至少一種；D類，氧化鐵粉或磷酸鹽；其中，每100重量份的所述添加劑中，上述各類組分的配制比例為A∶B∶C∶D＝40-50∶5-10∶10-30∶10-30。
該添加劑組成中，A類組分的羧甲基纖維素(CMC)、硅酸鈉溶液和聚乙二醇雙硬脂酸酯(PEG400DS)可起粘結(jié)和增稠作用；B類組分的木質(zhì)素磺酸鹽、亞甲基二萘磺酸鹽、β-萘磺酸甲醛縮合物(商品名為擴(kuò)散劑NNO)或三聚氰胺磺酸鹽甲醛樹脂(密胺樹脂)作為分散劑起擴(kuò)散作用；C類組分的松香熱聚物、松香皂或烷基苯磺酸鹽起微孔作用；而D類組分的氧化鐵粉(Fe2O3)、磷酸鹽則作為增強(qiáng)劑起增強(qiáng)作用，尤其是使用氧化鐵粉時，除了有助于提高燒結(jié)磚的強(qiáng)度，還能使燒制出的磚具有紅色的外觀。
在本發(fā)明的添加劑組成中，優(yōu)選的，所述木質(zhì)素磺酸鹽為其鈣鹽或鈉鹽，例如木質(zhì)素磺酸鈣、木質(zhì)素磺酸鈉等，其分子量范圍一般在1000-100000；所述亞甲基二萘磺酸鹽可以為其鈉鹽或鉀鹽；而烷基苯磺酸鹽則屬于陰離子表面活性劑類產(chǎn)品；硅酸鈉溶液，又稱水玻璃或泡花堿，本發(fā)明是選用密度為1.3-1.4千克/升或模數(shù)M＝3.1-3.4的硅酸鈉溶液；本發(fā)明所用的磷酸鹽優(yōu)選是酸式磷酸鹽，例如，磷酸二氫鈉或磷酸二氫氨等。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，每100重量份的添加劑中所含組分的含量比為A類組分40-50、B類組分木質(zhì)素磺酸鹽5-10、C類組分松香熱聚物10-30、D類組分氧化鐵粉10-30。
上述添加劑的制備過程可以將各組分按比例稱取后加入適量的水通過簡單的混合而完成，產(chǎn)品形式可以為糊狀體。優(yōu)選的制備方法是量取所述組分總質(zhì)量的大約30-50倍水，先分別將羧甲基纖維素和聚乙二醇雙硬脂酸酯用其自身質(zhì)量的大約5-20倍水稀釋均勻，再與其余組分一起加入余量水中攪拌成為糊狀均勻體。
本發(fā)明的添加劑采用了常規(guī)的化工原料經(jīng)過科學(xué)合理的組合，組分的選用和配比與現(xiàn)有技術(shù)完全不同，用于制磚過程中可以實(shí)現(xiàn)最大量地提高粉煤灰的摻加量，降低磚中粘土的用量，生產(chǎn)出高摻量的燒結(jié)粉煤灰磚。
本發(fā)明的添加劑是一種新型的燒結(jié)磚外加助劑，發(fā)明人經(jīng)過大量試驗(yàn)揭示，將本發(fā)明的添加劑用于燒結(jié)磚的生產(chǎn)，尤其是粉煤灰燒結(jié)磚的生產(chǎn)中，通過多種成分的組合和共同作用，能夠更加有效地改善制磚原料，尤其是以粉煤灰為主料的原料的塑性和其它物理性質(zhì)，不需特殊的燒制工藝就可生產(chǎn)與使用多年的粘土實(shí)心磚相當(dāng)甚至性能提高的高摻量粉煤灰磚，并且作為一種工業(yè)化產(chǎn)品集中制造后提供給制磚企業(yè)，即保證了質(zhì)量的穩(wěn)定，也降低了制磚的成本和工藝難度。
本發(fā)明的另一方面是提供了高摻量粉煤灰燒結(jié)磚及其生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明的粉煤灰燒結(jié)磚的原料組成包括80-85％的粉煤灰主料、15-20％的粘結(jié)劑；前述添加劑作為外加劑，其外摻量為3-5％。
將原料混合均勻制成磚坯，經(jīng)燒制即為所述高摻量粉煤灰燒結(jié)磚產(chǎn)品。
可以看到，在本發(fā)明的粉煤灰燒結(jié)磚配方中，粉煤灰是作為了主料，粘土用量顯著減少，以這樣組成結(jié)構(gòu)的原料混合后的塑性遠(yuǎn)不能與粘土相比，而本發(fā)明能利用這樣的原料燒制出合格的磚，關(guān)鍵在于使用了特殊的添加劑作為摻加助劑。
發(fā)明人在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，由于使用上述摻加助劑從以下方面保證了燒結(jié)磚的生產(chǎn)一、改善了由于粉煤灰用量大，粘土用量少帶來的物料塑性降低的缺陷；二、粉煤灰的熔點(diǎn)比粘土高，適量添加劑的使用降低了磚坯的燒結(jié)溫度，有利于提高焙燒質(zhì)量；三、由于助劑內(nèi)含有部分分散劑，加入后有利于物料在攪拌過程中均勻性的改善和提高；四、該外摻助劑中同時還含有的起微孔作用的減水劑(C類組分)和增強(qiáng)劑(D類組分)則賦予燒結(jié)磚一定數(shù)量的均勻的封閉微孔結(jié)構(gòu)，這樣既降低了磚的密度提高了保溫性能，又減少了磚的吸水率提高產(chǎn)品的抗凍性能和耐久性。
前面已經(jīng)提到，粉煤灰來自燃煤發(fā)電業(yè)的排放，具有充足的資源，本發(fā)明的燒結(jié)磚生產(chǎn)恰好起到了化害為益，變廢為寶的效果。在作為制磚主料時，希望使用的粉煤灰的細(xì)度盡量高，粉煤灰越細(xì)，坯料的粘結(jié)性將越好，并且燒失量越小，有利于坯體成型。由于粉煤灰的粘性低，而且在燒制過程中容易變形收縮，為降低整磚坯收縮，視不同來源粉煤灰的性質(zhì)差異，可以在粉煤灰主料中摻入適量骨料，例如爐渣或砂子。所述骨料是否需要及具體摻入量視粉煤灰主料的性質(zhì)，還需要視粘土的砂含量來確定。爐渣的顆粒比較粗，適宜作為骨料加入，起到減少磚坯在干燥和焙燒時收縮的作用，另一方面，爐渣的加入還可作為內(nèi)燃料提供焙燒能源，所以，本發(fā)明所述的“粉煤灰主料”可以完全由粉煤灰構(gòu)成，也可以含有適量的骨料(或稱輔料)，例如在粉煤灰主料中可以加入粉煤灰質(zhì)量的5-25％的爐渣。
粉煤灰的缺點(diǎn)是粘性和塑性差，所以本發(fā)明提出的粉煤灰燒結(jié)磚的原料中雖然是以粉煤灰為主料，還需要添加適量的粘結(jié)劑，例如可以包括粘土、頁巖粉、矸石粉、膨潤土或它們的混合物。綜合考慮，優(yōu)選使用粘土或頁巖粉。
在該粉煤灰燒結(jié)磚的生產(chǎn)過程中，原料的均勻混合對于磚坯的質(zhì)量是很重要的，在生產(chǎn)中可以按照粉煤灰、粘結(jié)劑(粘土)、骨料(如果需要)和助劑的順序投料，助劑最好用拌合水稀釋后加入到事先被干攪拌混合后的物料中，繼續(xù)攪拌均勻即可進(jìn)行磚坯成型，原料的混合優(yōu)選采用碾練方法。成型好的磚坯干燥至含水率小于7％時即可采用常規(guī)方法燒結(jié)，考慮到粉煤灰摻量高的特點(diǎn)，焙燒溫度適宜控制在950-1050℃，尤其適宜在1000-1050℃焙燒。
本發(fā)明的高摻量粉煤灰燒結(jié)磚通過專用添加劑的使用，在制磚過程對原料的規(guī)格和性質(zhì)沒有特殊要求，確保生產(chǎn)的高摻量粉煤灰燒結(jié)磚具有符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量規(guī)格。在此基礎(chǔ)上，申請人的試驗(yàn)結(jié)果還顯示，采用本發(fā)明的專用添加劑生產(chǎn)的燒結(jié)磚產(chǎn)品除了可提高粉煤灰摻量外，還具有強(qiáng)度高、重量輕、隔熱效果好的特點(diǎn)。根據(jù)黑龍江省工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心的測試結(jié)果，本發(fā)明生產(chǎn)的高摻量粉煤灰燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度平均值可達(dá)到19.4MPa，高于國家標(biāo)準(zhǔn)的10.0MPa；表觀密度可低于1500kg/m3，通常規(guī)格為0.24×0.115×0.053m的粘土燒結(jié)磚的單塊重量在2.5kg，而按照本發(fā)明方法制備的同樣規(guī)格的粉煤灰燒結(jié)磚的單塊重量在2.2kg；另外，普通粘土燒結(jié)磚的導(dǎo)熱系數(shù)一般在0.7W/m.k左右，本發(fā)明制備的燒結(jié)磚的導(dǎo)熱系數(shù)可以低至0.486W/m.k，可見，本發(fā)明的高摻量粉煤灰燒結(jié)磚完全可以替代傳統(tǒng)的粘土磚，并且由于更低的密度和導(dǎo)熱系數(shù)，更適合作為建筑物的外墻磚材料。
*本添加劑對頁巖燒結(jié)磚、矸石燒結(jié)磚也有良好效果。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)和所具有的有益功效，但僅為了幫助閱讀者更好地理解本發(fā)明的特點(diǎn)和可實(shí)施性，并不能限定本發(fā)明的可實(shí)施范圍。
實(shí)施例1添加劑的配制比例(重量)A∶B∶C∶D＝50∶10∶20∶20。
A羧甲基纖維素(30克)、硅酸鈉溶液(10克)、聚乙二醇雙硬脂酸脂(10克)；B木質(zhì)素磺酸鈣(10克)；C松香熱聚物(20克)；D三氧化二鐵粉(20克)。
配制方法如下1、將以上各種物料按上述計(jì)量稱重配料。
2、將羧甲基纖維素用600克水稀釋、拌勻備用。
3、將聚乙二醇雙硬脂酸酯用100克水稀釋、拌勻備用。
4、將2、3和其余物料以及3700克水放入容器攪拌機(jī)內(nèi)攪拌10分鐘，使其成為糊狀均勻體即得本發(fā)明實(shí)例所用的添加劑。
實(shí)施例2添加劑的配料比例A∶B∶C∶D＝40∶10∶30∶20A羧甲基纖維素(22克)、硅酸鈉溶液(8克)、聚乙二醇雙硬脂酸脂(10克)。
B三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物(10克)。
C烷基苯磺酸鹽(30克)。
D三氧化二鐵粉(20克)。
配制方法如下1、將以上各種物料按上述計(jì)量稱重配料。
2、將羧甲基纖維素用400克水稀釋、拌勻備用。
3、將聚乙二醇雙硬脂酸酯用200克水稀釋、拌勻備用。
4、將2、3和其余物料以及3800克水放入容器攪拌機(jī)內(nèi)攪拌10分鐘，使其成為糊狀均勻體，即得本發(fā)明的添加劑。
實(shí)施例3添加劑的配料比例A∶B∶C∶D＝45∶5∶20∶30配制方法同實(shí)施例1。
實(shí)施例4高摻量粉煤灰燒結(jié)磚的生產(chǎn)將生產(chǎn)原料按如下比例粉煤灰(哈爾濱第三電廠濕排粉煤灰)72千克(比例為80％)，粘土18千克(比例為20％)，實(shí)施例的添加劑4.5千克(外摻比例為5％)。將經(jīng)過計(jì)量的粉煤灰和粘土放入輪碾機(jī)(哈爾濱市瑞恒機(jī)械廠提供)內(nèi)碾練3-5分鐘，加入添加劑和適量水稀釋液繼續(xù)碾練3-5分鐘，陳化48小時，物料含水率控制在16-18％，備用。
陳化好的物料制成磚坯(單塊規(guī)格0.24×0.115×0.053m)，經(jīng)過干燥(含水率小于7％后)、送入輪窯焙燒，控制最高焙燒溫度1050℃，可制成高摻量燒結(jié)粉煤灰磚。
經(jīng)檢測，該粉煤灰磚的尺寸偏差和外觀質(zhì)量方面的指標(biāo)均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可評定為一等品。
發(fā)明人還將該產(chǎn)品送黑龍江省工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、抗風(fēng)化性能等指標(biāo)的測試，結(jié)果顯示抗壓強(qiáng)度(MPa)平均值19.4；變異系數(shù)0.33；單塊最小值9.1；5h沸煮吸水率平均值20.5；單塊最大值21.3；飽和系數(shù)平均值≤0.80；飽和系數(shù)的單塊最大值≤0.83。
泛霜、石灰爆裂、凍融等指標(biāo)均符合GB 5101-2003的《普通燒結(jié)磚》標(biāo)準(zhǔn)。
該磚的單塊重量2.2kg，導(dǎo)熱系數(shù)0.486W/m.k，可用于外墻磚。
實(shí)施例5高摻量粉煤灰燒結(jié)磚的生產(chǎn)將生產(chǎn)原料按如下比例粉煤灰65千克，爐渣(粉碎成小于3mm)20千克，粘土或頁巖粉15千克，實(shí)施例2的添加劑3千克。
燒結(jié)磚的制備方法同實(shí)施例1。
該磚體為磚紅色，各項(xiàng)性能指標(biāo)與實(shí)施例4相似。
權(quán)利要求
1.一種燒結(jié)磚添加劑，其由如下的四類組分配制而成A類，包括羧甲基纖維素、硅酸鈉溶液和聚乙二醇雙硬脂酸酯，其相應(yīng)的重量比例關(guān)系為2-3∶1∶1；B類，包括木質(zhì)素磺酸鹽、亞甲基二萘磺酸鹽、三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物和β-萘磺酸甲醛縮合物中至少一種；C類，包括松香熱聚物、松香皂和烷基苯磺酸鹽中至少一種；D類，氧化鐵粉或磷酸鹽；每100重量份的所述添加劑中，上述各類組分的配制比例為A∶B∶C∶D＝40-50∶5-10∶10-30∶10-30。
2.權(quán)利要求1所述的添加劑，其中，所述硅酸鈉溶液的密度為1.3-1.4千克/升。
3.權(quán)利要求1所述的添加劑，其中，所述木質(zhì)素磺酸鹽為木質(zhì)素磺酸鈣或木質(zhì)素磺酸鈉；所述亞甲基二萘磺酸鹽為其鈉鹽或鉀鹽。
4.權(quán)利要求1所述的添加劑，其中，每100重量份的添加劑中所含組分的含量比為A類組分40-50、B類組分木質(zhì)素磺酸鹽5-10、C類組分松香熱聚物10-30、D類組分氧化鐵粉10-30。
5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的燒結(jié)磚添加劑的制備方法，包括量取所述組分總質(zhì)量的30-50倍水，分別將羧甲基纖維素和聚乙二醇雙硬脂酸酯用其自身質(zhì)量的10-20倍水稀釋均勻，再與其余組分一起加入余量水中攪拌成為糊狀均勻體。
6.一種粉煤灰燒結(jié)磚的制備方法，其原料組成包括80-85％的粉煤灰主料、15-20％的粘結(jié)劑；權(quán)利要求1記載的添加劑作為外加劑，其外摻量為3-5％，將原料混合均勻制成磚坯，經(jīng)燒制成為產(chǎn)品。
7.權(quán)利要求6所述的粉煤灰燒結(jié)磚的制備方法，其中，原料的混合采用碾練方法。
8.權(quán)利要求6所述的粉煤灰燒結(jié)磚的制備方法，其中，所述粉煤灰主料中還可包括骨料，其添加量基于粉煤灰主料重量為不高于5-25％。
9.權(quán)利要求6或8所述的粉煤灰燒結(jié)磚的制備方法，其中，所述粘結(jié)劑包括粘土、頁巖粉、矸石粉、膨潤土或它們的混合物。
10.權(quán)利要求6所述的粉煤灰燒結(jié)磚的制備方法，其中，添加劑以水溶液的形式加入原料中使物料實(shí)現(xiàn)均勻混合。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于粉煤灰燒結(jié)磚的添加劑，其組成中包括了粘結(jié)劑、減水劑、分散劑及增強(qiáng)劑成分，通過特定的比例配合成為本發(fā)明的添加劑。本發(fā)明同時提供了采用該添加劑作為外加劑制備高摻量粉煤灰燒結(jié)磚的方法，可以將燒結(jié)磚中的粉煤灰摻加量提高到85％，并且通過該添加劑的作用，同時提高了物料的塑性，可以生產(chǎn)表觀密度更低，隔熱性能更好的燒結(jié)磚產(chǎn)品。
文檔編號C04B22/16GK1765809SQ20051008063
公開日2006年5月3日 申請日期2005年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月4日
發(fā)明者趙傳文, 趙宇昕 申請人:趙宇昕, 趙傳文