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石材加工粉末废料生产加气混凝土砌块研究

文档作者：刘家弟文档来源：山东理工大学资源与环境工程学院		点击数：	更新时间： 2021年04月20日
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第37卷第4期
2014年7月
非金属矿
Non．M etallic M ines
Vb1．37 NO．4
July，2014
石材加工粉末废料生产加气混凝土砌块研究
刘家弟
(山东理工大学资源与环境工程学院，山东淄博255049)
摘 要讨论了石材加工粉末废料生产加气混凝土砌块的原料性质、原料配比、发泡荆用量、料浆水分和养护制度等影响因素，确定了最佳
工艺参数，探讨了砌块强度机理。在最佳工艺参数条件下，可生产出10级以上加气混凝土砌块。
关键词 石材加工粉末废料养护加气混凝土砌块
中图分类号：TU5223+2 文献标识码：A 文章编号：1000-8098(2014)04-0050．03
Study of Stone Processing Powder W aste Production of Aerated Concrete Block
Liu Jiadi
(College ofResource and Environment Engineering，Shandong University ofTechnology,Zibo，Shandong 255049)
Abstract Stone processing powder waste production of aerated concrete block of raw material properties，raw material ratio，the foaming agent
content，water content in slurry,maintenance methods are discussed,and the optimum process parameters were determined，block strength mechanism．
Under the optimum process conditions，call produce 10 grades above aerated concrete block．
Key words stone processing powder waste maintenance aerated concrete block
花岗岩石材加工过程中，由于切割、研磨等工艺
产生大量粉末废料。研究表明口]，由于粒度太细，用
此粉末废料生产蒸压养护建筑砌墙砖时需要加入大
量的粗骨料，粉末废料的加入量不足24％，因此该粉
末废料的使用受到了限制。
本项目采用花岗岩石材加工粉末废料为主要原
料，适当填加水泥、生石灰等胶结料，以铝粉为发泡
剂，通过静养发泡、蒸压养护等工艺可生产出10级以
上加气混凝土砌块。
1 实验部分
1．1 花岗岩石材加工粉末废料研究使用的花岗
岩石材加工粉末废料是莱州市某石材加工厂所排废
弃物。粉末废料的化学组成( ％)为：Si02，76．10；
AlzO3，12．08；TiO2，0．18；Fe2O3，2．06；CaO，2．30；MgO，
0．60；K’0，2．5l；Na20，3．61；烧失，0．56。
粉末废料中主要矿物为石英，其次为长石、云母
等，微量的含铁矿物主要为黄铁矿和赤铁矿。粉末废
料的物理性能为：密度2．72 e／crn3，容重0．98 g／cm3，硬
度产6～7，含水率4。5％～6．5％，粒度组成见表1。从
表1可看出，小于0．038 ITlm含量为87．52％，粒度极细。
1_2 水泥水泥的作用主要为胶结料，水泥中的硅
酸三钙、p-硅酸二钙等成分水化反应后生成水化硅酸
钙凝胶(用C—S—H表示)，从而使砌块产生强度。研究
使用P．O42．5普通硅酸盐水泥。
收稿日期：2014-05．19
． 50一
表1 石材加工粉末废料的粒度组成
1-3 生石灰生石灰的作用与水泥类似，也是胶结
料。石灰中的钙与粉末废料中的活性组分合成水化
硅酸钙和水化铝酸钙(晶体或它们的凝胶)而形成一
定强度。另外，生石灰在消化过程中放出一定热量，
有利于发泡和水化反应的进行。生石灰需研磨成粉
末，磨细粒度要求0．15 mm筛上含量不大于5％；另外
要求有效氧化钙含量大于80％。
1．4 石膏石膏的作用为水泥、石灰的水化激发剂，
掺入少量石膏后能加速水化产物的生成，提高砌块中
水化产物的结晶度，从而提高砌块的早期强度。研究
所用石膏为0【型半水石膏，粒度小于0．2 mill。
1．5 铝粉铝粉的主要作用为加气混凝土发气剂。
铝作为活泼的两性金属，能与酸、碱反应放出氢气。
料浆中投入铝粉后与细生石灰或与水泥水化生成的
氢氧化钙作用，从而生成氢气气泡。随着作用的加剧，
气泡压力上升，并传给具有一定塑粘性强度的料浆，
当气体压力超过料浆的塑性极限时，料浆开始变形，
刘家弟 石材加工粉末废料生产加气混凝土砌块研究
也就是发气 。在料浆固化后，其内部形成蜂窝状结
构，就形成了轻质加气混凝土。研究所用铝粉发气率
为87％，发气时间为18 min；松装密度为0．18 g／cm ，
粒度 0为40 um。
1．6 砌块发气机理及强度机理花岗岩石材加工粉
末废料加气混凝土砌块是将石材粉末废料、生石灰、
水泥、石膏、铝粉及水进行混合，混合后在静停过程中
开始发气，发气机理如下：
2AI+3Ca(OH)2+6H2O=3CaO+A12O3+6H2O+3H2 t
或2AI+Ca(OH)2+6H2O=Ca[A1(OH)4】02+3H2 t
加气混凝土砌块采用蒸压养护方式，强度来源主
要依靠粉末废料中的SiO：、A1 O，与石灰中的钙产生
水化反应以及水泥的水化反应而获得强度。石灰水
化反应的基本原理如下【lJ。
CaO+H2O-Ca(OH)2
mCa(OH)2+SiO2+ 2O=mCaO‘SiO2’xH2O(CSH)+
mH20
inCa(OH)2+A1203+ H2O=mCaO’A1203"xH20(CAH)+
mH2O
水泥的水化反应产物统称为水化硅酸钙凝胶(用
C—s—H表示)或水化铝酸钙凝胶(用c—A—H表示)。
3CaO·SiO，(硅酸三钙)+nH，O=
xCaO‘SiO2’yH2O+(3-x)Ca(OH)2
2CaO‘SiO2(p一硅酸二钙)+ H2O=
xCaO‘Si02‘yH20+(2-x)Ca(OH)2
如果上述反应中存在二水石膏(CaSO ·2H O)
则发生如下反应：
mCaO‘A1203。xH2O+CaSO4。2H2O=
mCaO。AhO3’CaSO4‘( 2)H2O
CSH、CAH正是花岗岩石材加工粉末废料加气
混凝土砌块的强度来源。而他们的生成速度、强度形
成时间的长短与反应条件、发气剂的性能及粉末废料
本身的硅铝含量、活性铮陛能有关。
1．7 试验工艺流程花岗岩石材加工粉末废料加气
混凝土砌块的试验工艺流程见图1。
图1 试验工艺流程
(1)将石材粉末废料用筛孔为3 mm的筛子进行
筛分，除去杂物；将生石灰用球磨机磨至O．15 mm以
下。(2)将石材粉末废料、石灰粉、水泥、石膏粉、铝粉
按比例进行配料和混匀。(3)加入一定量的水进行搅
． 51一
拌制浆。(4)在20～6O℃室温条件下静止养护发泡(静
养)2～3 h。(5)在钢丝切割机上切割成块状。(6)在
蒸压釜内蒸压养护8～10 h。
2 结果与讨论
2．1 原料配比试验
2．1．1 生石灰、石膏及水泥用量确定：生石灰、水泥及
石膏主要为胶结作用，增加砌块的初期强度和产品的
最终强度。生石灰的用量及有效氧化钙含量决定砌
块最终的抗压强度。采用正交试验方法，生石灰用量
与砌块强度的关系曲线见图2。
生石灰用量／％
图2 生石灰用量与砌块抗压强度的关系
由图2可知，生石灰用量为10％ 18％ 时，砌块
的抗压强度可以达到3．0 MPa以上。用量小于l0％
或大于18％，砌块的抗压强度均较低，用量小则钙质
含量不足，生成的水化硅酸钙晶体少，用量大则钙质
富余，造成砌块膨胀、疏松。根据实验，确定生石灰最
佳用量为14％。
石膏可以提高砌块的初坯强度和砌块的最终强
度，在适当范围内石膏用量增加，砌块强度也相应提
高，但考虑所用石膏的成本较高，确定石膏的用量为
2％ 。
水泥的用量、初凝时间、终凝时间对砌块的初期
强度有较大影响，对砌块的最终强度也有一定影响。
水泥用量对砌块的影响见表2。由表2可知，水泥用
量超过4％ 时，切割后的初坯规整，砌块的抗压强度
可以达到3．5IVIPa以上。确定水泥用量为4％。
表2 水泥用量试验
序霉号导 粉 ％ ％ 性 ％ ％ 秀KP- “ ： 外观 抗 MPa
1 82 2．0 14 2．0 450．5 难成型 一．
2 81 3．0 14 2．0 453．6 掉角 2．8
3 80 4．0 14 2．0 448．5 规整 3．5
4 79 5．0 14 2．0 437．6 规整 3．7
5 78 6．0 14 2．0 462．5 规整 3．8
2．1-2 铝粉的影响：采用铝粉作为加气混凝土砌块的
发气剂，铝粉的发气率、发气速度、粒度、松装密度对
加气混凝土砌块的质量有较大影响，另外料浆的碱度
也影响发气质量。研究所用铝粉发气率为87％，发
第37卷第4期 非金属矿 2014年7月
气时间为18 min，松装密度为0．18 g／cm3，粒度d50为
40 Um。
根据理论计算，l 铝粉可以制出1．25 m3的氢
气f21，研究发现，按此理论计算量添加铝粉，发气量往
往不足，虽然砌块的抗压强度较大，但砌块的干体积
密度大，从而使砌块保温性能差，产品体积量少，成本
高。铝粉用量与砌块之间的关系，见表3。
表3 铝粉用量与砌块之间的关系
由表3可知，当铝粉用量等于0．5 kg／m3砌块时，
砌块的干体积密度为552 kg／m3，发泡时有适量的泡
溢出；当铝粉用量大于0．7kg／m3砌块时，砌块的千体
积密度小于410 kg／m3，发泡时有大量的泡溢出，说明
铝粉用量大于0．7 kg／m3砌块时，铝粉浪费严重。因
此确定铝粉用量为0．5-0．6 kg／m3砌块。
2-2 料浆含水率的确定料浆的稠度与原料的性质
(包括矿物成分、含水率、细度等)、胶结料冰泥、石灰、
石膏等)的性质、加水量等因素有关。加气混凝土砌
块生产中料浆的稠度控制在28~29 cm较好[3】。水料
比试验见表4o
表4 水料比试验
由表4可知，控制水料比在0．6l～0．58范围内，
可满足料浆的稠度在28-29 cm。按此计算，料浆的
含水率为36．8％-37．9％，确定料浆含水率为37．4％。
2-3 养护制度的确定
2．3．1 静养温度和时间的确定：料浆配置好后，立即
倒入模具中进行发泡(即静养)。此过程主要的影响
因素为静养温度和静养时间，试验得到的静养温度与
产品抗压强度之间的关系见图3。由图3可知，适宜
的静养温度在45℃以上，一般控制在45-65℃，当静
养温度低于15℃时，发泡效果很差，但如果提高料浆
． 52．
温度，也会得到较好的发泡效果。
静养温度／℃
图3 静养温度与产品抗压强度之间的关系
由试验可知，静养的最佳时间为120-180min。
时间小于120 min发泡不足，初坯的气孔率低，砌块的
干体积密度大；时间大于180 min，生产率低，而且水
泥反应时间过长，初坯过硬，切割困难。
2．3．2 蒸压养护制度的确定：试验采用升温2 h、恒温
4 h、降温2 h蒸压养护制度，恒温蒸气压力与砌块强度
的关系，见图4。
恒温蒸汽压力／MPa
图4 恒温蒸汽压力与制品抗压强度的关系
由图4可知，恒温蒸气压力在1．2 1VJPa以上时，
砌块抗压强度可以达到3．5l~／[Pa以上。确定适宜的
恒温蒸气压力为1．2～1．5]~／lrPa。
3 结论
1．最佳的原料配比为石材粉末废料80％，
生石灰14％，石膏2％，水泥4％；铝粉的最佳用
量为0．5-0．6 kg／m3砌块；料浆的最佳含水率为
36．8％ -37．9％ 。
2．养护制度：静养温度一般控制在45-65℃；
静养时间控制在l20～180rain；采用升温2h、恒温
4 h、降温2 h的蒸压养护制度，恒温蒸汽压力最佳值为
1．2～1．5 MPa。最佳工艺参数条件下，可以生产出10
级以上加气混凝土砌块。
参考文献：
[1]刘家弟．石材加工粉末废料生产建筑砌墙砖研究 ．非金属矿，
2012(6)：32—34．
[2】宋晓辉，任中京．加气混凝土用铝粉的应用与制备 ．中国粉体技
术，2006(3)：45—47．
[3]王雨利，刘素霞，罗树琼，等．利用固体废弃物制备蒸压加气混凝土
砌块的研究叨．河南理工大学学报：自然科学版，2012(5)：613—616．

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