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石膏 基泡沫混凝土的研发与应用

2018-10-03

简介

石膏 基与水泥基泡沫混凝土一样,它们 具有相同与相似的理化性能,并优 于水泥基泡沫混凝土的许多功能。同属 泡沫混凝土大家族的一个分支。

石膏 是建筑材料中三大胶凝材料之一。石膏 分天然石膏和化学石膏。天然 石膏是从天然石膏矿开采面得,其理 化性能与化学石膏基本相同,本文不再赘叙。主要 对化学石膏的研发与应用略加阐述。所谓化学石膏,主要 指工业生产中的副产物或废弃物。如磷石膏、脱硫石膏、钛石膏、氟石膏、镍石膏、柠檬酸石膏等。在这 些工业生产的排放物中,其主 要成份以二水硫酸钙CaSO4·2H2O为主 要成份的工业副产品统称为化学石膏。其中 磷石膏和脱硫石膏的排放量最大,约占总排放量的85%左右,本文 将以磷石膏与脱硫石膏为代表,介绍 石膏 基泡沫混凝土自保温砌块等系列产品的研发与应用。

磷石 膏是磷化工企业的副产物,在制备磷酸的过程中,磷矿 石与硫酸进行化学反应,生成 磷酸和二水硫酸钙即磷石膏。脱硫 石膏是火力发电厂采用湿法脱硫技术使用石灰石粉与烟气中的SO2反应生成的副产物,其主 要成分也是二水硫酸钙CaSO4·2H2O,这两 种工业废弃物排放量巨大,每年约排放6000万吨至壹亿吨,加之历史积存量,目前已达数亿吨之多。这些废弃物大量堆集,占用耕地,如不及时处理,必然会对土壤、水源、空气产生严重污染,破坏自然环境。据有关资料显示,中国已有5000万亩 耕地遭工业废弃物污染而不能耕种,随着污染的不断加剧,18亿亩 耕地的红线已面临失守,形势十分严峻。因此 利用上述这些工业废弃物研发生产的新型建筑材料,石膏 基泡沫混凝土自保温砌块,浇注式(静压式)石膏自保温填芯砌块,石膏机喷砂浆,纤维 增强石膏空心大板等系列产品,符合 国家的节能减排政策和人民的愿望。建筑 节能是我国的一项基本国策。政府倡导的“循环经济”“低碳经济”可持 续发展的科学发展理念是鼓励发展利废减排,轻质高强,节能 环保以及性价比高的新型墙体材料。同时 国家和地方政府还出台了一系列资助、减税,免税和奖励政策。因此研发利废环保、节能减排、保温隔热,防火 隔音的新型建筑材料将逐渐成为建材市场的主导产品,市场前景十分广阔。

 

目前行业状况

中国 房地产事业的发展比较迅猛,已经 取得了阶段性的成就,但目 前已发展至转型期。建筑 业转型是我国目前建筑业实现可持续发展的必然趋势。建筑 业将由低性能转向高性能和低碳环保的新型建筑,已渐成为时代潮流。高性 能建筑离不开高性能建筑材料。泡沫 混凝土便是首当其冲的高性能建筑材料。因为 泡沫混凝土是集保温隔热,环保节能、防火防水、隔声吸音,轻质耐久,防震 抗爆等诸多优点为一身的高性能建筑材料。目前欧、美、日、韩等 发达国家对泡沫混凝土的应用较为广泛。我国 的泡沫混凝土发展也已进入快速增长期。加之 我国建筑业的转型,为泡 沫混凝土的发展提供了前所未有的发展机遇。近年 来国内众多科研院所对水泥基泡沫混凝土的研发皆取得了许多重大收获。但对 石膏基泡沫混凝土的研发仍然较少。为了 加快推动石膏基泡沫混凝土的发展,本文 着重阐述石膏基泡沫混凝土的研发情况,希望 能对业内人员有所启发和帮助。因为 它是真实的变废为宝,节能减排,可持续发展的好项目。愿我 们业内同仁能携手奋进,共谋发展,努力 减少工业污染和排放。让我们携起手来,为使我们的天更蓝,云更白,山更青,水更秀而努力奋斗。

化学 石膏的特性与应用

化学 石膏是工业废弃物,其主 要成份是二水硫酸钙CaSO4·2H2O常态为含水率20%80%的砂粉状,一般 要经过烘干或煅烧后方能使用。其主 要使用范围和方法如下:

1)将化 学石膏烘干改性可做自保温砌块,机喷砂浆,隔墙板等系列产品。

2)将化学石膏经高温、常压煅烧生产出β-CaSO4·0.5H2O半水石膏,可生产纸面石膏板、石膏条板,装饰线条,石膏砌块等墙体材料。

3)将化学石膏经高温、蒸压生产出α-CaSO4·0.5H2O半水石膏,即高强石膏粉,可用于医学、模具 等高强度胶结材料。

4)可用 于生产硫铝酸盐早强水泥的原材料。

5)可生产水泥缓凝剂,用以 调节水泥的凝结时间。

6)可通 过特种工艺制备硫酸和水泥。

7)工业石膏大多呈酸性,可用来改良碱性土壤,制造良田。

8)石膏 是一种多微孔的结构体,当室 内环境湿度较重时,它可吸收过量的湿气。当室 内湿度降低时又可释放湿气,这种“呼吸功能”过程 中可提供人们舒适的居住环境。适宜做墙体材料。

9)石膏 有杀菌消毒的功能,又具 有净化室内空气的功效,属于优质墙体材料。

10)石膏 是一种较好的防火材料,当火灾发生时,石膏能释放出21%28%的结晶水,使环境升温速度变缓,能有效阻止火势蔓延,具有特殊的防火性能。

11)石膏的收缩率相当小,做墙体材料不易开裂。

研发核心技术

本次 研发的核心技术是利用原状工业排放物石膏进行改性研究,免去煅烧环节,因为 煅烧也要耗能产生废气。避免 了利废产废的环节,节约能源,降低成本,并使其具有耐水性能,扩大了它的使用范围。而且 改性后的石膏产品各项理化性能指标优于经过煅烧的半水石膏产品。现已 成功研制出石膏基泡沫混凝土砌块,浇注 式和静压式复合自保温砌块,石膏 机喷砂浆和用于住宅产业化的纤维增强石膏空心大板。

4.1 石膏 基改性泡沫混凝土砌块

众所周知,石膏 是一种气硬性材料,产品 不宜用于潮湿环境,大都用作内墙材料,如石 膏空心条板与砌块等。厨房 和卫生间都不能使用。我们 对其进行改性研究,使其具有耐水性能,超过 煅烧半水石膏的理化性能,不仅可节约能源,减少投资,降低成本,而且 扩大了其使用范围。各项 性能指标符合和高于JG/T266-2011《泡沫混凝土》和JC/T1062-2007《泡沫混凝土砌块》,GB/T29062-2012《蒸压 泡沫混凝土砖和砌块》等行业标准。传统 的水泥基泡沫混凝土砌块比加气砼砌块性能虽好,但成 本远高于加气砼砌块,市场竞争力低。改性 后的石膏基泡沫混凝土砌块与水泥基泡沫混凝土砌块的理化性能差不多。请参见表1。但成 本要比水泥基泡沫混凝土砌块低得多。主要是原材料易得,有些 地方不但不花钱而且还给补贴,成本低。因此 具有明显的市场竞争力。石膏 基泡沫混凝土砌块成本与加气砼砌块差不多,但理 化性能要比加气砼砌块优越。用于 外墙可不必做外保温系统,不开裂空鼓,不脱落漏水,成墙结构工艺简单,成本低,并能缩短建设周期,现把 两种成墙效果进行比较,请参见表2

 

1石膏 基泡沫混凝土砌块与水泥基泡沫混凝土砌块理化性能比较

名称

干密度

抗压

导热系数

软化系数

能耗

吸水率

水泥基泡沫砼砌块

≤1150/m3

≤3.5Mpa

≤0.32W/m·k

    /

≤25%

石膏基泡沫砼砌块

680/m3

5.1 Mpa

0.25 W/(m·k)

   0.76

23%

 

2两种 砌块成墙效果比较

比较项目

改性 石膏泡沫混凝土砌块墙体

粉煤 灰加气砼砌块墙体

作业方式

干作业,不要做防水

湿作业,要做防水

成墙效果

30-40/人工日

8-10/人工日

浆料耗用

3-6公斤/平方米

60-80公斤/平方米

市场售价

450/立方米

200/立方米

外墙保温

无需做

要做100元左右/平方米

综合成本

100/平方米

145/平方米

施工周期

与主体同期

延长工期3个月

墙体质量

不开裂,不空鼓,不脱落,不漏水

开裂,空鼓,脱落,漏水

4.2 浇注 式改性自保温砌块

利用β-CaSO4·0.5H2O半水石膏进行改性,生产浇注 式改性自保温砌块,使其 具有保温防水功能,可用于外墙,无需做外保温系统,参照GB/T29060-2012《复合 保温砖和复合保温砌块》;JG/T407-2013《自保 温混凝土复合砌块》等标准。其主 要生产工艺是先采用浇注式生产石膏砌块的工艺,生产 出改性石膏空心砌块。然后 利用改性石膏发泡技术的生产工艺对该空心砌块进行填芯灌注石膏基泡沫混凝土。这种 自保温砌块的外壳与填芯为同质材料,相容性好,不会产生裂隙,保温性能好。而且生产成本低。该生 产工艺流程请参见图1,其理化性能请见表3

3浇注 式改性自保温砌块主要理化性能表

干密度

抗压

抗折

传热系数

软化系数

766/m3

7.5Mpa

2.4Mpa

0.9

0.72

 


1浇注式(静压式)改性 石膏自保温砌块生产工艺流程图

 

4.3 静压 式改性自保温砌块

利用 原态排放物二水石膏进行烘干或风干,直接进行改性,配料,拌合 均化后投入高压双向液压机,压制成空心石膏砌块。然后 再浇注石膏基泡沫混凝土填芯材料制成静压式改性石膏自保温砌块。这种砌块外壳密度高,抗压强度大。不仅 可用于框架结构的外填充墙体,也可 用于厨房和卫生间作自保温墙体。具有耐水耐老化功能。该产 品理化性能请见表4。其生 产工艺与浇注式改性石膏自保温砌块差不多,只是将‘浇注入模’的工序改为‘入模静压’而已。其它 生产工艺各环节基本相同。(生产 工艺流程请参见图1)。产品 的理化性能略有差异,主要 是免煅烧工艺既节能减排,又避 免了利废产废的弊端。因生产工艺简单,少了煅烧环节,既节约能源和成本,又能 大量消耗工业废弃物。大幅 度降低了生产成本,使产 品具有较强的市场竞争力。

4静压 式改性自保温砌块的主要理化性能表

干密度

抗压

抗折

传热系数

软化系数

835/m3

8.9Mpa

2.8Mpa

0.94

0.8

4.4 石膏基机喷砂浆

随着 建筑业的品质提升和转型,工程 质量和施工效率直接引起人们的重视。为了 提高工程质量和施工效率,机喷 砂浆的粉刷工艺便应运而生。尤其 是石膏基机喷砂浆便得到人们的青睐。因为 石膏基的机喷砂浆具有以下很多优点:

1)传统 的粉刷砂浆很难从根本上解决开裂,空鼓的问题。石膏 基机喷砂浆能够对各类墙体均具有较强的粘接性能,不会开裂空鼓。

2)机喷 砂浆能提高施工效率,缩短建设工期,施工速度快,比传 统的施工方法能提高施工效率3-4倍。每台 机每天可喷涂墙面1200-1500平方米(4-5),相当于20个熟 练工一天的工作量。

3)施工 时基本没有落地灰,既能节约原材料,又能 保护施工现场环境。降低成本20%-30%以上。

4)石膏具有呼吸功能,能自动调节室内湿度,提供舒适的生活环境,尤其适宜内墙粉刷。

5)石膏具有防火功能,10毫米 厚的石膏砂浆可使隔墙的耐火极限延长50分钟。

6)石膏 砂浆还有保温隔热,节能环保,杀菌消毒的作用。其主 要理化性能请参见表5;石膏基机喷砂浆的生产 工艺流程请参见图2

 

5石膏 基机喷砂浆的理化性能表

名称

干密度

抗压

抗折

初凝时间

半水石膏

1410/m3

8.1Mpa

3.7Mpa

90min

二水石膏

1450/m3

6.9Mpa

2.9Mpa

10h

 

2石膏 基机喷砂浆生产工艺流程图

 

结论

综上所述,对石 膏基泡沫混凝土系列产品的研发与应用很有必要。它是 泡沫混凝土大家族的组织成员,也是 该组织中不可或缺的重要组成部分。因为 它是解决工业废弃物的有效途径,它能 合理地将工业废弃物转化为高性能和高性价比的新型墙体材料。符合节能减排,利废为宝,防火保温的“低碳经济”“可循环经济”和“可持续发展”的科学发展理念。也是治理环境,美化 环境和造福人类的善事。希望 业内专家里手们能给予大力支持和联手,携手共创美好的明天。


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