环保水泥蒸压加气混凝土砌块研制及工程应用.docx

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1、题目：环保水泥蒸压加气混凝土砌块研制及工程应用*研究内容摘要（限120字内）引进美国先进技术，结合地方工业固体废弃物，制成环保水泥蒸压加气混凝土砌 块，解决生产工艺问题，将产品在工程中推广应用。一方面减少硅酸盐水泥的用 量，减少对环境的污染及能耗，另一方面在保持性能不降低或更好的情况下，节 约成本，具有很好的应用前景。*一、项目立项依据（包括国内外技术发展现状、技术瓶颈和发展趋势，知识产 权情况，项目对福建科技、经济和社会发展的作用及产业化前景，2000字内）我国十二五规划指出：“要大幅度降低能源消耗强度和二氧化碳排放强度， 加快低碳技术研发应用。“环保水泥能够消耗工业固体废料（如粉煤灰、矿渣

2、等）， 生产过程无需高温煨烧，不采用或少量采用水泥熟料，是一种低CCh排放低耗能 的水泥，成本低于硅酸盐水泥，是水泥工业的主要发展方向之一。环保水泥主要 包括碱矿渣水泥和地聚合物水泥。碱矿渣水泥是用碱来激发矿渣的（Si+Ca）体系 水泥，地聚合物水泥是用碱来激发偏高岭土和粉煤灰的（Si+Al）体系水泥。（道槎 分类有好腹吗？下面引用国内成果，都用不同名耦）自从1930年“碱激发理论”诞生以来，各国对于它的研究就一直在持续。碱矿 渣水泥具有需水量小，水化热低，强度高，耐久性好等优点，但同时也有凝结时 间快，体积收缩大和抗碳化能力差等缺点。1979年，DaVidOVitS提出了地聚合物 水泥，它原

3、材料来源广泛，制备技术简单。与硅酸盐水泥相比，地聚合物水泥节 约3/5的能源，CO2排放量减少80%-90%。与普通混凝土相比，采用地聚合物水泥 配制的混凝土具有较好的耐久性，包括抗化学腐蚀、抗冻融、低氯离子渗透率、 耐磨性，温度稳定性，不会产生碱骨料反应，且具有早期强度高和体积稳定好（没 有收缩和碳化问题?）等优点。然而，它需要在高温下才能激发出活性（?）.由于环保水泥在混凝土中应用存在需高温养护、收缩大等问题，使其在预拌 混凝土中的应用受到限制。但如果能将环保水泥用于蒸压加气混凝土砌块，由于 该砌块生产的蒸压过程提供了高温养护，不仅能使砌块收缩在蒸压过程完成，使 蒸压后的砌块体积稳定性好，

4、而且能使砌块产品强度提高。由于环保水泥不采用 或少量采用熟料，主要成分为含硅酸盐的粉煤灰、矿渣等，其成本低于硅酸盐水 泥。因此，环保水泥在蒸压加气混凝土砌块中的应用具有很强的可行性和广阔的 应用前景。国内外对环保水泥及其混凝土性能进行了大量的研究，但对环保水泥蒸压加 气混凝土研究很少。重庆大学材料科学与工程学院田元艳等对以偏高岭土和粉煤 灰为主要原料制备免蒸压地聚合物水泥加气混凝土进行研究，制备出密度在 525-800 kg?的经过28 d的标准养护，其抗压强度为2.58.0 MPa的地聚合物水 泥加气混凝土。（问题在那?）西南科技大学材料学院江晓君等对碱激发磷渣制备 免蒸压加气混凝土进行了研

5、究，在水玻璃模数为1.2、碱含量为6 %和60 C蒸汽 养护（不一致?）的条件卜可以制备出28 d强度高达11.9 MPa容重为806 kgn的加 气混凝土（问题在那?）。江西省建筑材料工业科学研究设计院曾兴华等开展利用 鸨尾矿渣制备蒸压加气混凝土砌块研究，在试验室制备铛尾矿渣掺量为60%的试 块，在企业（正碓名耦吗?）蒸压釜内按实际蒸养制度养护，制备的铝尾矿渣加气 混凝土砌块的抗压强度达到3.67MPa,密度为6l5kgn,满足A3.5 B06级产品标 准要求。本计恚中的新型环保技术，在加气混凝土砌块厂中，蒸压设备是现成的，无 需改变现有的生产条件和流程，且蒸压可提高砌块的强度，减少其收缩，

6、提高生 产效率，减少产品的存贮空间，因此应优先采用蒸压养护。另外，不同地区的工 业固体废料（如粉煤灰、矿渣、磷渣、偏高岭土、铛尾矿等）种类不同，相同种 类的工业固体废料，其化学成分，细度等指标千差万别，因此一个地区的研究成 果无法直接移植到另一个地区。新型环保蒸压加气混凝土砌块组分比较复杂，相对于普通混凝土，它有发气 组分铝粉，为了协调发气速度和基体强度增长速度，需加入石灰。铝粉与一些激 发剂会发生反应，使基体强度增长速度超过发气速度，造成憋气。因此，必须弄 清激发剂、硅铝酸盐物质及铝粉之间的关系，使发气稳定，孔结构良好，这是需 要解决的技术瓶颈问题。我国的建筑能耗已占全社会总能耗的27%,成

7、为耗能大户。在建筑能耗中墙 体耗能约占60%。与外保温墙体和内保温墙体相比，自保温墙体由于施工简单， 与建筑同寿命，受到建筑界的青睐。随着福建省发展应用新型墙体材料管理办 法（福建省任命政府令第99号）和福建省墙体材料“十二五”发展规划 的深入贯彻实施加气混凝土砌块作为一种自保温材料，在我省得到广泛的应用， 全省每年用量500万n,福州地区占240万n?。美国韦恩州立大学吴怀中教授是福建省闽江学者讲座教授，他在环保水泥研 究方面居于世界前列或挑有数项新型环保水泥再利。福建同利建材科技有限公司 与福州大学土木工程学院建立了长期的合作关系，是我省技术力量最强、加气混 凝土砌块产量最大的科技型企业。

8、将该美国先进技术引入福建省，与福建省的当 地固体废弃物相结合，以福州大学雄厚的技术力量为依托开展创新性研究，以福 建同利建材科技有限公司为产业化试点基地，预期可以顺利开发出满足国家标准 蒸压加气混凝土砌块（GBIl968-2006）的系列产品，推动福建省科技的发展。研制和推广环保水泥蒸压加气混凝土砌块可节约成本、减少碳排放量且可大 量消耗工业固体废料，其环保性和经济性突出，这不仅有利于改善福建省环境， 推动福建省经济和社会的发展，因此具有非常好的产业化前景。目前还未检索到 这方面的专利。有望通过本课题的研究，产生这方面的专利群，形成自主知识产 权。*二、研究开发内容及主要创新点（2000字内）

9、1、具体研究开发内容和要重点解决的关键技术问题：（1）具体研究开发内容1）适合于蒸压加气混麋土砌块的环保水泥普通蒸压加气混凝土砌块是用钙质材料（如水泥、石灰）和硅质材料（如砂 子）的配料中加入铝粉作加气剂，经加水搅拌、浇注成型、发气膨胀、预养切割, 再经高压蒸汽养护而成的多孔硅酸盐砌块。这里采用水泥是硅酸盐水泥。硅酸盐 水泥在生产过程最高煨烧温度为1450,生产1吨硅酸盐水泥，大致排放约1 吨的CO2,消耗45GJ的能源。环保水泥原理是用碱来激发固体工业废弃物， 无需高温燃烧。因此在蒸压加气混凝土砌块中采用环保水泥取代硅酸盐水泥是有 明显的环保效益。在环保水泥研制过程要考虑几个问题：一是成本，

10、其成本不能比硅酸盐水泥 高，因此要优选及开发低慎激发剂；二是碱马铝粉的适配性，不能明显促进铝粉 的反应。前期研究表明，以中性钠盐为主的激发剂效果较好，最优配方为“粉煤 灰：硅酸盐水泥：硫酸钠（质量比）=60:40:4”时，采用蒸压养护时，水泥浆抗 压强度可达到84.0MPa.这个配方在蒸压加气混凝土砌块研究时需进一步调整。 2）环保水泥蒸压加气混凝土砌块配方及配制方法在前期研究得到优良环保水泥配方的基础上，开展环保水泥取代硅酸盐水泥 和石灰最佳比例的研究。石灰遇水会发生激烈反应，前期研究表明，用环保水泥 取代20%的石灰（给人印象硅酸盐水泥不勒!）,可以改善蒸压加气混凝土砌块的孔 结构而增-。

11、前期研究还表明，环保水泥全部取代硅酸盐水泥，不但抗压强度没 有降低，且容重略轻。接下来，需通过大量试验室试验、中试试验和工程应用，暹一步优化环保水 泥蒸压加气混凝土砌块配合比、验证这种替代比例的优越性及耐久性。通过微观 试验（测水化产物和孔结构），从微观角度进行验证这个结论的合理性。根据学 握的规律，修改现有蒸压加气混凝土砌块配合比设计方法或充分考2箴工业废料组 成分的变臭性，开发环保水泥蒸压加气混凝土砌块配合比设计方法。3）环保水泥蒸压加气混凝土砌块生产工艺因为环保水泥组分较复杂，即有激发剂组分，又有硅铝酸盐物质组分，且要 混合均匀。因此需对现有的生产工艺进行改进。如果要增加很多场地和设备，

12、改 造起来有难度。因此，通过与同利事家讨论，可利用现有的干混搅拌机，将环保 水泥各组分混合均匀后，采用管道输送到现有的水泥立罐，从而解决混合工艺方 面的问题。其绘浇注成型、发气膨胀、预养切割，高压蒸汽养护等工艺在目前基 磁上做少量改暹。当然最终技术需通过实践来验证。（2）重点解决的关键技术问题1）解决碱激发剂与铝粉的适配性问题在碱性溶液中，铝表面的氧化铝融解，使铝粉能与水反应，放出氢气，这是 发气过程。前期研究表明，如果碱性太强，比如采用硅酸钠，会加速发气过程， 使得加气混凝土砌块基体强度的发展速度跟不上发气速度，导致大气泡和塌模等 现象。通过优选发现，中性钠盐（硫酸钠）先与石灰或水泥的水化产

13、物氢氧化钙 反应，生成氢氧化钠。因为氢氧化钠的延迟生成，不会明显加速发气过程，可保 证加气混凝土砌块基体强度的发展与发气速度相协调，不会造成塌模或憋气的情 况。后续研究将以中性钠盐为基础，复掺少量其他激发剂，使发气更加稳定，性 能指标更好。2）协调蒸压加气混凝土砌块容重与抗压强度的关系蒸压加气混凝土砌块容重与抗压强度永远是一对矛盾。正常情况下，想要得 到高强度，必需要增加容重。而想要得到容重又轻，但强度又高的蒸压加气混凝 土砌块，是一件非常困难的事情。为了解决这一问题，我们只能从优化砌块的孔 结构入手，一方面增加总的孔体积量以降低容重，另一方面细化孔径，且使孔分 布均匀以提高强度。采用压汞仪和

14、摄像后进行计算机图像分析技术可定量评价蒸 压加气混凝土砌块的孔结构。需通过优化碱发剂种类和掺量，以及硅铝酸盐的种 类和掺量，有望得到轻质高强度的环保水泥蒸压加气混凝土砌块。2、项目的特色和创新之处。（1）使用福建省地方材料生产的环保水泥蒸压加气混凝土砌块福建省本地的固体废弃物包括粉煤灰、矿渣、银渣、花岗岩石粉等，和其他 地区的并不相同（磷渣、鸨尾矿等），通过研究本地的固体废弃物的化学成分、 杂质含量、细度等，将其磨到一定的细度，按合理的硅铝含量进行调配，并与碱 激发剂进行匹配，制成环保水泥，用于蒸压加气混凝土砌块。该思路具有创新性。（2）将以中性钠盐（硫酸钠）为主的激发剂用于环保水泥蒸压加气混

15、凝土砌块 为了解决加气混凝土砌块基体强度的发展与发气速度相协调问题，通过大量 前期试验，我们选择了中性钠盐作为主要激发剂，这不仅节约成本，且发气稳定， 不出现塌模现象，在国内外可查得的资料研究中均未见到，具有一定的创新性。（3）环保水泥应用于蒸压加气混凝土砌块的生产工艺将环保水泥各组分事先粉磨，搅拌均匀，然后输送到原水泥罐中，采用这种 思路对原加气混凝土砌块厂进行工艺改造，使用其能够生产环保水泥蒸压加气混 凝土砌块，这种思路有一定的创新性。*三、研究开发方案和技术路线（限2000字内）1.研究开发方案1）实验室小模试验研究实验室试验和量羟试验主要存在两个不同点：一是小模试验体积较小，只有 10

16、0 mm 100 mm I（X） mm,而实际生产过程（大模中试试验）体积很大，为3 m3：二是中试试验掺有废浆（将切割后的多余废料，加水搅拌成废浆投入使用， 掺量在10%左右，这有环保及经济效益），而小模试验没有废浆。组分复杂性不 同和尺寸效应是需要考虑的问题。为了循序渐进地解决问题，先进行小模试验。 从小模试验中找出规律，将较好的配方用于大模试验，以便在大模试验中减少影 响因素，达到研究的目的。小模试验也分为两个部分，一是进行环保水泥的研究，二是进行环保水泥蒸 压加气混凝土砌块的研究。通过正交试验和对比试验，研究碱激发剂的类型（氢 氧化钠、硫酸钠、硅酸钠等）和用量、硅铝酸盐（粉煤灰、矿渣和银渣等）类型 和用量，参考通用硅酸盐水泥GB175-2007中的指标，筛选出适合于蒸压加 气混凝土砌块的水泥。通过前期研究，我们已优选出一个较好的配方：“粉煤灰： 硅酸盐水泥：硫酸钠（质量比）=60: