本發(fā)明涉及建筑材料，特別是涉及一種基于固體廢棄物的硫鋁鐵系膠凝材料的制備方法及其應(yīng)用，具體為一種利用工業(yè)固體廢棄物制備硫鋁鐵系膠凝材料并用于生產(chǎn)預(yù)制蒸壓加氣混凝土板的方法。

背景技術(shù)：

1、蒸壓加氣混凝土（aac）板作為一種新型的建筑材料，具有重量輕、隔熱性能好、可加工性強(qiáng)等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于建筑工程中。然而，傳統(tǒng)的蒸壓加氣混凝土板在實際應(yīng)用中仍存在一些不足，限制了其應(yīng)用和發(fā)展?，F(xiàn)有的蒸壓加氣混凝土板主要由水泥、石灰、砂、石膏和鋁粉等原材料制成，通過一系列工藝步驟如攪拌、澆注、預(yù)養(yǎng)、切割、蒸養(yǎng)等制備而成。

2、然而，現(xiàn)有技術(shù)方案存在一些劣勢和不足：資源消耗與環(huán)境污染：現(xiàn)有的蒸壓加氣混凝土板生產(chǎn)過程中，主要原材料是水泥、石灰和砂。這些原材料的生產(chǎn)和運輸不僅消耗大量的自然資源，而且產(chǎn)生大量的二氧化碳排放，對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。此外，石灰在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的粉塵，進(jìn)一步加劇了環(huán)境污染問題。能耗高：蒸壓加氣混凝土板的生產(chǎn)需要經(jīng)過蒸養(yǎng)過程，這一過程需要消耗大量的能源來加熱和維持高壓環(huán)境。高能耗不僅增加了生產(chǎn)成本，而且對能源資源造成了巨大的壓力，不符合當(dāng)前節(jié)能減排的要求。力學(xué)性能不足：傳統(tǒng)的蒸壓加氣混凝土板由于其多孔結(jié)構(gòu)，盡管具有較好的隔熱性能，但其力學(xué)性能較差，尤其是在抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度方面表現(xiàn)不足。這限制了其在承重結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，降低了其市場競爭力。耐久性差：現(xiàn)有的蒸壓加氣混凝土板在長期使用過程中，容易受到環(huán)境因素如濕度和溫度變化的影響，導(dǎo)致材料性能退化，耐久性不足。特別是在潮濕環(huán)境中，蒸壓加氣混凝土板容易吸水，導(dǎo)致板材強(qiáng)度下降和體積膨脹，影響其使用壽命。制備過程復(fù)雜：傳統(tǒng)蒸壓加氣混凝土板的制備過程需要經(jīng)歷多個步驟，包括攪拌、澆注、預(yù)養(yǎng)、切割和蒸養(yǎng)等，每個步驟都需要嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，稍有不慎就可能導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量問題。此外，制備過程中需要使用大量的水資源，這不僅增加了生產(chǎn)成本，也對水資源造成了浪費。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的資源消耗與環(huán)境污染、力學(xué)性能不足、耐久性差、制備過程復(fù)雜的問題，本發(fā)明提供一種固廢基硫鋁鐵系膠凝材料預(yù)制蒸壓加氣混凝土板的制備方法。

2、傳統(tǒng)蒸壓加氣混凝土板的生產(chǎn)主要依賴水泥、石灰和砂等天然資源，導(dǎo)致資源消耗巨大，并在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量二氧化碳，造成環(huán)境污染。針對這一問題，本發(fā)明通過利用工業(yè)固體廢棄物如礦渣、粉煤灰等作為主要原材料，有效減少了對天然資源的依賴，同時降低了生產(chǎn)過程中的二氧化碳排放，有助于實現(xiàn)資源的綜合利用和環(huán)境保護(hù)。

3、傳統(tǒng)蒸壓加氣混凝土板由于其多孔結(jié)構(gòu)，雖然具備良好的隔熱性能，但力學(xué)性能較差，尤其是抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度較低，限制了其在承重結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。為解決這一問題，本發(fā)明通過引入硫鋁鐵系膠凝材料，該材料具有較高的強(qiáng)度和粘結(jié)性，從而提高了蒸壓加氣混凝土板的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，增強(qiáng)了其力學(xué)性能，使其在建筑工程中的應(yīng)用更加廣泛和可靠。

4、現(xiàn)有蒸壓加氣混凝土板在長期使用過程中容易受到環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致材料性能退化，耐久性不足。特別是在潮濕環(huán)境中，容易吸水導(dǎo)致強(qiáng)度下降和體積膨脹，影響使用壽命。本發(fā)明采用的硫鋁鐵系膠凝材料具有良好的耐腐蝕性和抗?jié)裥阅?，使得制備的蒸壓加氣混凝土板在長期使用過程中不易受到環(huán)境因素的影響，耐久性顯著提高，延長了材料的使用壽命。

5、傳統(tǒng)蒸壓加氣混凝土板的制備過程需要經(jīng)過多個復(fù)雜的工藝步驟，每個步驟都需要嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，增加了生產(chǎn)難度和成本。本發(fā)明通過優(yōu)化配方和工藝流程，簡化了制備過程，降低了生產(chǎn)難度和成本。同時，通過減少水資源的使用，提高了生產(chǎn)過程的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。

6、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

7、一種固廢基硫鋁鐵系膠凝材料預(yù)制蒸壓加氣混凝土板的制備方法，包括以下步驟：

8、（1）材料干物質(zhì)使用含量：磷石膏6-10%、鋁灰12-23%、煤矸石0-5%、粉煤灰20-30%、鋼渣15-20%、電石渣3-8%、水泥4-13%、石灰6-17%、鋁粉0.1-0.2%，水料比0.6；

9、（2）機(jī)械球磨法進(jìn)行固廢預(yù)處理；此時加入磷石膏、鋁灰、煤矸石、粉煤灰、鋼渣、電石渣。

10、固體廢物中存在雜質(zhì)和污染物，以及不同固廢間形貌和活性存在顯著差異，采用機(jī)械球磨法固廢預(yù)處理技術(shù)，控制壓力和溫度，短時間內(nèi)使固體廢物受到高水平?jīng)_擊和摩擦，導(dǎo)致材料發(fā)生簡單物理變化（粒徑變?。?，引發(fā)一系列化學(xué)過程（晶體結(jié)構(gòu)破壞并轉(zhuǎn)化），從而會生產(chǎn)出高活性材料。

11、研磨時，在筒體內(nèi)安裝大小不一的研磨鋼球等鋼性材料（與固廢大小相近即可），研磨過程中固廢材料應(yīng)占球磨機(jī)筒體有效容積的30%±5%。

12、電動機(jī)通過齒輪帶動球磨機(jī)筒體旋轉(zhuǎn)時，研磨材料和固體廢物在摩擦力和離心力的作用下受到相應(yīng)的弧形運動，固體廢物被研磨材料沖擊和摩擦，從而實現(xiàn)大顆粒的破碎和精細(xì)研磨，隨著細(xì)度的增加，固廢中除石英外的某些硅質(zhì)礦物將進(jìn)一步參與水熱合成反應(yīng)，提高反應(yīng)速率。

13、（3）預(yù)處理后煅燒，定向礦化；煅燒的作用，得到以無水硫鋁酸鈣、fe-a1溶代硫鋁酸鈣、硅酸二鈣、鐵相和無水硫酸鈣為主要礦物成分的中間體材料。

14、（4）二次研磨中間體材料；二次研磨控制在85?μm以下粒徑的數(shù)量為5%；

15、二次研磨后在混凝土板制備過程中進(jìn)行氣泡調(diào)節(jié)，通過控制漿料稠度、多頻振動改善氣泡分布均勻性。

16、（5）將二次研磨后的中間體材料、水泥、鋁粉與水加入，進(jìn)行發(fā)泡；漿料發(fā)泡過程：通過添加水泥和石灰與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氧化鈣，漿料ph≥12，溫度≥30℃，鋁粉作為混凝土板的發(fā)泡劑，這個階段向漿料中添加鋁粉，其表面的氧化膜迅速被去除，與水反應(yīng)置換出水中的氫氣，放出氣體形成氣泡。

17、（6）漿料增稠后，澆筑過程中進(jìn)行多頻振動；

18、漿料增稠過程：磷石膏、鋁灰等可以作為硫鋁鐵系的來源，粉煤灰、廢渣等作為硅原料的來源，根據(jù)鋁粉的氣體產(chǎn)生速度選擇最佳混合比例，在制漿過程中，當(dāng)粉煤灰、鋼渣和電石渣按4:3:1混合，質(zhì)量占40%，多元固廢漿液濃度控制在55%±2%時，增稠效果最好，漿料膨脹效果最優(yōu)。漿料的增稠速度與發(fā)泡速度一致。

19、固廢混合漿料在澆筑過程中的進(jìn)行多頻振動，保證混凝土板中氣泡的均勻分布，澆筑開始時，添加的鋁粉迅速放出氣體，產(chǎn)生大量的氣泡，促進(jìn)漿料的快速膨脹。隨后進(jìn)行橫向振動，氣泡向兩側(cè)橫向擴(kuò)散，當(dāng)漿料膨脹到模具邊緣時，橫向運動停止，氣體生成減慢并逐漸穩(wěn)定下來，伴有縱向振動，氣泡緩慢而均勻地向上上升。當(dāng)漿料表面出現(xiàn)一定量的氣泡時，振動停止，氣泡在漿料中均勻排列。通過使用這種操作方法，使?jié){料充分混合和反應(yīng)，進(jìn)一步改善坯料中孔隙的分布和質(zhì)量，以保證內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

20、（7）澆筑完成后進(jìn)行多溫度固化；使用高壓反應(yīng)釜進(jìn)行高溫高壓固化，高溫蒸汽通過熱傳導(dǎo)將熱量從表面?zhèn)鬟f到固化板，將固化過程共分為預(yù)固化、升溫、恒溫、冷卻、保溫五個階段。整個過程溫度變化均勻，在溫度梯度逐漸升高的情況下促進(jìn)高摻雜固廢基功能性預(yù)制蒸壓加氣混凝土板固化，從而規(guī)避由于過大的試樣內(nèi)部和外部之間的溫度差異而導(dǎo)致的開裂、強(qiáng)度降低和屈服降低等缺陷。

21、（8）固化完成后得到高摻雜固廢基功能性預(yù)制蒸壓加氣混凝土板產(chǎn)品。

22、進(jìn)一步地，步驟（2）中的機(jī)械球磨的具體過程為：研磨過程中固廢材料應(yīng)占球磨機(jī)筒體有效容積的30%±5%，球磨轉(zhuǎn)速15?r/min~40r/min，球磨時間1?h±20?min。

23、進(jìn)一步地，步驟（3）中的原料在?110℃下干燥，直至達(dá)到恒定重量，將原料按預(yù)先設(shè)計的比例混合，通過研磨均質(zhì)化，然后在電阻保溫爐中煅燒，依次以6.5、5和2.5℃/min的加熱速率煅燒樣品120、60、40?min，并在?1200℃的溫度下保持30?min，然后快速風(fēng)冷溫度降至室溫。

24、進(jìn)一步地，步驟（4）中的二次研磨的時間30?min，轉(zhuǎn)速48?r/min。

25、進(jìn)一步地，漿液濃度控制55%±2%；多頻振動的具體操作為：第一階段從模具注射開始，鋁粉迅速放出氣體并促進(jìn)漿料的快速膨脹，產(chǎn)生大量的氣泡，隨著橫向振動，氣泡橫向擴(kuò)散到兩側(cè)，當(dāng)漿料膨脹到模具邊緣時，橫向運動停止；進(jìn)入第二階段，鋁粉的氣體生成減慢并逐漸穩(wěn)定，并伴有縱向振動，氣泡緩慢均勻地向上上升；第三階段，當(dāng)漿料表面出現(xiàn)一定數(shù)量的氣泡時，振動停止，氣泡均勻地排列在漿料中。

26、進(jìn)一步地，多溫度固化為預(yù)固化、升溫、恒溫、冷卻、保溫五個階段。

27、更進(jìn)一步地，預(yù)固化階段：將樣品放入預(yù)固化室進(jìn)行預(yù)固化，在60℃的溫度下保持45?min；升溫階段：送入高壓反應(yīng)釜進(jìn)行蒸汽固化，溫度以0.5℃·min-1的速度緩慢上升；恒溫階段：高壓反應(yīng)釜內(nèi)的溫度到達(dá)且穩(wěn)定在195℃±3℃，壓力控制在1.20mpa±0.05mpa，恒溫保持1?h；冷卻階段：恒溫過程完成后，溫度以1℃/min的速度降低，保持特定的梯度防止因溫度快速下降而引發(fā)的開裂和其他問題；保溫階段：溫度下降到45℃時，保溫50?min，促進(jìn)混凝土板的初始水化，產(chǎn)生的水合硅酸鈣為混凝土板的強(qiáng)度提供了的基礎(chǔ)。

28、有益效果

29、1、本發(fā)明主要采用工業(yè)固廢如鋁灰、粉煤灰、鋼渣、煤矸石等作為原材料，不僅減少了對天然資源的依賴，節(jié)約了資源，還能有效利用工業(yè)廢棄物，減少廢物堆積和環(huán)境污染。

30、2、本發(fā)明通過采用硫鋁鐵系膠凝材料，該材料具有較高的強(qiáng)度和粘結(jié)性，提高了蒸壓加氣混凝土板的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。同時，材料具有良好的耐腐蝕性和抗?jié)裥阅?，使得制備的混凝土板在長期使用過程中不易受到環(huán)境因素的影響，耐久性顯著提高。

31、3、本發(fā)明通過優(yōu)化配方和工藝流程，簡化了制備過程，降低了生產(chǎn)難度和成本。同時，通過減少水資源的使用，提高了生產(chǎn)過程的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。

32、4、本發(fā)明采用機(jī)械球磨法對固廢進(jìn)行預(yù)處理，通過控制壓力和溫度，使固廢材料在短時間內(nèi)受到高水平?jīng)_擊和摩擦，從而實現(xiàn)材料粒徑的減小和活性的提高。同時，通過精確控制漿料稠度、多頻振動等工藝參數(shù)，確保了混凝土板內(nèi)部氣泡分布的均勻性和孔隙結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

33、5、本發(fā)明采用多溫度段固化工藝，包括預(yù)固化、升溫、恒溫、冷卻和保溫五個階段，通過精確控制各個階段的溫度和時間，避免了由于溫度差異導(dǎo)致的開裂和強(qiáng)度降低問題，提高了材料的穩(wěn)定性和耐久性。

34、6、通過優(yōu)化工藝和材料配比，本發(fā)明制備的高摻雜固廢基功能性預(yù)制蒸壓加氣混凝土板表現(xiàn)出優(yōu)異的隔音、耐火、隔熱、輕量化等多功能性能，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，為建筑工程提供了更多選擇。