專利名稱:用含飛灰的材料生產建筑構件的方法及所制成的建筑構件的制作方法
本發明涉及生產建筑構件的方法，所述的方法是通過將飛灰、熟石灰、水和含粗粒材料的混合物形成未硬化的建筑構件，并在高溫及含水蒸汽的空氣中硬化所述未硬化建筑構件。
這種方法在已公開的德國專利申請DE-A-3321899中可以見到。
在該申請中敘述了一種方法，所述方法中將煤炭火力發電站的壓碎爐底熔渣、飛灰、熟石灰和水混合，再將該混合物形成磚狀構件。然后在高溫下利用蒸汽壓力將所述磚硬化。硬化過程優選在14至16巴的壓力及180至220℃的溫度下進行。
這種已知方法的缺點在于，硬化過程中需要在高的溫度及高的蒸汽壓力下進行，同時所用的含粗粒材料則限制于壓碎爐底熔渣。
本發明的目的是提供一種指示型的方法，而所述方法容許硬化過程在較適度的條件下進行，且其中可用的含粗粒材料種類具有更廣泛的選擇性。
所述目的可由本發明的方法而達到，其特征在于，首先形成至少包含飛灰、Ca(OH)2或可轉化成Ca(OH)2的物質和水的可硬化混合物，該混合物可選擇性地部分地加以顆粒化，然后將所述可硬化的混合物與含粗粒材料混合，而構件的硬化是在最高溫度為100℃和大氣壓下進行的。
在實施本發明的方法時可從多種可能的含粗粒材料做出廣泛的選擇。具體來說可從下述幾點做出選擇a)建筑構件制造工業中所用的傳統材料;
b)在顆粒狀態下的包含著飛灰、Ca(OH)2或可轉化成Ca(OH)2的物質和水的可硬化的混合物。
c)顆粒狀態下的由一種或多種傳統材料及包含飛灰、Ca(OH)2或可轉化成Ca(OH)2的物質和水的混合物所組成的混合物。
已發現，通過首先形成用飛灰、Ca(OH)2或可轉化成Ca(OH)2的物質和水的可硬化混合物，而后將所述混合物與適宜的含粗粒材料混合、能獲得在較低溫度及大氣壓下可硬化的建筑構件。
所述含飛灰的混合物，作為形成粗粒基質的粘合料，可選擇性的加以粒化。粒化后所述飛灰混合物的基質特性并不受影響。
此后所列出的實例將對按本發明的方法實現的各種良好的具體實施方案進行說明。
具體來說，含粗粒材料中的粗粒至少有部分是由顆粒狀的、包含著飛灰、Ca(OH)2或可轉化成Ca(OH)2的物質和水的混合物組成。正如前面已說明的，含粗粒材料可由建筑構件制造工業中所用傳統材料中選擇。應注意到包含著一系列該種材料的表可在1950年麥格勞希爾出版社出版的化學工程師手冊第三版第457頁中找到。然而，可使用的材料并不限于所述表中的粗粒材料。
通過選擇在強度，體積重量以及吸濕性等方面具有良好性質的指定材料可以形成粗粒。
按本發明的方法，將水、可能與熟石灰及其他物質混合后，先將煤灰全部或部分地形成顆粒，然后將材料與粗粒材料混合并使之形成建筑材料。這種形成法可在振動、沖擊、加壓或擠壓的作用下實現。在粒化導致成形之前需迅速而適當地裝滿材料，從而可保證壓實后獲得尺寸穩定的建筑材料。
在振動的作用下達到壓實的可能性意味著可將建筑材料在混凝土壓力機中生產。混凝土壓力機較為廉宜且生產容量較大。粒化之前也可將材料澆注于模中。
所述顆粒材料可通過將材料經過滾動或使材料經過壓實壓力或擠出壓力而獲得，除飛灰和水之外，尚可包含熟石灰及其他物質。部分粒化的材料可單獨地或與其他粗粒物質混合在模具中壓縮。所述其他粗粒物質如水泥或其他物質。例如也可將顆粒材料與飛灰、水及熟石灰的混合物混合在一起。
也可以與礫石、碎巖石、高爐車間產生的廢料如細分的氧化渣、粒狀礦渣、石膏、硫酸鈣、細分的赤鐵礦等及在與具有粘合性物質的功能的物質結合時的其它類似物混合。這種物質也可包括在顆粒材料之中。
有趣的是，除硫酸鈣之外，還含有生石灰的飛灰的配制。這種飛灰用特殊方法凈化廢氣而獲得。雖然飛灰往往可以與水泥一起使用，但上述飛灰則不宜推薦與水泥一起使用。含硫酸鹽的飛灰可用于按本發明生產的不含水泥的建筑材料中。飛灰中存在生石灰在經濟上是有利的。
用飛灰預制的部分顆粒可供在工廠中生產建筑材料之用，所述建筑材料實際上完全由飛灰組成。如果用顆粒材料來制造建筑材料，則在硬化以后，在單位體積重量為每升1.6公斤時其強度可能達到約為15牛頓/毫米2。建筑材料的成分為94%(重量)的飛灰及6%(重量)的熟石灰。其強度可通過使用飛灰、水及熟石灰的混合物與顆粒材料組合而提高。通過添加其他組分還可能進一步提高其強度。只有當顆粒材料是在低壓縮能量下進行壓實時，才可能獲得單位體積重量低的材料。
飛灰的初步粒化使之可能轉變成沙-石灰磚，而仍能保持沙-石灰磚特有的顏色。沙-石灰磚的顏色是稍帶白的，但當在混合物中加入飛灰的情況下，即使只有10%，其顏色也會變成灰色。這種變化的可能性從商業推銷前景來看是需要加以控制的。為此，從含熟石灰的混合物中形成顆粒并非絕對需要。所述顆粒也可以由飛灰和水形成。對飛灰處理的相同原理也可應用于形成建筑材料的其他混合物。例如，所述顆粒可包含在混凝土混合物中或沙、水泥和水的混合物中。形成建筑構件后，此種建筑構件可具有磚、砌塊、墻或地板組合面或柱的形狀。經壓實后，所述顆粒的形狀不一定需要與在直接粒化后的形狀相同。所述建筑材料的硬化可通過將之存放于常溫之下或通過潮濕狀態下熱處理來實現。所述潮濕狀態就如通常在混凝土快速固化或在蒸汽壓容器中的潮濕條件下。使建筑材料硬化的最好方法是讓硬化過程在大氣壓下在一種蒸汽室中進行，這時所選擇的溫度在70℃以上。
說明性實例實例1含有生石灰與硫酸鈣的飛灰，例如，其含量為10%(重量)硫酸鈣、和10%(重量)氧化鈣，以1∶1的比例與水混合。水與氧化鈣反應形成氫氧化鈣和水蒸氣，部分蒸氣從反應容器中逸出。溫度的升高使反應在10分鐘內繼續進行。使飛灰可在成粒機內至少部分地形成顆粒。隨后，該顆粒材料被送到壓力機中，使材料體具有所需建筑材料的形狀。然后，將所述建筑材料放置在95℃的室中約8小時。經硬化后，所述建筑材料將具適當的強度。單位體積的重量約為每升1.5公斤。
實例2含有很少量的未結合的氧化鈣的飛灰，與3%(重量)的石灰和水混合。在混合器中，將溫度升高至90℃以上。經10分鐘后，在此溫度下，石灰全部被轉化成熟石灰，同時可開始進行粒化作用。將一部分未粒化的混合物，例如混合物的量的一半，與顆粒材料混合，并用來形成建筑材料。此處所形成的建筑材料與實例1中所獲得的建筑材料比較，其密度與強度均較高。模具也由于顆粒的存在而可適當地裝滿。
實例3由飛灰，爐底灰、粒狀的高爐渣、氧化渣(oxy sludge)與水的混合物形成顆粒材料。進行粒化作用，形成建筑材料并使之硬化。對于如此制得而用作建筑材料的產品而言所獲的強度是足夠高的。
實例4由飛灰，熟石灰和水的混合物與按荷蘭專利申請第8002252號所敘述的方法獲得的包含飛灰和粘合劑的硬化了的顆粒混合。
含水混合物中包含著尺寸較傳統的飛灰顆粒要大的顆粒。在混合物中飛灰混合物的含量在24%(重量)與62%(重量)之間變化，可從下表中看出。
表Ⅰ硬顆粒 飛灰混合物 單位體積的重量 強度 水分吸收率重量% 重量% 公斤/升牛頓/毫米2體積%75.6 24.4 1.47 13.8 3050.8 49.2 1.54 22.1 22.138.3 61.7 1.34 23.6 26.4可發現這些結果中水分吸收體積量在美國對建筑砌塊所要求的范圍內，同樣其強度也足夠高。同樣重要的是其單位體積的重量為約1.5公斤/升，這說明當由硬化了的顆粒與飛灰作初始料而制成砌塊時，所獲得的砌塊與用輕質混凝土砌塊不相上下。
同樣，不硬化顆粒的應用也能獲得符合輕質混凝土所要求的建筑材料。
當其他粗粒材料也被添加時，粘合劑的應用也可給出建筑材料成形時很好的結果。所述的粘合劑包含飛灰、熟石灰、水以及選擇性的存在有燒結塊的其它組分的水濕混合物。規定可以將混合物中硬化顆粒或不硬化顆粒用爐底渣來代替。爐底渣為出現在發電站鍋爐底的灰渣。所述爐渣可被認為是燒結灰粒的燒結塊，其堆積密度較低約0.4公斤/升，同時有吸收大量水分的能力，以干基計可高達47%(重量)。
實例5Vasil
砂粒，由熔融并拋光的飛灰組成，用于噴砂清理作用中。將所述砂粒與含有飛灰、熟石灰和水的混合物進行混合，在高溫時成形。
在這情況下，應用了各種比例，其中粗粒的百分比由18%至80%(重量)。
用這種混合物制成的試驗磚的強度依賴其材料的組合成分其結果在12至28牛頓/毫米2之間。
硬化過程是在含水蒸汽的空氣中，在最高98℃的溫度下進行的。
由于熔融飛灰比飛灰顆粒具較高的密度，其單位體積的重量也比實例4所獲得顆粒要高，同時其變化也較之為大，即由1.83公斤/升至1.5公斤/升。而制成的構件則較用實例4的構件在水份吸收率上要低。
實例6作為粗骨料現用發電站鍋爐的爐底渣，這種用法的可能性在前述實例中已有敘述。當含飛灰、熟石灰和水的混合物中的粗骨料含有較大量的粗粒時，其單位體積的重量便降低。如果先把爐底渣的尺寸減小，試驗磚的單位體積重量便增加。且在同應用包含飛灰的硬化或不硬化顆粒所獲得值比較時，甚至可達到更高的值。
表Ⅱ爐底渣 飛灰混合物 單位體積重量 強度 水分吸收率重量% 重量% 公斤/升牛頓/毫米2體積%20 80 1.49 28 2330 70 1.47 25 2640 60 1.42 20.8 2950 50 1.38 18 32當在飛灰和粘合劑的混合物中，通過利用快速旋轉破碎裝置而將燒結塊部分的含量降低到只有百分之幾時就會獲得有趣的結果。其中水濕狀態的粘合劑可由工廠內現有的混合器中獲得。這種混合物只包含少量燒結塊，燒結飛灰顆粒的最大直徑約為1毫米，結果與前述表中所列出的基本上相同。
作為粗粒也對混合應用于與含飛灰與熟石灰的混合物的燒結的飛灰材料進行研究。這種研究極為重要。因為燒結的飛灰顆粒也提供可代替礫石的混凝土骨料。作為粘合劑人們可考慮、包含著很少粘合劑由飛灰和水制成的不硬化的顆粒或包含著按本發明的飛灰、Ca(OH)2或可轉化成Ca(OH)2的物質和水的不硬化顆粒。
當將不硬化顆粒的混合物與燒結的飛灰球混合在一起，在模具中壓實后，可獲得未硬化的建筑磚、建筑砌塊或建筑構件，其中可硬化的物質出現在硬的燒結的飛灰顆粒的周圍，經熱處理后可將可硬化的物質硬化，建筑材料也因此而獲得所需的強度。
若將在結合作用中起粗骨料作用的燒結飛灰顆粒摻合在由飛灰、粘合劑及選擇性也由其他部分顆粒化的材料組成的混合物中、經成形與硬化后可獲得同樣合適的材料。
這種組合可能性的極大技術優點為在由飛灰生產顆粒的設備中，可對顆粒選擇性地供應以額外的碳以便在燒結時可達到正確的溫度。而形成的小球可摻合在包含飛灰和至少一種粘合劑的可壓實混合物中。同時燒結設備的能量也可用于含粘合劑的產品的硬化過程。同樣，熱的燒結小球與含粘合劑的可硬化的飛灰產品的混合也可順利地進行。
可以理解，最后獲得的不良燒結品，是在飛灰-燒結-設備中以燒結塊的形式形成的，在破碎塊體以后，也可作為粗骨料而加以使用。
實例7如上實例所敘述的燒結飛灰小球體，作為粗骨料，摻合在至少含飛灰、粘合劑與水的混合物的組合物中。
表Ⅲ燒結飛灰小球 飛灰混合物 單位體積重量 強度 水分吸收率重量% 重量% 公斤/升牛頓/毫米2體積%20 80 1.60 31.0 2533 67 1.59 30.8 2655 45 1.56 24.0 26.365 35 1.47 20.3 29除了上述混合物之外，接著還使用含有一定比例的未顆粒化的不硬化顆粒。燒結小球體與部分地粒化混合物的混合比例為50/50。經過壓實后顯示硬的、粗粒的完全封包的混合物的功能完全被部份顆粒化混合物所代替。
其強度、單位體積的重量及水份吸收率完全與表Ⅲ中所列的值相對應。
實例8作為粗骨料也可用市場上供應的燒結粘土產品。
這類輕質骨料也可用其他原材料來制備。比如在美國使用了坑石、板石及其同類物。其產品以不同的商標在市場上出售。這些日子以來這些顆粒料常被用在花盆中以代替礫石。
其結果如下表所示表Ⅳ燒結粘土產品 飛灰混合物 單位體積的重量 強度 水分吸收率重量% 重量% 公斤/升牛頓/毫米2體積%23 77 1.53 24.0 2835 65 1.52 18.5 3050 50 1.51 16.5 33同樣地將極輕質粗骨料與由飛灰及粘合劑組成的灰漿的組合物進行試驗，即蛭石與聚苯乙烯小球體。
其缺點在于所獲產品強度比較低，特別是采用蛭石后其單位體積的重量不能很好地重現。當壓實能量增加時塊料崩潰。
在這方面聚苯乙烯具有較好的性能，其結果在下列實例之表中說明。
實例9表Ⅴ蛭石 飛灰混合物 單位體積的重量 強度 水分吸收率重量% 重量% 公斤/升牛頓/毫米2體積%5 95 1.2 14.0 32實例10表Ⅵ聚苯乙烯 飛灰混合物 單位體積的重量 強度 水分吸收率重量% 重量% 公斤/升牛頓/毫米2體積%3 97 1.2 13.0 18如下列實例中所說明，用天然產品如浮巖及某種重質熔巖產品可獲得更好的結果。
實例11表Ⅶ熔巖 飛灰混合物 單位體積的重量 強度 水分吸收率重量% 重量% 公斤/升牛頓/毫米2體積%50 50 1.53 24.0 27.8浮巖50 50 1.49 20.4 28.3也可結合其他合成輕質骨料、即加氣混凝土。加氣混凝土是由碎砂、熟石灰及一些水泥的混合物用氣體使之膨脹而成的一種產品，該氣體是在用水混合后在水濕的塊料中產生的。在材料塊膨脹后，將之在壓力容器內高溫硬化。
將加氣混凝土壓碎可獲得輕質混凝土骨料，該骨料可摻合在飛灰混合物中。
所用的加氣混凝土的類型為具強度約為0.3牛頓/毫米2及堆積密度約為0.45公斤/升。
實例12表Ⅷ加氣混凝土顆粒 飛灰混合物 單位體積的重量 強度 水分吸收率重量% 重量% 公斤/升牛頓/毫米2體積%30 70 0.98 10.0 25實例13在此實例中應用從飛灰制備的輕質顆粒作為粗骨料。
表Ⅸ飛灰的顆粒輕質 飛灰混合物 單位體積的重量 強度 水分吸收率骨料重量% 重量% 公斤/升牛頓/毫米2體積%40 60 1.3 11.0 30同樣也可用砂、礫石和碎巖石作為粗骨料。砂是一種材料除包含細顆粒外還包括較出現在飛灰中的顆粒更粗可達5.6毫米的顆粒。然而在實施本發明的方法時，對于使用砂混合物須備加小心，盡管混合物是按一定的混合比例形成的，但其體積非常龐大，因此導致建筑材料在壓實后，尺寸上的多種變化。在那種情況下制造出來的建筑構件，其壓實程度是不均勻的。可應用的混合比為50%(重量)砂，在這種情況下所用砂為細砂。當砂中含有大量的粗粒，則用砂量高達40%。在下列實例中對此進行說明。
實例14表Ⅹ似礫石砂 飛灰混合物 單位體積的重量 強度 水分吸收率重量% 重量% 公斤/升牛頓/毫米2體積%40 60 1.75 24.0 23在使用礫石，本發明的方法的實施將更為便利，亦即如下列實例所示可在更廣泛的范圍內變化。
實例15表Ⅺ礫石 飛灰混合物 單位體積的重量 強度 水分吸收率重量% 重量% 公斤/升牛頓/毫米2體積%30 70 1.8 21.0 2050 50 2.0 18.0 1260 40 2.0 17.0 11.8應注意到在上述表中粘合劑的含量比較低。
當使用磨細的礫石或磨細的巖石作為粗骨料時，粘合劑的含量甚至可以更低。通過研磨巖石型材料而獲得可壓實至高密度的材料混合物。
在下列實例中對此有所說明。
實例16將磨細的巖石式碎巖石用具5.6毫米圓孔的篩子過篩。
表Ⅻ碎巖石 飛灰混合物 單位體積的重量 強度 水分吸收率重量% 重量% 公斤/升牛頓/毫米2體積%0 100 1.52 20.2 27.65 95 1.53 20.2 27.610 90 1.56 20.2 27.330 70 1.61 18.0 27.050 50 1.73 16.9 23.060 40 1.78 16.9 21.0實例17在試驗中，將混凝土破碎成粗顆粒，并將部分所述顆粒研磨，使其平均尺寸低于300微米。在自由狀態下研磨成如此細小直徑的混凝土仿佛包含相當數量的未反應的Ca(OH)2。當將研磨成小尺寸顆粒的該混凝土與飛灰和水混合，可獲得可硬化混合物，所述混合物可作為形成粗顆粒物質的基質。
將如此獲得的可硬化混合物與剩余粗混凝土顆粒混合，由此獲得的材料體形成未硬化的建筑構件。經硬化后，該建筑構件顯示具有與實例11的試驗所獲得表Ⅶ的性質符合性很好的性質。
實例18將上述實例的試驗重復進行，但用破碎磚塊代替混凝土。在碾磨時，該細磚料粒顯示出凝硬作用。硬化的構件具有與實例11表Ⅶ等級的性質。
由以上可知，將從含飛灰的混合物所獲得不硬化顆粒與硬的粗材料兩者粘合起來，在使用含飛灰，石灰型粘合劑和水以及選擇其他材料的混合物的情況下是極為可能的。飛灰混合物可以選擇性地部分地進行顆粒化。
權利要求
1.制備建筑構件的方法，所述方法通過將飛灰、熟石灰、水和含粗粒材料的混合物形成未硬化建筑構件，并通過將所述未硬化構件在高溫及含水蒸汽的空氣中硬化，其特征在于首先形成至少包含飛灰、Ca(OH)2或可轉化成Ca(OH)2的物質和水的可硬化的混合物，然后將所述可硬化的混合物與適宜的含粗粒材料混合，而所述建筑構件的硬化過程是在最高溫度為100℃的大氣壓力下進行的。
2.按照權利要求
1所述的方法，其特征在于所述含粗粒材料選自a)建筑構件制造工業中所用的傳統材料，b)在顆粒狀態下的、包含著飛灰、Ca(OH)2或可轉化成Ca(OH)2的物質和水的所述可硬化混合物，c)顆粒狀態下的、由傳統材料與含飛灰、Ca(OH)2或可轉化成Ca(OH)2的物質和水的混合物所組成的混合物。
3.按照權利要求
2所述的方法，其特征在于顆粒狀態下的含飛灰、Ca(OH)2或可轉化成Ca(OH)2的物質和水的混合物，及由所述混合物形成的至少部分含粗粒材料在形成未硬化建筑構件的處理前先進行硬化。
4.按照權利要求
1至3所述的方法，其特征在于使用了本身含游離CaO的飛灰，將所述飛灰選擇性的與具不同CaO含量的飛灰混合，以獲得所需要的平均CaO含量。
5.按照權利要求
4的方法，其特征在于所用飛灰也包含CaSO4。
6.按照權利要求
1至5中的一項或多項的方法，其特征在于可硬化的混合物中存在的Ca(OH)2量或可轉化成Ca(OH)2的物質的量，是飛灰與Ca(OH)2或可轉化成Ca(OH)2的物質總量的約25%(重量)。
7.按照權利要求
1至6中一項或多項的方法，其特征在于在形成至少包含飛灰、Ca(OH)2或可轉化成Ca(OH)2的物質和水的可硬化混合物過程中使溫度升高到90℃以上，并在達到所述溫度后混合過程最少繼續進行1分鐘。
8.按照權利要求
1至7中的一項或多項的方法，其特征在于形成建筑構件的含粗粒材料的量與混合物中的其余量按重量比為100∶1至1∶100之間。
9.按照權利要求
2或3的方法，其特征在于所述至少含飛灰、Ca(OH)2或可轉化成Ca(OH)2的物質和水的可硬化的混合物部分被砂-石灰磚制造工業中的傳統原材料所代替，所述原材料為熟石灰與砂，后者可選擇性地混合以石英粉，而所述的含粗粒材料是由飛灰、Ca(OH)2或可轉化成Ca(OH)2的物質和水的顆粒狀的混合物所組成的。
10.按照權利要求
2或3的方法，其特征在于，至少含飛灰、Ca(OH)2或可轉化成Ca(OH)2的物質和水的可硬化混合物部份地被在混凝土工業中本身為已知的灰漿所代替，而所述的含粗粒材料是由飛灰、Ca(OH)2或可轉化成Ca(OH)2的物質和水的顆粒狀的混合物所組成的。
11.按照前述一項或多項權利要求
中的方法，其特征在于所述建筑構件制成一定尺寸，該尺寸基本上等于其硬化后使用的尺寸，而成形過程是利用了混凝土和/或砂-石灰磚制造工業中所使用的傳統的裝置。
12.建筑構件，其特征在于所述建筑物構件是利用前述權利要求
1至11中的一項或多項的方法所獲得的。
專利摘要
一種生產建筑構件的方法，其中將可硬化粘合劑材料與含粗粒材料混合后，用之來形成未硬化的建筑構件。該建筑構件在最高100℃溫度和大氣壓下的含水蒸汽的空氣中進行硬化。該可硬化粘合劑材料由分別制備的飛灰、Ca(OH)
文檔編號C04B28/22GK86107869SQ86107869
公開日1987年8月5日 申請日期1986年11月13日
發明者亨德里克·洛杰斯 申請人:阿德萊特持股公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan