CN108083768A - 一种使用煤矸石生产的烧结透水砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用煤矸石生产的烧结透水砖，包括面料和底料，其中，所述底料以质量份计的主要原料如下：煤矸石80‑100份、粘结基料3‑12份、液体胶3‑12份；所述面料以质量份计的主要原料如下：煤矸石0‑30份、粘结基料0‑4份、液体胶0‑4份、色料0‑4份；所述粘结基料为膨润土、粘土中的一种或多种；所述液体胶为硅溶胶溶液、聚丙烯酰胺溶液、瓜尔豆胶溶液的一种或多种。相应的，本发明公开了一种使用煤矸石生产的烧结透水砖的制备方法。采用本发明，使用煤矸石为主要原料，制得的透水砖的强度高、抗冻性强、透水性优异。

Description

一种使用煤矸石生产的烧结透水砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及透水砖技术领域，尤其涉及一种使用煤矸石生产的烧结透水砖及其制备方法。
背景技术
透水砖是为缓解城市内涝，同时保持水分，维护城市生态平衡构建海绵城市而隆重诞生的世纪环保建材新产品。它采用废瓷砖(废抛光砖、废抛釉砖、废瓷片等)、煤矸石、矿渣等固体废料为主要原料，配以成型助剂，添加适量的粘结剂，经两次布料成型，高温烧成，是绿色环保产品。
透水砖可以消耗大量废瓷砖(煤矸石或矿渣等固体废料)，这不仅解决了现阶段固体废料的处理难题，还大大减小了对环境的污染。生产出来的陶瓷透水砖能直接用于城市建设，变废为宝。因此，具有明显的社会意义。
透水砖分为烧结类透水砖和混凝土类透水砖，其中烧结类透水砖是需要经过高温烧成，而混凝土类透水砖无需经过高温烧成。
现有技术1是公开号为CN 101955349B的发明专利，其公开了一种透水砖，透水砖采用陶瓷废渣粉料、废玻璃粉料、废瓷碎片粉料、市政基础废泥粉料、氧化钙、硫酸钙、膨润土、滑石粉、垃圾灰渣粉料、废植物粉料和水为原料，搅拌呈潮湿状后用机械振动挤压成型为透水砖下层砖，再用二次布料机在透水砖下层砖的上部均匀布上一层细面料(主要成分为废陶瓷碎片粉料、膨润土、水)，然后在25～30MPa的压力下制造成陶瓷废渣烧结透水环保砖坯，进行自然干燥。再将成型经自然干燥后的陶瓷废渣透水环保砖坯送进隧道窑进行焙烧，温度控制在1150～1200℃范围内烧制成。上述方案中，市政基础废泥渣细粉和膨润土为粘结剂。现有技术1中，废陶瓷碎片粉料的加入量为20-30份，膨润土的加入量为5-8份，市政基础废泥粉料的加入量为20-30份，也就是说，废陶瓷碎片粉料的加入量大概为20-30份，粘结剂的加入量大概为25-38份。废陶瓷碎片粉料的加入量较少，粘结剂用量较多，且所述粘结剂的极限荷载较低，导致成型后的坯体强度低。
现有技术2公开的透水砖的原材料主要为废抛光砖,原材料的配方为：废瓷砖10-40份、粘结剂66-130份，其中，粘结剂包括膨润土60-90份、熔块(玻璃粉等)5-20份、羧甲基纤维素钠1-20份。现有技术中，废瓷砖的加入量极少，粘结剂用量极多。且所述粘结剂的极限荷载较低，一般在64.8N左右，导致成型后的坯体强度低。
另外，现有透水砖的工艺流程较为复杂，生产工序多，耗时长，成本高，其工艺流程图如图1所示。参见图1，现有的透水砖的粘结剂需要单独的球磨，但是，球磨工序操作时间长，球磨设备体积庞大，占地面积大，这样将大大增加了透水砖的生产成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种使用煤矸石生产的烧结透水砖，所述透水砖的强度高、抗冻性强、透水性优异。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种使用煤矸石生产的烧结透水砖，包括面料和底料，其中，所述底料以质量份计的主要原料如下：
煤矸石 80-100份
粘结基料 3-12份
液体胶 3-12份；
所述粘结基料为膨润土、粘土中的一种或多种；
所述液体胶为硅溶胶溶液、聚丙烯酰胺溶液、瓜尔豆胶溶液的一种或多种；
所述面料以质量份计的主要原料如下：
所述粘结基料为膨润土、粘土中的一种或多种；
所述液体胶为硅溶胶溶液、聚丙烯酰胺溶液、瓜尔豆胶溶液的一种或多种。
作为上述方案的改进，包括面料和底料，其中，所述底料以质量份计的主要原料如下：
所述粘结基料为膨润土、粘土中的一种或多种；
所述液体胶为硅溶胶溶液、聚丙烯酰胺溶液、瓜尔豆胶溶液的一种或多种；
所述面料以质量份计的主要原料如下：
所述粘结基料为膨润土、粘土中的一种或多种；
所述液体胶为硅溶胶溶液、聚丙烯酰胺溶液、瓜尔豆胶溶液的一种或多种。作为上述方案的改进，所述聚丙烯酰胺溶液为聚丙烯酸钠、聚乙烯吡啶盐、聚乙烯亚胺中的一种或多种。
作为上述方案的改进，所述粘土为高岭土、黑泥、城市市政污泥中的一种或多种。
作为上述方案的改进，所述煤矸石为低热值煤矸石。
作为上述方案的改进，所述煤矸石包括花岗岩、罗源红、石英石、瓷石、钾长石或钠长石废料中的一种或几种。
作为上述方案的改进，所述底料与面料的用量重量比为70-100:0-30。
作为上述方案的改进，所述面料的煤矸石包括：
4-20目煤矸石 100wt％。
作为上述方案的改进，所述底料的煤矸石包括：
4-20目煤矸石 20-50wt％
12-40目煤矸石 20-50wt％
＜40目煤矸石 0-60wt％。
相应的，本发明还提供一种使用煤矸石生产的烧结透水砖的制备方法，包括：
(一)将煤矸石破碎；
(二)将破碎后的煤矸石过不同孔径的筛，得到不同颗粒度的颗粒；
(三)将过筛后的煤矸石，按底料配方进行配料，加入粘结基料、液体胶，并搅拌均匀，得到底料；将过筛后的煤矸石，按面料配方进行配料，加入粘结基料、液体胶和色料，并搅拌均匀，得到面料；
(四)将搅拌后的面料和底料经两次布料并压制成型，得到坯体；
(五)将坯体在窑炉内经过烧制，得到成品。
作为上述方案的改进，所述压制成型步骤中，压机的压力为1500-2000T；
所述烧制步骤中，烧制的温度为1100-1220℃。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明使用煤矸石为主要原料，煤矸石的用量比普通的透水砖要高很多，煤矸石的用量＞85％，可以大量消耗煤矸石，达到高度回收利用固体废料的目的，变废为宝，环保节能。
所述粘结剂包括粘结基料和液体胶，粘结基料可以是膨润土、高岭土、黑泥或城市市政污泥中的一种或多种，本发明粘结剂创新性地加入液体胶，首先大大增加了粘结剂的极限荷载，本发明粘结剂的极限荷载高达150.8N，提高了透水砖的坯体强度；其次，本发明粘结剂使得坯体易成型，简化成型的工序，降低成型的难度；最后，本发明粘结剂操作简单，只需简单混料即可，无需预先混合球磨的步骤，简化工序，降低成本。
本发明透水砖的制备方法包括原料破碎、筛分、配料、混料搅拌、压制成型、烧制等步骤，本发明无需球磨，简化工序，降低成本，缩短生产时间，且经过上述制备方法制得的透水砖，其强度高、透水性优异、抗冻性强。
附图说明
图1是现有使用煤矸石生产的烧结透水砖的工艺流程图；
图2是本发明使用煤矸石生产的烧结透水砖的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明提供了一种使用煤矸石生产的烧结透水砖，包括面料和底料，所述底料与面料的用量重量比为70-100:0-30。优选的,所述底料与面料的用量重量比为80-90:10-20。当面料混合料为0时,透水砖只包括底层,其制成通体砖。当透水砖需要颜色时,透水砖包括面层和底层,底料混合料与面料混合料的用量重量比为70-99.9:0.1-30。
其中，所述底料以质量份计的主要原料如下：
煤矸石 80-100份
粘结基料 3-12份
液体胶 3-12份；
所述粘结基料为膨润土、粘土中的一种或多种；
所述液体胶为硅溶胶溶液、聚丙烯酰胺溶液、瓜尔豆胶溶液的一种或多种。
所述面料以质量份计的主要原料如下：
所述粘结基料为膨润土、粘土中的一种或多种；
所述液体胶为硅溶胶溶液、聚丙烯酰胺溶液、瓜尔豆胶溶液的一种或多种。
煤矸石占中国工业固体废物排放总量的40％以上，大量堆放占用土地且污染环境，利用煤矸石制备透水砖可以大量消耗煤矸石，煤矸石实际就是没有完全进化的煤，所以热值比较低，含碳量低，不能用于直接燃烧，是挖煤时选出来的废料。
本发明煤矸石的用量比普通的透水砖要高很多，煤矸石的用量＞85％，可以大量消耗煤矸石，达到高度回收利用固体废料的目的，变废为宝，环保节能。
本发明选用特定的粘结剂,其由粘结基料和液体胶组成,其中,粘结基料具有可塑性，可帮助成型及增强坯体强度，液体胶可以使煤矸石和粘结基料的结合更为紧密。二者配合，可以确保透水砖在生产过程中具有好的强度及好的烧成性能。
具体的,本发明透水砖的强度主要是分别指两个阶段：一个阶段是压机成型后的成型强度(主要是保障成型坯体在烧成前不易破损)，一个是烧成后的成品强度(主要是产品最终的使用性能，产品使用时能够承受多大的压力，比如车能不能直接压上去等)。本发明液体胶主要是用于保障配方的成型性能及成型强度；粘结基料主要是经过高温烧结后能够在颗粒与颗粒之间起到粘结作用，是用于保障最终产品的强度。
作为本发明优选的实施方式，所述底料以质量份计的主要原料如下：
煤矸石 90-96份
粘结基料 5-8份
液体胶 5-8份；
所述粘结基料为膨润土、粘土中的一种或多种；
所述液体胶为硅溶胶溶液、聚丙烯酰胺溶液、瓜尔豆胶溶液的一种或多种。
所述面料以质量份计的主要原料如下：
所述粘结基料为膨润土、粘土中的一种或多种；
所述液体胶为硅溶胶溶液、聚丙烯酰胺溶液、瓜尔豆胶溶液的一种或多种。
作为本发明更佳的实施方式，所述粘结剂还加入熔块，即，
所述底料以质量份计的主要原料如下：
所述粘结基料为膨润土、粘土中的一种或多种；
所述液体胶为硅溶胶溶液、聚丙烯酰胺溶液、瓜尔豆胶溶液的一种或多种；
所述面料以质量份计的主要原料如下：
所述粘结基料为膨润土、粘土中的一种或多种；
所述液体胶为硅溶胶溶液、聚丙烯酰胺溶液、瓜尔豆胶溶液的一种或多种。
本发明加入熔块后，可以提高产品强度及降低透水砖的烧成温度。
在上述任一配方中,所述聚丙烯酰胺溶液优选为聚丙烯酸钠、聚乙烯吡啶盐、聚乙烯亚胺中的一种或多种。本发明选用聚丙烯酸钠、聚乙烯吡啶盐、聚乙烯亚胺等高分子有机粘结剂，使得液体胶可以充分包裹透水砖煤矸石颗粒的表面，提高透水砖的强度。
所述粘土为高岭土、黑泥、城市市政污泥中的一种或多种。本发明不单可以使用膨润土，还可以使用高岭土、黑泥、城市市政污泥等粘土，大大提高了应用的便利性，原料来源丰富。
粘结剂在加入等量的情况下，本发明粘结剂与现有粘结剂的性能对比如下：
粘结剂 测试坯体尺寸(mm) 极限荷载(N) 成本
市场现有粘结剂 80×40×15 62-65 7.92元/平方
本发明粘结剂 80×40×15 150-160 3.2元/平方
本发明粘结剂创新性地加入液体胶，首先大大增加了粘结剂的极限荷载，本发明粘结剂的极限荷载高达150.8N，提高了透水砖的坯体强度；其次，本发明粘结剂使得坯体易成型，简化成型的工序，降低成型的难度；最后，本发明粘结剂操作简单，只需简单混料即可，无需预先混合球磨的步骤，简化工序，降低成本。
进一步，本发明使用煤矸石作为主要原料。
为了改善透水砖的强度，提高透水砖坯体的成型性能，所述煤矸石选用特定颗粒度搭配，具体如下：
所述面料混合料中的煤矸石包括：
4-20目煤矸石 100wt％。
所述面料混合料中的煤矸石选用4-20目的煤矸石，这种颗粒级配有助于成品形成孔洞，达到透水效果,而且获得良好的外观性能和舒适度。
如果面料颗粒太大，一方面成品表面太粗糙，不适合于广场砖使用，人走到上面或者单车骑在上面影响舒适度，另一方面，砖坯表面的平整度会比较差，尤其边缘位置不平整，铺贴出来美观度和密合度较差。
所述底料混合料中的煤矸石包括：
4-20目煤矸石 20-50wt％
12-40目煤矸石 20-50wt％
＜40目煤矸石 0-60wt％。
所述底料混合料中的煤矸石选用4-20目、12-40目以及＜40目的煤矸石，并且4-20目、12-40目以及＜40目的煤矸石按一定配比混合，这种颗粒级配有助于成品形成孔洞，达到透水效果。而且,在满足产品最终强度的情况下还可以尽可能让破碎出来的料都基本能用完，不留有余料,节约成本,避免浪费。
相应的，如图2所示，本发明还提供一种使用煤矸石生产的烧结透水砖的制备方法，包括：
(一)将煤矸石破碎；
(二)将破碎后的煤矸石过不同孔径的筛，得到不同颗粒度的颗粒；
(三)将过筛后的煤矸石，按底料配方进行配料，加入粘结基料、液体胶，并搅拌均匀，得到底料；将过筛后的煤矸石，按面料配方进行配料，加入粘结基料、液体胶和色料，并搅拌均匀，得到面料；
(四)将搅拌后的面料和底料经两次布料并压制成型，得到坯体；
所述压制成型步骤中，压机的压力为1500-2000T。优选的，压机的压力为1600-1800T。
(五)将坯体在窑炉内经过烧制，得到成品。
所述烧制步骤中，烧制的温度为1100-1220℃。优选的，烧制的温度为1180-1200℃。
本发明制得的透水砖与现有透水砖，其性能对比如下：
需要说明的是，本发明抗压强度在是温度27℃、湿度53％的条件下，通过YQ027SHT4305微机控制电液伺服试验机测得，所述透水砖的试样样品规格如下：长68mm、宽64mm。抗冻性的检测标准参照标准JG/T 376-2012进行。
由上可知，与现有技术相比，本发明的抗压强度有了显著的提升，透水系数也有了显著了改善，且抗冻性也好，其中，经过25次冻融循环后，质量损失少，强度损失少。
下面以具体实施例进一步阐述本发明
实施例1
(一)配方：包括面料和底料，其中，所述底料以质量份计的主要原料如下：
所述粘结基料为膨润土，所述液体胶为硅溶胶溶液；
所述面料以质量份计的主要原料如下：
所述粘结基料为膨润土，所述液体胶为硅溶胶溶液；
(二)制备方法
(1)将煤矸石破碎；
(2)将破碎后的煤矸石过不同孔径的筛，得到不同颗粒度的颗粒；
(3)将过筛后的煤矸石，按底料配方进行配料，加入粘结基料、液体胶，并搅拌均匀，得到底料；将过筛后的煤矸石，按面料配方进行配料，加入粘结基料、液体胶和色料，并搅拌均匀，得到面料；
(4)将搅拌后的面料和底料经两次布料并压制成型，压机的压力为1500T，得到坯体；
(5)将坯体在窑炉内经过烧制，烧制的温度为1100℃，得到成品。
实施例2
(一)配方：包括面料和底料，其中，所述底料以质量份计的主要原料如下：
所述粘结基料为高岭土，所述液体胶为聚丙烯酸钠；
所述面料以质量份计的主要原料如下：
所述粘结基料为黑泥，所述液体胶为聚乙烯吡啶盐；
(二)制备方法
(1)将煤矸石破碎；
(2)将破碎后的煤矸石过不同孔径的筛，得到不同颗粒度的颗粒；
(3)将过筛后的煤矸石，按底料配方进行配料，加入粘结基料、液体胶，并搅拌均匀，得到底料；将过筛后的煤矸石，按面料配方进行配料，加入粘结基料、液体胶和色料，并搅拌均匀，得到面料；
(4)将搅拌后的面料和底料经两次布料并压制成型，压机的压力为1800T，得到坯体；
(5)将坯体在窑炉内经过烧制，烧制的温度为1180℃，得到成品。
实施例3
(一)配方：包括面料和底料，其中，所述底料以质量份计的主要原料如下：
所述粘结基料为城市市政污泥，所述液体胶为瓜尔豆胶溶液；
所述面料以质量份计的主要原料如下：
所述粘结基料为城市市政污泥，所述液体胶为瓜尔豆胶溶液；
(二)制备方法
(1)将煤矸石破碎；
(2)将破碎后的煤矸石过不同孔径的筛，得到不同颗粒度的颗粒；
(3)将过筛后的煤矸石，按底料配方进行配料，加入粘结基料、液体胶，并搅拌均匀，得到底料；将过筛后的煤矸石，按面料配方进行配料，加入粘结基料、液体胶和色料，并搅拌均匀，得到面料；
(4)将搅拌后的面料和底料经两次布料并压制成型，压机的压力为1900T，得到坯体；
(5)将坯体在窑炉内经过烧制，烧制的温度为1200℃，得到成品。
实施例4
(一)配方：包括面料和底料，其中，所述底料以质量份计的主要原料如下：
所述粘结基料为膨润土，所述液体胶为硅溶胶溶液；
所述面料以质量份计的主要原料如下：
所述粘结基料为膨润土，所述液体胶为聚乙烯亚胺。
(二)制备方法
(1)将煤矸石破碎；
(2)将破碎后的煤矸石过不同孔径的筛，得到不同颗粒度的颗粒；
(3)将过筛后的煤矸石，按底料配方进行配料，加入粘结基料、液体胶，并搅拌均匀，得到底料；将过筛后的煤矸石，按面料配方进行配料，加入粘结基料、液体胶和色料，并搅拌均匀，得到面料；
(4)将搅拌后的面料和底料经两次布料并压制成型，压机的压力为1900T，得到坯体；
(5)将坯体在窑炉内经过烧制，烧制的温度为1210℃，得到成品。
实施例5
(一)配方：包括底料，其中，所述底料以质量份计的主要原料如下：
所述粘结基料为膨润土，所述液体胶为聚丙烯酸钠；
(二)制备方法
(1)将煤矸石破碎；
(2)将破碎后的煤矸石过不同孔径的筛，得到不同颗粒度的颗粒；
(3)将过筛后的煤矸石，按底料配方进行配料，加入粘结基料、液体胶，并搅拌均匀，得到底料；
(4)将搅拌后的面料和底料经两次布料并压制成型，压机的压力为2000T，得到坯体；
(5)将坯体在窑炉内经过烧制，烧制的温度为1220℃，得到成品。
将实施例1-5做技术检测，结果如下：
由上可知，本发明烧结透水砖，抗压强度≥55MPa，透水系数≥4.2*10-2，且25次冻融循环后质量损失和抗压强度损失率都非常小，证明抗冻性好。
综上所述，实施本发明，具有如下有益效果：
本发明使用煤矸石为主要原料，煤矸石的用量比普通的透水砖要高很多，煤矸石的用量＞85％，可以大量消耗花岗岩、罗源红、石英石、瓷石、钾长石或钠长石等煤矸石，达到高度回收利用固体废料的目的，变废为宝，环保节能。
所述粘结剂包括粘结基料和液体胶，粘结基料可以是膨润土、高岭土、黑泥或城市市政污泥中的一种或多种，本发明粘结剂创新性地加入液体胶，首先大大增加了粘结剂的极限荷载，本发明粘结剂的极限荷载高达150.8N，提高了透水砖的坯体强度；其次，本发明粘结剂使得坯体易成型，简化成型的工序，降低成型的难度；最后，本发明粘结剂操作简单，只需简单混料即可，无需预先混合球磨的步骤，简化工序，降低成本。
本发明透水砖的制备方法包括原料破碎、筛分、配料、混料搅拌、压制成型、烧制等步骤，本发明无需球磨，简化工序，降低成本，缩短生产时间，且经过上述制备方法制得的透水砖，其强度高、透水性优异、抗冻性强。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种使用煤矸石生产的烧结透水砖，其特征在于，包括面料和底料，其中，所述底料以质量份计的主要原料如下：
煤矸石 80-100份
粘结基料 3-12份
液体胶 3-12份；
所述粘结基料为膨润土、粘土中的一种或多种；
所述液体胶为硅溶胶溶液、聚丙烯酰胺溶液、瓜尔豆胶溶液的一种或多种；
所述面料以质量份计的主要原料如下：
所述粘结基料为膨润土、粘土中的一种或多种；
所述液体胶为硅溶胶溶液、聚丙烯酰胺溶液、瓜尔豆胶溶液的一种或多种。
2.如权利要求1所述的使用煤矸石生产的烧结透水砖，其特征在于，包括面料和底料，其中，所述底料以质量份计的主要原料如下：
所述粘结基料为膨润土、粘土中的一种或多种；
所述液体胶为硅溶胶溶液、聚丙烯酰胺溶液、瓜尔豆胶溶液的一种或多种；
所述面料以质量份计的主要原料如下：
所述粘结基料为膨润土、粘土中的一种或多种；
所述液体胶为硅溶胶溶液、聚丙烯酰胺溶液、瓜尔豆胶溶液的一种或多种。
3.如权利要求1-2任一项所述的使用煤矸石生产的烧结透水砖，其特征在于，所述聚丙烯酰胺溶液为聚丙烯酸钠、聚乙烯吡啶盐、聚乙烯亚胺中的一种或多种。
4.如权利要求1-2任一项所述的使用煤矸石生产的烧结透水砖，其特征在于，所述粘土为高岭土、黑泥、城市市政污泥中的一种或多种。
5.如权利要求1-2任一项所述的使用煤矸石生产的烧结透水砖，其特征在于，所述煤矸石为低热值煤矸石。
6.如权利要求1-2任一项所述的使用煤矸石生产的烧结透水砖，其特征在于，所述底料与面料的用量重量比为70-100:0-30。
7.如权利要求1所述的使用煤矸石生产的烧结透水砖，其特征在于，所述面料的煤矸石包括：
4-20目煤矸石 100wt％。
8.如权利要求1所述的使用煤矸石生产的烧结透水砖，其特征在于，所述底料的煤矸石包括：
4-20目煤矸石 20-50wt％
12-40目煤矸石 20-50wt％
＜40目煤矸石 0-60wt％。
9.一种如权利要求1-8所述的使用煤矸石生产的烧结透水砖的制备方法，其特征在于，包括：
(一)将煤矸石破碎；
(二)将破碎后的煤矸石过不同孔径的筛，得到不同颗粒度的颗粒；
(三)将过筛后的煤矸石，按底料配方进行配料，加入粘结基料、液体胶，并搅拌均匀，得到底料；将过筛后的煤矸石，按面料配方进行配料，加入粘结基料、液体胶和色料，并搅拌均匀，得到面料；
(四)将搅拌后的面料和底料经两次布料并压制成型，得到坯体；
(五)将坯体在窑炉内经过烧制，得到成品。
10.如权利要求9所述的使用煤矸石生产的烧结透水砖的制备方法，其特征在于，所述压制成型步骤中，压机的压力为1500-2000T；
所述烧制步骤中，烧制的温度为1100-1220℃。
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