CN108101512A - 一种耐腐型粘土砖及其制备方法 - Google Patents

一种耐腐型粘土砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐腐型粘土砖及其制备方法，属于建筑材料技术领域。按重量份数计，依次称取70～100份页岩，20～30份煤矸石，15～18份粉煤灰，10～15份改性海泡石，12～20份铁粉，5～13份高锰酸钾和3～8份添加剂，将页岩与煤矸石混合研磨，过筛后与水混合，并加入粉煤灰、改性海泡石、铁粉和添加剂，得混合浆料，将混合浆料与高锰酸钾混合，并于模具中静停洞静停后，干燥，得预处理坯料；将预处理坯料先预烧结，得预烧结坯料，将预烧结坯料与四丙基氢氧化铵溶液混合浸泡于晶化釜中，恒温密闭晶化后，冷却至室温，过滤，干燥，得改性预烧结坯料，将改性预烧结坯料二次烧结，冷却至室温后，出料，得耐腐型粘土砖。本发明制备的粘土砖具有优异的耐腐性和较好的力学性能。

Description

一种耐腐型粘土砖及其制备方法
技术领域
本发明公开了一种耐腐型粘土砖及其制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
粘土砖是最古老的人造建筑材料，它的生产和应用历史大概可以追溯到一万年以前。由于其制作简单、使用方便、有较高的强度和耐久性能良好，自面世以来，就受到人们的广泛欢迎。目前，大部分建筑仍然是以烧结粘土砖作为主要的墙体材料。尤其对一些采用粘土砖建造的古代建筑的文物保护问题，显得更为突出。因此，对粘土砖的一些腐蚀劣化性质有十分研究的必要。粘土砖是用天然土壤经过机械或人工成形，晾干后烧制而成，平常见到的红砖和灰砖都属于普通粘土砖。主要原料为粉质或砂质粘土，其主要化学成分为SiO2，Al2O3，Fe2O3和结晶水，由于地质生成条件的不同，可能还含有少量的碱金属和碱土金属氧化物等。普通烧结砖是最常用的建筑材料之一，主要是由粘土物料在高温作用下烧结而成，也即是使紧邻的固体颗粒通过组分离子的换位和在晶格中的重排形成颗粒间固体键合，随着新相的生成以及固体颗粒被玻璃相牢固地粘接在一起，从而使产品获得强度。烧结砖中的主要矿物均为石英、长石及赤铁矿等，可能还含有少量的粘土矿物和碳酸盐。粘土砖在使用过程中，常受到周围环境的物理、化学、生物侵蚀作用。其结构劣化由两个方面引起：内因方面，是粘土砖结构中的化学成分和结构形式；外因方面，主要是环境中侵蚀性介质和水的存在。粘土砖的结构劣化，往往是内外因共同作用的结果。
因此，如何改善传统粘土砖耐腐蚀性能不佳，导致力学性能随之下降的缺点，以获取更高综合性能的粘土砖，是其推广与应用，满足工业生产需求亟待解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统粘土砖耐腐蚀性能不佳，导致力学性能随之下降的缺点，提供了一种耐腐型粘土砖及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种耐腐型粘土砖，是有以下重量份数的原料组成：
页岩 70～100份
煤矸石 20～30份
粉煤灰 15～18份
改性海泡石 10～15份
铁粉 12～20份
高锰酸钾 5～13份
添加剂 3～8份
所述改性海泡石的制备方法为：
将海泡石与60℃时氯化钡的饱和水溶液按质量比1：8～1：13混合，搅拌混合后，降温至30～35℃后，恒温静置，过滤，干燥，得改性海泡石；
所述耐腐型粘土砖的制备方法为：
（1）按原料组成称量各组分；
（2）将页岩和煤矸石混合研磨，过筛，得细化混合料；
（3）将细化混合料与水按质量比12：1～18：1混合，并依次加入粉煤灰、改性海泡石、铁粉和添加剂，搅拌混合后，得混合浆料，将混合浆料与高锰酸钾混合，继续搅拌混合，得坯料；
（4）将坯料移入模具中，静停后，干燥，得预处理坯料；
（5）将预处理坯料于750～900℃的条件下烧结，得预烧结坯料，将预烧结坯料与四丙基氢氧化铵溶液按质量比1：10～1：15混合浸泡于晶化釜中，密闭恒温晶化后，随釜冷却至室温后，过滤，干燥，得改性预烧结坯料，将改性预烧结坯料于温度为1000～1100℃的条件下烧结，随炉冷却至室温后，出料，得耐腐型粘土砖。
所述页岩为钙质页岩，砂质页岩或硅质页岩中任意一种或两种。
所述粉煤灰为一级粉煤灰。
所述添加剂为草酸钠或明巩中任意一种。
所述60℃时氯化钡的饱和溶液的制备方法为将水加入烧杯中，升温至烧杯内水温度至60℃，向烧杯中加入氯化钡，直至有晶体析出，过滤，得60℃时氯化钡的饱和溶液。
本发明的有益效果是：
（1）本发明在制备耐腐型粘土砖时加入改性海泡石，首先，海泡石在遇到水之后会迅速溶胀解散，形成单体纤维或较小的纤维束无规律分散而形成的相互制约的网络结构，在加入粘土砖体系中后，可在烧结过程中，对体系内部的孔隙进行填充，从而使产品的致密度提高，进而使产品的耐腐性和力学性能得到提高，其次，海泡石在经过改性后，表面吸附了氯化钡，在加入粘土砖中后，可使体系中的可溶性硫酸盐以硫酸钡的形式沉淀在体系中，从而使体系的致密度提高，进而使产品的耐腐性和力学性能进一步提高；
（2）本发明在制备耐腐型粘土砖时将预烧结坯料与四丙基氢氧化铵溶液混合浸泡，并进行二次烧结，一方面，预烧结坯料与四丙基氢氧化铵溶液混合浸泡，可使预烧结坯料骨架脱铝和脱硅，以致使体系中非骨架硅、铝重新迁移到体系表面，并在表面重新结晶，从而使产品的致密度提高，进而使产品的耐腐性和力学性能提高，另一方面，在二次烧结过程中，重新迁移到表面的骨架硅和骨架铝可继续反应对预烧结坯料表面的孔隙进行填充，从而使产品的孔隙率减小，耐腐性和力学性能提高。
具体实施方式
将海泡石与60℃时氯化钡的饱和水溶液按质量比1：8～1：13混合于烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为60℃，转速为300～350r/min的条件下，搅拌混合30～50min后，将烧杯内物料温度降至30～35℃，于温度为30～35℃的条件下，恒温静置40～70min后，过滤，得滤饼，将滤饼移入干燥箱，于温度为70～85℃的条件下，恒温干燥20～40min，得改性海泡石；按重量份数计，依次称取70～100份页岩，20～30份煤矸石，15～18份粉煤灰，10～15份改性海泡石，12～20份铁粉，5～13份高锰酸钾和3～8份添加剂，将页岩和煤矸石移入研磨机中，混合研磨，过120～200目筛，得细化混合料；将细化混合料与水按质量比12：1～18：1混合于搅拌机中，并向搅拌机中依次加入粉煤灰、改性海泡石、铁粉和添加剂，于温度为30～40℃，转速为180～220r/min的条件下，搅拌混合45～60min，得混合浆料，将混合浆料与高锰酸钾混合，继续于温度为25～35℃，转速为150～200r/min的条件下搅拌混合20～40min，得坯料；将坯料移入模具中，于温度为25～40℃的条件下，静停15～24h后，将静停后坯料移入干燥箱，于温度为50～70℃的条件下，恒温干燥28～32h，得预处理坯料，将预处理坯料移入烧结炉中，于750～900℃的条件下烧结1～2h后，随炉冷却至室温，得预烧结坯料，将预烧结坯料与质量分数20～40%的四丙基氢氧化铵溶液按质量比1：10～1：15混合浸泡于晶化釜中，将晶化釜密封，并于温度为170～180℃的条件下晶化3～5h后，随釜冷却至室温，过滤，得晶化后预烧结坯料，将晶化后预烧结坯料移入干燥箱，于温度为80～90℃的条件下，恒温干燥45～55min，得改性预烧结坯料，将改性预烧结坯料移入烧结炉，于温度为1000～1100℃的条件下烧结70～110min后，随炉冷却至室温后，出料，得耐腐型粘土砖。所述页岩为钙质页岩，砂质页岩或硅质页岩中任意一种或两种。所述粉煤灰为一级粉煤灰。所述添加剂为草酸钠或明巩中任意一种。所述60℃时氯化钡的饱和溶液的制备方法为将水加入烧杯中，升温至烧杯内水温度至60℃，向烧杯中加入氯化钡，直至有晶体析出，过滤，得60℃时氯化钡的饱和溶液。
实例1
将海泡石与60℃时氯化钡的饱和水溶液按质量比1：13混合于烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为60℃，转速为350r/min的条件下，搅拌混合50min后，将烧杯内物料温度降至35℃，于温度为35℃的条件下，恒温静置70min后，过滤，得滤饼，将滤饼移入干燥箱，于温度为85℃的条件下，恒温干燥40min，得改性海泡石；按重量份数计，依次称取100份页岩，30份煤矸石，18份粉煤灰，15份改性海泡石，20份铁粉，13份高锰酸钾和8份添加剂，将页岩和煤矸石移入研磨机中，混合研磨，过200目筛，得细化混合料；将细化混合料与水按质量比18：1混合于搅拌机中，并向搅拌机中依次加入粉煤灰、改性海泡石、铁粉和添加剂，于温度为40℃，转速为220r/min的条件下，搅拌混合60min，得混合浆料，将混合浆料与高锰酸钾混合，继续于温度为35℃，转速为200r/min的条件下搅拌混合40min，得坯料；将坯料移入模具中，于温度为40℃的条件下，静停24h后，将静停后坯料移入干燥箱，于温度为70℃的条件下，恒温干燥32h，得预处理坯料，将预处理坯料移入烧结炉中，于900℃的条件下烧结2h后，随炉冷却至室温，得预烧结坯料，将预烧结坯料与质量分数40%的四丙基氢氧化铵溶液按质量比1：15混合浸泡于晶化釜中，将晶化釜密封，并于温度为180℃的条件下晶化5h后，随釜冷却至室温，过滤，得晶化后预烧结坯料，将晶化后预烧结坯料移入干燥箱，于温度为90℃的条件下，恒温干燥55min，得改性预烧结坯料，将改性预烧结坯料移入烧结炉，于温度为1100℃的条件下烧结110min后，随炉冷却至室温后，出料，得耐腐型粘土砖。所述页岩为钙质页岩种。所述粉煤灰为一级粉煤灰。所述添加剂为草酸钠。所述60℃时氯化钡的饱和溶液的制备方法为将水加入烧杯中，升温至烧杯内水温度至60℃，向烧杯中加入氯化钡，直至有晶体析出，过滤，得60℃时氯化钡的饱和溶液。
实例2
按重量份数计，依次称取100份页岩，30份煤矸石，18份粉煤灰，20份铁粉，13份高锰酸钾和8份添加剂，将页岩和煤矸石移入研磨机中，混合研磨，过200目筛，得细化混合料；将细化混合料与水按质量比18：1混合于搅拌机中，并向搅拌机中依次加入粉煤灰、铁粉和添加剂，于温度为40℃，转速为220r/min的条件下，搅拌混合60min，得混合浆料，将混合浆料与高锰酸钾混合，继续于温度为35℃，转速为200r/min的条件下搅拌混合40min，得坯料；将坯料移入模具中，于温度为40℃的条件下，静停24h后，将静停后坯料移入干燥箱，于温度为70℃的条件下，恒温干燥32h，得预处理坯料，将预处理坯料移入烧结炉中，于900℃的条件下烧结2h后，随炉冷却至室温，得预烧结坯料，将预烧结坯料与质量分数40%的四丙基氢氧化铵溶液按质量比1：15混合浸泡于晶化釜中，将晶化釜密封，并于温度为180℃的条件下晶化5h后，随釜冷却至室温，过滤，得晶化后预烧结坯料，将晶化后预烧结坯料移入干燥箱，于温度为90℃的条件下，恒温干燥55min，得改性预烧结坯料，将改性预烧结坯料移入烧结炉，于温度为1100℃的条件下烧结110min后，随炉冷却至室温后，出料，得耐腐型粘土砖。所述页岩为钙质页岩种。所述粉煤灰为一级粉煤灰。所述添加剂为草酸钠。所述60℃时氯化钡的饱和溶液的制备方法为将水加入烧杯中，升温至烧杯内水温度至60℃，向烧杯中加入氯化钡，直至有晶体析出，过滤，得60℃时氯化钡的饱和溶液。
实例3
将海泡石与60℃时氯化钡的饱和水溶液按质量比1：13混合于烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为60℃，转速为350r/min的条件下，搅拌混合50min后，将烧杯内物料温度降至35℃，于温度为35℃的条件下，恒温静置70min后，过滤，得滤饼，将滤饼移入干燥箱，于温度为85℃的条件下，恒温干燥40min，得改性海泡石；按重量份数计，依次称取100份页岩，30份煤矸石，18份粉煤灰，15份改性海泡石，20份铁粉，13份高锰酸钾和8份添加剂，将页岩和煤矸石移入研磨机中，混合研磨，过200目筛，得细化混合料；将细化混合料与水按质量比18：1混合于搅拌机中，并向搅拌机中依次加入粉煤灰、改性海泡石、铁粉和添加剂，于温度为40℃，转速为220r/min的条件下，搅拌混合60min，得混合浆料，将混合浆料与高锰酸钾混合，继续于温度为35℃，转速为200r/min的条件下搅拌混合40min，得坯料；将坯料移入模具中，于温度为40℃的条件下，静停24h后，将静停后坯料移入干燥箱，于温度为70℃的条件下，恒温干燥32h，得预处理坯料，将预处理坯料移入烧结炉中，于900℃的条件下烧结2h后，随炉冷却至室温，得预烧结坯料，即得耐腐型粘土砖。所述页岩为钙质页岩种。所述粉煤灰为一级粉煤灰。所述添加剂为草酸钠。所述60℃时氯化钡的饱和溶液的制备方法为将水加入烧杯中，升温至烧杯内水温度至60℃，向烧杯中加入氯化钡，直至有晶体析出，过滤，得60℃时氯化钡的饱和溶液。
实例4
将海泡石与60℃时氯化钡的饱和水溶液按质量比1：13混合于烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为60℃，转速为350r/min的条件下，搅拌混合50min后，将烧杯内物料温度降至35℃，于温度为35℃的条件下，恒温静置70min后，过滤，得滤饼，将滤饼移入干燥箱，于温度为85℃的条件下，恒温干燥40min，得改性海泡石；按重量份数计，依次称取100份页岩，30份煤矸石，18份粉煤灰，15份改性海泡石，20份铁粉，13份高锰酸钾和8份添加剂，将页岩和煤矸石移入研磨机中，混合研磨，过200目筛，得细化混合料；将细化混合料与水按质量比18：1混合于搅拌机中，并向搅拌机中依次加入粉煤灰、改性海泡石、铁粉和添加剂，于温度为40℃，转速为220r/min的条件下，搅拌混合60min，得混合浆料，将混合浆料与高锰酸钾混合，继续于温度为35℃，转速为200r/min的条件下搅拌混合40min，得坯料；将坯料移入模具中，于温度为40℃的条件下，静停24h后，将静停后坯料移入干燥箱，于温度为70℃的条件下，恒温干燥32h，得预处理坯料，将预处理坯料移入烧结炉中，于900℃的条件下烧结2h后，随炉冷却至室温，得预烧结坯料，将预烧结坯料与质量分数40%的四丙基氢氧化铵溶液按质量比1：15混合浸泡于晶化釜中，将晶化釜密封，并于温度为180℃的条件下晶化5h后，随釜冷却至室温，过滤，得晶化后预烧结坯料，将晶化后预烧结坯料移入干燥箱，于温度为90℃的条件下，恒温干燥55min，得改性预烧结坯料，即得耐腐型粘土砖。所述页岩为钙质页岩种。所述粉煤灰为一级粉煤灰。所述添加剂为草酸钠。所述60℃时氯化钡的饱和溶液的制备方法为将水加入烧杯中，升温至烧杯内水温度至60℃，向烧杯中加入氯化钡，直至有晶体析出，过滤，得60℃时氯化钡的饱和溶液。
实例5
将海泡石与60℃时氯化钡的饱和水溶液按质量比1：13混合于烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为60℃，转速为350r/min的条件下，搅拌混合50min后，将烧杯内物料温度降至35℃，于温度为35℃的条件下，恒温静置70min后，过滤，得滤饼，将滤饼移入干燥箱，于温度为85℃的条件下，恒温干燥40min，得改性海泡石；按重量份数计，依次称取100份页岩，30份煤矸石，18份粉煤灰，15份改性海泡石和8份添加剂，将页岩和煤矸石移入研磨机中，混合研磨，过200目筛，得细化混合料；将细化混合料与水按质量比18：1混合于搅拌机中，并向搅拌机中依次加入粉煤灰、改性海泡石和添加剂，于温度为40℃，转速为220r/min的条件下，搅拌混合60min，得混合浆料，即得坯料；将坯料移入模具中，于温度为40℃的条件下，静停24h后，将静停后坯料移入干燥箱，于温度为70℃的条件下，恒温干燥32h，得预处理坯料，将预处理坯料移入烧结炉中，于900℃的条件下烧结2h后，随炉冷却至室温，得预烧结坯料，将预烧结坯料与质量分数40%的四丙基氢氧化铵溶液按质量比1：15混合浸泡于晶化釜中，将晶化釜密封，并于温度为180℃的条件下晶化5h后，随釜冷却至室温，过滤，得晶化后预烧结坯料，将晶化后预烧结坯料移入干燥箱，于温度为90℃的条件下，恒温干燥55min，得改性预烧结坯料，将改性预烧结坯料移入烧结炉，于温度为1100℃的条件下烧结110min后，随炉冷却至室温后，出料，得耐腐型粘土砖。所述页岩为钙质页岩种。所述粉煤灰为一级粉煤灰。所述添加剂为草酸钠。所述60℃时氯化钡的饱和溶液的制备方法为将水加入烧杯中，升温至烧杯内水温度至60℃，向烧杯中加入氯化钡，直至有晶体析出，过滤，得60℃时氯化钡的饱和溶液。
对比例：郑州某耐火材料有限公司生产的粘土砖。
将实例1至5所得的耐腐型粘土砖及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
1.力学性能：按照JC /T796对试件抗压强度进行检测；
2.耐腐蚀性能：将试件放入侵蚀性溶液中浸泡3d（所述侵蚀性溶液中氯离子质量分数为3%，硫酸根离子质量分数为1%，pH=13.5），检测试件抗压强度，并计算抗压强度保持率，试验过程中保持密封。
具体检测结果如表1所示：
表1
检测项目 实例1 实例2 实例3 实例4 实例5 对比例
抗压强度/MPa 29.3 23.5 22.7 19.8 18.7 16.4
抗压强度保持率/% 96.1 88.5 87.3 83.2 84.5 64.3
由表1检测结果可知，本发明技术方案制备的耐腐型粘土砖具有优异的力学性能及耐腐蚀性能的特点，在建筑材料行业的发展中具有广阔的前景。

Claims (5)

1.一种耐腐型粘土砖，其特征在于是有以下重量份数的原料组成：
页岩 70～100份
煤矸石 20～30份
粉煤灰 15～18份
改性海泡石 10～15份
铁粉 12～20份
高锰酸钾 5～13份
添加剂 3～8份
所述改性海泡石的制备方法为：
将海泡石与60℃时氯化钡的饱和水溶液按质量比1：8～1：13混合，搅拌混合后，降温至30～35℃后，恒温静置，过滤，干燥，得改性海泡石；
所述耐腐型粘土砖的制备方法为：
（1）按原料组成称量各组分；
（2）将页岩和煤矸石混合研磨，过筛，得细化混合料；
（3）将细化混合料与水按质量比12：1～18：1混合，并依次加入粉煤灰、改性海泡石、铁粉和添加剂，搅拌混合后，得混合浆料，将混合浆料与高锰酸钾混合，继续搅拌混合，得坯料；
（4）将坯料移入模具中，静停后，干燥，得预处理坯料；
（5）将预处理坯料于750～900℃的条件下烧结，得预烧结坯料，将预烧结坯料与四丙基氢氧化铵溶液按质量比1：10～1：15混合浸泡于晶化釜中，密闭恒温晶化后，随釜冷却至室温后，过滤，干燥，得改性预烧结坯料，将改性预烧结坯料于温度为1000～1100℃的条件下烧结，随炉冷却至室温后，出料，得耐腐型粘土砖。
2.根据权利要求1所述的一种耐腐型粘土砖，其特征在于：所述页岩为钙质页岩，砂质页岩或硅质页岩中任意一种或两种。
3.根据权利要求1所述的一种耐腐型粘土砖，其特征在于：所述粉煤灰为一级粉煤灰。
4.根据权利要求1所述的一种耐腐型粘土砖，其特征在于：所述添加剂为草酸钠或明巩中任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种耐腐型粘土砖，其特征在于：所述60℃时氯化钡的饱和溶液的制备方法为将水加入烧杯中，升温至烧杯内水温度至60℃，向烧杯中加入氯化钡，直至有晶体析出，过滤，得60℃时氯化钡的饱和溶液。
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