CN108975827A - 一种基于煤矸石的发泡水泥砖的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于煤矸石的发泡水泥的制备方法及工艺流程，属于建筑材料技术领域。本发明采用水泥和煤矸石为主要原料，煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，产量大且还能自燃污染空气或引起火灾，本发明将煤矸石作为发泡水泥制备的主要原料，取代了部分水泥，不仅节约了水泥资源，又能对煤矸石废弃物进行有效地利用，发泡水泥制备过程中，发泡水泥试块毛细孔会使浆体黏度下降，导致浆体容易流动，而这种孔结构会造成应力集中，使发泡水泥的抗压强度下降，因此本发明在优化发泡水泥制备工艺条件的基础上，增加了除孔挤压装置可有效将发泡水泥试块中的毛细孔挤破，增加了浆体的黏度，有利于加强发泡水泥的抗压强度。

Description

一种基于煤矸石的发泡水泥砖的制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种基于煤矸石的发泡水泥砖的制备方法。

背景技术

近年来国民经济持续快速发展，但是经济的发展必须以能源为基础，能源短缺变成了制约人类社会进步的关键。从我国目前的能耗情况来说，建筑能耗占社会能耗相当大一部分，而建筑能耗是指建筑物从建筑材料制造、建筑施工，一直到建筑物交付使用的全过程能耗。随着GDP的增长，人们越来越重视生活质量，建筑消费的重点已经不再单一解释耐用为标准，越来越多的人开始追求室内环境，因此保障室内空气品质所需的能耗迅速上升。用来保障室内温度的能耗所占比例很大，研究表明，约70-80%的热量通过维护结构一热转到的方式传递，造成了热量的损失。为了减少采暖或制冷所需的能耗，在建筑物上增加保温层为节能的重要的手段。

目前应用最广泛的保温方法是墙体外保温法，可以使墙体免受冷热桥的影响，减少主体结构所受的温度应力。发泡水泥作为外墙保温材料已经成为墙体保温材料研究的热点。用作保温材料的发泡水泥主要的优点有：轻质、隔热性好、耐火性好和环保性好，发泡水泥的孔隙率高，干密度小，是一种轻质材料，空气的导热系数远小于水泥水化产物，降低了热导性，起到了了很好的隔热保温性能。

目前对于发泡水泥制备的研究，是以凝胶材料为主要材料，以煤灰粉、石灰、窑炉底灰和煤矸石等掺和材料作为辅助材料进行制备，而煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，产量大，但是作为制备发泡水泥的掺和材料用量少，未能对废弃物进行有效利用，且现有的发泡水泥生产制备过程中，发泡前期水泥试块毛细孔增多，浆体黏度下降，浆体容易流动，产生连通孔，这种孔结构会造成应力集中，使其抗压强度下降，现有的除孔方法多是通过优化制备工艺条件以减少毛细孔数量，效果差且发泡水泥易发生轻微塌模。

发明内容

本发明的目的是为了解决发泡水泥制备过程中，未能对废物进行有效利用，且现有的除孔方法多是通过优化制备工艺条件以减少毛细孔数量，效果差且发泡水泥易发生轻微塌模的问题，而提出的一种基于煤矸石的发泡水泥的制备方法及工艺流程。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于煤矸石的发泡水泥的制备方法及工艺流程，包括以下步骤：

S1、选取适量的煤矸石块，采用粉碎机进行粉碎，粉碎30-60min后进行过筛，制得煤矸石粉并放置于干燥皿中保存备用；

S2、称取适量的S1中的煤矸石粉，并称取适量的水泥，将煤矸石粉和水泥按照质量比为1:1-1:10的比例进行混合；

S3、称取S2中煤矸石粉与水泥的混合干粉物，按照水料比为1:1-1:10的比例加入适量的水，并使用快速搅拌机将料浆搅拌均匀成稳定的浆体，控制料浆的温度，使其达到顺利稳定发泡所需的温度；

S4、待浆体温度稳定后，将发泡剂以浆体质量的1-10%添加到浆体中，使发泡剂与浆体各组分之间充分反应，反应放出气体形成气泡，再向体系中加入质量为浆体质量的0.2-1.0%的聚丙烯纤维（PPF），依次按照比例混合均匀；

S5、取S4中混合料浆，向混合浆料中加入镍锌铁氧体作为为吸波剂，使用水泥搅拌器并调节搅拌速度为600-1400r/min进行搅拌，搅拌至30-60min后浇注入模；

S6、浇注入模后，采用除孔挤压装置对浇注模型槽中的浆料进行除孔挤压操作，将发泡水泥试块中的连接孔挤压掉；

S7、除孔挤压后进行短时间的静停发泡，达到理想高度待其凝固硬化后对试样进行养护28-30d,养护结束后对试样进行切割加工，将发泡水泥试样切割成100mm×100mm×100mm大小的水泥块，烘干后，使用液压式万能试验机，调节加载速度为（10±1）mm/min进行抗压性能测试。

优选地，所述S1中煤矸石为采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，包括碳质、泥质和砂质页岩的混合物或其中任意一种。

优选地，所述S2中水泥包括P·O42.5普通硅酸盐水泥、P·O52.5普通硅酸盐水泥和425快硬硫铝酸盐水泥。

优选地，所述S4中发泡剂为H₂O₂（质量分数≥27.5%）。

优选地，所述S4中料浆各组分间相互反应放出气体的物化过程：

H₂O₂+OH^-←→HO₂ ^-+H₂O

H₂O₂+HO₂ ^-→O₂+OH^-+H₂O

优选地，所述除孔挤压装置，包括基座、固定框架、移动框架和转动杆，所述基座上表面与浇注模型槽底部固定连接，所述浇注模型槽上表面左右两侧与连接杆底端固定连接，所述连接杆上端右侧与固定框架左右两侧固定连接，所述固定框架前端设置有楔形槽，所述楔形槽内部活动套接有楔形块，所述楔形块底部与传动杆上端固定连接，所述传动杆下端与挤压板上端固定连接，所述挤压板活动套接在浇注模型槽内部，所述楔形块后侧与移动框架前侧固定连接，所述移动框架右侧与固定柱左侧固定连接；

所述转动杆上部设置有U形槽，所述固定柱活动套接在U形槽内部，所述转动杆中部设置有转动槽，所述转动槽内部活动套接有旋转柱，所述旋转柱右端与旋转转盘左侧远离轴心处固定连接，所述旋转转盘轴心处设置有旋转孔，所述旋转孔内部固定套接有旋转轴，所述旋转轴右端与电机左侧固定连接，所述电机下表面与固定底座上表面固定连接，所述固定底座下表面与基座上表面右端固定连接。

优选地，发泡水泥砖抗压强度δ（MPa）：

上式中：δ——抗压强度（MPa），F——破坏载荷（N），S——试样受压面积（mm²）。

与现有技术相比，本发明提供了一种基于煤矸石的发泡水泥的制备方法及工艺流程，具备以下有益效果：

（1）本发明采用煤矸石和水泥作为发泡水泥制备的主要原料，煤矸石采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，产量大，然而煤矸石不仅堆积占地，而且还能自燃污染空气或引起火灾，现有的发泡水泥的制备将煤矸石作为辅助材料，用量小，不能对煤矸石固体废弃物进行有效利用，本发明将煤矸石作为发泡水泥制备的主要原料，取代了部分水泥，不仅节约了水泥资源，又能对煤矸石废弃物进行有效地利用，煤矸石块无需购买节省了发泡水泥的制备成本，通过经煤矸石原料进行粉碎，粉碎后过筛与水泥按照比例进行混合，煤矸石的粉碎利用有利于增大煤矸石与水泥的接触面积，有利于搅拌成浆；

（2）本发明以普通硅酸盐水泥和煤矸石为主要原料,并按照比例进行混合，以过氧化氢为发泡剂,镍锌铁氧体为吸波剂,采用四因素三水平[L₉（3⁴）]正交试验制备发泡水泥砖，用极差分析方法确定发泡水泥的最优制备方案，通过使用快速搅拌机对混合浆料进行搅拌，可以有效地将混合浆料搅拌均匀，使原料与掺和物充分反应，有利于浆体的稳定和发泡过程的稳定性，发泡水泥制备过程中加入镍锌铁氧体作为吸波剂，当发射的电磁波投入到材料表面时，吸波剂可以将其尽可能多地吸收掉，然后在材料内部将其以个种形式转化成其他形式的能量消耗掉，可以有效避免在后续对发泡水泥抗压性能测试中，因电磁波对发泡水泥造成损伤；

（3）本发明设置有除孔挤压装置，发泡水泥制备的工艺流程中，在将原料与水泥混合的时候，发泡前期发泡水泥试块毛细孔增多，浆体黏度下降，导致浆体容易流动产生连通孔，而这种孔结构会造成应力集中，使发泡水泥的抗压强度下降，因此本发明在优化发泡水泥制备工艺条件的基础上，增加了除孔挤压装置，通过设置有基座，在基座上表面设置浇注模型槽，混合浆料搅拌均匀后倒入浇注模型槽中进行发泡凝结，通过设置有电机，电机带动旋转轴转动，通过电机带动旋转转盘转动，从而使旋转转盘边缘处的旋转柱在转动杆中部设置的转动槽中做圆弧运动，从而带动固定柱上下移动，从而使移动框架上下移动，连动杆带动挤压板对发泡水泥进行挤压，可有效将发泡水泥试块中的毛细孔挤破，增加了浆体的黏度，有利于加强发泡水泥的抗压强度。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于煤矸石的发泡水泥的制备方法及工艺流程的流程示意图；

图2为本发明提出的一种基于煤矸石的发泡水泥的制备方法及工艺流程的除孔挤压装置结构示意图；

图3为本发明提出的一种基于煤矸石的发泡水泥的制备方法及工艺流程的除孔挤压装置部分结构示意图。

图中标号说明：

1基座、2浇注模型槽、3固定底座、4电机、5旋转轴、6固定框架、7连接杆、8移动框架、9传动杆、10挤压板、11转动杆、12固定柱、13旋转转盘、14楔形槽、15楔形块、16U形槽、17转动槽、18转动孔、19旋转柱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：一种基于煤矸石的发泡水泥的制备方法及工艺流程，包括以下步骤：

S1、选取适量的煤矸石块，采用粉碎机进行粉碎，粉碎30-60min后进行过筛，制得煤矸石粉并放置于干燥皿中保存备用；

S2、称取适量的S1中的煤矸石粉，并称取适量的水泥，将煤矸石粉和水泥按照质量比为1:1-1:10的比例进行混合；

S3、称取S2中煤矸石粉与水泥的混合干粉物，按照水料比为1:1-1:10的比例加入适量的水，并使用快速搅拌机将料浆搅拌均匀成稳定的浆体，控制料浆的温度，使其达到顺利稳定发泡所需的温度；

S4、待浆体温度稳定后，将发泡剂以浆体质量的1-10%添加到浆体中，使发泡剂与浆体各组分之间充分反应，反应放出气体形成气泡，再向体系中加入质量为浆体质量的0.2-1.0%的聚丙烯纤维（PPF），依次按照比例混合均匀；

S5、取S4中混合料浆，箱混合浆料中加入镍锌铁氧体作为为吸波剂，使用水泥搅拌器并调节搅拌速度为600-1400r/min进行搅拌，搅拌至30-60min后浇注入模；

S6、浇注入模后，采用除孔挤压装置对浇注模型槽中的浆料进行除孔挤压操作，将发泡水泥试块中的连接孔挤压掉；

S7、除孔挤压后进行短时间的静停发泡，达到理想高度待其凝固硬化后对试样进行养护28-30d,养护结束后对试样进行切割加工，将发泡水泥试样切割成100mm×100mm×100mm大小的水泥块，烘干后，使用液压式万能试验机，调节加载速度为（10±1）mm/min进行抗压性能测试。

S1中煤矸石为采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，包括碳质、泥质和砂质页岩的混合物或其中任意一种。

S2中水泥包括P·O42.5普通硅酸盐水泥、P·O52.5普通硅酸盐水泥和425快硬硫铝酸盐水泥。

S4中发泡剂为H₂O₂（质量分数≥27.5%）。

S4中料浆各组分间相互反应放出气体的物化过程：

H₂O₂+OH^-←→HO₂ ^-+H₂O

H₂O₂+HO₂ ^-→O₂+OH^-+H₂O

本发明采用煤矸石和水泥作为发泡水泥制备的主要原料，煤矸石采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，产量大，然而煤矸石不仅堆积占地，而且还能自燃污染空气或引起火灾，现有的发泡水泥的制备将煤矸石作为辅助材料，用量小，不能对煤矸石固体废弃物进行有效利用，本发明将煤矸石作为发泡水泥制备的主要原料，取代了部分水泥，不仅节约了水泥资源，又能对煤矸石废弃物进行有效地利用，煤矸石块无需购买节省了发泡水泥的制备成本，通过经煤矸石原料进行粉碎，粉碎后过筛与水泥按照比例进行混合，煤矸石的粉碎利用有利于增大煤矸石与水泥的接触面积，有利于搅拌成浆。

实施例2：基于实施例1但有所不同的是，将粉碎的煤矸石原料与P·O42.5普通硅酸盐水泥按照质量的20%进行混合搅拌均匀，向混合干粉物中加入干粉质量的0.44的水进行混合，并使用快速搅拌机进行搅拌，控制浆料温度，向浆料中加入以浆料质量的5%的发泡剂，和浆体质量的0.3%的聚丙烯纤维（PPF）依次按照比例进行混合，混合均匀后，向混合浆料中加入镍锌铁氧体作为为吸波剂，使用水泥搅拌器并调节搅拌速度为800r/min进行搅拌，根据抗压测试结果可知，使用P·O42.5普通硅酸盐水泥，以煤矸石质量为水泥质量的20%、水料比为0.44、发泡剂掺量5%和聚丙烯纤维（PPF）的掺量为0.3%时，制得的发泡水泥抗压强度达到了1.34MPa。

实施例3：基于实施例1但有所不同的是将煤矸石原料与P·O52.5普通硅酸盐水泥按照质量的30%进行混合搅拌均匀，向混合干粉物中加入干粉质量的0.46的水进行混合，并使用快速搅拌机进行搅拌，控制浆料温度，向浆料中加入以浆料质量的5.5的发泡剂，和浆体质量的0.4的聚丙烯纤维（PPF）依次按照比例进行混合，混合均匀后，向混合浆料中加入镍锌铁氧体作为为吸波剂，使用水泥搅拌器并调节搅拌速度为1000r/min进行搅拌，根据抗压测试结果可知，制得的发泡水泥抗压强度达到了1.25MPa。

实施例4：基于实施例1但有所不同的是将煤矸石原料与425快硬硫铝酸盐水泥按照质量为40%的比例进行混合搅拌均匀，向混合干粉物中加入干粉质量的0.48的水进行混合，并使用快速搅拌机进行搅拌，控制浆料温度，向浆料中加入以浆料质量的6.0的发泡剂，和浆体质量的0.5的聚丙烯纤维（PPF）依次按照比例进行混合，混合均匀后，向混合浆料中加入镍锌铁氧体作为为吸波剂，使用水泥搅拌器并调节搅拌速度为1200r/min进行搅拌，根据抗压测试结果可知，制得的发泡水泥抗压强度达到了1.39MPa。

实施例5：基于实施例1但有所不同的是，除孔挤压装置除孔挤压装置，包括基座1、固定框架6、移动框架8和转动杆11，基座1上表面与浇注模型槽2底部固定连接，浇注模型槽2上表面左右两侧与连接杆7底端固定连接，连接杆7上端右侧与固定框架6左右两侧固定连接，固定框架6前端设置有楔形槽14，楔形槽14内部活动套接有楔形块15，楔形块15底部与传动杆9上端固定连接，传动杆9下端与挤压板10上端固定连接，挤压板10活动套接在浇注模型槽2内部，楔形块15后侧与移动框架8前侧固定连接，移动框架8右侧与固定柱12左侧固定连接，转动杆11上部设置有U形槽16，固定柱12活动套接在U形槽16内部，转动杆11中部设置有转动槽17，转动槽17内部活动套接有旋转柱19，旋转柱19右端与旋转转盘13左侧远离轴心处固定连接，旋转转盘13轴心处设置有旋转孔18，旋转孔18内部固定套接有旋转轴5，旋转轴5右端与电机4左侧固定连接，电机4下表面与固定底座3上表面固定连接，固定底座3下表面与基座1上表面右端固定连接。

本发明设置有除孔挤压装置，发泡水泥制备的工艺流程中，在将原料与水泥混合的时候，发泡前期发泡水泥试块毛细孔增多，浆体黏度下降，导致浆体容易流动产生连通孔，而这种孔结构会造成应力集中，使发泡水泥的抗压强度下降，因此本发明在优化发泡水泥制备工艺条件的基础上，增加了除孔挤压装置，通过设置有基座1，在基座1上表面设置浇注模型槽2，混合浆料搅拌均匀后倒入浇注模型槽2中进行发泡凝结，通过设置有电机4，电机4带动旋转轴5转动，通过电机4带动旋转转盘13转动，从而使旋转转盘13边缘处的旋转柱19在转动杆11中部设置的转动槽17中做圆弧运动，从而带动固定柱12上下移动，从而使移动框架8上下移动，连接杆7带动挤压板10对发泡水泥进行挤压，可有效将发泡水泥试块中的毛细孔挤破，增加了浆体的黏度，有利于加强发泡水泥的抗压强度，将除孔后的发泡水泥试块进行短时间的静停发泡，发泡结束后进行养护28d,养护结束后，采用切割机将发泡水泥切割成100mm×100mm×100mm大小的水泥块，烘干后采用w7-267型液压式万能试验机进行抗压性能测试，发泡水泥砖抗压强度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于煤矸石的发泡水泥的制备方法及工艺流程，其特征在于，包括以下步骤：

S1、选取适量的煤矸石块，采用粉碎机进行粉碎，粉碎30-60min后进行过筛，制得煤矸石粉并放置于干燥皿中保存备用；

S2、称取适量的S1中的煤矸石粉，并称取适量的水泥，将煤矸石粉和水泥按照质量比为1:1-1:10的比例进行混合；

S3、称取S2中煤矸石粉与水泥的混合干粉物，按照水料比为1:1-1:10的比例加入适量的水，并使用快速搅拌机将料浆搅拌均匀成稳定的浆体，控制料浆的温度，使其达到顺利稳定发泡所需的温度；

S4、待浆体温度稳定后，将发泡剂以浆体质量的1-10%添加到浆体中，使发泡剂与浆体各组分之间充分反应，反应放出气体形成气泡，再向体系中加入质量为浆体质量的0.2-1.0%的聚丙烯纤维（PPF），依次按照比例混合均匀；

S5、取S4中混合料浆，向混合浆料中加入镍锌铁氧体作为为吸波剂，使用水泥搅拌器并调节搅拌速度为600-1400r/min进行搅拌，搅拌至30-60min后浇注入模；

S6、浇注入模后，采用除孔挤压装置对浇注模型槽中的浆料进行除孔挤压操作，将发泡水泥试块中的连接孔挤压掉；

S7、除孔挤压后进行短时间的静停发泡，达到理想高度待其凝固硬化后对试样进行养护28-30d,养护结束后对试样进行切割加工，将发泡水泥试样切割成100mm×100mm×100mm大小的水泥块，烘干后，使用液压式万能试验机，调节加载速度为（10±1）mm/min进行抗压性能测试。

2.根据权利要求书1所述的一种基于煤矸石的发泡水泥砖的制备方法，其特征在于：所述S1中煤矸石为采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，包括碳质、泥质和砂质页岩的混合物或其中任意一种。

3.根据权利要求书1所述的一种基于煤矸石的发泡水泥砖的制备方法，其特征在于：所述S2中水泥包括P·O42.5普通硅酸盐水泥、P·O52.5普通硅酸盐水泥和425快硬硫铝酸盐水泥。

4.根据权利要求书1所述的一种基于煤矸石的发泡水泥砖的制备方法，其特征在于：所述S4中发泡剂为H₂O₂（质量分数≥27.5%）。

5.根据权利要求书1所述的一种基于煤矸石的发泡水泥砖的制备方法，其特征在于：所述S4中料浆各组分间相互反应放出气体的物化过程：

H₂O₂+OH^-←→HO₂ ^-+H₂O

H₂O₂+HO₂ ^-→O₂+OH^-+H₂O。

6.根据权利要求书1所述的一种基于煤矸石的发泡水泥砖的制备方法，其特征在于：所述除孔挤压装置，包括基座（1）、固定框架（6）、移动框架（8）和转动杆（11），所述基座（1）上表面与浇注模型槽（2）底部固定连接，所述浇注模型槽（2）上表面左右两侧与连接杆（7）底端固定连接，所述连接杆（7）上端右侧与固定框架（6）左右两侧固定连接，所述固定框架（6）前端设置有楔形槽（14），所述楔形槽（14）内部活动套接有楔形块（15），所述楔形块（15）底部与传动杆（9）上端固定连接，所述传动杆（9）下端与挤压板（10）上端固定连接，所述挤压板（10）活动套接在浇注模型槽（2）内部，所述楔形块（15）后侧与移动框架（8）前侧固定连接，所述移动框架（8）右侧与固定柱（12）左侧固定连接；

所述转动杆（11）上部设置有U形槽（16），所述固定柱（12）活动套接在U形槽（16）内部，所述转动杆（11）中部设置有转动槽（17），所述转动槽（17）内部活动套接有旋转柱（19），所述旋转柱（19）右端与旋转转盘（13）左侧远离轴心处固定连接，所述旋转转盘（13）轴心处设置有旋转孔（18），所述旋转孔（18）内部固定套接有旋转轴（5），所述旋转轴（5）右端与电机（4）左侧固定连接，所述电机（4）下表面与固定底座（3）上表面固定连接，所述固定底座（3）下表面与基座（1）上表面右端固定连接。

7.根据权利要求书1所述的一种基于煤矸石的发泡水泥砖的制备方法，其特征在于：发泡水泥砖抗压强度δ（MPa）：

上式中：δ——抗压强度（MPa），F——破坏载荷（N），S——试样受压面积（mm²）。