CN109206060A - 一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种以钢渣‑煤矸石为主要原料的板材。所述板材用于外墙装饰，由装饰面层和中料层压合而成,装饰面层的外表面喷涂装饰面层物料，中料层由流浆成型的中料层物料制成。所述装饰面层物料由下述重量份计的组份制成：钢渣100份，煤矸石0‑90份，碱性激发剂1‑30份，水20‑60份，纸浆纤维3‑20份，颜料1‑30份、聚丙烯纤维0.1份‑1.2份。所述中料层物料由下述重量份组份制成：钢渣100份，煤矸石0‑90份，碱性激发剂1‑20份、水20‑40份、纸浆纤维5‑50份。本发明提供的技术方案，充分利用了钢渣‑煤矸石的潜在水硬性，在较高的水化速度中生成达到外墙装饰板各项性能指标的高强度产品，并保证了板材的成坯质量，可实现批量生产。

Description

一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材
技术领域
本发明涉及一种板材，具体讲涉及一种外墙装饰板。
背景技术
近几年研发的新型建筑外墙装饰材料常用的有建筑涂料、外墙砖、玻璃幕墙、陶瓷挂板、铝板、铝塑板等。外墙涂料安全、色彩丰富、容易更新,但对墙体的诸如抗裂性、耐候耐久性保护性能较差，且易脏、易褪色；而玻璃幕墙的反光、陶瓷挂板的高密度和外墙砖本身自重大，给在外墙高层建筑使用带来潜在危险，并且通常高温烧制，属高污染高能耗类产品，安全隐患和环保隐患并存。铝板，铝塑板等金属类外墙装饰材料由于其造价高昂，安装要求复杂，难以普及。因此，人们着力研发价格低廉、环保、易于生产，且质量轻、强度高、韧性高、耐久性好、收缩率低的外墙装饰板材。
碱激发胶凝材料是由潜在胶凝材料组分和碱性激发剂反应生成的一类胶凝材料，具有原材料丰富(可利用工业废弃物)，制备简单和能耗低等优点，并且兼备良好的耐腐、耐高温等性能。其中，潜在凝胶材料组分主要为偏高领土、粒化高炉矿渣、粒化磷渣及粉煤灰等。碱性激发剂主要是苛性碱、可溶性硅酸盐或非硅酸盐。碱激发胶凝材料与传统硅酸盐水泥相比，具有需量小、水化热低、强度高和耐久性好等优点。而碱激发剂的种类、矿渣的成分和结构的差异都可使水化产物的组成和结构产生较大差异。(碱激发胶凝材料的应用研究，张波(173)53，《中国胶凝剂》第2014年3月第23卷第3期)。
煤矸石是煤炭开发和洗选过程中被分离出来的废弃岩石，是我国目前排放量最大的工业固体废弃物之一。据统计，我国煤矸石综合排放量约占原煤产量的15％—20％，已累计储存量达70亿t之多。大量堆存的煤矸石不仅是煤矿生产的沉重包袱，而且对环境污染也相当严重。因此煤矸石的处置和有效利用成为了一个环境问题。近年来，国内外越来越广泛地将煤矸石进行综合利用，其中对煤矸石用于水泥生产方面有较多的研究，但利用率较低。目前我国的综合利用率尚不到15％。
钢渣是炼钢过程中的副产品，其排放量约为钢产量的10-15％。目前我国钢渣的综合利用率仅为10％，每年有将近9000万吨的钢渣没有得到有效利用，大量钢渣的堆放、闲置，不仅占用大量的耕地，而且钢渣中所含有的重金属离子、碱金属离子还会渗入土壤中，造成地下水污染。
将钢渣与碱性激发剂按照一定比例混合可以制备碱激发钢渣胶凝材料。同时在该材料当中掺入煤矸石，可降低反应水化热，改善材料的稳定性。碱激发钢渣-煤矸石胶凝材料具有收缩率低，耐磨性好，抗冲击性好等诸多优点，目前该种材料在板材制品的应用上仍处于空白。
本发明人经过长期艰苦的探索和反复的实验发现采用碱激发胶凝材料生产外墙装饰板需要解决以下诸多庞杂的问题：如何从无数可能的方案中甄选出潜在凝胶材料组分的复配以提高早期水化速度、并生成高强度的产物，达到外墙装饰板抗腐蚀、抗冲击、抗疲劳、韧性高、耐久性好、收缩率低等等各项性能指标；如何配制恰当的碱性激发剂在水化过程中对复配的潜在凝胶材料活性激发，使其潜在水硬性得到充分发挥；如何提高稀浆薄料成坯质量以及如何实现流水线作业达到批量生产。这一系列连锁性问题成为碱激发胶凝材料产业化生产外墙装饰板的难点。
发明内容
有鉴于此，为了克服上述难点，本发明提供一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材，该技术方案充分发挥了钢渣-煤矸石的潜在水硬性，在较高的水化速度中生成高强度产物以达到外墙装饰板各项性能指标，并保证了板材的成坯质量，可实现批量生产的流水线作业。
本发明提供的一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材，所述板材用于外墙装饰
进一步，所述板材包括压合的装饰面层和中料层,
进一步，所述装饰面层外表面喷涂有装饰面层物料，所述的装饰面层物料由按重量份计的下述组份制成：
钢渣100份，煤矸石0-90份，碱性激发剂1-30份，水20-60份，纸浆纤维3-20份，颜料1-30份和聚丙烯纤维0.1份-1.2份；
进一步，所述中料层由流浆成型的中料层物料制成，所述中料层物料由按重量份计的下述组份制成：
钢渣100份，煤矸石0-90份，碱性激发剂1-20份、水20-40份和纸浆纤维5-50份。
进一步，所述碱性激发剂由苛性钠、钠水玻璃、石灰、芒硝、纯碱、二水石膏一种或几种复合而成。
进一步，所述的装饰面层物料由按重量份计的下述组份制成：
钢渣100份、煤矸石20份、碱性激发剂20份、水40份、纸浆纤维18份、颜料5份和聚丙烯纤维0.9份。
所述装饰面层物料另一优选方案由按重量份计的下述组份制成：
钢渣100份、煤矸石30份、碱性激发剂24份、水38份、纸浆纤维17份、颜料10份和聚丙烯纤维0.6份。
进一步，所述中料层物料由按重量份计的下述组份制成：
钢渣100份、煤矸石16份、碱性激发剂19份、水38份和纸浆纤维35份。
所述中料层物料另一优选方案由按重量份计的下述组份制成：
钢渣100份、煤矸石35份、碱性激发剂17份、水35份和纸浆纤维42份。
进一步，所述碱性激发剂中苛性钠、钠水玻璃、石灰及二水石膏的重量比为4:3:3:1。
所述碱性激发剂另一优选方案中苛性钠、钠水玻璃及石灰的重量比为4:3:1。
进一步，所述钢渣的成分为:重量百分比SiO214.67﹪、TiO20.84﹪、Al2O3 4.06﹪、MgO 7.62、CaO 47.22﹪、Na2O 0.16﹪、K2O 0.075﹪、SO3 0.57﹪、TFe14.30﹪、P2O5 1.04﹪、烧失量2.58％。
进一步，所述煤矸石的成分为:重量百分比SiO2：53.18﹪；Al2O3：18.39﹪；Fe2O3：12.63﹪；CaO：2.32﹪；MgO：2.21﹪；TiO2：2.90﹪；P2O5：0.14﹪；K2O+Na2O：3.6﹪；V2O5：0.02﹪、烧失量5.61％。
进一步，所述钢渣为在球磨机中粉磨30-50min制得，且比表面积为400m2/kg-450m2/kg；所述煤矸石为在球磨机中粉磨15min-30min制得，且比表面积为300m2/kg-400m2/kg。
所述板材的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将所述装饰面层物料和中料层物料分别按照溶液、粉体和纸浆纤维的顺序依次加入搅拌机中搅拌5-10min；
2)将装饰面层物料喷射在涂有脱模剂的带有纹理的模板上；
3)将中料层物料卸入流浆机中流浆成型，于20-35℃、0.1-1MPa和10-20m/min车速下流浆脱水成型；
4)将带有装饰面层物料的纹理模板压制在流浆成型的中料层上；
5)将成型的湿板材切割成相应尺寸；
6)将板材放入20-50℃、相对湿度70-90％的环境中养护1-3天；
7)将毛坯板切割成规格尺寸。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
1、本发明选取碱激发钢渣-煤矸石生成胶凝材料，采用钢渣和煤矸石作为原材料，变废为宝，保护环境，节约资源。
2、复合掺入煤矸石可以减小放热量，降低胶凝材料的收缩率，改善尺寸稳定性。
3、碱激发钢渣-煤矸石胶凝材料与传统胶凝材料相比，具有耐磨性好，抗疲劳性强，耐久性好等特点；
4、该工艺生产效率高，成本低，很容易形成流水线作业和批量生产；
5、该工艺可提高稀浆薄料成坯质量。
具体实施方式
下面通过具体实施例的方式对本发明提供的技术方案做进一步清楚完整的说明，但它们并不构成对本发明的限制。
实施例1
制备本发明一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材
1、原料的准备：
1)配制碱性激发剂：
以重量比，苛性钠：钠水玻璃：石灰：二水石膏为4:3:3:1。
2)配制装饰面层物料：
按重量份计，钢渣100份、煤矸石20份、碱性激发剂20份、水40份、纸浆纤维18份、颜料5份、聚丙烯纤维0.9份。
3)配制中料层物料：
按重量份计，钢渣100份、煤矸石16份、碱性激发剂19份、水38份、纸浆纤维35份。
上述组份中钢渣的成分为:重量百分比SiO214.67﹪、TiO20.84﹪、Al2O3 4.06﹪、MgO 7.62、CaO 47.22﹪、Na2O 0.16﹪、K2O 0.075﹪、SO3 0.57﹪、TFe14.30﹪、P2O5 1.04﹪、烧失量2.58％；
煤矸石的成分为:重量百分比SiO2：53.18﹪；Al2O3：18.39﹪；Fe2O3：12.63﹪；CaO：2.32﹪；MgO：2.21﹪；TiO2：2.90﹪；P2O5：0.14﹪；K2O+Na2O：3.6﹪；V2O5：0.02﹪、烧失量5.61％)
2、制备外墙装饰板的步骤：
1)将装饰面层物料和中料层物料分别按照溶液、粉体和纸浆纤维的顺序依次加入搅拌机中搅拌8min；
2)将装饰面层物料喷射在涂有脱模剂的带有特殊纹理的模板上；
3)将中料层物料卸入抄取机中流浆成型，抄取脱水压力成型中，温度为25℃，压力为0.1MPa，车速为15m/min；
4)将带有装饰面层物料的纹理模板压制在流浆成型后的中料层物料；
5)将成型的湿板材切割成相应尺寸；
6)板材放入温度30℃、相对湿度75％环境中养护2天；
7)将毛坯板切割成规格尺寸。
实施例2：
制备本发明一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材
1、原料的准备
1)配制碱性激发剂：
按重量比，苛性钠：钠水玻璃：石灰为4:3:1。
2)配制装饰面层物料：
按重量份计：钢渣100份、煤矸石30份、碱性激发剂24份、水38份、纸浆纤维17份、颜料10份、聚丙烯纤维0.6份。
3)配制中料层物料：
按重量份计：钢渣100份、煤矸石35份、碱性激发剂17份、水35份、纸浆纤维42份。
2、制备外墙装饰板的步骤：
1)将装饰面层物料和中料层物料分别按照溶液、粉体和纸浆纤维的顺序依次加入搅拌机中搅拌10min；
2)将装饰面层物料喷射在涂有脱模剂的带有特殊纹理的模板上；
3)将中料层物料卸入抄取机中流浆成型，抄取脱水压力成型中，温度为30℃，压力为0.5MPa，车速为20m/min；
4)将带有装饰面层物料的纹理模板压制在流浆成型后的中料层物料；
5)将成型的湿板材切割成相应尺寸；
6)板材放入温度35℃、相对湿度85％环境中养护1天；
7)将毛坯板切割成规格尺寸。
实施例3：
制备本发明一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材
1、原料的准备：
1)配制碱性激发剂：
按重量比，苛性钠：钠水玻璃为6:3。
2)配制装饰面层物料：
按重量份计：钢渣100份、煤矸石40份、碱性激发剂24份、水37份、纸浆纤维15份、颜料8份、聚丙烯纤维0.8份。
3)配制中料层物料：
按重量份计：钢渣100份、煤矸石42份、碱性激发剂20份、水34份、纸浆纤维36份。
2、制备外墙装饰板的步骤：
1)将装饰面层物料和中料层物料分别按照溶液、粉体和纸浆纤维的顺序依次加入搅拌机中搅拌10min；
2)将装饰面层物料喷射在涂有脱模剂的带有特殊纹理的模板上；
3)将中料层物料卸入抄取机中流浆成型，抄取脱水压力成型中，温度为30℃，压力为0.8MPa，车速为18m/min；
4)将带有装饰面层物料的纹理模板压制在流浆成型后的中料层物料；
5)将成型的湿板材切割成相应尺寸；
6)板材放入温度40℃、相对湿度85％环境中养护1天；
7)将毛坯板切割成规格尺寸。
实施例4-15如下：(碱性激发剂的配制同实施例1，制备过程同实施例2)
面层物料配制如表1：(按重量份计)
表1
实施例编号 钢渣 煤矸石 碱性激发剂 水 纸浆纤维 颜料 聚丙烯纤维
实施例4 100 40 11 24 20 15 0.5
实施例5 100 3 25 46 14 21 0.9
实施例6 100 34 7 20 9 30 0.7
实施例7 100 27 1 32 5 2 1.0
实施例8 100 0 9 50 13 10 0.6
实施例9 100 16 4 40 20 1 0.8
实施例10 100 50 19 28 19 26 0.7
实施例11 100 9 14 25 7 15 1.0
实施例12 100 90 30 60 10 30 1.2
实施例13 100 80 28 48 15 20 1.1
实施例14 100 70 20 52 20 26 1.2
实施例15 100 60 19 56 14 21 0.9
中料层物料配制如表2：(按重量份计)
表2
上述实施例中制备的板材的性能如下：
表3：
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (13)

1.一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材，其特征在于，所述板材用于外墙装饰。
2.如权利要求1所述的一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材，其特征在于，所述板材包括压合的装饰面层和中料层。
3.如权利要求2所述的一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材，其特征在于，所述装饰面层外表面喷涂有装饰面层物料，所述装饰面层物料由按重量份计的下述组份制成：钢渣100份，煤矸石0-90份，碱性激发剂1-30份，水20-60份，纸浆纤维3-20份，颜料1-30份和聚丙烯纤维0.1份-1.2份。
4.如权利要求2所述的一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材，其特征在于，所述中料层由流浆成型的中料层物料制成，所述中料层物料由按重量份计的下述组份制成：钢渣100份，煤矸石0-90份，碱性激发剂1-20份、水20-40份和纸浆纤维5-50份。
5.按照权利要求3或4所述的一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材，其特征在于，所述碱性激发剂由苛性钠、钠水玻璃、石灰、芒硝、纯碱、二水石膏其中一种或几种复合而成。
6.按照权利要求3所述的一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材，其特征在于，所述的装饰面层物料由按重量份计的下述组份制成：钢渣100份、煤矸石20份、碱性激发剂20份、水40份、纸浆纤维18份、颜料5份和聚丙烯纤维0.9份。
7.按照权利要求3所述的一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材，其特征在于，所述的装饰面层物料由按重量份计的下述组份制成：钢渣100份、煤矸石30份、碱性激发剂24份、水38份、纸浆纤维17份、颜料10份和聚丙烯纤维0.6份。
8.按照权利要求4所述的一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材，其特征在于，所述中料层物料可由按重量份计的下述组份制成：钢渣100份、煤矸石16份、碱性激发剂19份、水38份和纸浆纤维35份；
所述中料层物料还可由按重量份计的下述组份制成：钢渣100份、煤矸石35份、碱性激发剂17份、水35份和纸浆纤维42份。
9.按照权利要求5所述的一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材，其特征在于，所述碱性激发剂按重量比，苛性钠：钠水玻璃：石灰：二水石膏＝4:3:3:1；
优选地，所述碱性激发剂按重量比，苛性钠：钠水玻璃：石灰＝4:3:1。
10.按照权利要求3或4所述的一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材，其特征在于：所述钢渣的成分为:重量百分比SiO214.67﹪、TiO20.84﹪、Al2O3 4.06﹪、MgO 7.62、CaO47.22﹪、Na2O 0.16﹪、K2O 0.075﹪、SO3 0.57﹪、TFe14.30﹪、P2O5 1.04﹪、烧失量2.58％。
11.按照权利要求3或4所述的一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材，其特征在于：所述煤矸石的成分为:重量百分比SiO2：53.18﹪；Al2O3：18.39﹪；Fe2O3：12.63﹪；CaO：2.32﹪；MgO：2.21﹪；TiO2：2.90﹪；P2O5：0.14﹪；K2O+Na2O：3.6﹪；V2O5：0.02﹪、烧失量5.61％。
12.按照权利要求3或4所述的一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材，其特征在于，所述钢渣为在球磨机中粉磨30-50min制得，且比表面积为400m2/kg-450m2/kg；所述煤矸石为在球磨机中粉磨15min-30min制得，且比表面积为300m2/kg-400m2/kg。
13.按照权利要求1-12任一项所述的一种以钢渣-煤矸石为主要原料的板材的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将所述装饰面层物料和中料层物料分别加入搅拌机中搅拌5-10min；
2)将装饰面层物料喷射在涂有脱模剂的带有纹理的模板上；
3)将中料层物料卸入流浆机中流浆成型，于20-35℃、0.1-1MPa和10-20m/min车速下流浆脱水成型；
4)将带有装饰面层物料的纹理模板压制在流浆成型的中料层上；
5)将成型的湿板材切割成相应尺寸；
6)将板材放入20-50℃、相对湿度70-90％的环境中养护1-3天；
7)将毛坯板切割成规格尺寸。
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