CN109206061A - 一种煤矸石-偏高岭土胶凝材料的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种煤矸石‑偏高岭土胶凝材料的用途。所述煤矸石‑偏高岭土凝胶材料用来制作外墙装饰板。所述装饰板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，中料层由挤出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：煤矸石100份、偏高岭土5‑80份、碱性激发剂1‑20份、水10‑50份、纸浆纤维5‑50份、颜料1‑30份、聚丙烯纤维0.5‑2份。所述中料层物料由下述重量份组份制成：煤矸石100份、偏高岭土5‑50份、碱性激发剂1‑25份、水20‑50份、纸浆纤维5‑30份、聚丙烯纤维0.5‑1份。本发明的技术方案，充分利用了煤矸石‑偏高岭土的潜在水硬性，在较高的水化速度中生成达到装饰板各项性能指标的高强度产品，保证了成坯质量，可实现批量生产。

Description

一种煤矸石-偏高岭土胶凝材料的用途
技术领域
本发明涉及一种胶凝材料的用途，具体讲涉及一种煤矸石-偏高领土凝胶材料的用途。
背景技术
煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石；包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。目前煤矸石的数量之多引发了一系列问题，不仅堆积占地，而且还能自燃污染空气或引起火灾，污染大气，煤矸石露天堆放会产生大量扬尘，这主要是由于在地面堆放的煤矸石受到长时间的日晒雨淋后，将会风化粉碎，另外，煤矸石吸水后会崩解，从而很容易产生粉尘，在风力的作用下，将会恶化矿区大气的质量。
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，而未添加煤矸石成分。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)
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，本发明提供一种煤矸石-偏高岭土的凝胶材料，充分发挥煤矸石-偏高岭土的潜在水硬性，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。
本发明提供的一种煤矸石-偏高岭土胶凝材料的用途，所述煤矸石-偏高岭土胶凝材料用来制作一种外墙装饰板。
进一步，所述煤矸石按重量百分比由下列组分组成：酸化后的煤矸石半成品90～98％、速溶硅酸钠0.1～5％、聚乙烯醇0.1～5％、羟丙基甲基纤维素0.01～3％和碳酸钠0～3％。
进一步，所述偏高岭土是将高岭土粉末在700℃～900℃的温度下煅烧2～3小时，平均粒径在3μm以下；其SiO2和Al2O3的含量在80％wt以上。
进一步，所述外墙装饰板包括压合的装饰面层和中料层,所述装饰面层外表面喷涂有装饰面层物料，所述中料层由挤出成型的中料层物料制成。
进一步，所述装饰面层物料由按重量份计的下述组份制成：
煤矸石100份、偏高岭土5-80份、碱性激发剂1-20份、水10-50份、纸浆纤维5-50份、颜料1-30份、聚丙烯纤维0.5-2份。
进一步，所述中料层物料由按重量份计的下述组份制成：
煤矸石100份、偏高岭土5-50份、碱性激发剂1-25份、水20-50份、纸浆纤维5-30份和聚丙烯纤维0.5-1份；
进一步，所述碱性激发剂为苛性钠、石灰和二水石膏复合配制而成。
进一步，所述碱性激发剂中苛性钠、石灰、二水石膏重量比为8：5：5。
进一步，所述碱性激发剂中苛性钠、石灰、二水石膏重量比为7：2：1。
进一步，所述煤矸石为600-900℃煅烧后产物，且比表面积300-600m2/kg；所述偏高岭土为高岭土经600-900℃煅烧后产物，且比表面积300-600m2/kg。
进一步，所述外墙装饰板的制备方法如下：
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)将中料层物料卸入挤出机中挤出成型，于20-35℃、0.1-1MPa和10-20m/min车速下挤出脱水成型；
4)将带有装饰面层物料的纹理模板压制在挤出成型的中料层上；
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。
所述碱性激发剂为苛性钠、石灰和二水石膏复合配制而成，均为工业级，优等品，含量≥99.0％。
碱激发胶凝材料是近年来新发展起来的一种新型无机非金属胶凝材料。所谓碱激发胶凝材料是指由具有火山灰活性或潜在水硬性原料与碱性激发剂反应而成的一类胶凝材料，偏高岭土、煤矸石、矿渣和粉煤灰等工业废弃物均可作为制备碱激发胶凝材料的主要原材料，这将为充分利用工业固体废弃物开辟一条新的途径。
与其它工业废弃物相比，影响煤矸石废渣利用的关键是煤矸石的活性不高，如何激发其潜在活性是制约煤矸石工业废渣利用的瓶颈。煤矸石的活性大小不仅取决于矿物成分，更取决于对其活性激发的途径，化学激发和复掺其它矿物掺合料是最有效的激发煤矸石活性的途径。煤矸石中复掺活性较高的偏高岭土，采用碱性激发剂激发可以制备碱激发-煤矸石-偏高岭土胶凝材料，使煤矸石的潜在活性得到快速有效的释放。
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、本发明选取煤矸石-偏高岭土生成胶凝材料，提高了煤矸石的使用量和利用率，以其制备的外墙装饰板具有抗碳化性好、抗冲击强度高、韧性高、抗疲劳性能好、耐久性好、收缩率低等优点；
2、碱性激发剂可以在水化过程中对煤矸石和偏高岭土的活性激发，使其潜在水硬性得到充分发挥；
3、煤矸石中复合偏高岭土，不仅早期水化速度快、强度高，而且后期强度也有持续发展；
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
1.煤矸石-偏高岭土胶凝材料的制备：
1)配制碱性激发剂：
按重量比，苛性钠：石灰：二水石膏为8：5：5。
2)配制装饰面层物料：
按重量份计，煤矸石100份、偏高岭土50份、碱性激发剂20份、水50份、纸浆纤维20份、颜料5份、聚丙烯纤维1份。
3)配制中料层物料：
按重量份计，煤矸石100份、偏高岭土20份、碱性激发剂15份、水30份、纸浆纤维25份、聚丙烯纤维1份。
上述组份中煤矸石的成分为:质量百分比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％。
偏高岭土的成分为Al2O3·2SiO2。
2.外墙装饰板的制备
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挤出成型，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挤出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
1.煤矸石-偏高岭土胶凝材料的制备：
1)配制碱性激发剂
按重量比，苛性钠：石灰：二水石膏为7：2：1。
2)配制装饰面层物料
按重量份计，煤矸石100份、偏高岭土20份、碱性激发剂14份、水40份、纸浆纤维25份、颜料10份、聚丙烯纤维1份。
3)配制中料层物料
按重量份计，煤矸石100份、偏高岭土50份、碱性激发剂20份、水50份、纸浆纤维25份、聚丙烯纤维1份。
2.外墙装饰板的制备
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挤出成型，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挤出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3-14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
中料层物料配制如表2：(按重量份计)
表2
实施例编号 煤矸石 偏高岭土 碱性激发剂 水 纸浆纤维 聚丙烯纤维
实施例3 100 50 11 24 5 0.9
实施例4 100 47 22 11 21 0.6
实施例5 100 5 7 20 9 0.5
实施例6 100 42 1 32 28 1.0
实施例7 100 39 9 10 15 0.8
实施例8 100 26 4 40 24 0.8
实施例9 100 16 19 28 30 0.7
实施例10 100 35 15 17 10 0.9
实施例11 100 22 25 50 26 0.8
实施例12 100 28 20 38 12 0.7
实施例13 100 32 16 42 18 0.6
实施例14 100 50 21 37 24 0.5
上述实施例中制备的外墙装饰板的性能如下：
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 (10)

1.一种煤矸石-偏高岭土胶凝材料的用途，其特征在于，所述煤矸石-偏高岭土胶凝材料用来制作一种外墙装饰板。
2.如权利要求1所述的一种煤矸石-偏高岭土胶凝材料的用途，其特征在于，所述煤矸石按重量百分比由下列组分组成：质量百分比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％。
3.如权利要求1所述的一种煤矸石-偏高岭土胶凝材料的用途，其特征在于，所述偏高岭土的成分为Al2O3·2SiO2。
4.如权利要求3所述的一种煤矸石-偏高岭土胶凝材料的用途，其特征在于，所述外墙装饰板包括压合的装饰面层和中料层,所述装饰面层外表面喷涂有装饰面层物料，所述中料层由挤出成型的中料层物料制成。
5.如权利要求4所述的一种煤矸石-偏高岭土胶凝材料的用途，其特征在于，所述装饰面层物料由按重量份计的下述组份制成：
煤矸石100份、偏高岭土5-80份、碱性激发剂1-20份、水10-50份、纸浆纤维5-50份、颜料1-30份、聚丙烯纤维0.5-2份。
6.如权利要求4所述的一种煤矸石-偏高岭土胶凝材料的用途，其特征在于，所述中料层物料由按重量份计的下述组份制成：
煤矸石100份、偏高岭土5-50份、碱性激发剂1-25份、水20-50份、纸浆纤维5-30份和聚丙烯纤维0.5-1份。
7.如权利要求5或6所述的一种煤矸石-偏高岭土胶凝材料的用途，其特征在于，所述碱性激发剂为苛性钠、石灰和二水石膏复合配制而成。
8.按照权利要求5所述的一种煤矸石-偏高岭土胶凝材料的用途，其特征在于，所述碱性激发剂中苛性钠、石灰、二水石膏重量比为8：5：5；
优选地，所述碱性激发剂中苛性钠、石灰、二水石膏重量比为7：2：1。
9.如权利要求1所述的一种煤矸石-偏高岭土胶凝材料的用途，其特征在于，所述煤矸石为600-900℃煅烧后产物，且比表面积300-600m2/kg；所述偏高岭土为高岭土经600-900℃煅烧后产物，且比表面积300-600m2/kg。
10.如权利要求1所述的一种煤矸石-偏高岭土胶凝材料的用途，其特征在于，所述外墙装饰板的制备方法如下：
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)将中料层物料卸入挤出机中挤出成型，于20-35℃、0.1-1MPa和10-20m/min车速下挤出脱水成型；
4)将带有装饰面层物料的纹理模板压制在挤出成型的中料层上；
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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