CN111704418A - 一种煤矸石免烧砖及其制作方法 - Google Patents

一种煤矸石免烧砖及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤矸石免烧砖，包括以下重量份的原料：煤矸石50~70份，水泥5~10份，砂5~10份，胶结料18~25份，发泡剂2~5份，添加剂0.5~2份和水20~50份；其中，所述胶结料包括硅酸盐水泥熟料和煤矸石细粉，所述煤矸石细粉的粒径为0.15~5mm。本发明提高了煤矸石免烧砖中煤矸石的用量，不仅进一步减少了煤矸石的占地面积，缓解了煤矸石对环境的污染和生物的伤害，还通过对配方的合理设计，原料之间相互协同作用，制备出具有质量轻、强度高、抗冻耐高温的高质量免烧砖，具有良好的经济和社会效益。

Description

一种煤矸石免烧砖及其制作方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体的说涉及一种煤矸石免烧砖及其制作方法。
背景技术
煤矸石（coalgangue,shale）是采煤过程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。煤矸石的主要成分是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴）。
煤矸石是排放量最大的工业废弃物，占煤炭产量的10％~15％。我国目前累计有煤矸石山1500多座，煤矸石总量约40亿t，占地约16000hm2以上，而且每年约以1.5-2.0亿t的速度递增，每年形成新增占地400hm2。煤矸石的堆积不仅占用大量土地，煤矸石中所含的硫化物散发后还会污染大气和水源，造成严重的后果；而且煤矸石中所含的黄铁矿易被空气氧化，放出的热量可以促使煤矸石中所含煤炭风化以至自燃，散发出难闻的气味和有害的烟雾。
但是，煤矸石看似是一种废弃物，实际是一种潜在的巨大资源，事实上，对煤矸石加以综合利用，可以达到节能、节电、节土等多种目的，具有良好的环境效益、经济效益和社会效益，是实施可持续发展的必然要求。
目前，对煤矸石的综合利用主要是用来生产多种建筑材料，其中，最广泛的是用来制作再生砖和砌块。但是，在制备免烧砖时，由于煤矸石基本上属于无活性物质，在经过破碎、筛分后得到的集料，其强度比石子、砂子要低。因此，现有的制作工艺中煤矸石的用量一般较低，制备的免烧砖的强度也较差。
因此，如何提供一种高掺量、高强度的煤矸石免烧砖是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明通过配方和制备工艺的创新实现了在免烧砖中进行煤矸石的大量掺杂，并且保证了免烧砖的强度。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种煤矸石免烧砖，包括以下重量份的原料：煤矸石50~70份，水泥5~10份，砂5~10份，胶结料18~25份，发泡剂2~5份，添加剂0.5~2份和水20~50份；
其中，所述胶结料包括硅酸盐水泥熟料和煤矸石细粉，所述煤矸石细粉的粒径为0.15~5mm。
采用上述技术方案的有益效果：在煤矸石制砖过程中，胶结料的研制是关键，由于煤矸石基本上属于无活性物质，在经过破碎、筛分后得到的集料，其强度比石子、砂子要低。因此，要保证砖有良好的性能，必须选用合适的胶结料。同时从成本上考虑，胶结料价格又不宜太高。本发明所用胶结料以硅酸盐水泥熟料作为基础原料，同时掺加了煤矸石细粉，使其具有高分散、高水硬性，这样既可保证了胶结料的胶凝性能，从而进一步保证了免烧砖的强度，又能消耗部分煤矸石细粉，加大煤矸石的用量。
优选的，所述胶结料中硅酸盐水泥熟料与煤矸石细粉的质量比为（65~90）：（35~10）。
优选的，所述煤矸石细粉的粒径为0.5~3mm。
优选的，所述煤矸石的粒径为10~30mm。
优选的，所述发泡剂为双氧水、水杨酸、甲基丙烯酸、十二烷基硫酸钠、松香和环己基甲酸中的任何一种或两种以上的混合物。
优选的，所述添加剂为高效活化剂、防冻剂、防腐剂、增强剂、氧化剂和减水剂中的任何一种或两种以上的混合物。
所述高效活化剂、防冻剂、防腐剂、增强剂、氧化剂和减水剂可以在制备免烧砖常用的种类中选择。
本发明还公开了上述煤矸石免烧砖的制备方法，包括以下步骤：
（1）按配方称取原料煤矸石、水泥、砂、胶结料、发泡剂、添加剂和水备用；
（2）将上述原料全部置于搅拌机中搅拌，得混合浆料；
（3）将混合浆料进行困料，然后将困料后的混合浆料在砌块成型机上加压成型，得到胚体；
（4）将胚体置于养护箱中养护，得到一次养护砖，将一次养护砖在水中浸泡1~2h后，转移至自然条件下存放，即得所述免烧砖。
优选的，所述步骤（3）中困料具体为：在温度为30~45℃、湿度为40~60%的条件下困料24~48h。
优选的，所述步骤（3）中加压成型的压力为20~35MPa，加压时间为5~10分钟。
优选的，所述步骤（4）中养护具体为：向胚体表面喷洒盐水，然后将其在80℃~90℃温度下干燥1~2h，然后继续在100℃~120℃温度下干燥0.5~1.5h。
采用上述技术方案的有益效果：除了原料的搭配，困料、压制和养护等工艺参数设置对免烧砖最终的强度也起到一定的作用。其中，养护温度能够影响胶结料的发挥程度和活性作用开始的时间，因此，本发明通过设置适宜的困料、压制和养护的工艺参数使制备得到的高掺量煤矸石免烧砖的结构均匀，机械性能强，符合建筑用砖要求，并且制备工艺简单、易于操作。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明经过大量的实验研究，首次提出在硅酸盐水泥中加入煤矸石作为胶结料的技术方案，而且通过本发明的胶结料制备出的高掺量煤矸石免烧砖的各项指标都得到了极大的提高，本发明的胶结料具有极高的发展潜力；
2、本发明提高了煤矸石免烧砖中煤矸石的用量，不仅进一步减少了煤矸石的占地面积，缓解了煤矸石对环境的污染和生物的伤害，还通过对配方的合理设计，原料之间相互协同作用，制备出具有质量轻、强度高、抗冻耐高温的高质量免烧砖，具有良好的经济和社会效益；
3、制备方法简单，原料来源广泛，成本低廉，能够大规模生产，适于广泛推广。
具体实施方式
下面将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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种煤矸石免烧砖的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取粒径为10~30mm的煤矸石60份，水泥5份，砂10份，胶结料20份，水杨酸1份、甲基丙烯酸1份，高效活化剂0.5份、防冻剂0.5份、减水剂1份，水40份；其中，硅酸盐水泥熟料与粒径为0.5~3mm的煤矸石细粉的质量比为85：15；
（2）将上述原料全部置于搅拌机中搅拌，得混合浆料；
（3）将混合浆料在温度为30℃和湿度为45%的条件下困料30h，然后将困料后的混合浆料在砌块成型机上加压成型，压力为25MPa，压制时间为8分钟，得到胚体；
（4）向胚体表面喷洒盐水，然后将胚体置于养护箱中在85℃温度下干燥2h，然后继续在100℃温度下干燥1.5h进行养护，得到一次养护砖，将一次养护砖在水中浸泡2h后，转移至自然条件下存放，即得所述免烧砖。
实施例2
一种煤矸石免烧砖的制备方法，包括以下步骤：
（2）称取粒径为10~30mm的煤矸石70份，水泥8份，砂5份，胶结料25份，松香5份，增强剂0.5份，氧化剂0.2份，减水剂0.8份，水50份；其中，硅酸盐水泥熟料与粒径为0.15~5mm的煤矸石细粉的质量比为65：35；
（2）将上述原料全部置于搅拌机中搅拌，得混合浆料；
（3）将混合浆料在温度为45℃和湿度为40%的条件下困料24h，然后将困料后的混合浆料在砌块成型机上加压成型，压力为35MPa，压制时间为5分钟，得到胚体；
（4）向胚体表面喷洒盐水，然后将胚体置于养护箱中在80℃温度下干燥1h，然后继续在110℃温度下干燥0.5h进行养护，得到一次养护砖，将一次养护砖在水中浸泡1h后，转移至自然条件下存放，即得所述免烧砖。
实施例3
一种煤矸石免烧砖的制备方法，包括以下步骤：
称取粒径为10~30mm的煤矸石50份，水泥10份，砂8份，胶结料18份，甲基丙烯酸2份，环己基甲酸2份，高效活化剂0.5份，防腐剂0.5份，增强剂0.5份，水20份；其中，硅酸盐水泥熟料与粒径为0.15~5mm的煤矸石细粉的质量比为90：10；
（2）将上述原料全部置于搅拌机中搅拌，得混合浆料；
（3）将混合浆料在温度为40℃和湿度为60%的条件下困料48h，然后将困料后的混合浆料在砌块成型机上加压成型，压力为20MPa，压制时间为10分钟，得到胚体；
（4）向胚体表面喷洒盐水，然后将胚体置于养护箱中在90℃温度下干燥1.5h，然后继续在120℃温度下干燥1h进行养护，得到一次养护砖，将一次养护砖在水中浸泡1.5h后，转移至自然条件下存放，即得所述免烧砖。
实施例4
一种煤矸石免烧砖的制备方法，包括以下步骤：
（3）称取粒径为10~30mm的煤矸石55份，水泥7份，砂6份，胶结料22份，双氧水3份，增强剂0.3份，氧化剂0.3份，减水剂0.4份，水30份；其中，硅酸盐水泥熟料与粒径为0.15~5mm的煤矸石细粉的质量比为78：22；
（2）将上述原料全部置于搅拌机中搅拌，得混合浆料；
（3）将混合浆料在温度为40℃和湿度为55%的条件下困料40h，然后将困料后的混合浆料在砌块成型机上加压成型，压力为30MPa，压制时间为7分钟，得到胚体；
（4）向胚体表面喷洒盐水，然后将胚体置于养护箱中在80℃温度下干燥2h，然后继续在100℃℃温度下干燥1h进行养护，得到一次养护砖，将一次养护砖在水中浸泡2h后，转移至自然条件下存放，即得所述免烧砖。
试验例1
对实施例1-4制得的煤矸石免烧砖进行抗压强度、密度、吸水率、干燥收缩值、抗冻性和碳化系数方面的测试。免烧砖的技术参数如下：
1．国家规格：240×115×90；
2．重量：2.5-3kg /块，由于原料不同，重量稍有差别；
试验方法按照《GB/T 2542-2012砌墙砖试验方法》进行测试。结果如表1所述：
表1煤矸石免烧砖性能测试结果
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
抗压强度 MPa 18.7 19.1 19.0 18.9
密度 kg/m<sup>2</sup> 1089 1074 1092 1105
吸水率 % 7.2 7.1 7.3 7.2
干燥收缩值 % 0.041 0.039 0.037 0.041
抗冻性强度损失率 % 11 10 14 12
炭化系数 0.95 0.92 1.07 1.13
本发明制备的煤矸石免烧砖的各项性能都符合国家对于免烧砖的技术要求，可进行推广利用，不仅实现环保问题，也可带来经济效益。
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种煤矸石免烧砖，其特征在于，包括以下重量份的原料：煤矸石50~70份，水泥5~10份，砂5~10份，胶结料18~25份，发泡剂2~5份，添加剂0.5~2份和水20~50份；
其中，所述胶结料包括硅酸盐水泥熟料和煤矸石细粉，所述煤矸石细粉的粒径为0.15~5mm。
2.根据权利要求1所述的一种煤矸石免烧砖，其特征在于，所述硅酸盐水泥熟料与煤矸石细粉的质量比为（65~90）:（35~10）。
3.根据权利要求2所述的一种煤矸石免烧砖，其特征在于，所述煤矸石细粉的粒径为0.5~3mm。
4.根据权利要求1所述的一种煤矸石免烧砖，其特征在于，所述煤矸石的粒径为10~30mm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种煤矸石免烧砖，其特征在于，所述发泡剂为双氧水、水杨酸、甲基丙烯酸、十二烷基硫酸钠、松香和环己基甲酸中的任何一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种煤矸石免烧砖，其特征在于，所述添加剂为高效活化剂、防冻剂、防腐剂、增强剂、氧化剂和减水剂中的任何一种或两种以上的混合物。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种煤矸石免烧砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按配方称取原料煤矸石、水泥、砂、胶结料、发泡剂、添加剂和水备用；
（2）将上述原料全部置于搅拌机中搅拌，得混合浆料；
（3）将混合浆料进行困料，然后将困料后的混合浆料在砌块成型机上加压成型，得到胚体；
（4）将胚体置于养护箱中养护，得到一次养护砖，将一次养护砖在水中浸泡1~2h后，转移至自然条件下存放，即得所述免烧砖。
8.根据权利要求7所述的一种煤矸石免烧砖的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中困料具体为：在温度为30~45℃、湿度为40~60%的条件下困料24~48h。
9.根据权利要求8所述的一种煤矸石免烧砖的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中加压成型的压力为20~35MPa，加压时间为5~10分钟。
10.根据权利要求9所述的一种煤矸石免烧砖的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中养护具体为：向胚体表面喷洒盐水，然后将其在80℃~90℃温度下干燥1~2h，然后继续在100℃~120℃温度下干燥0.5~1.5h。
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