CN111995426A - 一种高强度煤矸石烧结多孔砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了的一种高强度煤矸石烧结多孔砖,其原料按重量份计,包括煤矸石颗粒30~50份、河底淤泥20~30份、石英砂10~20份、废弃陶瓷颗粒10~20份、玻璃粉末3~8份、膨润土5~10份、混合助剂8~15份、石棉纤维3~6份和硫酸盐2~5份,所述混合助剂包括以下质量百分比含量的组分:阻燃剂5~15%、防冻剂20~30%、增强剂50~70%和粘结剂3~5%。其制作方法包括:①原料预处理;②原料称重;③一次混料;④陈化;⑤二次混料;⑥制坯;⑦烘干处理;⑧烧结和⑨蒸养。本发明的制作工艺科学合理,采用的原料易得,生产的成本可控,且各原料组分搭配合理,使得制得的多孔砖易成型、裂纹少、密实度好、强度好,且具有保温效果。

Description

一种高强度煤矸石烧结多孔砖及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域,具体涉及一种高强度煤矸石烧结多孔砖及其制备方法。
背景技术
多孔砖是指以粘土、页岩、粉煤灰为主要原料,经成型、焙烧而成的多孔砖,孔洞率等于或大于15%,孔型为圆孔或非圆孔,孔的尺寸小而数量多的称为多孔砖,主要适用于承重墙体。多孔砖、空心砖与传统实心砖相比,可使建筑物自重减轻1/3左右,节约燃料10~20%,烧成率高,节约成本,提高使用效率,可以改善转的隔热和隔声新更能,具有良好的经济意义,但是现有的多孔砖多采用粘土、页岩等为主要原料,极大的破坏了生态环境。所以,如何采用废弃资源生产多孔砖,达到节约资源的目的是继续解决的问题,并且现有的多孔砖在使用时容易开裂,使用寿命较低。
煤矸石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。煤矸石按主要矿物含量分为黏土岩类、砂石岩类、碳酸盐类、铝质岩类。按来源及最终状态,煤矸石可分为掘进矸石、选煤矸石和自然矸石三大类。煤矸石排放量根据煤层条件、开采条件和洗选工艺的不同有较大差异,一般掘进矸石占原煤产量的10%左右,选煤矸石占入选原煤量的12%~18%;煤矸石的无机成分主要是硅、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属。据统计,我国每年煤矸石的排放量相当于当年煤炭产量的10%左右,年排放速度将大于1.6亿吨。堆放煤矸石不仅占用大量土地,而且污染环境,影响人们的生活和健康。另外,煤矸石自燃能释放多种有害气体等,同时还伴生大量的烟尘和有爆炸危险性。故利用煤矸石为主料来制作多孔砖,不仅符合国家节能环保的号召,又能变废为宝,无论是从固体废弃物的资源化利用角度还是从保温砖对城市节能环保角度看,利用煤矸石、粉煤灰等废弃原料制备多孔砖均具有长远的环保意义和巨大的市场价值。目前多孔砖由于原料成分和制造工艺等原因,普遍存在制作工艺粗糙、砖体强度低、容易开裂、使用寿命短、价格较普通砖高等缺陷。因此,研制开发一种工艺设计合理、既能提高废弃物利用率、又能提高砖体强度和质量、降低生产成本的高强度煤矸石烧结多孔砖及其制备方法是客观需要的。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种工艺设计合理、既能提高废弃物利用率、又能提高砖体强度和质量、降低生产成本的高强度煤矸石烧结多孔砖及其制备方法。
本发明所述的一种高强度煤矸石烧结多孔砖,其原料按重量份计,包括煤矸石颗粒30~50份、河底淤泥20~30份、石英砂10~20份、废弃陶瓷颗粒10~20份、玻璃粉末3~8份、膨润土5~10份、混合助剂8~15份、石棉纤维3~6份和硫酸盐2~5份,所述混合助剂包括以下质量百分比含量的组分:阻燃剂5~15%、防冻剂20~30%、增强剂50~70%和粘结剂3~5%。
进一步的,所述硫酸盐为硫酸钠、硫酸钙火硫酸铝中的任意一种。
进一步的,所述阻燃剂为氢氧化镁或氢氧化铝中的一种,防冻剂为工业级混凝土防冻剂,所述粘合剂为工业级混凝土粘合剂。
进一步的,所述增强剂的制备方法是:先将低熔点合金粉碎过筛20目筛得低熔点合金粉末,之后将低熔点合金粉末与水按质量比1~20:30混合,并进行超声分散得低熔点合金分散液,调节低熔点合金分散液的pH至8.5~9,并向低熔点合金分散液中加入低熔点合金分散液质量0.3~0.5倍的正硅酸乙酯混合物,正硅酸乙酯混合物为正硅酸乙酯与乙醇按质量比1~1:1.5混合制得,搅拌水解后,过滤得到预处理低熔点合金,然后将预处理低熔点合金用氢氧化钠溶液喷淋,洗涤至中性得到预改性低熔点合金,再将预改性低熔点合金与环氧树脂按质量比1~0.8:1.5混合,并加入预改性低熔点合金质量0.2~0.5倍的硅烷偶联剂和预改性低熔点合金质量0.2~0.5倍的乙二胺,搅拌混合后,加热固化,粉碎,过筛得预增强料,最后将预增强料与甲苯二异氰酸酯按质量比1~0.5:1混合,过滤,得滤饼,再将滤饼与石蜡按质量比1~0.8:1混合研磨,冷冻得到增强剂。
优选地,所述低熔点合金为铋、铅、锡和铟的混合物,所述铋、铅、锡和铟的质量比为1~4:1~2:1:1。
本发明所述的一种高强度煤矸石烧结多孔砖,其制备方法具体包括以下步骤:
①原料预处理:将收集粉碎得到的煤矸石颗粒、废弃陶瓷颗粒和玻璃粉末置于低压蒸汽中进行蒸养预处理,蒸养预处理的温度为120~140℃,蒸养时间为10~20h;
②原料称重:先将经步骤①预处理后的煤矸石颗粒、废弃陶瓷颗粒和玻璃粉末原料以及河底淤泥、石英砂、膨润土、混合助剂、石棉纤维、硫酸盐分别粉碎研磨过后20~30目筛,之后再按重量份比称取原料;
③一次混料:先将称重后的煤矸石颗粒、河底淤泥、石英砂、废弃陶瓷颗粒、玻璃粉末和膨润土依次加入到搅拌机中,在200~300r/min的搅拌速率下,搅拌5~10min得到第一混合主料,之后再在第一混合熟料中加入混合主料20~30%的水,保持200~300r/min的搅拌速率搅拌10~15min得到第二混合主料,接着再在第二混合主料中依次加入混合助剂、石棉纤维和硫酸盐,保持200~300r/min的搅拌速率搅拌5~10min后得到制砖浆料;
④陈化:将经步骤③制得的制砖浆料转入陈化库密封陈化5~10h,期间喷雾保湿,保持陈化的温度在25~30℃,压力在1~1.2MPa;
⑤二次混料:将经步骤④处理后的制砖浆料再次转入到搅拌机中,在150~200r/min的搅拌速率下,搅拌10~15min;
⑥制坯:将经步骤⑤处理后的制砖浆料送入到制砖机内,挤压成符合规格的多孔砖坯,制砖机挤压成型的压力控制在30~35MPa;
⑦烘干处理:将步骤⑥制得的多孔砖坯送入烘干机内进行烘干处理,烘干处理的温度控制在150~180℃,多孔砖坯烘干后的含水率控制在3~6%;
⑧烧结:将经步骤⑦处理后的多孔砖坯送入隧道窑内进行烧结处理,烧结处理时,先以3~3.5℃/min的速率将炉温升高至650~700℃,保温1~2h后,再以3~3.5℃/min的速率将炉温升高至850~900℃,保温1~2h后,再以4~4.5℃/min的速率将炉温升高至1050~1100℃,保温2~3h后,以3~3.5℃/min的速率恒定降温,冷却后取出多孔砖坯;
⑨蒸养:将经步骤⑧处理后的多孔砖坯放入蒸养室内,经过0.8~1MPa饱和蒸汽、在80~100℃温度下恒压蒸养3~7h,之后撤压、降温即可制得成品多孔砖。
与现有技术相比,本发明具有以下的优点:
1、在原材料的使用方面:一是采用了大量的煤矸石作为主要原料,最大程度的提高了废弃煤矸石的利用率,改善了工业固废堆积造成的环境污染问题,降低了生产成本,减少了环境污染;二是在选用煤矸石的基础上,选用以河底淤泥为主料,河底淤泥不会对正常土壤资源造成破坏,且配合加入的废弃陶瓷颗粒、石英砂、废弃陶瓷颗粒、河底淤泥、膨润土和硫酸盐使得制成的砖体强度极高,完全可用作于建筑承重使用,通过加入玻璃微粉末和石棉颗使得成砖体有很好的隔温效果,同时降低砖块比重,通过加入混合助剂后,既可以在产品内部形成较好的导热通路,进一步的提高砖体的保温性能,又能进一步的丰富产品内部的孔隙率,进而使产品强度提高;
2、在制造工艺方面:首先设置2次混料,目的是增加原料的细度,让各原料进行充分混合反应,进而增加比表面积,使得各原料在搅拌机里反应充分完全,其次,在进行混料之前,对部分原料进行蒸护预处理,蒸护预处理具有助熔作用,有助于让物料颗粒彼此之间粘连程度增加,以保证砖体的强度,且正蒸护的过程中,采用低温低压蒸汽进行养护,既能保证多孔砖制作过程中的安全性,又能节约生产成本、降低能耗,从环保的角度说,为建材行业提供环保、节能型无污染绿色建材产品,符合国家的建设可持续发展的循环经济战略,经济效益和社会效益显著;
综上,本发明制作的原料配方和制作工艺科学合理,使得制得的多孔砖易成型、裂纹少、密实度好、强度好,且具有保温和阻燃效果,使用后不会出现开裂的情况,具有抗压效果好、制作成本低、使用寿命长的优点,具有较好的推广利用价值。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明,但不以任何方式对本发明加以限制,基于本发明教导所作的任何变换或替换,均属于本发明的保护范围。
实施例1:
本实施例1所述的高强度煤矸石烧结多孔砖,其原料按重量份计,包括煤矸石颗粒30份、河底淤泥20份、石英砂10份、废弃陶瓷颗粒10份、玻璃粉末3份、膨润土5份、混合助剂8份、石棉纤维3份和硫酸盐2份,所述混合助剂包括以下质量百分比含量的组分:阻燃剂5%、防冻剂20%、增强剂70%和粘结剂5%,因煤矸石颗粒、石英砂和废弃陶瓷颗粒加水直接成型存在塑性差,成型困难问题,因此与河底淤泥、膨润土和硫酸盐加水成型后可得到具有一定强度的砖坯,此时砖坯由煤矸石颗粒、石英砂、废弃陶瓷颗粒、玻璃粉末、河底淤泥、膨润土和硫酸盐组成,颗粒与颗粒之间由硫酸盐保持粘连,在烧结处理过程中,煤矸石颗粒、石英砂和废弃陶瓷颗粒发生熔融反应,各颗粒之间被熔融粘连牢固,进一步保证了各颗粒之间的联结强度,从而其整体力学强度大大提升,且在制制作中,通过添加玻璃微粉末和石棉纤维,使得砖体有很好的保温效果,同时降低砖块比重,通过添加混合助剂,能够更近一步的提高砖体的抗压性、耐火性和保温性。
进一步的,所述硫酸盐为硫酸钠、硫酸钙火硫酸铝中的任意一种。
进一步的,所述阻燃剂为氢氧化镁或氢氧化铝中的一种,防冻剂为工业级混凝土防冻剂,所述粘合剂为工业级混凝土粘合剂。
进一步的,先将低熔点合金粉碎过筛20目筛得低熔点合金粉末,所述低熔点合金为铋、铅、锡和铟的混合物,所述铋、铅、锡和铟的质量比为1:1:1:1,之后将低熔点合金粉末与水按质量比1~20混合,并进行超声分散得低熔点合金分散液,调节低熔点合金分散液的pH至8.5,并向低熔点合金分散液中加入低熔点合金分散液质量0.3倍的正硅酸乙酯混合物,正硅酸乙酯混合物为正硅酸乙酯与乙醇按质量比1~1混合制得,搅拌水解后,过滤得到预处理低熔点合金,然后将预处理低熔点合金用氢氧化钠溶液喷淋,洗涤至中性得到预改性低熔点合金,再将预改性低熔点合金与环氧树脂按质量比1~0.8混合,并加入预改性低熔点合金质量0.2倍的硅烷偶联剂和预改性低熔点合金质量0.2倍的乙二胺,搅拌混合后,加热固化,粉碎,过筛得预增强料,最后将预增强料与甲苯二异氰酸酯按质量比1~0.5混合,过滤,得滤饼,再将滤饼与石蜡按质量比1~0.8混合研磨,冷冻得到增强剂。
本实施1所述的高强度煤矸石烧结多孔砖,其制备方法具体包括以下步骤:
①原料预处理:将收集粉碎得到的煤矸石颗粒、废弃陶瓷颗粒和玻璃粉末置于低压蒸汽中进行蒸养预处理,蒸养预处理的温度为120℃,蒸养时间为10h,对煤矸石颗粒、废弃陶瓷颗粒和玻璃粉末进行蒸护预处理,蒸护预处理具有助熔作用,有助于让物料颗粒彼此之间粘连程度增加,以保证砖体的强度;
②原料称重:先将经步骤①预处理后的煤矸石颗粒、废弃陶瓷颗粒和玻璃粉末原料以及河底淤泥、石英砂、膨润土、混合助剂、石棉纤维、硫酸盐分别粉碎研磨过后20目筛,之后再按重量份比称取原料;发明人发现,若各原料的颗粒过,会使得制品表面粗糙且制品内部不易形成均匀微细孔洞;若颗粒过小,则会使得制品整体收缩过大,严重影响制品容重,故要求各原料粉碎研磨过后20目筛;
③一次混料:先将称重后的煤矸石颗粒、河底淤泥、石英砂、废弃陶瓷颗粒、玻璃粉末和膨润土依次加入到搅拌机中,在200r/min的搅拌速率下,搅拌5min得到第一混合主料,之后再在第一混合熟料中加入混合主料20%的水,保持200r/min的搅拌速率搅拌10min得到第二混合主料,接着再在第二混合主料中依次加入混合助剂、石棉纤维和硫酸盐,保持200r/min的搅拌速率搅拌5min后得到制砖浆料发明人发现,各原料分次添加搅拌,使得制砖浆料具有一定的强度,物料塑性大大增加;
④陈化:将经步骤③制得的制砖浆料转入陈化库密封陈化5h,期间喷雾保湿,保持陈化的温度在25℃,压力在1MPa,通过陈化可以进一步的提高制砖浆料的强度;
⑤二次混料:将经步骤④处理后的制砖浆料再次转入到搅拌机中,在150r/min的搅拌速率下,搅拌10min,发明人发现,通过2次混料,目的是增加原料的细度,让各原料进行充分混合反应,进而增加比表面积,使得各原料在搅拌机里反应充分完全;
⑥制坯:将经步骤⑤处理后的制砖浆料送入到制砖机内,挤压成符合规格的多孔砖坯,制砖机挤压成型的压力控制在30MPa;
⑦烘干处理:将步骤⑥制得的多孔砖坯送入烘干机内进行烘干处理,烘干处理的温度控制在150~180℃,多孔砖坯烘干后的含水率控制在3%;
⑧烧结:将经步骤⑦处理后的多孔砖坯送入隧道窑内进行烧结处理,烧结处理时,先以3℃/min的速率将炉温升高至650℃,保温1h后,再以3℃/min的速率将炉温升高至850℃,保温1h后,再以4℃/min的速率将炉温升高至1050℃,保温2h后,以3℃/min的速率恒定降温,冷却后取出多孔砖坯;发明人发现,在烧结过程中,煤矸石颗粒与其他物料颗粒发生熔融反应,并伴随着晶型转变,不仅促进了颗粒与颗粒接触面处的烧结反应,同时在烧结过程中砖体基本不产生收缩,保,保证了砖体的品质,同时使得砖体内部出现了大量均匀、微细的气孔,保证了砖体优良的保温隔热性;
⑨蒸养:将经步骤⑧处理后的多孔砖坯放入蒸养室内,经过0.8MPa饱和蒸汽、在80℃温度下恒压蒸养3h,之后撤压、降温即可制得成品多孔砖,采用低压蒸汽最砖体进行养护,可进一步的提高砖体的质量和强度。
本实施例1的制作工艺科学合理,采用的原料易得,生产的成本可控,且各原料组分搭配合理,使得制得的多孔砖易成型、裂纹少、密实度好、强度好,且具有保温和阻燃效果,使用后不会出现开裂的情况,具有抗压效果好、保温性能好的优点。
实施例2:
本实施例2所述的高强度煤矸石烧结多孔砖,其原料按重量份计,包括煤矸石颗粒40份、河底淤泥25份、石英砂15份、废弃陶瓷颗粒15份、玻璃粉末5份、膨润土8份、混合助剂12份、石棉纤维4.5份和硫酸盐3.5份,所述混合助剂包括以下质量百分比含量的组分:阻燃剂10%、防冻剂25%、增强剂62%和粘结剂3%,因煤矸石颗粒、石英砂和废弃陶瓷颗粒加水直接成型存在塑性差,成型困难问题,因此与河底淤泥、膨润土和硫酸盐加水成型后可得到具有一定强度的砖坯,此时砖坯由煤矸石颗粒、石英砂、废弃陶瓷颗粒、玻璃粉末、河底淤泥、膨润土和硫酸盐组成,颗粒与颗粒之间由硫酸盐保持粘连,在烧结处理过程中,煤矸石颗粒、石英砂和废弃陶瓷颗粒发生熔融反应,各颗粒之间被熔融粘连牢固,进一步保证了各颗粒之间的联结强度,从而其整体力学强度大大提升,且在制制作中,通过添加玻璃微粉末和石棉纤维,使得砖体有很好的保温效果,同时降低砖块比重,通过添加混合助剂,能够更近一步的提高砖体的抗压性、耐火性和保温性。
进一步的,所述硫酸盐为硫酸钠、硫酸钙火硫酸铝中的任意一种。
进一步的,所述阻燃剂为氢氧化镁或氢氧化铝中的一种,防冻剂为工业级混凝土防冻剂,所述粘合剂为工业级混凝土粘合剂。
进一步的,先将低熔点合金粉碎过筛20目筛得低熔点合金粉末,所述低熔点合金为铋、铅、锡和铟的混合物,所述铋、铅、锡和铟的质量比为2.5:1.5:1:1,之后将低熔点合金粉末与水按质量比1~25混合,并进行超声分散得低熔点合金分散液,调节低熔点合金分散液的pH至8.8,并向低熔点合金分散液中加入低熔点合金分散液质量0.4倍的正硅酸乙酯混合物,正硅酸乙酯混合物为正硅酸乙酯与乙醇按质量比1~1.2混合制得,搅拌水解后,过滤得到预处理低熔点合金,然后将预处理低熔点合金用氢氧化钠溶液喷淋,洗涤至中性得到预改性低熔点合金,再将预改性低熔点合金与环氧树脂按质量比1~1.2混合,并加入预改性低熔点合金质量0.35倍的硅烷偶联剂和预改性低熔点合金质量0.4倍的乙二胺,搅拌混合后,加热固化,粉碎,过筛得预增强料,最后将预增强料与甲苯二异氰酸酯按质量比1~0.8混合,过滤,得滤饼,再将滤饼与石蜡按质量比1~0.9混合研磨,冷冻得到增强剂。
本实施2所述的高强度煤矸石烧结多孔砖,其制备方法具体包括以下步骤:
①原料预处理:将收集粉碎得到的煤矸石颗粒、废弃陶瓷颗粒和玻璃粉末置于低压蒸汽中进行蒸养预处理,蒸养预处理的温度为130℃,蒸养时间为15h,对煤矸石颗粒、废弃陶瓷颗粒和玻璃粉末进行蒸护预处理,蒸护预处理具有助熔作用,有助于让物料颗粒彼此之间粘连程度增加,以保证砖体的强度;
②原料称重:先将经步骤①预处理后的煤矸石颗粒、废弃陶瓷颗粒和玻璃粉末原料以及河底淤泥、石英砂、膨润土、混合助剂、石棉纤维、硫酸盐分别粉碎研磨过后25目筛,之后再按重量份比称取原料;发明人发现,若各原料的颗粒过,会使得制品表面粗糙且制品内部不易形成均匀微细孔洞;若颗粒过小,则会使得制品整体收缩过大,严重影响制品容重,故要求各原料粉碎研磨过后25目筛;
③一次混料:先将称重后的煤矸石颗粒、河底淤泥、石英砂、废弃陶瓷颗粒、玻璃粉末和膨润土依次加入到搅拌机中,在250r/min的搅拌速率下,搅拌8min得到第一混合主料,之后再在第一混合熟料中加入混合主料25%的水,保持250r/min的搅拌速率搅拌12min得到第二混合主料,接着再在第二混合主料中依次加入混合助剂、石棉纤维和硫酸盐,保持250r/min的搅拌速率搅拌5~10min后得到制砖浆料发明人发现,各原料分次添加搅拌,使得制砖浆料具有一定的强度,物料塑性大大增加;
④陈化:将经步骤③制得的制砖浆料转入陈化库密封陈化8h,期间喷雾保湿,保持陈化的温度在28℃,压力在1.1MPa,通过陈化可以进一步的提高制砖浆料的强度;
⑤二次混料:将经步骤④处理后的制砖浆料再次转入到搅拌机中,在180r/min的搅拌速率下,搅拌12min,发明人发现,通过2次混料,目的是增加原料的细度,让各原料进行充分混合反应,进而增加比表面积,使得各原料在搅拌机里反应充分完全;
⑥制坯:将经步骤⑤处理后的制砖浆料送入到制砖机内,挤压成符合规格的多孔砖坯,制砖机挤压成型的压力控制在32MPa;
⑦烘干处理:将步骤⑥制得的多孔砖坯送入烘干机内进行烘干处理,烘干处理的温度控制在160℃,多孔砖坯烘干后的含水率控制在4.5%;
⑧烧结:将经步骤⑦处理后的多孔砖坯送入隧道窑内进行烧结处理,烧结处理时,先以3.3℃/min的速率将炉温升高至680℃,保温1.5h后,再以3.3℃/min的速率将炉温升高至880℃,保温1.5h后,再以4.3℃/min的速率将炉温升高至1080℃,保温2.5h后,以3.3℃/min的速率恒定降温,冷却后取出多孔砖坯;发明人发现,在烧结过程中,煤矸石颗粒与其他物料颗粒发生熔融反应,并伴随着晶型转变,不仅促进了颗粒与颗粒接触面处的烧结反应,同时在烧结过程中砖体基本不产生收缩,保,保证了砖体的品质,同时使得砖体内部出现了大量均匀、微细的气孔,保证了砖体优良的保温隔热性;
⑨蒸养:将经步骤⑧处理后的多孔砖坯放入蒸养室内,经过0.9MPa饱和蒸汽、在90℃温度下恒压蒸养5h,之后撤压、降温即可制得成品多孔砖,采用低压蒸汽最砖体进行养护,可进一步的提高砖体的质量和强度。
本实施例2的制作工艺科学合理,采用的原料易得,生产的成本可控,且各原料组分搭配合理,使得制得的多孔砖易成型、裂纹少、密实度好、强度好,且具有保温和阻燃效果,使用后不会出现开裂的情况,具有抗压效果好、保温性能好的优点。
实施例3:
本实施例3所述的高强度煤矸石烧结多孔砖,其原料按重量份计,包括煤矸石颗粒50份、河底淤泥30份、石英砂20份、废弃陶瓷颗粒20份、玻璃粉末8份、膨润土10份、混合助剂15份、石棉纤维6份和硫酸盐5份,所述混合助剂包括以下质量百分比含量的组分:阻燃剂15%、防冻剂30%、增强剂50%和粘结剂5%,因煤矸石颗粒、石英砂和废弃陶瓷颗粒加水直接成型存在塑性差,成型困难问题,因此与河底淤泥、膨润土和硫酸盐加水成型后可得到具有一定强度的砖坯,此时砖坯由煤矸石颗粒、石英砂、废弃陶瓷颗粒、玻璃粉末、河底淤泥、膨润土和硫酸盐组成,颗粒与颗粒之间由硫酸盐保持粘连,在烧结处理过程中,煤矸石颗粒、石英砂和废弃陶瓷颗粒发生熔融反应,各颗粒之间被熔融粘连牢固,进一步保证了各颗粒之间的联结强度,从而其整体力学强度大大提升,且在制制作中,通过添加玻璃微粉末和石棉纤维,使得砖体有很好的保温效果,同时降低砖块比重,通过添加混合助剂,能够更近一步的提高砖体的抗压性、耐火性和保温性。
进一步的,所述硫酸盐为硫酸钠、硫酸钙火硫酸铝中的任意一种。
进一步的,所述阻燃剂为氢氧化镁或氢氧化铝中的一种,防冻剂为工业级混凝土防冻剂,所述粘合剂为工业级混凝土粘合剂。
进一步的,先将低熔点合金粉碎过筛20目筛得低熔点合金粉末,所述低熔点合金为铋、铅、锡和铟的混合物,所述铋、铅、锡和铟的质量比为4: 2:1:1,之后将低熔点合金粉末与水按质量比1~30混合,并进行超声分散得低熔点合金分散液,调节低熔点合金分散液的pH至9,并向低熔点合金分散液中加入低熔点合金分散液质量0.5倍的正硅酸乙酯混合物,正硅酸乙酯混合物为正硅酸乙酯与乙醇按质量比1~1.5混合制得,搅拌水解后,过滤得到预处理低熔点合金,然后将预处理低熔点合金用氢氧化钠溶液喷淋,洗涤至中性得到预改性低熔点合金,再将预改性低熔点合金与环氧树脂按质量比1~1.5混合,并加入预改性低熔点合金质量0.5倍的硅烷偶联剂和预改性低熔点合金质量0.5倍的乙二胺,搅拌混合后,加热固化,粉碎,过筛得预增强料,最后将预增强料与甲苯二异氰酸酯按质量比1~1混合,过滤,得滤饼,再将滤饼与石蜡按质量比1~1混合研磨,冷冻得到增强剂。
本实施3所述的高强度煤矸石烧结多孔砖,其制备方法具体包括以下步骤:
①原料预处理:将收集粉碎得到的煤矸石颗粒、废弃陶瓷颗粒和玻璃粉末置于低压蒸汽中进行蒸养预处理,蒸养预处理的温度为140℃,蒸养时间为20h,对煤矸石颗粒、废弃陶瓷颗粒和玻璃粉末进行蒸护预处理,蒸护预处理具有助熔作用,有助于让物料颗粒彼此之间粘连程度增加,以保证砖体的强度;
②原料称重:先将经步骤①预处理后的煤矸石颗粒、废弃陶瓷颗粒和玻璃粉末原料以及河底淤泥、石英砂、膨润土、混合助剂、石棉纤维、硫酸盐分别粉碎研磨过后30目筛,之后再按重量份比称取原料;发明人发现,若各原料的颗粒过,会使得制品表面粗糙且制品内部不易形成均匀微细孔洞;若颗粒过小,则会使得制品整体收缩过大,严重影响制品容重,故要求各原料粉碎研磨过后30目筛;
③一次混料:先将称重后的煤矸石颗粒、河底淤泥、石英砂、废弃陶瓷颗粒、玻璃粉末和膨润土依次加入到搅拌机中,在300r/min的搅拌速率下,搅拌10min得到第一混合主料,之后再在第一混合熟料中加入混合主料30%的水,保持300r/min的搅拌速率搅拌15min得到第二混合主料,接着再在第二混合主料中依次加入混合助剂、石棉纤维和硫酸盐,保持300r/min的搅拌速率搅拌10min后得到制砖浆料发明人发现,各原料分次添加搅拌,使得制砖浆料具有一定的强度,物料塑性大大增加;
④陈化:将经步骤③制得的制砖浆料转入陈化库密封陈化10h,期间喷雾保湿,保持陈化的温度在30℃,压力在1.2MPa,通过陈化可以进一步的提高制砖浆料的强度;
⑤二次混料:将经步骤④处理后的制砖浆料再次转入到搅拌机中,在200r/min的搅拌速率下,搅拌15min,发明人发现,通过2次混料,目的是增加原料的细度,让各原料进行充分混合反应,进而增加比表面积,使得各原料在搅拌机里反应充分完全;
⑥制坯:将经步骤⑤处理后的制砖浆料送入到制砖机内,挤压成符合规格的多孔砖坯,制砖机挤压成型的压力控制在35MPa;
⑦烘干处理:将步骤⑥制得的多孔砖坯送入烘干机内进行烘干处理,烘干处理的温度控制在180℃,多孔砖坯烘干后的含水率控制在6%;
⑧烧结:将经步骤⑦处理后的多孔砖坯送入隧道窑内进行烧结处理,烧结处理时,先以3.5℃/min的速率将炉温升高至700℃,保温2h后,再以3.5℃/min的速率将炉温升高至900℃,保温2h后,再以4.5℃/min的速率将炉温升高至1100℃,保温3h后,以3.5℃/min的速率恒定降温,冷却后取出多孔砖坯;发明人发现,在烧结过程中,煤矸石颗粒与其他物料颗粒发生熔融反应,并伴随着晶型转变,不仅促进了颗粒与颗粒接触面处的烧结反应,同时在烧结过程中砖体基本不产生收缩,保,保证了砖体的品质,同时使得砖体内部出现了大量均匀、微细的气孔,保证了砖体优良的保温隔热性;
⑨蒸养:将经步骤⑧处理后的多孔砖坯放入蒸养室内,经过1MPa饱和蒸汽、在100℃温度下恒压蒸养7h,之后撤压、降温即可制得成品多孔砖,采用低压蒸汽最砖体进行养护,可进一步的提高砖体的质量和强度。
本实施例3的制作工艺科学合理,采用的原料易得,生产的成本可控,且各原料组分搭配合理,使得制得的多孔砖易成型、裂纹少、密实度好、强度好,且具有保温和阻燃效果,使用后不会出现开裂的情况,具有抗压效果好、保温性能好的优点。
为了验证本发明制得的多孔砖的性能,发明人进行了以下对比实验:
发明人分别使用实施例1~3制作的多孔砖和市场上普遍使用的多孔砖分别对其保温测试和抗压测试,测试完毕后对结果进行记录,制作成数据统计表图,实施例1~3制得的多孔砖和普通多孔砖均为重量相同的9孔砖,经测试,实施例1制作的多孔砖耐压强度为25.56MPa ,实施例2制作的多孔砖耐压强度为26.38 MPa,实施例1制作的多孔砖耐压强度为25.67 MPa,普通方法制作的多孔砖耐压强度为20.12 MPa,分别采用实施例1~3制作制得的多孔砖和普通工艺制备的多孔砖建造16㎡单间,实施例1中的单间在冬季室内外温差为11℃,实施例2中的单间在冬季室内外温差为10.7℃,实施例3中的单间在冬季室内外温差为10.3℃,普通多孔砖做成的单间在冬季室内外温差为4.6℃;综上所述实施例1制得多孔砖在强度和保温性能方面均优于普通的多孔砖。
具体检测结果如表1所示:
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 普通多孔砖
抗压强度MPa 25.56 26.38 25.67 20.12
保温测试 冬季室内外温差为11℃ 冬季室内外温差为10.7℃ 冬季室内外温差为10.3℃ 冬季室内外温差为4.6℃
由表1的检测结果可知,本发明制得多孔砖具有优异的强度和保温性能。

Claims (6)

1.一种高强度煤矸石烧结多孔砖,其特征在于:其原料按重量份计,包括煤矸石颗粒30~50份、河底淤泥20~30份、石英砂10~20份、废弃陶瓷颗粒10~20份、玻璃粉末3~8份、膨润土5~10份、混合助剂8~15份、石棉纤维3~6份和硫酸盐2~5份,所述混合助剂包括以下质量百分比含量的组分:阻燃剂5~15%、防冻剂20~30%、增强剂50~70%和粘结剂3~5%。
2.根据权利要求1所述的一种高强度煤矸石烧结多孔砖,其特征在于:所述硫酸盐为硫酸钠、硫酸钙火硫酸铝中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种高强度煤矸石烧结多孔砖,其特征在于:所述阻燃剂为氢氧化镁或氢氧化铝中的一种,防冻剂为工业级混凝土防冻剂,所述粘合剂为工业级混凝土粘合剂。
4.根据权利要求1所述的一种高强度煤矸石烧结多孔砖,其特征在于:所述增强剂的制备方法是:先将低熔点合金粉碎过筛20目筛得低熔点合金粉末,之后将低熔点合金粉末与水按质量比1~20:30混合,并进行超声分散得低熔点合金分散液,调节低熔点合金分散液的pH至8.5~9,并向低熔点合金分散液中加入低熔点合金分散液质量0.3~0.5倍的正硅酸乙酯混合物,正硅酸乙酯混合物为正硅酸乙酯与乙醇按质量比1~1:1.5混合制得,搅拌水解后,过滤得到预处理低熔点合金,然后将预处理低熔点合金用氢氧化钠溶液喷淋,洗涤至中性得到预改性低熔点合金,再将预改性低熔点合金与环氧树脂按质量比1~0.8:1.5混合,并加入预改性低熔点合金质量0.2~0.5倍的硅烷偶联剂和预改性低熔点合金质量0.2~0.5倍的乙二胺,搅拌混合后,加热固化,粉碎,过筛得预增强料,最后将预增强料与甲苯二异氰酸酯按质量比1~0.5:1混合,过滤,得滤饼,再将滤饼与石蜡按质量比1~0.8:1混合研磨,冷冻得到增强剂。
5.根据权利要求4所述的一种高强度煤矸石烧结多孔砖,其特征在于:所述低熔点合金为铋、铅、锡和铟的混合物,所述铋、铅、锡和铟的质量比为1~4:1~2:1:1。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种高强度煤矸石烧结多孔砖,其特征在于:其制备方法具体包括以下步骤:
①原料预处理:将收集粉碎得到的煤矸石颗粒、废弃陶瓷颗粒和玻璃粉末置于低压蒸汽中进行蒸养预处理,蒸养预处理的温度为120~140℃,蒸养时间为10~20h;
②原料称重:先将经步骤①预处理后的煤矸石颗粒、废弃陶瓷颗粒和玻璃粉末原料以及河底淤泥、石英砂、膨润土、混合助剂、石棉纤维、硫酸盐分别粉碎研磨过后20~30目筛,之后再按重量份比称取原料;
③一次混料:先将称重后的煤矸石颗粒、河底淤泥、石英砂、废弃陶瓷颗粒、玻璃粉末和膨润土依次加入到搅拌机中,在200~300r/min的搅拌速率下,搅拌5~10min得到第一混合主料,之后再在第一混合熟料中加入混合主料20~30%的水,保持200~300r/min的搅拌速率搅拌10~15min得到第二混合主料,接着再在第二混合主料中依次加入混合助剂、石棉纤维和硫酸盐,保持200~300r/min的搅拌速率搅拌5~10min后得到制砖浆料;
④陈化:将经步骤③制得的制砖浆料转入陈化库密封陈化5~10h,期间喷雾保湿,保持陈化的温度在25~30℃,压力在1~1.2MPa;
⑤二次混料:将经步骤④处理后的制砖浆料再次转入到搅拌机中,在150~200r/min的搅拌速率下,搅拌10~15min;
⑥制坯:将经步骤⑤处理后的制砖浆料送入到制砖机内,挤压成符合规格的多孔砖坯,制砖机挤压成型的压力控制在30~35MPa;
⑦烘干处理:将步骤⑥制得的多孔砖坯送入烘干机内进行烘干处理,烘干处理的温度控制在150~180℃,多孔砖坯烘干后的含水率控制在3~6%;
⑧烧结:将经步骤⑦处理后的多孔砖坯送入隧道窑内进行烧结处理,烧结处理时,先以3~3.5℃/min的速率将炉温升高至650~700℃,保温1~2h后,再以3~3.5℃/min的速率将炉温升高至850~900℃,保温1~2h后,再以4~4.5℃/min的速率将炉温升高至1050~1100℃,保温2~3h后,以3~3.5℃/min的速率恒定降温,冷却后取出多孔砖坯;
⑨蒸养:将经步骤⑧处理后的多孔砖坯放入蒸养室内,经过0.8~1MPa饱和蒸汽、在80~100℃温度下恒压蒸养3~7h,之后撤压、降温即可制得成品多孔砖。
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