CN112010643A - 一种高强度古建修复用青砖的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度古建修复用青砖的制备方法，属于青砖加工制造技术领域，包括如下步骤：(1)原料称取、(2)球磨处理、(3)坯体制备、(4)烘干处理、(5)焙烧处理、(6)冷却处理。本发明工艺各步骤搭配合理，生产成本低，绿色环保，利于推广应用，制得的青砖力学强度高、耐腐耐候性强。

Description

一种高强度古建修复用青砖的制备方法
技术领域
本发明属于青砖加工制造技术领域，具体涉及一种高强度古建修复用青砖的制备方法。
背景技术
传统工艺中青砖是粘土烧制的，呈青灰色，给人以素雅，沉稳，古朴，宁静的美感，近年来成为设计师极力推荐的产品之一，由于烧制温度较高，具有一定的瓷化程度，具有抗折强度高、耐磨损、耐酸碱、寿命长等优点。传统的烧制工艺如下：粘土经过造型后在阴凉处阴干，然后在土窑中烧制完成后，需要经过渗碳、保色等工艺后才能冷却出窑，整个工艺大概持续两周左右，使得生产效率很低，并且在此期间需要不断的消耗燃煤，不仅增加能源消耗，而且煤燃烧不充分导致废气排放造成环境污染；同时，由于青砖完全采用粘土烧制，造成了大量土地的流失。因对于粘土产生过度使用，政府采取相关强制措施命令禁止以粘土为原料生产建材。
因此现有技术中摒弃了粘土的添加使用，而是采用了水泥、炉渣废弃物等进行加工制备，如申请号为：201710225346.5公开了一种抗压仿古青砖配方，其由水泥净浆、炉渣、青灰、氧化铁黑、茶叶渣粉末、二氧化硅、淤泥等为原料制备而成，制得的青砖具有不错的力学品质，并避免了粘土的使用，但在实际使用中发现此类工艺制得的青砖的强度等品质仍需要更好的增强改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度古建修复用青砖的制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案实现的：
一种高强度古建修复用青砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)原料称取：
按对应重量份称取下列原料：30～35份铝矾土、5～10份麦饭石、50～55份河沙、10～15份粉煤灰、12～16份石灰、1～1.5份着色剂、3～4份纳米氮化钛、6～8份堇青石、3～4份改性玄武岩纤维、0.1～0.3份添加剂；
(2)球磨处理：
将步骤(1)称取的铝矾土、麦饭石、河沙、粉煤灰、石灰、着色剂、纳米氮化钛、堇青石和添加剂共同投入到球磨机内进行球磨处理，完成后取出过150目筛，然后再将其与改性玄武岩纤维共混均匀后得混合料备用；
(3)坯体制备：
向步骤(2)所得的混合料中加入清水，充分搅拌均匀调节整体的水含量至22～26％，然后再进行造型处理后得坯体备用；
(4)烘干处理：
对步骤(3)制得的坯体进行烘干处理，烘干至整体的水含量不大于10％后备用；
(5)焙烧处理：
a.将步骤(4)处理后的坯体放入到窑内，先进行加热升温处理，将窑内温度升至820～850℃；
b.将窑内温度进一步加热升温处理，控制窑内温度升至930～960℃，在此温度条件下焙烧处理4～5h后取出得半成品备用；
(6)冷却处理：
将步骤(5)所得的半成品放入到变温箱内进行冷却处理，待其降至常温后取出即得成品青砖。
进一步的，步骤(1)中所述的着色剂为氧化铁黑；所述的添加剂为硝酸镧、氧化钇、二茂铁对应按照重量比4～6:2～3:1～3混合而成。
进一步的，步骤(1)中所述的改性玄武岩纤维的制备方法具体是：先对玄武岩纤维进行等离子体处理，完成后取出浸入到硅烷偶联剂溶液中，超声处理15～20min后取出干燥即可。
进一步的，所述的等离子体处理时控制放电的电压为7.0～7.5kV、电流为80～90mA、频率为45～50kHz，并控制气体氛围为氮气。
进一步的，所述的硅烷偶联剂溶液中硅烷偶联剂的体积分数为10～15％；所述的超声处理时控制超声波的频率为400～460kHz。
进一步的，步骤(4)中所述的烘干处理时控制烘干的温度为100～110℃。
进一步的，步骤(5)操作a中所述的升温处理时控制加热升温的速度为142～146℃/h；在此期间持续向窑内通入过量的空气。
进一步的，步骤(5)操作b中所述的升温处理时控制加热升温的速度为185～190℃/h；在此期间持续向窑内通入高炉煤气。
进一步的，步骤(6)中所述的冷却处理时控制变温箱内的降温速度为260～265℃/h；所述的常温温度为23℃。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明提供了青砖的制备工艺，首先改变了传统粘土成分的添加使用，其次又变换了焙烧的气氛，采用双重焙烧气氛来进行烧制处理，显著提升了青砖的使用品质；具体是在原料成分上，以铝矾土、麦饭石、河沙为主体成分，配以粉煤灰、石灰作为辅料，保证了青砖整体的低成本性和较好的强度品质等，为了进一步提升使用性能，又添加了纳米氮化钛、堇青石、改性玄武岩纤维和添加剂，其中纳米氮化钛能够提升组织整体的致密性和强度，堇青石能够形成强度耐腐性更高的相结构，改性玄武岩纤维能够增强组织间的结合强力及稳定性，添加剂能够促进玻璃相等的形成，上述成分协同提高了青砖的使用品质；此后在焙烧处理中，采用了双重焙烧的方式进行焙烧处理，更利于原料成分的性能发挥和增强，双重焙烧气氛是指青砖的表层处于氧化气氛中，而内层处于还原气氛中，内层组织处于还原气氛中时将坯体内的三氧化二铁还原成了低价铁，产生了较强的助熔作用，使得产品的内层组织更为密实，配合纳米二氧化钛及改性玄武岩纤维的添加，进一步增强了内部的致密性和强度；表层组织处于氧化气氛中，堇青石和添加剂的添加能够更快的促使表层有复杂的玻璃相液渗出，将青砖表层的孔隙封闭，一方面利于内层组织在消耗掉氧气的情况下处于还原气氛中，另一方面可以在表层形成更为稳定的防护层来提升表面品质；此焙烧处理方式降低了焙烧的温度，相较于现有普遍1000℃以上的焙烧高温，有利于降低生产的成本；最后进行了冷却处理，严格控制降温的速率，消除了青砖内部的应力，保证了青砖的质量。本发明工艺各步骤搭配合理，生产成本低，绿色环保，利于推广应用，制得的青砖力学强度高、耐腐耐候性强，极具市场竞争力和推广应用价值。
具体实施方式
实施例1
一种高强度古建修复用青砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)原料称取：
按对应重量份称取下列原料：30份铝矾土、5份麦饭石、50份河沙、10份粉煤灰、12份石灰、1份着色剂、3份纳米氮化钛、6份堇青石、3份改性玄武岩纤维、0.1份添加剂；所述的着色剂为氧化铁黑；所述的添加剂为硝酸镧、氧化钇、二茂铁对应按照重量比4:2:1混合而成；
(2)球磨处理：
将步骤(1)称取的铝矾土、麦饭石、河沙、粉煤灰、石灰、着色剂、纳米氮化钛、堇青石和添加剂共同投入到球磨机内进行球磨处理，完成后取出过150目筛，然后再将其与改性玄武岩纤维共混均匀后得混合料备用；
(3)坯体制备：
向步骤(2)所得的混合料中加入清水，充分搅拌均匀调节整体的水含量至22～26％，然后再进行造型处理后得坯体备用；
(4)烘干处理：
对步骤(3)制得的坯体进行烘干处理，控制烘干的温度为100℃，烘干至整体的水含量不大于10％后备用；
(5)焙烧处理：
a.将步骤(4)处理后的坯体放入到窑内，先进行加热升温处理，将窑内温度升至820℃，升温处理时控制加热升温的速度为142℃/h；在此期间持续向窑内通入过量的空气；
b.将窑内温度进一步加热升温处理，控制窑内温度升至930℃，升温处理时控制加热升温的速度为185℃/h；在此期间持续向窑内通入高炉煤气；在此温度条件下焙烧处理4h后取出得半成品备用；
(6)冷却处理：
将步骤(5)所得的半成品放入到变温箱内进行冷却处理，控制变温箱内的降温速度为260℃/h，待其降至23℃的常温后取出即得成品青砖。
步骤(1)中所述的改性玄武岩纤维的制备方法具体是：先对玄武岩纤维进行等离子体处理，完成后取出浸入到体积分数为10％的硅烷偶联剂溶液中，采用频率为400kHz的超声波超声处理15min后取出干燥即可；所述的等离子体处理时控制放电的电压为7.0kV、电流为80mA、频率为45kHz，并控制气体氛围为氮气。
实施例2
一种高强度古建修复用青砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)原料称取：
按对应重量份称取下列原料：33份铝矾土、8份麦饭石、52份河沙、14份粉煤灰、15份石灰、1.3份着色剂、3.6份纳米氮化钛、7份堇青石、3.4份改性玄武岩纤维、0.2份添加剂；所述的着色剂为氧化铁黑；所述的添加剂为硝酸镧、氧化钇、二茂铁对应按照重量比5:2.5:2混合而成；
(2)球磨处理：
将步骤(1)称取的铝矾土、麦饭石、河沙、粉煤灰、石灰、着色剂、纳米氮化钛、堇青石和添加剂共同投入到球磨机内进行球磨处理，完成后取出过150目筛，然后再将其与改性玄武岩纤维共混均匀后得混合料备用；
(3)坯体制备：
向步骤(2)所得的混合料中加入清水，充分搅拌均匀调节整体的水含量至22～26％，然后再进行造型处理后得坯体备用；
(4)烘干处理：
对步骤(3)制得的坯体进行烘干处理，控制烘干的温度为105℃，烘干至整体的水含量不大于10％后备用；
(5)焙烧处理：
a.将步骤(4)处理后的坯体放入到窑内，先进行加热升温处理，将窑内温度升至840℃，升温处理时控制加热升温的速度为145℃/h；在此期间持续向窑内通入过量的空气；
b.将窑内温度进一步加热升温处理，控制窑内温度升至950℃，升温处理时控制加热升温的速度为188℃/h；在此期间持续向窑内通入高炉煤气；在此温度条件下焙烧处理4.5h后取出得半成品备用；
(6)冷却处理：
将步骤(5)所得的半成品放入到变温箱内进行冷却处理，控制变温箱内的降温速度为263℃/h，待其降至23℃的常温后取出即得成品青砖。
步骤(1)中所述的改性玄武岩纤维的制备方法具体是：先对玄武岩纤维进行等离子体处理，完成后取出浸入到体积分数为12％的硅烷偶联剂溶液中，采用频率为450kHz的超声波超声处理18min后取出干燥即可；所述的等离子体处理时控制放电的电压为7.3kV、电流为85mA、频率为47kHz，并控制气体氛围为氮气。
实施例3
一种高强度古建修复用青砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)原料称取：
按对应重量份称取下列原料：35份铝矾土、10份麦饭石、55份河沙、15份粉煤灰、16份石灰、1.5份着色剂、4份纳米氮化钛、8份堇青石、4份改性玄武岩纤维、0.3份添加剂；所述的着色剂为氧化铁黑；所述的添加剂为硝酸镧、氧化钇、二茂铁对应按照重量比6:3:3混合而成；
(2)球磨处理：
将步骤(1)称取的铝矾土、麦饭石、河沙、粉煤灰、石灰、着色剂、纳米氮化钛、堇青石和添加剂共同投入到球磨机内进行球磨处理，完成后取出过150目筛，然后再将其与改性玄武岩纤维共混均匀后得混合料备用；
(3)坯体制备：
向步骤(2)所得的混合料中加入清水，充分搅拌均匀调节整体的水含量至22～26％，然后再进行造型处理后得坯体备用；
(4)烘干处理：
对步骤(3)制得的坯体进行烘干处理，控制烘干的温度为110℃，烘干至整体的水含量不大于10％后备用；
(5)焙烧处理：
a.将步骤(4)处理后的坯体放入到窑内，先进行加热升温处理，将窑内温度升至850℃，升温处理时控制加热升温的速度为146℃/h；在此期间持续向窑内通入过量的空气；
b.将窑内温度进一步加热升温处理，控制窑内温度升至960℃，升温处理时控制加热升温的速度为190℃/h；在此期间持续向窑内通入高炉煤气；在此温度条件下焙烧处理5h后取出得半成品备用；
(6)冷却处理：
将步骤(5)所得的半成品放入到变温箱内进行冷却处理，控制变温箱内的降温速度为265℃/h，待其降至23℃的常温后取出即得成品青砖。
步骤(1)中所述的改性玄武岩纤维的制备方法具体是：先对玄武岩纤维进行等离子体处理，完成后取出浸入到体积分数为15％的硅烷偶联剂溶液中，采用频率为460kHz的超声波超声处理20min后取出干燥即可；所述的等离子体处理时控制放电的电压为7.5kV、电流为90mA、频率为50kHz，并控制气体氛围为氮气。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例2相比，区别仅在于，在步骤(1)原料称取中，省去了纳米氮化钛成分的使用，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，区别仅在于，在步骤(1)原料称取中，省去了堇青石成分的使用，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例3
本对比实施例3与实施例2相比，区别仅在于，在步骤(1)原料称取中，省去了改性玄武岩纤维成分的使用，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例4
本对比实施例4与实施例2相比，区别仅在于，在步骤(5)焙烧处理中，省去了操作b的处理，直接将窑内温度升至950℃，并在此温度条件下焙烧处理4.5h，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例5
本对比实施例5与实施例2相比，区别仅在于，在步骤(1)原料称取中，省去了纳米氮化钛、堇青石和改性玄武岩纤维成分的使用，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例6
申请号为：201710225346.5公开的一种抗压仿古青砖配方。
为了对比本发明效果，对上述实施例2、对比实施例1～6对应制得的青砖进行性能测试，具体是将青砖按照江南古建筑用青砖参考尺寸进行烧制，烧制成长宽厚为400mm×200mm×40mm的墙砖，然后对其进行测试，具体对比数据如下表1所示：
表1
Figure BDA0002628002570000091
Figure BDA0002628002570000101
注：上表1中所述的抗压强度指标对应的优等品标准值为≥15MPa、合格品标准值为≥7.5MPa；所述的抗冻性能标准值是在-15～-20℃冰冻条件下经15次冻融循环后，不得出现开裂、分层、缺棱掉角和剥落等破坏现象，此处为出现上述现象的最低循环次数；所述的吸水率对应的优等品标准值为≤15.0％、合格品标准值为≤21.0％。
由上表1可以看出，本发明方法制得的青砖的综合性能得到了显著的提升，其使用寿命及稳定性均得到了明显改善，极具推广应用价值和市场竞争力。

Claims (9)

1.一种高强度古建修复用青砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)原料称取：
按对应重量份称取下列原料：30～35份铝矾土、5～10份麦饭石、50～55份河沙、10～15份粉煤灰、12～16份石灰、1～1.5份着色剂、3～4份纳米氮化钛、6～8份堇青石、3～4份改性玄武岩纤维、0.1～0.3份添加剂；
(2)球磨处理：
将步骤(1)称取的铝矾土、麦饭石、河沙、粉煤灰、石灰、着色剂、纳米氮化钛、堇青石和添加剂共同投入到球磨机内进行球磨处理，完成后取出过150目筛，然后再将其与改性玄武岩纤维共混均匀后得混合料备用；
(3)坯体制备：
向步骤(2)所得的混合料中加入清水，充分搅拌均匀调节整体的水含量至22～26％，然后再进行造型处理后得坯体备用；
(4)烘干处理：
对步骤(3)制得的坯体进行烘干处理，烘干至整体的水含量不大于10％后备用；
(5)焙烧处理：
a.将步骤(4)处理后的坯体放入到窑内，先进行加热升温处理，将窑内温度升至820～850℃；
b.将窑内温度进一步加热升温处理，控制窑内温度升至930～960℃，在此温度条件下焙烧处理4～5h后取出得半成品备用；
(6)冷却处理：
将步骤(5)所得的半成品放入到变温箱内进行冷却处理，待其降至常温后取出即得成品青砖。
2.根据权利要求1所述的一种高强度古建修复用青砖的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的着色剂为氧化铁黑；所述的添加剂为硝酸镧、氧化钇、二茂铁对应按照重量比4～6:2～3:1～3混合而成。
3.根据权利要求1所述的一种高强度古建修复用青砖的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的改性玄武岩纤维的制备方法具体是：先对玄武岩纤维进行等离子体处理，完成后取出浸入到硅烷偶联剂溶液中，超声处理15～20min后取出干燥即可。
4.根据权利要求3所述的一种高强度古建修复用青砖的制备方法，其特征在于，所述的等离子体处理时控制放电的电压为7.0～7.5kV、电流为80～90mA、频率为45～50kHz，并控制气体氛围为氮气。
5.根据权利要求3所述的一种高强度古建修复用青砖的制备方法，其特征在于，所述的硅烷偶联剂溶液中硅烷偶联剂的体积分数为10～15％；所述的超声处理时控制超声波的频率为400～460kHz。
6.根据权利要求1所述的一种高强度古建修复用青砖的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的烘干处理时控制烘干的温度为100～110℃。
7.根据权利要求1所述的一种高强度古建修复用青砖的制备方法，其特征在于，步骤(5)操作a中所述的升温处理时控制加热升温的速度为142～146℃/h；在此期间持续向窑内通入过量的空气。
8.根据权利要求1所述的一种高强度古建修复用青砖的制备方法，其特征在于，步骤(5)操作b中所述的升温处理时控制加热升温的速度为185～190℃/h；在此期间持续向窑内通入高炉煤气。
9.根据权利要求1所述的一种高强度古建修复用青砖的制备方法，其特征在于，步骤(6)中所述的冷却处理时控制变温箱内的降温速度为260～265℃/h；所述的常温温度为23℃。
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