CN112521174A - 煤矸石陶粒的制备方法、煤矸石陶粒自保温墙体及其制备方法 - Google Patents

煤矸石陶粒的制备方法、煤矸石陶粒自保温墙体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种煤矸石陶粒，其尺寸范围0.5‑20mm，堆积密度600‑1100kg/m3，吸水率3‑10％，筒压强度4.0‑20MPa。本公开还提供了一种煤矸石陶粒的制备方法，原材料经烘干、破碎、粉磨、造粒、干燥、煅烧、冷却、筛分等工序后得到高性能陶粒。本公开还提供了一种煤矸石陶粒自保温墙体及其制备方法，原材料按配比搅拌制成陶粒混凝土，经浇筑、养护、拆模等工序制备自保温墙材。本公开利用煤矸石原材料，生产高强煤矸石陶粒，用于制备煤矸石陶粒自保温墙体，具有施工快、质量轻、强度高、保温性好等优点。

Description

煤矸石陶粒的制备方法、煤矸石陶粒自保温墙体及其制备 方法
技术领域
本公开涉及节建筑能的领域，尤其涉及煤矸石陶粒的制备方法、煤矸石陶粒自保温墙体及其制备方法。
背景技术
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，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。其主要成分是Al2O3、SiO2，煤矸石弃置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体。矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害。我国积存煤矸石达10亿吨以上，每年还将排出煤矸石1亿吨。为了消除污染，很多国家开始重视煤矸石的处理和利用。
随着我国建筑节能事业的高速发展，各种新型节能材料和施工工艺陆续出现，目前外墙保温技术通常采用内保温、外保温、外墙夹心保温，但均有各自缺陷，内保温技术会占用使用面积，且容易开裂，还会影响施工速度，影响居民的二次装修，且内墙悬挂和固定物件也容易破坏内保温结构，影响保温效果；外保温技术存在开裂、局部脱落等问题，并且无法与建筑同寿命；外墙夹心保温技术墙体偏厚，结构造较复杂。
目前新兴起的墙体自保温技术与上述墙体保温技术比较，具有与建筑同寿命、降低造价、施工方便、便于维修改造、安全等优点，目前应用较多的自保温墙体材料有加气混凝土砌块、轻集料混凝土砌块、多孔砖、复合墙板等，但其存在强度不足的缺陷。有鉴于此，本发明人研究和设计出了一种煤矸石陶粒自保温墙体及其制备方法。
发明内容
本公开提供了一种煤矸石陶粒的制备方法。
本公开还提供了一种煤矸石陶粒自保温墙体。
本公开还提供了一种煤矸石陶粒自保温墙体的制备方法。
根据本公开的一个方面，一种煤矸石陶粒的制备方法，包括以下步骤：
1)烘干、破碎：将原料煤矸石烘干，烘干后的煤矸石及页岩经破碎机破碎，破碎粒径为≤5mm；
2)粉磨、混合：将破碎后的煤矸石、页岩粉磨，过100-200目筛，之后按比例混合，其中，原料中煤矸石掺量为50-90％重量百分比，页岩掺量为10-50％重量百分比；
3)造粒：混合后的原料加水后造粒成球，根据需要，球体直径为0-20mm；
4)干燥：将造粒后的成型粒料烘干；
5)煅烧：烘干后的物料进入回转窑煅烧，煅烧温度逐步加温至900-1200℃，并持续煅烧30-60分钟；
6)冷却、筛分：烧成的陶粒通过冷却机冷却，利用筛分机对其进行筛分，得到不同等级的煤矸石陶粒。
根据本公开的至少一个实施方式，所述的煤矸石陶粒，其尺寸范围10-15mm，堆积密度700-900kg/m3，吸水率6-8％，筒压强度10-20MPa。
根据本公开的一个方面，一种煤矸石陶粒自保温墙体，其原材料比例为：胶凝材料220-550kg/m3、粉煤灰95-120kg/m3、如前所述的煤矸石陶粒330-850kg/m3、砂450-850kg/m3、EPS(聚苯乙烯泡沫)颗粒1-3kg/m3、水120-220kg/m3、减水剂1-5kg/m3。
根据本公开的一个方面，所述煤矸石陶粒自保温墙体，其原材料比例为：胶凝材料315kg/m3、粉煤灰105kg/m3、煤矸石陶粒500kg/m3、砂570kg/m3、EPS颗粒1.8kg/m3、水134kg/m3、减水剂3.4kg/m3。
根据本公开的至少一个实施方式，所述胶凝材料包含水泥及矿物掺合料，两者所占比例为水泥重量百分比为70-100％、矿物掺合料重量百分比为0-30％，其中，水泥为普通硅酸盐水泥，矿物掺合料为粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、钢渣粉、磷渣分、硅灰中的一种或多种。
根据本公开的至少一个实施方式，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。
根据本公开的一个方面，一种煤矸石陶粒自保温墙体的制备方法，包括以下步骤：
1)陶粒预湿：将煤矸石陶粒浸泡预湿，时间≥1h；
2)配置混凝土：将煤矸石陶粒滤去明水，与砂、胶凝材料、EPS颗粒一起拌合0.5min,再加入拌和用水、减水剂，继续拌合2.5min；
3)浇筑：将配置好的混凝土浇筑入墙体模具；
4)养护：对墙体进行预养护，达到拆模条件后拆模，进入二次养护，养护完成制成煤矸石陶粒自保温墙体。
采用上述技术方案之后，本公开具有以下有益效果：本公开利用煤矸石原材料，生产高强煤矸石陶粒，用于制备煤矸石陶粒自保温墙体，具有施工快、质量轻、强度高、保温性好等优点。
具体实施方式
下面结合实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将通过实施方式来详细说明本公开。
实施例1
本实施例提供了一种煤矸石陶粒的制备方法，原材料经烘干、破碎、粉磨、造粒、干燥、煅烧、冷却、筛分等工序后得到高性能陶粒，具体包括以下步骤：
1)烘干、破碎：将原料煤矸石烘干，烘干后的煤矸石及页岩经破碎机破碎，破碎粒径为1mm；
2)粉磨、混合：将破碎后的煤矸石、页岩粉磨，过200目筛，之后按比例混合，其中，原料中煤矸石掺量为70％重量百分比，页岩掺量为30％重量百分比；
3)造粒：混合后的原料加水后造粒成球，根据需要，球体直径为0.5～10mm；
4)干燥：将造粒后的成型粒料烘干；
5)煅烧：烘干后的物料进入回转窑煅烧，煅烧温度逐步加温至900℃，并持续煅烧30分钟；
6)冷却、筛分：烧成的陶粒通过冷却机冷却，利用筛分机对其进行筛分，得到不同等级的陶粒制品。
由本公开表1所示，本实施例制得的陶粒制品，其尺寸范围0.5-10mm，堆积密度900-1100kg/m3，吸水率3～6％，筒压强度16～20MPa，筒压强度高于《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》GB/T 17431.1-2010中的表4密度等级900kg/m3高强轻骨料筒压强度要求值≥6.5MPa；吸水率低于《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》GB/T 17431.1-2010中的表5中600～1200密度等级陶粒吸水率≤10。
实施例2
本实施例提供了一种煤矸石陶粒的制备方法，原材料经烘干、破碎、粉磨、造粒、干燥、煅烧、冷却、筛分等工序后得到高性能陶粒，具体包括以下步骤：
1)烘干、破碎：将原料煤矸石烘干，烘干后的煤矸石及页岩经破碎机破碎，破碎粒径为3mm；
2)粉磨、混合：将破碎后的煤矸石、页岩粉磨，过150目筛，之后按比例混合，其中，原料中煤矸石掺量为80％重量百分比，页岩掺量为20％重量百分比；
3)造粒：混合后的原料加水后造粒成球，根据需要，球体直径为10-15mm；
4)干燥：将造粒后的成型粒料烘干；
5)煅烧：烘干后的物料进入回转窑煅烧，煅烧温度逐步加温至1000℃，并持续煅烧45分钟；
6)冷却、筛分：烧成的陶粒通过冷却机冷却，利用筛分机对其进行筛分，得到不同等级的陶粒制品。
由本公开表1所示，本实施例制得的陶粒制品，其尺寸范围10-15mm，堆积密度700-900kg/m3，吸水率6-8％，筒压强度10～20MPa，筒压强度高于《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》GB/T 17431.1-2010中的表4密度等级900kg/m3高强轻骨料筒压强度要求值≥6.5MPa；吸水率低于《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》GB/T 17431.1-2010中的表5中600～1200密度等级陶粒吸水率≤10。
实施例3
本实施例提供了一种煤矸石陶粒的制备方法，原材料经烘干、破碎、粉磨、造粒、干燥、煅烧、冷却、筛分等工序后得到高性能陶粒，具体包括以下步骤：
1)烘干、破碎：将原料煤矸石烘干，烘干后的煤矸石及页岩经破碎机破碎，破碎粒径为5mm；
2)粉磨、混合：将破碎后的煤矸石、页岩粉磨，过100目筛，之后按比例混合，其中，原料中煤矸石掺量为90％重量百分比，页岩掺量为10％重量百分比；
3)造粒：混合后的原料加水后造粒成球，根据需要，球体直径为15-20mm；
4)干燥：将造粒后的成型粒料烘干；
5)煅烧：烘干后的物料进入回转窑煅烧，煅烧温度逐步加温至1200℃，并持续煅烧60分钟；
6)冷却、筛分：烧成的陶粒通过冷却机冷却，利用筛分机对其进行筛分，得到不同等级的陶粒制品。
由本公开表1所示，本实施例制得的陶粒制品，其尺寸范围15-20mm，堆积密度600-700kg/m3，吸水率8-10％，筒压强度8-20MPa，筒压强度高于《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》GB/T 17431.1-2010中的表4密度等级900kg/m3高强轻骨料筒压强度要求值≥5MPa；吸水率低于《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》GB/T 17431.1-2010中的表5中600～1200密度等级陶粒吸水率≤10。
综上，本公开制备的煤矸石陶粒，其尺寸范围0.5-20mm，堆积密度600-1100kg/m3，吸水率3-10％，筒压强度4.0-20MPa。满足《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》GB/T17431.1-2010规范规定，并达到高强陶粒标准,可替代混凝土中砂石，减少天然资源开采。
表1实施例1-3制得的陶粒制品与标准品的比较
Figure BDA0002856761070000061
实施例4
一种煤矸石自保温墙体，其原材料为：42.5级普通硅酸盐水泥360kg/m3、粉煤灰120kg/m3，堆积密度840kg/m3、吸水率为1％的煤矸石陶粒655kg/m3、堆积密度1480kg/m3的河砂621.6kg/m3、EPS颗粒2kg/m3、水136kg/m3、聚羧酸高性能减水剂3.84kg/m3，减水率15％，经预湿、搅拌、浇筑、养护后得到煤矸石陶粒自保温墙体，具体制备步骤如下：
1)陶粒预湿：将煤矸石陶粒浸泡预湿，时间≥1h；
2)配置混凝土：将煤矸石陶粒滤去明水，与砂、胶凝材料、EPS颗粒一起拌合0.5min,再加入拌和用水、减水剂，继续拌合2.5min；
3)浇筑：将配置好的混凝土浇筑入墙体模具；
4)养护：对墙体进行预养护，达到拆模条件后拆模，进入二次养护，养护完成制成煤矸石陶粒自保温墙体。
由本公开表2所示，根据《混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2019及《轻骨料混凝土应用技术标准》JGJ/T12-2019对煤矸石自保温墙体混凝土产品的抗压强度、干密度、导热系数进行测定，其干密度为1764kg/m3，强度为41MPa，导热系数为0.19W/(m·k)，其导热系数明显小于标准要求的导热系数0.87W/(m·k)。
实施例5
一种煤矸石自保温墙体，其原材料为：42.5级普通硅酸盐水泥315kg/m3、粉煤灰105kg/m3，堆积密度为700kg/m3、吸水率为1％的煤矸石陶粒500kg/m3、堆积密度1480kg/m3的河砂570kg/m3、EPS颗粒1.8kg/m3、水134kg/m3、聚羧酸高性能减水剂3.4kg/m3，减水率15％，经预湿、搅拌、浇筑、养护后得到煤矸石陶粒自保温墙体，具体制备步骤如下：
1)陶粒预湿：将煤矸石陶粒浸泡预湿，时间≥1h；
2)配置混凝土：将煤矸石陶粒滤去明水，与砂、胶凝材料、EPS颗粒一起拌合0.5min,再加入拌和用水、减水剂，继续拌合2.5min；
3)浇筑：将配置好的混凝土浇筑入墙体模具；
4)养护：对墙体进行预养护，达到拆模条件后拆模，进入二次养护，养护完成制成煤矸石陶粒自保温墙体。
由本公开表2所示，根据《混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2019及《轻骨料混凝土应用技术标准》JGJ/T12-2019对煤矸石自保温墙体混凝土产品的抗压强度、干密度、导热系数进行测定，其干密度为1570kg/m3，强度为29MPa，导热系数为0.14W/(m·k)，其导热系数明显小于标准要求的导热系数0.66W/(m·k)。
实施例6
一种煤矸石自保温墙体，其原材料为：42.5级普通硅酸盐水泥285kg/m3、粉煤灰95kg/m3，堆积密度600kg/m3、吸水率为3％的煤矸石陶粒429kg/m3、堆积密度1480kg/m3的河砂570kg/m3、EPS颗粒1.5kg/m3、水133kg/m3、聚羧酸高性能减水剂3.0kg/m3，减水率15％，经预湿、搅拌、浇筑、养护后得到煤矸石陶粒自保温墙体，具体制备步骤如下：
1)陶粒预湿：将煤矸石陶粒浸泡预湿，时间≥1h；
2)配置混凝土：将煤矸石陶粒滤去明水，与砂、胶凝材料、EPS颗粒一起拌合0.5min,再加入拌和用水、减水剂，继续拌合2.5min；
3)浇筑：将配置好的混凝土浇筑入墙体模具；
4)养护：对墙体进行预养护，达到拆模条件后拆模，进入二次养护，养护完成制成煤矸石陶粒自保温墙体。
由本公开表2所示，根据《混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2019及《轻骨料混凝土应用技术标准》JGJ/T12-2019对煤矸石自保温墙体混凝土产品的抗压强度、干密度、导热系数进行测定，混凝土产品的干密度为1445kg/m3，强度为25MPa，导热系数为0.11W/(m·k)，其导热系数明显小于标准要求的导热系数0.49W/(m·k)。
综上，本公开的煤矸石自保温墙体的干密度为1445-1764kg/m3，强度为25-41MPa，导热系数为0.11-0.19W/(m·k)，其中以实施例5的效果最佳，在确保较高的强度的同时，导热系数也适中，可以起到有效的保温效果。
表2实施例4-6制得的保温墙体与标准品的比较
Figure BDA0002856761070000081
本公开的煤矸石自保温墙体以胶凝材料、煤矸石陶粒、EPS颗粒、砂、水、减水剂制备煤矸石陶粒自保温墙体，利用煤矸石陶粒混凝土质轻、保温性能好等优点，叠加EPS颗粒的优良保温性能，使墙体具有质轻、自保温、高强度等优点，实现墙体自保温。不需要外置保温层，具有保温与结构一体化、降低造价、施工方便、便于维修改造、安全等优点。墙体性能：混凝土干表观密度1000-1950kg/m3、强度等级LC5-LC50、导热系数0.1-0.2W/(m·k)。
目前，煤矸石固废多以堆存处置，本公开利用煤矸石为原材料制备高强煤矸石陶粒，促进固废综合利用，制备的陶粒轻骨料可达到高强陶粒要求，筒压强度可达20.0MPa；
目前，建筑常采用的外墙保温技术弊端较多，存在开裂、局部脱落等、无法与建筑同寿命、施工复杂等问题，本公开以煤矸石陶粒混凝土为原料，添加EPS颗粒增加自保温效果，制备煤矸石陶粒自保温墙体，形成具有良好的自保温和自承重效果的墙体材料，解决外墙保温相关问题。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (9)

1.一种煤矸石陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)烘干、破碎：将原料煤矸石烘干，烘干后的煤矸石及页岩经破碎机破碎，破碎粒径为≤5mm；
2)粉磨、混合：将破碎后的煤矸石、页岩粉磨，过100-200目筛，之后按比例混合，其中，原料中煤矸石掺量为50-90％重量百分比，页岩掺量为10-50％重量百分比；
3)造粒：混合后的原料加水后造粒成球，根据需要，球体直径为0-20mm；
4)干燥：将造粒后的成型粒料烘干；
5)煅烧：烘干后的物料进入回转窑煅烧，煅烧温度逐步加温至900-1200℃，并持续煅烧30-60分钟；
6)冷却、筛分：烧成的陶粒通过冷却机冷却，利用筛分机对其进行筛分，得到不同等级的煤矸石陶粒。
2.一种如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的煤矸石陶粒，其尺寸范围10-15mm，堆积密度700-900kg/m3，吸水率6-8％，筒压强度10-20MPa。
3.一种煤矸石陶粒自保温墙体，其特征在于，其原材料比例为：胶凝材料220-550kg/m3、粉煤灰95-120kg/m3、如权利要求2所述的煤矸石陶粒330-850kg/m3、砂450-850kg/m3、EPS颗粒1-3kg/m3、水120-220kg/m3、减水剂1-5kg/m3。
4.如权利要求3所述的自保温墙体，其特征在于，其原材料比例为：胶凝材料315kg/m3、粉煤灰105kg/m3、煤矸石陶粒500kg/m3、砂570kg/m3、EPS颗粒1.8kg/m3、水134kg/m3、减水剂3.4kg/m3。
5.如权利要求3所述的自保温墙体，其特征在于，所述胶凝材料包含水泥及矿物掺合料，两者所占比例为水泥重量百分比为70-100％、矿物掺合料重量百分比为0-30％。
6.如权利要求5所述的自保温墙体，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
7.如权利要求5所述的自保温墙体，其特征在于，矿物掺合料为粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、钢渣粉、磷渣分、硅灰中的一种或多种。
8.如权利要求3所述的自保温墙体，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂。
9.一种如权利要求3所述的煤矸石陶粒自保温墙体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)陶粒预湿：将煤矸石陶粒浸泡预湿，时间≥1h；
2)配置混凝土：将煤矸石陶粒滤去明水，与砂、胶凝材料、EPS颗粒一起拌合0.5min,再加入拌和用水、减水剂，继续拌合2.5min；
3)浇筑：将配置好的混凝土浇筑入墙体模具；
4)养护：对墙体进行预养护，达到拆模条件后拆模，进入二次养护，养护完成制成煤矸石陶粒自保温墙体。
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