CN114349535A - 一种煤矸石疏水环保免烧砖及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矸石疏水环保免烧砖及其制备工艺，属于环保建筑领域，使用有机硅纳米材料对所述免烧砖进行疏水处理，免烧砖按质量分数计由以下原料制成：煤矸石40％～70％、天然砂12％～42％、粉煤灰5.14％、水泥12.86％。本发明纳米材料中的高分子有机硅与煤矸石尾矿基表面SI‑O(OH)基以氢键或化学键结合形成了层膜结构，由于该结构中的烷基定向排列，增大了与水的接触角，所以产生疏水特性，由于该层膜结构能够均匀地分布在尾矿颗粒的微孔壁，并不封闭微孔通道，因而当该层膜结构遇到水时，其疏水性能可以阻挡水以液态形式进入微孔，而空气和气态的水可通过层膜结构的毛细微孔排出，进而起到隔水的目的。
Description
技术领域
本发明涉及环保建筑领域，具体涉及一种煤矸石疏水环保免烧砖及其制备 工艺。
背景技术
煤矸石是在采煤与洗煤过程中所排放的固体废弃物，是在成煤过程中和煤 层伴生的具有较低含碳量且硬度高于煤炭的岩石，以黑灰色呈现出来，煤矸石 的堆存对环境影响十分严重。首先，煤矸石堆存占用大量的土地，改变土地利 用类型，影响周围景观，危害生态。其次，在堆存过程中扬尘和释放的二氧化 硫对大气环境造成影响，使附近居民患慢性气管炎和气喘病患者增多，周围树 木落叶，庄稼减产，因此需开展对煤矸石综合利用，从而减少对环境的污染， 节约土地，改善产业结构、促进煤炭工业的可持续发展。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种煤矸石疏水环保免烧砖，使用有 机硅纳米材料对所述免烧砖进行疏水处理，所述免烧砖按质量分数计由以下原 料制成：煤矸石40％～70％、天然砂12％～42％、粉煤灰5.14％、水泥12.86％。
优选的，使用有机硅纳米材料对所述免烧砖进行疏水处理，所述免烧砖按 质量分数计由以下原料制成：煤矸石40％、天然砂42％、粉煤灰5.14％、水泥 12.86％。
一种煤矸石疏水环保免烧砖的制备工艺，包括以下步骤：
S1、原料处理：按照对应的质量分数，分别称取煤矸石、天然砂、粉煤灰、 水泥，将称取的原料混合，加入水；
S2、拌合：加入相当于S1原料总重0.05％的减水剂，进行拌合；
S3、二次拌合：加入相当于S2总重0.05％的激发剂，进行二次拌合；
S4、养护与压制成型：采用半干法压制成型与自然养护法或半干法压制成 型与蒸压养护法；
S5、疏水处理：将有机硅纳米材料喷射到免烧砖表面，形成涂层，通过浸 泡进行疏水处理。
优选的，所述S1中水占原料总重的10％。
优选的，S2中，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
优选的，S3中，所述激发剂为碱性激发剂。
优选的，S4中，所述半干法压制成型与自然养护法中采用60-70t的转盘 压砖机；所述半干法压制成型与蒸压养护法中砖在压制成型后静停6-10h。
优选的，所述有机硅纳米材料为聚二甲基硅氧烷或油酸涂层。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的疏水环保免烧砖制备工艺中，有机硅纳米材料的高分子 有机硅与煤矸石尾矿基表面SI-O(OH)基以氢键或化学键结合形成了层膜结构， 由于该结构中的烷基定向排列，增大了与水的接触角，所以产生疏水特性。由 于该层膜结构能够均匀地分布在尾矿颗粒的微孔壁，并不封闭微孔通道，因而 当该层膜结构遇到水时，其疏水性能可以阻挡水以液态形式进入微孔，而空气 和气态的水可通过层膜结构的毛细微孔排出，进而起到隔水的目的。
2、本发明中加入减水剂使混合原料中的水和石膏、石灰、粉煤灰和煤矸 石中大量的活性SiO2和Al2O3发生水化反应，生成水硬性产物，提高了砖体强 度；加入碱性激发剂使混合原料中的活性铝硅酸盐材料与碱性激发剂反应生成 无定形到半晶态的地聚物。
3、本发明制备的免烧砖的28天抗压强度、抗折强度均能满足国家相关规 范和标准，在不同酸碱环境以及高温环境下均能保持较好的疏水性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的煤矸石疏水环保免烧砖的制备工艺流程图；
图2为煤矸石疏水环保免烧砖疏水实物图；
图3为煤矸石疏水环保免烧砖成品图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范 围并不受具体实施方式的限制。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的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。本发明各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
实施例1：
一种煤矸石疏水环保免烧砖，使用有机硅纳米材料对所述免烧砖进行疏水 处理，所述免烧砖按质量分数计由以下原料制成：煤矸石40％、天然砂42％、 粉煤灰5.14％、水泥12.86％。
一种煤矸石疏水环保免烧砖的制备工艺，包括以下步骤：
S1、将煤矸石、天然砂进行筛选、粉碎，筛出符合要求的粒度(最大颗 粒控制在2mm以下，小于0.5mm的颗粒不低于60％)，混合称取好的原料并 加入水；
S2、向经S1处理的原料混合加入0.05％的聚羧酸减水剂，形成免烧砖初 始原料，进行材料拌合，使材料充分混合，至均匀，此时加入减水剂使混合原 料中的水和石膏、石灰、粉煤灰和煤矸石中大量的活性SiO2和Al2O3发生反应， 生成水硬性产物，提高砖体强度；
S3、再次掺入0.05％的氢氧化钠激发剂，进行二次拌合，使混合原料中的 活性铝硅酸盐材料与碱性激发剂反应生成无定形到半晶态的地聚物；
S4、养护与压制成型，采用半干法压制成型与自然养护法，采用70t的转 盘压砖机，压砖机采用油压式，工作时在上下两个面之间进行加压，设备简单， 方便拆卸；
S5、疏水处理：将聚二甲基硅氧烷纳米材料使用气动喷枪喷射覆盖免烧砖 表面，形成涂层。
该涂层为聚二甲基硅氧烷纳米材料的高分子有机硅与煤矸石尾矿基表面 SI-O(OH)基以氢键或化学键结合形成的层膜结构，由于该结构中的烷基定向排 列，增大了与水的接触角，所以产生疏水特性。由于该层膜结构能够均匀地分 布在尾矿颗粒的微孔壁，并不封闭微孔通道，因而当该层膜结构遇到水时，其 疏水性能可以阻挡水以液态形式进入微孔，而空气和气态的水可通过层膜结构 的毛细微孔排出，进而起到隔水的目的。
煤矸石疏水环保免烧砖的生产工艺流程图见图1。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处在于，一种煤矸石疏水环保免烧砖，使用 有机硅纳米材料对所述免烧砖进行疏水处理，所述免烧砖按质量分数计由以下 原料制成：煤矸石55％、天然砂27％、粉煤灰5.14％、水泥12.86％。
养护与压制成型，采用半干法压制成型与蒸压养护法中，砖在成型过程中 需要在压力压制成型后静停6h，以防止进入蒸压釜后砖坯中的水分和空气快速 升温产生快速膨胀，导致砖开裂。
疏水处理：将油酸纳米材料使用气动喷枪喷射覆盖免烧砖表面，形成涂层， 通过浸泡进行疏水处理。
实施例3
实施例3与实施例1的不同之处在于，一种煤矸石疏水环保免烧砖，使用 有机硅纳米材料对所述免烧砖进行疏水处理，所述免烧砖按质量分数计由以下 原料制成：煤矸石70％、天然砂12％、粉煤灰5.14％、水泥12.86％。
养护与压制成型，采用半干法压制成型与蒸压养护法，砖在成型过程中在 压力压制成型后静停10h，以防止进入蒸压釜后砖坯中的水分和空气快速升温 产生快速膨胀，导致砖开裂。
疏水处理：将免烧砖浸泡在聚二甲基硅氧烷纳米材料中进行疏水处理。
1、将实施例1养护成型的砖体(240mm×115mm×53mm)在养护结束的 24～36h内进行砖体标准测试；煤矸石疏水环保免烧砖成品图见图3。
采用电子万能试验机(CTM4304型，中国MTS公司)，对煤矸石免烧砖 样品抗压强度和抗折强度力学性能进行测试。
表1各实施例煤矸石疏水环保免烧砖样品抗压强度和抗折强度性能测试表
| 处理 | 抗压强度(MPa) | 抗折强度(MPa) |
| 实施例1 | 45.65 | 4.76 |
| 实施例2 | 45.73 | 4.81 |
| 实施例3 | 45.61 | 4.72 |
| 现有标准 | 25 | 3 |
根据上述表格数据可得出，本发明提供的煤矸石疏水环保免烧砖的抗压强 度均远远高于标准JC/T422-2007《非烧结垃圾尾矿砖》中MU25规定的强度相 比，平均提高了82.6％。
2、疏水试验
1)将实施例1养护成型的砖体浸于纯净水中(水深10CM)，时间持续为1 分钟，取出后用正常力道甩动两次，砖体上除有凸凹不平的地方，没有超过1mm 水滴残留，能够自由滑落。
2)使用滴管吸取适度的纯净水，滴管垂直向下使纯净水滴在产品相对平 整的表面上。滴管距离产品不超过6mm，水滴直径约5mm观察水滴，水滴呈 圆珠状，并未发散。
3)砖体有比较大的平整平面，晃动砖体，水滴可以在产品平整的表面晃 动。
以此可以判定本试样砖体具有疏水性，且目前市场上没有同类型的疏水砖。
测量液滴和材料的接触角是评价材料表面润湿性的主要方法，使用光学接 触角测量仪测量接触角，测试结果见表2和表3。
表2不同pH值下砖体表面疏水角度数
| PH值 | 疏水角(°) | PH值 | 疏水角(°) |
| 1 | 155 | 8 | 154 |
| 2 | 155 | 9 | 155 |
| 3 | 154 | 10 | 153 |
| 4 | 154 | 11 | 152 |
| 5 | 154 | 12 | 150 |
| 6 | 156 | 13 | 150 |
| 7 | 155 | 14 | 148 |
表3不同温度下砖体表面疏水角度数
| 温度(℃) | 110 | 120 | 130 | 140 | 150 | 160 |
| 疏水角(°) | 154 | 155 | 155 | 153 | 151 | 138 |
由表2和表3可看出，在不同pH值、不同温度下材料与水界面均具有较 大的接触角，疏水免烧砖表面与水的静态接触角可达到135°以上，削弱了水的 表面张力作用，表明煤矸石疏水环保免烧砖在不同的环境中均可以展现较好的 疏水效果；由图2可看出，在疏水免烧砖表面由于接触角的增大，水滴在砖体 表面聚合，表现为完整水珠状态，并未向砖体内渗透，从而达到疏水的目的。
根据砖块的原材料以及表面特性，可以适当对疏水材料进行调配，以获得 耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、耐热、耐酸碱、超疏水等方面的一种或数种性能。 该方法是一种表面强化技术，是表面工程技术的重要组成部分；如图3所示， 砖体实物可根据需要更换模具，制作成所需形状。
需要说明的是，本发明权利要求书中涉及数值范围时，应理解为每个数值 范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，为了防止赘述，本 发明描述了优选的实施例。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基 本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要 求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种煤矸石疏水环保免烧砖，其特征在于，使用有机硅纳米材料对所述免烧砖进行疏水处理，所述免烧砖按质量分数计由以下原料制成：煤矸石40％～70％、天然砂12％～42％、粉煤灰5.14％、水泥12.86％。
2.根据权利要求1所述的一种煤矸石疏水环保免烧砖，其特征在于，所述免烧砖按质量分数计由以下原料制成：煤矸石40％、天然砂42％、粉煤灰5.14％、水泥12.86％。
3.一种权利要求1或2所述的煤矸石疏水环保免烧砖的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、原料处理：按照对应的质量分数，分别称取煤矸石、天然砂、粉煤灰、水泥，将称取的原料混合，加入水；
S2、拌合：加入相当于S1中原料总重0.05％的减水剂，进行拌合；
S3、二次拌合：加入相当于S2总重0.05％的激发剂，进行二次拌合；
S4、养护与压制成型：采用半干法压制成型与自然养护法或半干法压制成型与蒸压养护法；
S5、疏水处理：将有机硅纳米材料喷射到免烧砖表面，形成涂层，或通过浸泡进行疏水处理。
4.根据权利要求3所述的一种煤矸石疏水环保免烧砖的制备工艺，其特征在于，S1中水占原料总重的10％。
5.根据权利要求3所述的一种煤矸石疏水环保免烧砖的制备工艺，其特征在于，S2中，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
6.根据权利要求3所述的一种煤矸石疏水环保免烧砖的制备工艺，其特征在于，S3中，所述激发剂为碱性激发剂。
7.根据权利要求3所述的一种煤矸石疏水环保免烧砖的制备工艺，其特征在于，S4中，所述半干法压制成型与自然养护法中采用60-70t的转盘压砖机；所述半干法压制成型与蒸压养护法中砖在压制成型后静停6-10h。
8.根据权利要求3所述的一种煤矸石疏水环保免烧砖的制备工艺，其特征在于，S5中，所述有机硅纳米材料为聚二甲基硅氧烷或油酸。
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