CN116283195B - 一种煤矸石生态型复合板材及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤矸石生态型复合板材及其制备工艺，属于建筑材料技术领域，所述的煤矸石生态型复合板材包括以下成分：P.O52.5级水泥、复合型超细矿物掺合料、粒径0.15‑2.36mm固废基骨料、工业副石膏、复合型碱金属激发剂、生态钢纤维、偶联剂、有机类防水剂、高性能减水剂和水；所述的粒径0.15‑2.36mm固废基骨料包括红矸石，黑矸石和钢渣，本发明利用了大量煤矸石及其它固废资源生产建筑材料，环境效益高，性能优良可用于室内外各种装饰装修，在工民建工程装饰装修市场有广阔的应用前景，具有十分可观的经济效益、生态效益和社会效益。

Description

一种煤矸石生态型复合板材及其制备工艺
技术领域
本发明涉及材料建筑技术领域，具体为一种煤矸石生态型复合板材及其制备工艺。
背景技术
煤矸石是采煤和洗煤过程所排出的固体废物，每产出1t煤炭便有0.1t左右的煤矸石产生，煤矸石年产生量达7.43×108t。目前，煤矸石综合利用率不足40%，多数煤矸石仍采取露天堆放的方式，煤矸石经过长时间的日晒雨淋后，将会产生大量废液、废渣，生态、经济效益较低。另外，由于煤矸石骨料强度较天然碎石低、吸水率高、易于崩解等问题，已经开发应用的煤矸石骨料混凝土掺比仅占粗骨料的不足30%，而且耐久性、性价比等偏低，严重影响了煤矸石的资源化利用。因此，针对大量堆存的煤矸石亟需加以处置以及综合利用，在该领域的研究也成为了专家学者的热点。
此外，随着汽车工业的高速发展，废旧轮胎的产量也在逐年增加，废旧轮胎不恰当处理，不仅对自然环境造成影响，还对人们所居住的环境造成影响。一般轮胎组成中，钢丝的质量分数约占轮胎质量的14%，因此由废轮胎生产胶粉的工厂，其副产的废钢丝数量也相当大。废旧轮胎资源化再生利用，恰当而准确的处理废旧轮胎方式包括钢丝的再利用成为了重要的话题。
国家《煤矸石综台利用技术政策要点》指出，煤矸石综合利用以大宗量利用为重点，将煤矸石发电、煤矸石建材及制品、复垦回填及煤矸石山无害化处理等大宗量利用煤矸石技术作为主攻方向，发展高科技含量、高附加值的煤矸石综合利用技术和产品。尤其当前我国对天然资源的保护，以及基建还在快速发展中的现状，将废旧轮胎拆解或裂解后的钢丝与煤矸石协同制备高附加值的复合板材，成为本发明的主旨所在。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种固废利用率高的煤矸石生态型复合板材，以及提供一种煤矸石生态型复合板材的制备工艺。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种煤矸石生态型复合板材，以重量份数计，包括以下成分：P.O52.5级水泥16-18份、复合型超细矿物掺合料11-16份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料45-51份、工业副石膏3-5份、复合型碱金属激发剂4.5-6.5份、生态钢纤维1-2份、偶联剂1-2份、有机类防水剂1.5-3份、高性能减水剂0.3-0.8份、水6份；所述的粒径0.15-2.36mm固废基骨料以重量份数计，包括红矸石30-40份，黑矸石30-40份，钢渣20-40份；所述的生态钢纤维直径为0.8-1.2mm，生态钢纤维长度为12-14mm。
优选的，以重量份数计，包括以下成分：P.O52.5级水泥16份、复合型超细矿物掺合料13份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料50份、工业副石膏4份、复合型碱金属激发剂4.5份、生态钢纤维2份、偶联剂1份、有机类防水剂3份、高性能减水剂0.5份、水6份。
优选的，所述复合型超细矿物掺合料以重量份数计，包括高炉矿渣粉40份、粉煤灰15份、钢渣微粉30份、石英粉15份；高炉矿渣粉比表面积为440-460m2/kg；粉煤灰为烧失量在3%以内的I级粉煤灰；钢渣微粉细度在500-600目；石英粉细度在1000-2000目。
优选的，所述的粒径0.15-2.36mm固废基骨料以重量份数计，包括红矸石35份，黑矸石35份，钢渣30份。
优选的，所述工业副石膏为脱硫石膏、钛石膏或磷石膏当中的任意一种；所述的工业副石膏须在50℃±5℃条件下烘干至少6h，直至1h内质量损失不超过1%。
优选的，所述复合型碱金属激发剂以重量份数计，包括碱金属硅酸盐60-75份、碱金属氢氧化物20-25份、硫酸盐5-10份；所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾当中的任意一种；所述的碱金属硅酸盐为硅酸钾、硅酸钠当中的任意一种；所述的硫酸盐为硫酸钠、硫酸铝当中的任意一种。
优选的，所述复合型碱金属激发剂以重量份数计，包括碱金属硅酸盐70份、碱金属氢氧化物22份、硫酸盐8份；所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钠；所述的碱金属硅酸盐为硅酸钾；所述的硫酸盐为硫酸铝。
优选的，所述的有机类防水剂为甲基硅酸钠与聚丙烯酸酯乳液的混合物，有机类防水剂以重量份数计包括10份甲基硅酸钠和90份聚丙烯酸酯乳液；甲基硅酸钠的硅酮的质量含量为65%，甲基硅酸钠的固含量≥98%；聚丙烯酸酯乳液为固含量为38-41%且粘度为11-16S的NBS共聚体-聚丙烯酸酯乳液。
优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550，所述偶联剂所含3-氨丙基三乙氧基硅烷纯度≥98%；所述的高性能减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂、氨基磺酸盐减水剂当中的任意一种，所述的高性能减水剂的减水率≥20%。
优选的，本发明提供的煤矸石生态型复合板材的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1：分别制取粒径0.15-2.36mm固废基骨料、复合型碱金属激发剂、复合型超细矿物掺合料、有机类防水剂和生态型钢纤维待用，其余原材料准备到位；
S2：将有机类防水剂和应加水总量1/3的水进行混合后，搅拌后得到拌和溶液a；将复合型碱金属激发剂、高性能减水剂、偶联剂和应加水总量2/3的水进行混合、溶解后，搅拌后得到拌和溶液b；
S3：将粒径0.15-2.36mm固废基骨料投放到振动式搅拌机，同时以雾喷方式加入拌和溶液a，搅拌至少60s；
S4：同时加入P.O52.5级水泥、复合型超细矿物掺合料、工业副石膏，搅拌搅拌至少30s后，加入拌和溶液b，继续搅拌至少90s后，得到均质的煤矸石混合料；
S5：将生态钢纤维投入到煤矸石混合料中，搅拌至少60s后，得到煤矸石生态型混合料；
S6：将煤矸石生态型混合料放入振压成型机模具中，振压成型、蒸汽养护8-10h，蒸养温度控制在90℃±5℃，然后移出蒸养室，覆盖塑料膜后自然养生至少7d，必要时可进行打磨、抛光处理，即可得到煤矸石生态型复合板材。
本发明的作用机理是：
首先，该发明采用粒径0.15-2.36mm之间的细骨料，一是煤矸石经过破碎筛分后，将粒径小于0.15mm的煤矸石筛除，即是将软弱的、碳质含量较高的粉末部分筛除，将会极大降低其吸水率，提升强度等性能；将粒径大于2.36mm煤矸石筛除，可最大程度减小煤矸石骨料的离散性以及颗粒大带来的吸水崩解、针片状多等质量问题；二是粒径控制在0.15-2.36mm之间有助于提高煤矸石混合料的均质性，并可提高骨料与水泥浆的界面粘结性能，减少微裂缝。在微观结构上，混凝土受力后骨料与胶凝材料界面的剪应力和拉应力导致裂缝出现在粘结面，由于骨料粒径与裂缝大小呈比例关系，减小骨料粒径抑制了荷载作用下骨料与浆体界面裂缝的产生与发展。传统混凝土中水泥浆的收缩被骨料构成的刚性骨架限制，造成骨料与浆体的界面缺陷，因此该混合料增大了复合胶凝材料用量，并选择掺入煤矸石与钢渣，使骨料包裹在水泥浆中，当浆体收缩时骨料随其作用力移动，减少因浆体收缩引起的界面缺陷。三是，在控制粒径的同时，掺入防水剂的煤矸石，极大程度上减少了煤矸石容易吸水崩解等质量缺陷；四是掺入钢渣，因其表面活性、凹凸不平的特点，与复合胶凝材料相容性良好，即粉煤灰、高炉矿渣粉与钢渣表面的氢氧化钙反应，生成更为致密的C-S-H（即水化硅酸钙）凝胶，可提高界面结合力，结构更加紧密，从而可提升复合板材的抗折性能。
其次，复合型超细矿物掺合料与P.O52.5级水泥一起形成了超细颗粒致密体系，不仅提高了浆体的硬化强度，还可提高煤矸石骨料的包裹力，增强整体耐久性。复合型超细矿物掺合料中的高炉矿渣粉、粉煤灰以及钢渣微粉均属于硅铝酸盐，为地质聚合物的形成提供了足够的原材料，三者之间可相互激发，二次水化反应生成的C-S-H凝胶亦有助于提高材料强度；另外，以石英粉作为超细粉末，不仅为水泥水化提供成核质点，还可以填充水泥颗粒间的空隙，能显著提高混凝土的抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能，延长砼的使用寿命，另外，石英粉具有保水、防止离析、泌水，可提高拌合物的流变性。
本发明的复合型碱金属激发剂，采用 NaOH碱性激发剂、粉状固体硅酸钾、粉状硫酸铝激发剂进行复配制得，具有良好的相容性、协同性和稳定性，三者复合可实现激发效果的叠加效应。其突出的特点就是 NaOH为硅铝酸盐的解聚-重聚提供碱性环境；硅酸钾除了水解产生氢氧化钾为硅铝酸盐的解聚-重聚提供碱性环境外，还可提供硅酸根离子，促进C-S-H反应；硫酸铝不仅直接提供铝离子，加速铝酸钙或铁铝酸钙的形成，还与工业副石膏一起提供了AFt（即钙矾石）生成需要的硫酸根离子，AFt的生成带来体系的适当膨胀，可减小混凝土水化反应带来的干缩、温缩变形。
选用聚丙烯酸酯乳液与甲基硅酸钠作为防水剂，甲基硅酸钠是一种新型建筑防水材料，具有良好的渗透结晶性，其分子结构中的硅醇基与硅酸盐材料中的硅醇基遇水反应交联，从而实现“反毛细管效应”，形成优异的憎水层，使煤矸石吸水率大大降低，同时具有微膨胀、增加密实度功能。聚丙烯酸酯乳液能形成光泽好而耐水的膜，粘合牢固，不易剥落，在室温下柔韧而有弹性，耐候性好。因此，煤矸石生态型复合板材的整体耐久性如抗渗、抗冻、耐候性均得到提升。
高温养护的目的是改善煤矸石生态型复合板材的微观结构，加快提高整体强度，提高周转率。由于在煤矸石生态型复合板材的制备过程中加入了高炉矿渣粉、粉煤灰等低聚物，90℃±5℃的高温养护可有效加速高炉矿渣粉、粉煤灰和钢渣微粉参与的二次水化反应，其晶体形貌也会发生变化，此时煤矸石生态型复合板材具有更高的强度。
由于煤矸石骨料硬度较天然碎石低，在不掺入生态钢纤维时，煤矸石混凝土无延性，在荷载作用下容易发生脆性破坏；掺入生态钢纤维时，生态钢纤维各向穿插、相互拉结，在与煤矸石复合作用下，不仅可协助煤矸石提高混合料的抗压强度，还可改善煤矸石生态型复合板材的延性和抗拉性能，使添加生态钢纤维的煤矸石生态型复合板材的抗折强度与未添加生态钢纤维的相比可以得到显著增强。
偶联剂同时具有有机、无机反应活性，在本发明中煤矸石中含有一定的炭和其他有机物，另外加入了聚丙烯酸酯乳液与甲基硅酸钠，可使界面结合更加紧密，不仅防水效果好，减少崩解的可能性，还可提高煤矸石颗粒界面结合强度。
本发明工艺流程设计合理：一是将煤矸石先与有机类防水剂进行充分拌和，形成了具有一定憎水性的表面结构；二是放入P.O52.5级水泥、超细矿物掺合料，形成超细颗粒致密体系，得以强化；三是放入煤矸石掺杂钢渣骨料，与防水体系、超细颗粒致密体系混合，得以叠加强化，极大程度增强了煤矸石骨料的强度，继而提升煤矸石复合板材的整体强度和抗冻融、抗渗等耐久性能，符合了《天然大理石建筑材料》（GB/T 19766-2005）的性能指标要求，拓宽了煤矸石资源化利用途径。
本发明的有益效果是：
本发明对各种固废资源有较高的利用率，本发明的优选方案对低固废基细骨料的利用率可以达到50%，能有效利用煤矸石；此外本发明还加入了复合型超细矿物、工业副石膏和生态钢纤维，其中生态钢纤维为废旧轮胎拆解后的钢丝，使固废资源的综合利用率达到65%以上；本发明提供的煤矸石生态型复合板材抗压强度达到C50及以上，达到了《天然大理石建筑材料》（GB/T 19766-2005）规定的标准，抗折强度ff≥6.0MPa，且质量吸水率、抗冻融性能均达到了《仿石型混凝土面板和面砖》（JC/T 2604-2021）规定的技术指标，相对于现有技术，本发明利用了大量煤矸石及其它固废资源生产建筑材料，环境效益高，性能优良可用于室内外各种装饰装修，在工民建工程装饰装修市场有广阔的应用前景，具有十分可观的经济效益、生态效益和社会效益。
附图说明
图1 本发明实施例1产品图。
具体实施方式
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
煤矸石生态型复合板材的制备工艺包括如下步骤：
S1：分别制取粒径0.15-2.36mm固废基骨料、复合型碱金属激发剂、复合型超细矿物掺合料、有机类防水剂以及直径为0.8-1.2mm且长度为12-14mm的生态钢纤维待用，其余原材料准备到位；
A粒径0.15-2.36mm固废基骨料的制备方法：
A1：将黑矸石、红矸石分类分选，挑出粘有土或化学腐蚀的煤矸石，并使黑矸石与红矸石的最大粒径达到能够进入破碎机的粒度；
A2：使用装载机将A1处理完成的黑矸石与红矸石分别送至振动给料机，软弱、细小以及尘土等不合格的材料经给料机预筛分后排出，得到较为洁净、坚硬的煤矸石；
A3：使用反击式破碎机将黑矸石、红矸石与钢渣破碎，将破碎后的物料通过移动式筛分站进行筛分，筛除粒径小于0.15mm的颗粒并将粒径大于2.36mm的颗粒返回反击式破碎机进行破碎，将筛得的粒径0.15-2.36mm的黑矸石、红矸石与钢渣分别运至对应的成品料仓待用；
A4：按照质量份数，掺配35份黑矸石、35份红矸石和30份钢渣得到粒径0.15-2.36mm固废基骨料。
B复合型碱金属激发剂的制备方法：按照质量份数分别称取70份NaOH碱性激发剂、22份粉状固体硅酸钾和8份粉状硫酸铝激发剂混合备用。
C复合型超细矿物掺合料的制备方法：
C1：选取钢厂生产的比表面积为440-460m2/kg的高炉矿渣粉与细度为500-600目钢渣微粉、电厂I级生产的烧失量在3%以内的I级粉煤灰；
C2：选用二氧化硅含量在96%以上的粉末经过破碎、粉磨、浮选加工制得细度在1000-2000目的石英粉；
C3：以质量份数计，高炉矿渣粉40份、粉煤灰15份、钢渣微粉30份、石英粉15份，将C1与C2制得的材料混合。
D有机类防水剂的制备方法：
D1：选取市售甲基硅酸钠（山东隆汇化工有限公司生产的甲基硅酸钠粉末），硅酮的质量含量为65%，固含量≥98%；选取市售聚丙烯酸酯乳液（上海科凝新材料科技有限公司生产的NBS共聚体-聚丙烯酸酯乳液），固含量38-41%，粘度11-16S。
D2：以质量份数计，称取10份甲基硅酸钠与90份聚丙烯酸酯乳液；
D3：将称取好的甲基硅酸钠粉末与聚丙烯酸酯乳液混掺后放入高速搅拌机在转速至少1000转/min的条件下至少搅拌60s，即得有机类防水剂。
S2：将有机类防水剂和应加水总量1/3的水进行混合后，搅拌后得到拌和溶液a；将复合型碱金属激发剂、高性能减水剂、偶联剂和应加水总量2/3的水进行混合、溶解后，搅拌后得到拌和溶液b，偶联剂为硅烷偶联剂KH550，偶联剂所含3-氨丙基三乙氧基硅烷纯度≥98%，高性能减水剂为聚羧酸减水剂，高性能减水剂的减水率≥20%；
S3：将粒径0.15-2.36mm固废基骨料投放到振动式搅拌机，同时以雾喷方式加入拌和溶液a，搅拌至少60s；
S4：同时加入P.O52.5级水泥、复合型超细矿物掺合料、工业副石膏，搅拌搅拌至少30s后，加入拌和溶液b，继续搅拌至少90s后，得到均质的煤矸石混合料，工业副石膏为脱硫石膏，工业副石膏须在50℃±5℃条件下烘干至少6h，直至1h内质量损失不超过1%；
S5：将生态钢纤维投入到煤矸石混合料中，搅拌至少60s后，得到煤矸石生态型混合料；
S6：将煤矸石生态型混合料放入振压成型机模具中，振压成型、蒸汽养护8-10h，蒸养温度控制在90℃±5℃，然后移出蒸养室，覆盖塑料膜后自然养生至少7d，必要时可进行打磨、抛光处理，即可得到煤矸石生态型复合板材。
煤矸石生态型复合板材性能测试如质量吸水率、抗折强度、产品顶面抗冻融性能按照《仿石型混凝土面板和面砖》（JC/T2604-2021）相关规定测试和评定，抗折强度ff≥6.0MPa、质量吸水率Wm≤6.0%、经50次冻融循环后单位面积质量损失率平均值应不大于250g/m2、单块最大值应不大于370g/m2。
煤矸石生态型复合板材性能测试如抗压强度按照《天然大理石建筑材料》（GB/T19766-2005）相关规定测试和评定，抗压强度不小于50MPa。
实施例1
一种煤矸石生态型复合板材，以重量份数计，由以下成分组成：
P.O52.5级水泥16份、复合型超细矿物掺合料13份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料50份、工业副石膏4份、复合型碱金属激发剂4.5份、生态钢纤维2份、偶联剂1份、有机类防水剂3份、高性能减水剂0.5份、水6份。
检测结果：该煤矸石生态型复合板材拆模后，详见图1。复合板材成型较好，无明显的气泡、孔洞、裂纹，也无反碱等外观质量缺陷，28d抗压强度为62.7MPa，抗折强度为7.4MPa，质量吸水率为1.1%，冻融循环次数50次时，单位面积质量损失率单块最大值为89g/m2。可见，以上各项指标均满足《仿石型混凝土面板和面砖》（JC/T 2604-2021）相应等级要求。
本实施例粒径0.15-2.36mm固废基骨料掺入50份，占总体的50%，在煤矸石生态型复合板材中的产量可以达到1200kg/m3，此外本实施例还添加了复合型超细矿物掺合料、工业副石膏与生态钢纤维共计19份，使固废资源化综合利用率达到65%以上。
与未添加生态钢纤维的对照例5相比，本实施例的抗折强度提高了约40%，与未添加偶联剂的对照例12相比，本实施例的抗折强度提高了约27%。
实施例2
一种煤矸石生态型复合板材，以重量份数计，由以下成分组成：
P.O52.5级水泥18份、复合型超细矿物掺合料11份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料50份、工业副石膏4份、复合型碱金属激发剂4.5份、生态钢纤维2份、偶联剂1份、有机类防水剂3份、高性能减水剂0.5份、水6份。
检测结果：该实施例将P.O52.5级水泥增加至18份，复合板材拆模后，成型较好，无明显的气泡、孔洞、裂纹，也无泛碱等外观质量缺陷，28d抗压强度为59.7MPa，抗折强度为6.8MPa，质量吸水率为1.3%，冻融循环次数50次时，单位面积质量损失率单块最大值为116g/m2，满足《仿石型混凝土面板和面砖》（JC/T 2604-2021）相应等级要求。
实施例3
一种煤矸石生态型复合板材，以重量份数计，由以下成分组成：
P.O52.5级水泥16份、复合型超细矿物掺合料16份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料45份、工业副石膏4份、复合型碱金属激发剂6.5份、生态钢纤维2份、偶联剂1份、有机类防水剂3份、高性能减水剂0.5份、水6份。
检测结果：该实施例复合板材拆模后，成型较好，无明显的气泡、孔洞、裂纹，也无泛碱等外观质量缺陷，28d抗压强度为59.3MPa，抗折强度为7.6MPa，质量吸水率为0.72%，冻融循环次数50次时，单位面积质量损失率单块最大值为59g/m2，满足《仿石型混凝土面板和面砖》（JC/T 2604-2021）相应等级要求。
与实施例1相比，该实施例下P.O52.5级水泥掺量不变，粒径0.15-2.36mm固废基骨料降低至45份，相应的增加复合型超细矿物掺合料和复合型碱金属激发剂的质量份数，除抗压指标略低于实施例1外，其余指标优于实施例1，这是因为骨料的硬度是影响混凝土强度的重要因素，基本成正比关系，本发明采用的粒径0.15-2.36mm固废基骨料本身硬度低于天然碎石，减少其掺量，就减小了其缺陷影响，同时增加复合型超细矿物掺合料和复合型碱金属激发剂激发剂掺量，其浆料增多，复合板材的强度主要由水化后的浆体强度决定，在充分激发的情况下，其复合胶凝效应、微集料效应充分发挥，因此综合性能均有所提升。
实施例4
一种煤矸石生态型复合板材，以重量份数计，由以下成分组成：
P.O52.5级水泥16份、复合型超细矿物掺合料13份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料51份、工业副石膏4份、复合型碱金属激发剂6份、生态钢纤维1份、偶联剂1份、有机类防水剂1.5份、高性能减水剂0.5份、水6份。
检测结果：该实施例复合板材拆模后，成型较好，28d抗压强度为58.3MPa，抗折强度为6.2MPa，质量吸水率为3.5%，可见，满足《仿石型混凝土面板和面砖》（JC/T 2604-2021）最低等级要求。
实施例5
一种煤矸石生态型复合板材，以重量份数计，由以下成分组成：
P.O52.5级水泥16份、复合型超细矿物掺合料13份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料49份、工业副石膏4份、复合型碱金属激发剂4.5份、生态钢纤维2份、偶联剂2份、有机类防水剂3份、高性能减水剂0.5份、水6份。
检测结果：该实施例试件复合板材拆模后，成型较好，28d抗压强度为63.1MPa，抗折强度为7.3MPa，质量吸水率1.25%，可见，满足《仿石型混凝土面板和面砖》（JC/T 2604-2021）最低等级要求。
对照例1：
一种煤矸石生态型复合板材，以重量份数计，由以下成分组成：
P.O52.5级水泥14份、复合型超细矿物掺合料15份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料50份、工业副石膏4份、复合型碱金属激发剂4.5份、生态钢纤维2份、偶联剂1份、有机类防水剂3份、高性能减水剂0.5份、水6份。
检测结果：该实施例将P.O52.5级水泥降低至14份，复合板材拆模后，成型较好，无明显的气泡、孔洞、裂纹，也无泛碱等外观质量缺陷，28d抗压强度为56.3MPa，抗折强度为5.9MPa，小于《仿石型混凝土面板和面砖》（JC/T2604-2021）最小等级应不小于6MPa的要求。
该实施例下，P.O52.5级水泥掺量降低，相应的质量份数填补在复合型超细矿物掺合料上，复合型超细矿物掺合料本身活性低，且没有足够的复合型碱金属激发剂活化，尤其没有激发钢渣微粉的活性，导致抗折性能低于标准JC/T 2604-2021的最低要求。
对照例2：
一种煤矸石生态型复合板材，以重量份数计，由以下成分组成：
P.O52.5级水泥16份、复合型超细矿物掺合料9份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料56份、工业副石膏4份、复合型碱金属激发剂3份、生态钢纤维2份、偶联剂1份、有机类防水剂3份、高性能减水剂0.5份、水5.5份。
检测结果：该实施例复合板材拆模后，成型较好，孔洞增多、气泡较大，外观质量缺陷增多，28d抗压强度为47.1MPa，抗折强度为5.4MPa，质量吸水率为2.6%，可见，抗压强度已低于《天然大理石建筑材料》（GB/T19766-2005）最低等级要求，抗折强度指标也已不满足《仿石型混凝土面板和面砖》（JC/T 2604-2021）最低等级要求。
与实施例1相比，该实施例下P.O52.5级水泥掺量不变，粒径0.15-2.36mm固废基骨料增加至56份，相应的减小复合型超细矿物掺合料、复合型碱金属激发剂的质量份数，各项指标均弱于实施例1，已不满足《仿石型混凝土面板和面砖》（JC/T 2604-2021）最低等级要求，这是因为骨料的硬度是影响混凝土强度的重要因素，基本成正比关系，本发明采用的粒径0.15-2.36mm固废基骨料本身硬度低于天然碎石，增加其掺量，就增加了其缺陷影响力，粒径0.15-2.36mm固废骨料掺量增加相应的减少了超细矿物掺合料和激发剂掺量，其浆料减少，裹覆不充分，整体强度下降，因此综合性能均有所降低，粒径0.15-2.36mm固废骨料掺量应控制在一定范围内。
对照例3：
一种煤矸石生态型复合板材，以重量份数计，由以下成分组成：
P.O52.5级水泥16份、复合型超细矿物掺合料13份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料53.5份、工业副石膏4份、复合型碱金属激发剂2份、生态钢纤维2份、偶联剂2份、有机类防水剂2份、高性能减水剂0.5份、水6份。
检测结果：该实施例复合板材拆模后，成型较好，无明显的气泡、孔洞、裂纹，也无泛碱等外观质量缺陷，28d抗压强度为55.3MPa，抗折强度为5.5MPa，可见，抗折强度指标已不满足《仿石型混凝土面板和面砖》（JC/T 2604-2021）最低等级要求。
与实施例1相比，该实施例下复合型超细矿物掺合料、P.O52.5级水泥掺量不变，减小激发剂的质量份数至2份，相应的粒径0.15-2.36mm固废基骨料增加至53.5份，各项指标均弱于实施例1，已不满足《仿石型混凝土面板和面砖》（JC/T 2604-2021）最低等级要求，这是因为超细矿物掺合料活性没有充分发挥，整体强度下降，综合性能均有所降低，因此，复合型碱金属激发剂的掺量应控制在一定范围内。
对照例4：
一种煤矸石生态型复合板材，以重量份数计，由以下成分组成：
P.O52.5级水泥16份、复合型超细矿物掺合料13份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料51.5份、工业副石膏4份、复合型碱金属激发剂4.5份、生态钢纤维0.5份、偶联剂1份、有机类防水剂3份、高性能减水剂0.5份、水6份。
检测结果：该实施例复合板材拆模后，成型较好，28d抗压强度为54.2MPa，抗折强度为5.7MPa，可见，抗折强度指标已不满足《仿石型混凝土面板和面砖》（JC/T 2604-2021）最低等级要求。
与实施例1相比，该实施例下生态钢纤维减少，粒径0.15-2.36mm固废基骨料增加至51.5份，这是因为生态钢纤维掺量小，各向无法形成穿插、相互拉结，导致煤矸石生态型复合板材的延性和抗拉性能降低。因此，生态钢纤维的掺量应控制在一定范围内。
对照例5：
一种煤矸石生态型复合板材，以重量份数计，由以下成分组成：
P.O52.5级水泥16份、复合型超细矿物掺合料13份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料52份、工业副石膏4份、复合型碱金属激发剂4.5份、偶联剂1份、有机类防水剂3份、高性能减水剂0.5份、水6份。
检测结果：该实施例复合板材拆模后，成型较好，28d抗压强度为51.3MPa，抗折强度为5.3MPa，可见，抗折强度指标已不满足《仿石型混凝土面板和面砖》（JC/T 2604-2021）最低等级要求。
与实施例1相比，该实施例下未掺加生态钢纤维，粒径0.15-2.36mm固废基骨料增加至52份，这是因为煤矸石骨料自身强度低，与浆体的界面结合力也较弱，抗折强度主要来自于胶结材料及其与骨料的界面结构，虽抗压强度符合现行标准《天然大理石建筑材料》（GB/T19766-2005）要求，但抗折强度达不到要求。因此，本发明必须掺加一定量的生态钢纤维，形成性能符合要求的复合型板材。
对照例6：
一种煤矸石生态型复合板材，以重量份数计，由以下成分组成：
P.O52.5级水泥16份、复合型超细矿物掺合料13份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料52份、工业副石膏2份、复合型碱金属激发剂4.5份、生态钢纤维2份、偶联剂1份、有机类防水剂3份、高性能减水剂0.5份、水6份。
检测结果：该实施例试件复合板材拆模后，成型较好，28d抗压强度为54.9MPa，抗折强度为5.8MPa，质量吸水率为3.38%，可见，抗折强度指标已不满足《仿石型混凝土面板和面砖》（JC/T 2604-2021）最低等级要求。
与实施例1相比，该实施例下降低工业副石膏掺量至2份，粒径0.15-2.36mm固废基骨料增加至52份，工业副石膏作为硫酸盐激发剂，可与矿渣、粉煤灰、钢渣微粉形成AFt，足够的棒状的AFt晶体穿插在硅酸钙晶体结构中，使得整个混凝土结构更加致密，本实施例工业副石膏掺量降低，AFt的填充增强作用减弱，抗压强度虽能达到《天然大理石建筑材料》（GB/T19766-2005）的最低等级要求，但抗折强度低于现行标准，因此，煤矸石制备复合板材必须有足够的硫酸盐激发剂。
对照例7：
一种煤矸石生态型复合板材，以重量份数计，由以下成分组成：
P.O52.5级水泥16份、复合型超细矿物掺合料13份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料48份、工业副石膏6份、复合型碱金属激发剂4.5份、生态钢纤维2份、偶联剂1份、有机类防水剂3份、高性能减水剂0.5份、水6份。
检测结果：该实施例试件复合板材拆模后，成型较好，28d抗压强度为52.6MPa，抗折强度为5.7MPa，可见，抗折强度指标已不满足《仿石型混凝土面板和面砖》（JC/T 2604-2021）最低等级要求。
与实施例12相比，该实施例下工业副石膏掺量增加至6份，粒径0.15-2.36mm固废基骨料减小至48份，工业副石膏作为硫酸盐激发剂，可与矿渣、粉煤灰、钢渣微粉形成AFt，AFt的生成带来体系的适当膨胀，可减小混凝土水化反应带来的干缩、温缩变形，但工业副石膏掺量较多时，将影响P.O52.5级水泥的水化和凝结时间，引起强度降低。因此，工业副石膏的掺量必须合理控制，最高不得超过6%。
对照例8：
一种煤矸石生态型复合板材，以重量份数计，由以下成分组成：
P.O52.5级水泥16份、复合型超细矿物掺合料13份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料51份、工业副石膏4份、复合型碱金属激发剂4.5份、生态钢纤维2份、偶联剂1份、有机类防水剂3份、高性能减水剂0.5份、水4份。
检测结果：该实施例试件复合板材拆模后，成型较差，局部松散，这是因为混凝土的和易性较差，因此，拌和用水掺量不得过少。
对照例9：
一种煤矸石生态型复合板材，以重量份数计，由以下成分组成：
P.O52.5级水泥16份、复合型超细矿物掺合料13份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料48份、工业副石膏4份、复合型碱金属激发剂4.5份、生态钢纤维2份、偶联剂1份、有机类防水剂3份、高性能减水剂0.5份、水8份。
检测结果：该实施例试件在振压成型中出现泌水现象，不利于生产，因此，拌和用水掺量不得过多。
对照例10：
一种煤矸石生态型复合板材，以重量份数计，由以下成分组成：
P.O52.5级水泥16份、复合型超细矿物掺合料13份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料50.5份、工业副石膏4份、复合型碱金属激发剂4.5份、生态钢纤维2份、偶联剂1份、有机类防水剂3份、水6份。
检测结果：该实施例中拌和用水掺量不变，不加高性能减水剂，混凝土出现松散现象，成型不良，不利于大规模生产，主要是粒径0.15-2.36mm固废基骨料吸水率较天然骨料大，因此，生产中必须添加适量的高性能减水剂，以满足必要的和易性。
对照例11：
一种煤矸石生态型复合板材，以重量份数计，由以下成分组成：
P.O52.5级水泥16份、复合型超细矿物掺合料13份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料49.5份、工业副石膏4份、复合型碱金属激发剂4.5份、生态钢纤维2份、偶联剂1份、有机类防水剂3份、高性能减水剂1份、水6份。
检测结果：该实施例中拌和用水掺量不变，高性能减水剂掺量增加至2份，振压成型中板材底部出现轻微泌水现象，不利于大规模生产，鉴于此，生产中必须添加适量的高性能减水剂，以满足必要的和易性。
对照例12：
一种煤矸石生态型复合板材，以重量份数计，由以下成分组成：
P.O52.5级水泥16份、复合型超细矿物掺合料13份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料51份、工业副石膏4份、复合型碱金属激发剂4.5份、生态钢纤维2份、有机类防水剂3份、高性能减水剂0.5份、水6份。
检测结果：该实施例试件复合板材拆模后，成型较好，28d抗压强度为55.7MPa，抗折强度为5.8MPa，可见，抗折强度指标已不满足《仿石型混凝土面板和面砖》（JC/T 2604-2021）最低等级要求。
与实施例1相比，该实施例下不掺加偶联剂，该发明中煤矸石中含有一定的炭和其他有机物，浆体与煤矸石骨料界面结合较为薄弱，导致抗折强度降低。因此，适当的添加偶联剂是有利于提高界面结构强度的。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种煤矸石生态型复合板材，其特征在于：以重量份数计，包括以下成分：P.O52.5级水泥16-18份、复合型超细矿物掺合料11-16份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料45-51份、工业副石膏3-5份、复合型碱金属激发剂4.5-6.5份、生态钢纤维1-2份、偶联剂1-2份、有机类防水剂1.5-3份、高性能减水剂0.3-0.8份、水6份；所述的粒径0.15-2.36mm固废基骨料以重量份数计，包括红矸石30-40份，黑矸石30-40份，钢渣20-40份；所述的生态钢纤维直径为0.8-1.2mm，生态钢纤维长度为12-14mm；所述复合型碱金属激发剂以重量份数计，包括碱金属硅酸盐70份、碱金属氢氧化物22份、硫酸盐8份；所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钠；所述的碱金属硅酸盐为硅酸钾；所述的硫酸盐为硫酸铝；所述的有机类防水剂为甲基硅酸钠与聚丙烯酸酯乳液的混合物，有机类防水剂以重量份数计包括10份甲基硅酸钠和90份聚丙烯酸酯乳液；甲基硅酸钠的硅酮的质量含量为65%，甲基硅酸钠的固含量≥98%；聚丙烯酸酯乳液为固含量为38-41%且粘度为11-16S的NBS共聚体-聚丙烯酸酯乳液。
2.根据权利要求1所述的煤矸石生态型复合板材，其特征在于：以重量份数计，包括以下成分：P.O52.5级水泥16份、复合型超细矿物掺合料13份、粒径0.15-2.36mm固废基骨料50份、工业副石膏4份、复合型碱金属激发剂4.5份、生态钢纤维2份、偶联剂1份、有机类防水剂3份、高性能减水剂0.5份、水6份。
3.根据权利要求1所述的煤矸石生态型复合板材，其特征在于：所述复合型超细矿物掺合料以重量份数计，包括高炉矿渣粉40份、粉煤灰15份、钢渣微粉30份、石英粉15份；高炉矿渣粉比表面积为440-460m2/kg；粉煤灰为烧失量在3%以内的I级粉煤灰；钢渣微粉细度在500-600目；石英粉细度在1000-2000目。
4.根据权利要求1所述的煤矸石生态型复合板材，其特征在于：所述的粒径0.15-2.36mm固废基骨料以重量份数计，包括红矸石35份，黑矸石35份，钢渣30份。
5.根据权利要求1所述的煤矸石生态型复合板材，其特征在于：所述工业副石膏为脱硫石膏、钛石膏或磷石膏当中的任意一种；所述的工业副石膏须在50℃±5℃条件下烘干至少6h，直至1h内质量损失不超过1%。
6.根据权利要求1所述的煤矸石生态型复合板材，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550，所述偶联剂所含3-氨丙基三乙氧基硅烷纯度≥98%；所述的高性能减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂、氨基磺酸盐减水剂当中的任意一种，所述的高性能减水剂的减水率≥20%。
7.如权利要求1-6中任何一项所述的煤矸石生态型复合板材的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1：分别制取粒径0.15-2.36mm固废基骨料、复合型碱金属激发剂、复合型超细矿物掺合料、有机类防水剂和生态型钢纤维待用，其余原材料准备到位；
S2：将有机类防水剂和应加水总量1/3的水进行混合后，搅拌后得到拌和溶液a；将复合型碱金属激发剂、高性能减水剂、偶联剂和应加水总量2/3的水进行混合、溶解后，搅拌后得到拌和溶液b；
S3：将粒径0.15-2.36mm固废基骨料投放到振动式搅拌机，同时以雾喷方式加入拌和溶液a，搅拌至少60s；
S4：同时加入P.O52.5级水泥、复合型超细矿物掺合料、工业副石膏，搅拌搅拌至少30s后，加入拌和溶液b，继续搅拌至少90s后，得到均质的煤矸石混合料；
S5：将生态钢纤维投入到煤矸石混合料中，搅拌至少60s后，得到煤矸石生态型混合料；
S6：将煤矸石生态型混合料放入振压成型机模具中，振压成型、蒸汽养护8-10h，蒸养温度控制在90℃±5℃，然后移出蒸养室，覆盖塑料膜后自然养生至少7d，即可得到煤矸石生态型复合板材。
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