專利名稱：：焙燒粉煤灰煤矸石實心墻體保溫磚的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種墻體材料，具體地說是焙燒粉煤灰煤矸石保溫磚。
背景技術：
：長期以來，粘土實心磚作為建筑行業用量最大最重要的墻體材料，每年不僅毀壞大量土地，而且破壞了生態環境。現有生產墻體磚的技術，大部分仍停留在100%利用粘土焙燒，而且焙燒溫度在100(TC以上，焙燒周期長達一周。現有市場上新型利用廢棄物生產的磚，幾乎所有產品原料中僅部分利用固體廢棄物，產品質量和性能指標達不到好的性能要求，并且生產工藝配方復雜，需要外摻改性劑，一定程度上不能做為大宗建筑材料大范圍使用；而且耐久性性能差，更沒有實現節能材料性能要求。目前燒結粉煤灰磚，摻粉煤灰的比例只能達到40%，個別需加高塑性外加劑，摻粉煤灰比例才達50%，仍不能達到大量使用工業廢渣生產安全建筑材料的目的。目前市場上廣泛使用的蒸壓粉煤灰磚，由于生產過程中采用15(TC左右的溫度蒸壓而成，產品中的Si02含量是造成釷系衰變子體和鉀-40產生輻射的主要源頭，所以這類產品在使用過程中二次污染問題已經引起專家們的高度關注。
發明內容本發明旨在提供一種高強、低溫焙燒、保溫性能好、固體廢棄物利用率高的焙燒粉煤灰煤矸石實心墻體保溫磚(簡稱新型FM保溫磚)。實現上述目的的技術方案如下焙燒粉煤灰煤矸石實心墻體保溫磚，其特征在于包括下列重量份的原料粉煤灰60份煤矸石35份膨潤土5份膨脹珍珠巖5份水25-35份；煤奸石破碎為粒度為《3mm,粉煤灰為火力發電廠出廠原灰，膨脹珍珠巖粒度《2mm,膨潤土為出廠原土，膨脹珍珠巖重量份為前三者重量份總和的5%。焙燒粉煤灰煤矸石實心墻體保溫磚的制備方法，包括按上述配方配料，混合攪拌，振實成型，烘干，陳腐，焙燒，冷卻后得成品，其特點在于所述產品的原料組成中95%為礦渣廢棄物，且不需添加任何外加劑；焙燒工藝的焙燒溫度900-1000°C，焙燒時間24小時，電爐或隧道窯一次燒成。粉煤灰、煤矸石的化學成分如下表l粉煤灰的化學成分<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>表2粉煤灰的物理性質<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>表3煤矸石的化學成分Tab.3ChemicalCompositionofcoeilg肌gue<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>本發明保溫磚性能優良，其原材料95%利用固體廢棄物外加5%膨脹珍珠巖保溫材料生產實心墻體保溫磚。該產品單塊強度達到優等實心粘土磚MU30優等標準。具有導熱系數為0.400W/(rrrK)，具有高強、低溫焙燒、保溫性能好、耐酸、耐堿、的特點，同時新型FM保溫磚還具有外觀密實，顏色鮮紅美觀，孔洞率低，吸水率低的性能特點(具體見實驗結果)。新型FM保溫磚保溫隔熱，耐ffl值為4一5酸侵蝕兩周發生質量損失為0.87%，遠優于國標值，且具有可承重等優點，可以取代傳統的實心粘土磚，達到節能，節地，利廢的目的。產品焙燒溫度950。C，低于實心粘土磚105(TC的焙燒溫度。產品使用后無二次污染，具有環境安全性，有大規模開發的技術應用價值。所謂一次污染物，即在自然條件的作用下，改變了原有性質，特別是那些反應性較強的物質，性質極不穩定，容易發生化學反應，而產生新的污染物，即出現二次污染。建筑材料的二次污染主要是考慮工業廢渣在利用過程中的是否出現放射性，用放射性的材料作為居室裝飾材料時會對人們健康有影響，粉煤灰和煤矸石中的放射性大小與原料中Si02的含量有直接關系，產生輻射主要是釷系衰變子體和鉀-40，本發明研制產品是95(TC焙燒后的產品，原料中的Si02焙燒后發生晶相反應，產生輻射的源頭已經消失，完全可以替代傳統黏土磚的使用。本發明保溫磚的實驗結果分析研究結果表明當粉煤灰和煤矸石的摻量比達到60%:35%時，未摻保溫材料制品的抗壓強度達到了33.75MPa，摻保溫材料制品的抗壓強度也達到了29.25Mpa，強度已達到普通粘土磚MU30水平；導熱系數為0.400W/(m，K)，低于普通粘土磚的導熱系數(0.78W/(m'K));體積密度為0.953g/cm3，低于一般重質粘土磚的體積密度(2.l—2.2g/cm力，僅相當于一般輕質粘土磚的體積密度(0.4—1.3g/cm3)。結果顯示所制備的材料不僅質量輕、保溫性能良好，而且強度比較高。本發明保溫磚的耐久性能實驗對本發明新型FM保溫磚做耐凍性試驗(耐凍性試驗根據國家標準《燒結普通磚》(GB5101—2000)進行)、耐酸(在ra=4的稀貼04溶液中浸泡24小時)、耐堿(在PH二8的NaOH溶液中浸泡24小時)分析，考察新型FM保溫磚的性能，結果見表5和表表5FM保溫磚耐酸、堿、凍性能測試結果Tab.5ExperimentalresultsofFMperform肌ce-l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表6FM耐酸、堿、凍性能測試結果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本發明保溫磚與部分墻體材料性能對比如下，見表7、表8、表9和表10:表7本發明保溫磚與部分墻體材料性能對比Tab.7FMPerformancecomparison<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表8燒結普通磚的強度等級(MPa)Tab.8Theratingofstrengthofthesinteringordinarybrick<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表10FM保溫磚與粘土磚生產能耗對比表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>參照上述標準，進行性能分析如下A抗凍性磚的密實程度是決定耐久性的主要因素之一，由于磚的內部孔隙會在砌筑時吸水，這些水分結冰時體積發生膨脹較大，達到9%，這是磚受凍害的直接原因磚的孔徑大小是影響磚抗凍性的重要參數。對于孔壁光滑，孔徑在40100微米的燒結磚，有良好的抗凍性，DondiM等提出以孔隙率的大小和大于3微米孔的多少作為耐久性指數來衡量磚的抗凍性，耐久性指數越高，抗凍性越好。與普通粘土磚的質量要求相比較，本發明保溫磚磚經15次凍融循環后，外觀仍完整，抗壓強度已然能達到23.5MPa,重量損失小于2.0%，試驗結果顯示本發明保溫磚具有良好的抗凍性能。B強度新型FM保溫磚的抗折抗壓強度，主要根據生產工藝、配方和水化水熱合成反應方式以及建筑需要來決定。根據中華人民共和國建材行業標準(JC239—2001)規定，抗折強度平均值在2.56.2MPa之間，抗壓強度在1030MPa之間。將本發明保溫磚試驗結果與部分新型墻體材料內控技術指標對比，無論是強度，還是導熱系數，制成品的性能都優于普通燒結磚，已達到國家建材行業標準(JC239—2001)優等水平。本發明保溫磚成品紅色、表面光滑平整有微小孔隙和裂紋，敲擊聲清脆。C、耐久性能本發明保溫磚的耐久性能包括耐酸、耐堿、耐凍等性能指標，實驗結果如表5、6、7、8、9所示，結果顯示本發明保溫磚強度損失小于10%，耐久性能優良。D、保溫磚導熱系數的測定導熱系數是通過材料本身熱量傳導能力大小的量度，它受本身物質構成構成、孔隙率、材料所處環境的溫、濕度及熱流方向的影響。(l)材料的導熱系數受自身組成物質的化學組成和分子結構的影響。化學組成和分子結構比較簡單的物質比結構復雜的物質有較大的導熱系數。(2)孔隙率由于固體物質的導熱系數比空氣的導熱系數大得多，因此，材料的孔隙率越大，一般來說，材料的導熱系數就越小。導熱的系數不僅與孔隙率有關，而且還與孔隙的大小、分布、性狀及連通狀況有關。導熱系數是衡量材料隔熱性能的具體指標，本發明保溫磚導熱系數的測定采用TC-II導熱系數測定儀，利用傅立葉導熱定律原理測定的。測定本發明保溫磚的導熱系數為0.400W/(m'K)，屬于性能良好的保溫材料。本發明保溫磚性能優良的微觀結構分析本發明保溫磚的XRD衍射成分分析圖1是新型FM保溫磚的XRD圖譜，從圖1和圖2的對比分析可見比較焙燒磚與粉煤灰、煤矸石的XRD圖譜，可以看出FM保溫磚的石英峰值明顯高于粉煤灰的石英峰值，主要是FM保溫磚煅燒過程中，煤矸石中的碳被燃燒，而高嶺石和白云母脫去一OH,生成無定形物質，致使石英晶體含量相對總晶體提高。29:20°40°范圍內出現的彌散峰較大，這主要是粉煤灰引入大量玻璃相所致，相比煤矸石XRD圖，FM保溫磚圖在CAS2峰高增大，粘土中含有較多的低熔雜質，在此溫度下與粉煤灰發生作用，并且煤矸石中原有的CAS2成為晶種，使粉煤灰中的玻璃相析晶，由原來的110(TC提前到900。C左右；粉煤灰XRD圖中在26:15°35°的區域出現的較寬大衍射特征峰，在FM保溫磚圖中消失，表明燒成后的粉煤灰中存在的玻璃體已經轉化為晶態物質。粉煤灰玻璃體在升溫及降溫過程中，一方面有晶相化的可能，重新結晶形成莫來石；另一方面，玻璃體直接參與粘土質成分的共融，形成共融體，在高溫作用下FM保溫磚發生一系列理化反應，使粘土和粉煤灰都失去本身的塑性，原料鋁，鐵，鈣，鎂，鉀，鈉等氧化物與硅氧化物結合形成復雜的硅酸鹽共熔物，在磚坯中產生液相，熔化的玻璃體也把未熔顆粒包裹起來，相互牢固地粘結在一起。在冷卻時重新結晶形成穩定的莫來石晶格，產生很高的力學強度。本發明保溫磚SEM形貌結構觀察圖4(A、B)是FM保溫磚未摻保溫材料膨脹珍珠巖的SEM掃描圖片，從圖中非常清晰的看見球體狀的實心玻璃珠。呈球體的只有實心玻璃珠、空心玻珠、厚壁微珠。但焙燒溫度為95(TC，這時空心玻珠、厚壁微珠已爆破。從圖可見已破裂的空心玻珠、厚壁微珠及形似蜂窩的多孔玻璃體。圖片可見實心玻璃珠非常多但處于比較疏松的狀態，鑲嵌或浮于其他物質之間或表面。圖4(B)呈六方薄片狀，瓦片狀的鱗石英呈層狀排布，實心玻珠浮于或鑲嵌于石英及板狀鈣長石表面，從中也可看見粒狀的莫來石少量的纖維狀硅灰石。粘性玻璃體幾乎包住了所有的原料顆粒及燒結過程中所產生的新物質，緊緊把它們包裹或粘接在一起，類似于構成比較結實的內部結構，使得磚結構加強，測試抗壓強度結果高達33.75MPa，超過MU30。圖4(C、D)是摻保溫材料后B7試樣SEM照片。由于加入膨脹珍珠巖從而影響了粉煤灰燒結磚的內部結構，燒結磚的致密度下降，可看見珠狀鈹晶的珍珠巖，圖4(C)可看見多孔狀的珍珠巖；圖4(D)可看見塊狀、浮石狀珍珠巖，由于有塊狀、浮石狀的珍珠巖從而使結構不密實出現孔洞，相比不摻珍珠巖強度下降，強度為30.25MPa仍達到優等粘土磚的強度等級。本發明保溫磚的TGA-DTA熱形成機理分析圖5是FM保溫磚的熱形成機理圖。從熱重曲線見FM保溫磚有兩個明顯的放熱峰，第一個對應478.88°C，第二個對應1174.59°C，因為珍珠巖中72%78%為無定形Si02，這些游離的Si02具有很高的化學反應活性，與焙燒過程中生成的其他礦物質反應，膨脹珍珠巖的加入使得在高溫產生更多的玻璃相，同時降低了液相出現的溫度。由于試驗過程中載氣為空氣，樣品料中部分化學成分與空氣中的C02等發生化合反應，使得總重量稍微增加，膨脹珍珠巖的加入增大了活化粒子的數目，提高了化合空氣中C02等氣體的化合能力，樣品B7在室溫90CTC的區間無論是生成新的硅酸鹽礦物還是再結晶，都是放熱的化學反應過程。由于粉煤灰不參與吸熱的分解反應，坯體升溫較快，加速了粘土中礦物質的分解速度，當溫度達到80(TC以上時，由于粘土原料的分解吸熱效應的作用已經微乎其微，而粉煤灰預分解礦物參與的放熱化學反應加劇，強化了放熱反應，盡管存在各種散熱損失，但并不能有效地抵消粉煤灰預分解礦物化學反應的放熱效應，致使坯體溫度快速升高，圖譜顯示出很明顯的放熱峰。在900'C1200'C的區間隨著溫度的升高，坯體吸熱開始熔融玻化，發生晶型轉變，導致材料強度提高。本發明保溫磚的主要優點是強度高達到實心粘土磚MU30的優等標準；導熱系數為0.400W/(m'K)，低于0.78W/(m，K)的國家標準對隔熱材料的定義；抗凍性好；干縮系數為0.15mm/m;和易性好；耐酸堿性能好。本發明保溫磚與現有技術相比所具有的優點積極發展節能、節地、利廢的FM保溫磚代替傳統的實心粘土磚，對于轉變經濟增長方式，促進我國建材業和建筑業技術進步，具有顯著的社會效益和經濟效益。FM保溫磚主要的性能優點是(l)粉煤灰摻量達到目前國內焙燒粉煤灰的最高摻比65%,而且沒有添加任何外加劑，塑性材料只摻5%的膨潤土，打破了目前國內焙燒粉煤灰磚仍需摻30%-70%的黏土原料，仍然浪費土地的缺點；(2)焙燒工藝簡單,只需在成型過程中添加振實成型的設備即可，一次燒成，可以用小型焙燒隧道窯代替；(3)產品生產和使用過程中無二次污染,性能優越；(4)本發明保溫磚僅摻5%的膨脹珍珠巖作為保溫材料，導熱系數卻優于空心粉煤灰磚；(5)強度指標達到優等黏土磚的MU30標準；(6)本發明保溫磚95%原料采用工業廢渣，是目前焙燒磚利用固體廢棄物的國內之最。我國煤炭資源豐富，火力發電廠粉煤灰排放量巨大，粉煤灰中有殘余的未燃盡碳，內部存在大量的玻璃體，可以降低焙燒溫度實現節能。利用固體廢棄物在原有生產粘土實心磚企業的設備和生產場地的基礎上，經過適當的更新改造和工藝調整，就可以生產具有保溫、隔熱的優質新型墻體材料。本發明保溫磚的未來應用會對保護耕地，節約能源，變廢為寶，治理污染，改善建筑材料功能，提高住宅質量，推進住宅產業現代化具有重要的現實意義。本發明保溫磚，生產工藝簡單，易操作，生產設備便宜。可以根據市場對產品形狀的需求，采取不同的目前生產建筑砌塊的設備滿足客戶需求。本發明保溫磚未摻保溫材料抗壓強度達到33.75MPa，摻保溫材料抗壓強度達到29.25MPa，強度達到普通粘土磚MU30優等水平；導熱系數為0.400W/(m'K)，低于普通粘土磚的導熱系數;體積密度為0.953g/cm3，低于一般重質粘土磚體積密度[2.1—2.2(g/cm3)]，僅相當于輕質粘土磚的體積密度。本發明新型FM保溫磚，不僅質量輕、保溫性能良好、強度高，而且所采用的原料95%來自工業廢棄物，是充分利用廢渣、廢料、節約能源、保護耕地、減少污染，改善建筑材料功能的成功實踐，具有重大的社會經濟效益。本發明保溫磚以其優越的品質一定會成為未來節能保溫墻體材料的替代品，它的發明和生產應用，將會是建筑材料領域的亮點，是建筑節能理想的環保綠色墻體材料，使用后無二次污染，具有廣闊的市場前景。圖1為本發明保溫磚的XRD圖譜，圖2為粉煤灰與本發明保溫磚的XRD圖譜比較，圖3為煤矸石與本發明保溫磚的XRD圖譜比較，圖4為本發明保溫磚的掃描電鏡照片(A、B、C、D)圖，圖5為本發明保溫磚TGA-DTA曲線圖。具體實施例方式下面結合實施例，對本發明作進一步地描述。實施例1:取下列原料粉煤灰60份、煤矸石35份、膨潤土5份、膨脹珍珠巖5份和水25-35份。將煤矸石破碎為粒度為《3mm，粉煤灰為火力發電廠出廠原灰，膨脹珍珠巖粒度《2mm,膨潤土為出廠原土。本發明保溫磚主要利用固體廢棄物粉煤灰和煤矸石為主要原料，加入膨潤土為粘結劑，膨脹珍珠巖為保溫材料；經配料、攪拌、成型、陳腐、干燥、低溫焙燒而成。本發明保溫磚工藝條件焙燒溫度:950。C土5(TC、焙燒周期:24h。具體工藝過程即破碎、配料、振實成型、烘干、陳腐、焙燒、冷卻后即成品。破碎煤矸石采用鄂式破碎機，粉煤灰采用火力發電廠出廠原灰；將原料配好加水攪拌，在JJ-5型水泥膠砂攪拌機里攪拌，邊攪拌邊加水，加水總量為原料總量的25%—35%，攪拌好后倒入模具中，在ZS-15型水泥膠砂振實臺上振實成型(這一工藝過程完全可以用生產實心黏土磚的機械代替);采用實心粘土磚生產機自動切條、切坯、機械碼坯、運坯；成型后在設置60'C的烘干箱中烘干2小時(可以自然干燥兩天即可)；也可用窯爐余熱干燥坯件；將陳腐四天即可的坯件入窯焙燒，焙燒溫度950°C土50'C，燒成周期為24小時，自然冷卻出窯即為成品。權利要求1、焙燒粉煤灰煤矸石實心墻體保溫磚，其特征在于包括下列重量份的原料粉煤灰60份煤矸石35份膨潤土5份膨脹珍珠巖5份水25-35份上述原料中粉煤灰為出廠原灰，膨潤土為出廠原土，煤矸石破碎后粒度小于3毫米，膨脹珍珠巖粒度小于2毫米。2、根據權利要求1所述的焙燒粉煤灰煤矸石實心墻體保溫磚的制備方法，包括按上述配方配料，混合攪拌，振實成型，烘干，陳腐，焙燒，冷卻后得成品，其特征在于:所述產品的原料組成中95%為礦渣廢棄物，且不需添加任何外加劑；焙燒工藝的焙燒溫度900-1000'C，焙燒時間24小時，電爐或隧道窯一次燒成。全文摘要本發明涉及一種焙燒粉煤灰煤矸石實心墻體保溫磚，包括下列重量份的原料粉煤灰60份、煤矸石35份、膨潤土5份、膨脹珍珠巖5份和水25-35份。本發明保溫磚，不僅質量輕、保溫性能良好、強度高，而且所采用的原料95％來自工業廢棄物，焙燒粉煤灰的最高摻比達60％，產品焙燒溫度950℃，低于實心粘土磚1050℃的焙燒溫度；該保溫磚強度高達到實心粘土磚MU30的優等標準；導熱系數為0.400W/(m·K)，低于0.78W/(m·K)的國家標準對隔熱材料的定義；抗凍性好；干縮系數為0.15mm/m；和易性好；耐酸堿性能好；充分利用廢渣、廢料、節約能源、保護耕地、減少污染，具有重大的社會經濟效益。文檔編號C04B33/13GK101279839SQ20081002034公開日2008年10月8日申請日期2008年3月3日優先權日2008年3月3日發明者徐子芳申請人:徐子芳