本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤矸石免燒磚及其制備方法。
背景技術(shù)：
煤矸石是采煤過(guò)程和洗煤過(guò)程中排放的固體廢棄物，是一種在成煤過(guò)程中與煤層伴生的含碳量較低、比煤堅(jiān)硬的黑灰色巖石，包括巷道掘進(jìn)過(guò)程中的掘進(jìn)矸石、采掘過(guò)程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過(guò)程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al2O3、SiO2，另外還含有數(shù)量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素(鎵、釩、鈦、鈷)。煤矸石大量堆存占據(jù)大量的土地，露天堆放還會(huì)造成造成粉塵飛揚(yáng)，嚴(yán)重破壞周?chē)鷳B(tài)環(huán)境，造成對(duì)空氣、土壤、水系的污染和危害，且極易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。此外，煤矸石山經(jīng)常發(fā)生自燃，不僅浪費(fèi)資源，且產(chǎn)生大量煙塵和有害氣體。自燃的煤矸石山在一定條件下還會(huì)發(fā)生爆燃，誘發(fā)矸石山崩塌與滑坡，直接危害附近的建筑設(shè)施和人身安全。
公開(kāi)號(hào)為CN102765914A的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種建筑垃圾免燒磚，由以下原料按重量份數(shù)制成：建筑垃圾破碎料30-57份、煤矸石顆粒25-50份、水泥8-15份、粉煤灰3-18份、羥硅密封固化劑0.01-0.025份以及水8-12份。通過(guò)利用建筑垃圾、廢磚瓦、廢瓷器等固體廢棄物資源，將其篩分，去除雜物后進(jìn)行粉碎處理，使建筑垃圾成為建筑材料，并制成不同規(guī)格的空心砌塊。制得的免燒磚抗凍差，收縮率高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種抗凍性好、收縮率低的煤矸石免燒磚。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
煤矸石免燒磚，由以下質(zhì)量份原料制備而成：普通硅酸鹽水泥12-16份、煤矸石22-25份、粉煤灰4-7份、減水劑0.03-0.05份、電石渣6-9份、河沙5-7份和水13-16份。
所述普通硅酸鹽水泥是由硅酸鹽水泥熟料、5％-20％的混合材料及適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。具有強(qiáng)度高、水化熱大，抗凍性好、干縮小，耐磨性較好、抗碳化性較好、耐腐蝕性差、不耐高溫的特性。
所述煤矸石是采煤過(guò)程和洗煤過(guò)程中排放的固體廢棄物，是一種在成煤過(guò)程中與煤層伴生的含碳量較低、比煤堅(jiān)硬的黑灰色巖石，包括巷道掘進(jìn)過(guò)程中的掘進(jìn)矸石、采掘過(guò)程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過(guò)程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al2O3、SiO2，另外還含有數(shù)量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素(鎵、釩、鈦、鈷)。
所述粉煤灰是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來(lái)的細(xì)灰，粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物。我國(guó)火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。粉煤灰顆粒呈多孔型蜂窩狀組織，比表面積較大，具有較高的吸附活性，顆粒的粒徑范圍為0.5-300μm。并且珠壁具有多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率高達(dá)50％—80％，有很強(qiáng)的吸水性。
所述減水劑是一種在維持混凝土坍落度不變的條件下，能減少拌合用水量的混凝土外加劑。加入混凝土拌合物后對(duì)水泥顆粒有分散作用，能改善其工作性，減少單位用水量，改善混凝土拌合物的流動(dòng)性；或減少單位水泥用量，節(jié)約水泥。
所述電石渣是電石水解獲取乙炔氣后的以氫氧化鈣為主要成分的廢渣。
所述河沙是天然石在自然狀態(tài)下，經(jīng)水的作用力長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)沖撞、摩擦產(chǎn)生的，其成份較為復(fù)雜、表面有一定光滑性，雜質(zhì)含量多的非金屬礦石。河沙顆粒圓滑，比較潔凈，來(lái)源廣。
進(jìn)一步，所述普通硅酸鹽水泥為425R普通硅酸鹽水泥。
進(jìn)一步，所述煤矸石為粘土巖類(lèi)煤矸石。
進(jìn)一步，所述粉煤灰為II級(jí)粉煤灰。
所述II級(jí)粉煤灰為符合《GB/T 1596-2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰》關(guān)于II級(jí)粉煤灰相關(guān)規(guī)定的粉煤灰。
進(jìn)一步，所述減水劑由木質(zhì)素磺酸鹽和聚丙烯酸酯接枝共聚物按照2:3的質(zhì)量比組成。
所述木質(zhì)素磺酸鹽又稱(chēng)磺化木質(zhì)素，是亞硫酸鹽法造紙木漿的副產(chǎn)品，可用作混凝土減水劑、耐火材料、陶瓷等。用石灰、氯化鈣、堿式醋酸鉛等沉淀劑，經(jīng)過(guò)沉淀、分離、烘干等工藝而制得。本申請(qǐng)的木質(zhì)素磺酸鹽為木質(zhì)素磺酸鈉。
進(jìn)一步，所述河沙的粒徑為0.075-0.1mm。
所述粒徑即當(dāng)被測(cè)顆粒的某種物理特性或物理行為與某一直徑的同質(zhì)球體(或組合)最相近時(shí)，就把該球體的直徑(或組合)作為被測(cè)顆粒的等效粒徑(或粒度分布)。
本發(fā)明的目的還在于保護(hù)所述煤矸石免燒磚的制備方法，其具體步驟為：
A.預(yù)處理：將普通硅酸鹽水泥、煤矸石、粉煤灰、減水劑、電石渣分別進(jìn)行破碎和粉碎；
B.配料：將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、減水劑、煤矸石、未經(jīng)過(guò)預(yù)處理的河沙和經(jīng)過(guò)預(yù)處理的電石渣依次加入混料機(jī)中，然后加入水，攪拌；
C.成型：將步驟B所得混合物置于制磚機(jī)中擠壓成型，得到磚坯；
D.養(yǎng)護(hù)：將磚坯進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，即得所述煤矸石免燒磚。
進(jìn)一步，步驟A所述破碎過(guò)程中普通硅酸鹽水泥、煤矸石、粉煤灰、減水劑和電石渣的破碎比分別為1.8、2.1、1.5、2.5、3.2。
所述破碎比是衡量破碎機(jī)的破碎效果，是原料粒度與破碎后產(chǎn)品粒度之比。
進(jìn)一步，步驟A所述粉碎是指將普通硅酸鹽水泥、煤矸石、粉煤灰、減水劑和電石渣粉碎至粒徑為1-1.5mm。
進(jìn)一步，步驟B所述攪拌是指于350-450轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下攪拌13-16分鐘。
進(jìn)一步，步驟C所述壓制過(guò)程的壓力為34-37MPa。
進(jìn)一步，步驟C所述磚坯的規(guī)格為240mm×115mm×53mm。
進(jìn)一步，步驟D所述蒸汽養(yǎng)護(hù)的溫度為31-35℃，壓力為1.2-1.5MPa，時(shí)間為6-9小時(shí)。
本發(fā)明的有益效果在于：
本申請(qǐng)以煤矸石、電石渣為原料，實(shí)現(xiàn)了資源的回收再利用。本發(fā)明的生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。制得的免燒磚抗凍性好、收縮率低、密度小、抗壓強(qiáng)度高。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限定本發(fā)明的范圍。優(yōu)選實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件。
實(shí)施例1
煤矸石免燒磚，由以下原料制備而成：425R普通硅酸鹽水泥16kg、粘土巖類(lèi)煤矸石25kg、II級(jí)粉煤灰4kg、木質(zhì)素磺酸鈉0.02kg、聚丙烯酸酯接枝共聚物0.03kg、電石渣9kg、粒徑為0.075-0.1mm的河沙7kg和水13kg。
所述煤矸石免燒磚的制備方法為：
A.預(yù)處理：將普通硅酸鹽水泥、煤矸石、粉煤灰、木質(zhì)素磺酸鈉、聚丙烯酸酯接枝共聚物、電石渣分別進(jìn)行破碎(425R普通硅酸鹽水泥、煤矸石、粉煤灰、木質(zhì)素磺酸鈉、聚丙烯酸酯接枝共聚物和電石渣的破碎比分別為1.8、2.1、1.5、2.5、2.5、3.2)和粉碎(至粒徑為1-1.5mm)；
B.配料：將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的425R普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、木質(zhì)素磺酸鈉、聚丙烯酸酯接枝共聚物、煤矸石、未經(jīng)過(guò)預(yù)處理的河沙和經(jīng)過(guò)預(yù)處理的電石渣依次加入混料機(jī)中，然后加入水，攪拌(于3500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下攪拌16分鐘)；
C.成型：將步驟B所得混合物置于制磚機(jī)中擠壓(壓力為34MPa)成型，得到磚坯(規(guī)格為240mm×115mm×53mm)；
D.養(yǎng)護(hù)：將磚坯進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)(溫度為35℃，壓力為1.2MPa，時(shí)間為6小時(shí))，即得所述煤矸石免燒磚。
實(shí)施例2
煤矸石免燒磚，由以下原料制備而成：425R普通硅酸鹽水泥12kg、粘土巖類(lèi)煤矸石22kg、II級(jí)粉煤灰7kg、木質(zhì)素磺酸鈉0.012kg、聚丙烯酸酯接枝共聚物0.018kg、電石渣6kg、粒徑為0.075-0.1mm的河沙5kg和水16kg。
所述煤矸石免燒磚的制備方法為：
A.預(yù)處理：將普通硅酸鹽水泥、煤矸石、粉煤灰、木質(zhì)素磺酸鈉、聚丙烯酸酯接枝共聚物、電石渣分別進(jìn)行破碎(425R普通硅酸鹽水泥、煤矸石、粉煤灰、木質(zhì)素磺酸鈉、聚丙烯酸酯接枝共聚物和電石渣的破碎比分別為1.8、2.1、1.5、2.5、2.5、3.2)和粉碎(至粒徑為1-1.5mm)；
B.配料：將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的425R普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、木質(zhì)素磺酸鈉、聚丙烯酸酯接枝共聚物、煤矸石、未經(jīng)過(guò)預(yù)處理的河沙和經(jīng)過(guò)預(yù)處理的電石渣依次加入混料機(jī)中，然后加入水，攪拌(于450轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下攪拌13分鐘)；
C.成型：將步驟B所得混合物置于制磚機(jī)中擠壓(壓力為37MPa)成型，得到磚坯(規(guī)格為240mm×115mm×53mm)；
D.養(yǎng)護(hù)：將磚坯進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)(溫度為31℃，壓力為1.2MPa，時(shí)間為9小時(shí))，即得所述煤矸石免燒磚。
實(shí)施例3
煤矸石免燒磚，由以下原料制備而成：425R普通硅酸鹽水泥13kg、粘土巖類(lèi)煤矸石24kg、II級(jí)粉煤灰5kg、木質(zhì)素磺酸鈉0.016kg、聚丙烯酸酯接枝共聚物0.024kg、電石渣8kg、粒徑為0.075-0.1mm的河沙6kg和水15kg。
所述煤矸石免燒磚的制備方法為：
A.預(yù)處理：將普通硅酸鹽水泥、煤矸石、粉煤灰、木質(zhì)素磺酸鈉、聚丙烯酸酯接枝共聚物、電石渣分別進(jìn)行破碎(425R普通硅酸鹽水泥、煤矸石、粉煤灰、木質(zhì)素磺酸鈉、聚丙烯酸酯接枝共聚物和電石渣的破碎比分別為1.8、2.1、1.5、2.5、2.5、3.2)和粉碎(至粒徑為1-1.5mm)；
B.配料：將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的425R普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、木質(zhì)素磺酸鈉、聚丙烯酸酯接枝共聚物、煤矸石、未經(jīng)過(guò)預(yù)處理的河沙和經(jīng)過(guò)預(yù)處理的電石渣依次加入混料機(jī)中，然后加入水，攪拌(于400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下攪拌15分鐘)；
C.成型：將步驟B所得混合物置于制磚機(jī)中擠壓(壓力為35MPa)成型，得到磚坯(規(guī)格為240mm×115mm×53mm)；
D.養(yǎng)護(hù)：將磚坯進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)(溫度為32℃，壓力為1.3MPa，時(shí)間為7小時(shí))，即得所述煤矸石免燒磚。
對(duì)比例1
煤矸石免燒磚，由以下原料制備而成：425R普通硅酸鹽水泥10kg、粘土巖類(lèi)煤矸石27kg、II級(jí)粉煤灰6kg、木質(zhì)素磺酸鈉0.02kg、聚丙烯酸酯接枝共聚物0.03kg、電石渣7kg、粒徑為0.075-0.1mm的河沙5kg和水14kg。
所述煤矸石免燒磚的制備方法為：
A.預(yù)處理：將普通硅酸鹽水泥、煤矸石、粉煤灰、木質(zhì)素磺酸鈉、聚丙烯酸酯接枝共聚物、電石渣分別進(jìn)行破碎(425R普通硅酸鹽水泥、煤矸石、粉煤灰、木質(zhì)素磺酸鈉、聚丙烯酸酯接枝共聚物和電石渣的破碎比分別為1.8、2.1、1.5、2.5、2.5、3.2)和粉碎(至粒徑為1-1.5mm)；
B.配料：將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的425R普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、木質(zhì)素磺酸鈉、聚丙烯酸酯接枝共聚物、煤矸石、未經(jīng)過(guò)預(yù)處理的河沙和經(jīng)過(guò)預(yù)處理的電石渣依次加入混料機(jī)中，然后加入水，攪拌(于380轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下攪拌13分鐘)；
C.成型：將步驟B所得混合物置于制磚機(jī)中擠壓(壓力為36MPa)成型，得到磚坯(規(guī)格為240mm×115mm×53mm)；
D.養(yǎng)護(hù)：將磚坯進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)(溫度為33℃，壓力為1.3MPa，時(shí)間為8小時(shí))，即得所述煤矸石免燒磚。
對(duì)比例2
煤矸石免燒磚，由以下原料制備而成：425R普通硅酸鹽水泥13kg、粘土巖類(lèi)煤矸石24kg、II級(jí)粉煤灰6kg、木質(zhì)素磺酸鈉0.02kg、聚丙烯酸酯接枝共聚物0.02kg、電石渣6kg、粒徑為0.075-0.1mm的河沙6kg和水16kg。
所述煤矸石免燒磚的制備方法為：
A.預(yù)處理：將普通硅酸鹽水泥、煤矸石、粉煤灰、木質(zhì)素磺酸鈉、聚丙烯酸酯接枝共聚物、電石渣分別進(jìn)行破碎(425R普通硅酸鹽水泥、煤矸石、粉煤灰、木質(zhì)素磺酸鈉、聚丙烯酸酯接枝共聚物和電石渣的破碎比分別為1.8、2.1、1.5、2.5、2.5、3.2)和粉碎(至粒徑為1-1.5mm)；
B.配料：將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的425R普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、木質(zhì)素磺酸鈉、聚丙烯酸酯接枝共聚物、煤矸石、未經(jīng)過(guò)預(yù)處理的河沙和經(jīng)過(guò)預(yù)處理的電石渣依次加入混料機(jī)中，然后加入水，攪拌(于440轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下攪拌16分鐘)；
C.成型：將步驟B所得混合物置于制磚機(jī)中擠壓(壓力為36MPa)成型，得到磚坯(規(guī)格為240mm×115mm×53mm)；
D.養(yǎng)護(hù)：將磚坯進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)(溫度為32℃，壓力為1.2MPa，時(shí)間為6小時(shí))，即得所述煤矸石免燒磚。
對(duì)比例3
煤矸石免燒磚，由以下原料制備而成：425R普通硅酸鹽水泥15kg、粘土巖類(lèi)煤矸石24kg、II級(jí)粉煤灰5kg、木質(zhì)素磺酸鈉0.02kg、聚丙烯酸酯接枝共聚物0.03kg、電石渣6kg、粒徑為0.075-0.1mm的河沙7kg和水13kg。
所述煤矸石免燒磚的制備方法為：
A.預(yù)處理：將普通硅酸鹽水泥、煤矸石、粉煤灰、木質(zhì)素磺酸鈉、聚丙烯酸酯接枝共聚物、電石渣分別進(jìn)行破碎(425R普通硅酸鹽水泥、煤矸石、粉煤灰、木質(zhì)素磺酸鈉、聚丙烯酸酯接枝共聚物和電石渣的破碎比分別為1.8、2.1、1.5、2.5、2.5、3.2)和粉碎(至粒徑為1-1.5mm)；
B.配料：將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的木質(zhì)素磺酸鈉、聚丙烯酸酯接枝共聚物、煤矸石、425R普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、未經(jīng)過(guò)預(yù)處理的河沙和經(jīng)過(guò)預(yù)處理的電石渣依次加入混料機(jī)中，然后加入水，攪拌(于370轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下攪拌14分鐘)；
C.成型：將步驟B所得混合物置于制磚機(jī)中擠壓(壓力為37MPa)成型，得到磚坯(規(guī)格為240mm×115mm×53mm)；
D.養(yǎng)護(hù)：將磚坯進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)(溫度為34℃，壓力為1.4MPa，時(shí)間為6-9小時(shí))，即得所述煤矸石免燒磚。
煤矸石免燒磚性能檢測(cè)
對(duì)實(shí)施例1-3及對(duì)比例1-3制得的煤矸石免燒磚進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、密度、吸水率、干燥收縮值、抗凍性和碳化系數(shù)方面的測(cè)試。
其中，抗壓強(qiáng)度的測(cè)試方法為：取5個(gè)樣品，切斷(斷開(kāi)的半截磚長(zhǎng)度不小于100mm)。將斷開(kāi)的半截磚置于室溫條件下的水中浸泡15min后取出，并以斷口相反的方向疊放，兩者之間用厚度不超過(guò)5mm的水泥凈漿粘結(jié)。水泥凈漿采用強(qiáng)度等級(jí)為32.5MPa的普通硅酸鹽水泥調(diào)制(稠度適宜)。上下兩面用厚度不超過(guò)3mm的同種水泥凈漿抹平。制成的試件上下兩面須互相平行，并垂直于側(cè)面。測(cè)量每個(gè)試件連接面的長(zhǎng)(L)、寬(B)(精確至1mm)。分別將10塊試件平放在加壓板的中央，垂直于受壓面加荷。加荷速度為(5±0.5)kN/s，直至試件破壞為止，分別記錄最大破壞載荷F(單位為N)?？箟簭?qiáng)度(精確到0.1MPa)的計(jì)算公式為：F/(L×B)。取10個(gè)試件的平均值為最終結(jié)果。結(jié)果如表1所示；
密度按照《GB/T 2542-2012砌墻磚試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，試樣數(shù)量為5個(gè)，結(jié)果如表1所示；
吸水率按照《GB/T 2542-2012砌墻磚試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，試樣數(shù)量為5個(gè)，結(jié)果如表1所示；
干燥收縮值按照《GB/T 2542-2012砌墻磚試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，試樣數(shù)量為3個(gè)，結(jié)果如表1所示。
抗凍性按照《GB/T 2542-2012砌墻磚試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，試樣數(shù)量為5個(gè)，結(jié)果如表1所示；
碳化系數(shù)按照《GB/T 4111-2013混凝土砌塊和磚試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，試樣數(shù)量為5個(gè)，結(jié)果如表1所示。
表1煤矸石免燒磚性能測(cè)試結(jié)果
最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。