CN101439952B - 一种煤矸石混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤矸石骨料作为主要原料的混凝土制品及其制备方法，特别是一种用人工煅烧煤矸石制备混凝土的方法属于混凝土材料技术领域。其中，所述煤矸石为人工煅烧煤矸石，其煅烧温度为1100℃-1200℃；所述人煤矸石各成份所占重量百分比为：人工煅烧煤矸石40-50％、水泥15-23％、中砂25～28％与水5-12％混合搅拌均匀配制而成。本发明利用煤矸石筒压强度高、轻质、导热系数低、节能且无放射性等特点，变废为宝，生产的混凝土可现浇、可预制，可用来配制高强度结构煤矸石混凝土；其工艺简单，不用新建设备，可利用现有设备对自燃煤矸石进行煅烧；在节地、节能、利废和环境保护等方面具有显著的经济及社会效益，符合国家产业政策，易于推广实施。
Description
技术领域
本发明涉及一种以煤矸石作为主要原料的混凝土及其制备方法，属于混凝土材料技术领域。
背景技术
中国是煤炭大国，与其伴生的煤矸石累计堆存约45亿吨，占用土地115万公顷，而且每年还新产生上亿吨的煤矸石，煤矸石堆积如山，全国约有1600多座煤矸石，不但占用大量的土地，还污染大气和水质，对人类的危害极其严重。随着中国城市化进程的加快，对建筑材料需求显著增加，国家为了保护土地资源、杜绝乱采、乱挖，保护大气和水质的周边环境，处理煤矸石堆积，利废为宝已成为从事建材产品制造企业的研究和生产方向。
传统的混凝土通常使用普通的碎石作为添加料，普通碎石的堆积密度在1400kg/m3左右，混凝土的容重达到2400kg/m3左右，经过多年的使用该技术已相当成熟。但随着我国建筑量的增加，碎石资源在逐年大幅减少，而且由于其混凝土容重大，建筑物的自重也随着增大，所用的建筑材料钢筋的数量也增加，为了加强房屋质量，成本就会居高不下；随后开发的粘土陶粒混凝土在我国也已大规模使用，这类粘土烧成陶粒，制成的混凝土属轻骨料混凝土，其性能良好，质轻。但毁坏耕地的现象非常严重，已为国家政策所限制。上述的混凝土目前已不符合我国现行的节能减排的政策，即破坏了有限的土地资源，也不利于节能环保。
发明内容
为了保护环境，解决煤矸石的综合利用问题，本发明的目的在于提供一种利用煤矸石作为骨料生产混凝土的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种煤矸石混凝土，其特征在于：所用的煤矸石为人工煅烧煤矸石，其煅烧温度为1100℃-1200℃。
上述的混凝土组份为：人工煅烧煤矸石40-50％、水泥15-23％、中砂25～28％与水5-12％混合配制而成。
上述的人工煅烧煤矸石的粒径为5-31.5mm，堆积密度为900-1200kg/m3，筒压强度≥7MPa，吸水率为8-15％，软化系数小于0.8。
本发明另一个目的是提供一种煤矸石混凝土的制备方法，具体步骤如下：
①、煤矸石制备与煅烧；将自燃煤矸石经鄂式破碎机破碎，经振动筛筛分后，取粒度直径为5-31.5mm的骨料待用；
②、煤粉掺料的加工；块煤经球磨机磨细，细度为0.3～1mm的煤粉待用；
③、将步骤①的煤矸石骨料送入回转窑干燥筒内干燥至含水率接近零，然后入回转窑煅烧，步骤②的煤粉从该回转窑尾部喷入，热与所述煤矸石骨料逆向流动；其煅烧温度为1100℃-1200℃，煅烧时间为40-60分钟，制成人工煅烧煤矸石；
④、煅烧后的煤矸石经振动筛再次筛分，筛分成5mm到31.5mm几种不同的粒度等级的粗骨料，其振动输送速度为0.1m/s，使其煅烧后的煤矸石逐渐冷却至50℃，其冷却时间为20～30分钟；
⑤、将步骤④的与水泥、中砂加水混合搅拌均匀后，制成的煤矸石混凝土；该混凝土的配比为：人工煅烧煤矸石40-50％、水泥15-23％、中砂25～28％、水5-12％。
上述的人工煅烧煤矸石混凝土搅拌时间不少于3分钟，坍落度为20-60mm。
上述的人工煅烧煤矸石在步骤⑤配制混凝土之前还需喷水预湿，其预湿后的含水率为8～10％。
本发明第三个目的，是提供一种人工煅烧煤矸石混凝土的制品，包括人工煅烧煤矸石混凝土内加入钢筋配制用于房屋浇注的人工煅烧煤矸石钢筋混凝土；和用人工煅烧煤矸石成型的路面砖、草坪砖、护坡砖以及煤矸石混凝土砌块等。
本发明配制的煤矸石混凝土的强度满足LC15，LC20，LC25，LC30，LC35，LC40的强度等级，符合JGJ12-2006《轻骨料混凝土结构技术规程》的要求。
采用本发明的技术方案，其有益效果如下：1)煤矸石原料资源丰富，人工煅烧后的煤矸石，筒压强度高、轻质、导热系数低、节能且无放射性；是一种变废为宝，再生资源的绿色建筑材料，该混凝土可现浇、可预制，可用来配制高强度结构煤矸石混凝土制品，以人工煅烧煤矸石代替普通碎石和粘土，节省土地，对保护国土资源极为有利。2)能大量利用工业废渣、减轻煤矸山对环境的影响，节约资源，减少对耕地的破坏。3)人工煅烧的煤矸石属于轻骨料范畴，加入量可高于自燃煤矸石的加入量，配制成的混凝土强度、干容量及吸水率均超过加入自燃煤矸石配制成的混凝土，可减轻建筑物的自重，提高混凝土浇筑件的强度，降低其工程造价。4)工艺简单，不用新建设备，可以利用现有设备对自燃煤矸石进行煅烧，易于推广实施。5)由煅烧煤矸石混配成的混凝土符合JGJ12-2006《轻骨料混凝土结构技术规程》的行业标准。是煤矸石综合利用的一条重要途径。本发明不仅具有巨大的经济效益，而且在节地、节能、利废和环境保护等方面具有显著的社会效益，符合国家产业政策。
具体实施方式
本发明的技术方案为：用人工煅烧煤矸石制备煤矸石混凝土，其中，人工煅烧煤矸石的煅烧温度为1100℃-1200℃。该煤矸石混凝土的原料配比为(重量百分比)：人工煅烧煤矸石40-50％、水泥15-23％、中砂25～28％与水5-12％混合配制而成。
其中，所用的人工煅烧煤矸石，粒径为5-31.5mm，堆积密度为900-1200kg/m3，筒压强度≥7MPa，吸水率为8-15％，软化系数小于0.8。
上述人工煅烧煤矸石混凝土的配制方法，具体操作步骤如下：
①、煤矸石粗骨料制备与煅烧；将自燃煤矸石用铲斗车运入鄂式破碎机受料斗，经鄂式破碎机破碎后，进入斗式提升机，运到设于料仓上的振动筛，将细料筛出，粗料流入窑头仓中间贮存。上述煤矸石破碎后的粒度直径为5-31.5mm。
②、煤粉掺料的加工；块煤用自卸汽车运入，存于煤库。用铲斗车将煤从煤库运到提升机加料口。通过斗提机煤被运到球磨机的进料料仓。料仓下设电磁振动给料机，煤通过电磁振动给料机均匀进入球磨机磨细，细度为0.3～1mm的煤粉通过斗式提升机和螺旋输送机送入煤粉库备用。
③、煤矸石煅烧；将步骤①破碎后的煤矸石碎块由窑头仓下的皮带计量给料机均匀流出，进入双筒回转窑的干燥筒；煤矸石经回转窑内的烟气干燥至含水率接近于零，然后入窑煅烧，步骤②处理后的煤粉从窑尾喷入，煤粉燃烧的热量与该自燃煤矸石逆向流动，煅烧温度为1100℃-1200℃，煅烧时间为40-60分钟。
④、煅烧后的煤矸石经机械振动输送机送入斗式提升机再入惯性振动筛进行筛分，筛分成5mm到31.5mm范围内的几种不同粒度等级的粗骨料，机械振动输送机输送速度很慢，只有0.1m/s，以便煅烧后的高温煤矸石逐渐冷却至50℃，以防剧冷的收缩应力对其混凝土结构产生破坏。筛上大于40mm的粗块进入辊式破碎机破碎，经过破碎的碎料再入振动筛筛分。
⑤、将步骤④处理后的人工煅烧煤矸石与水泥、中砂加水按比例混合搅拌均匀后，制成的人工煅烧煤矸石混凝土；人工煅烧煤矸石混凝土混合料的配比为：人工煅烧煤矸石40-50％、水泥15-23％、中砂25～28％与水5-12％。
上述的人工煅烧煤矸石粗骨料混凝土搅拌时间不小于3分钟，最佳时间为3～4分钟，坍落度为20-60mm。
上述的人工煅烧煤矸石在步骤⑤配制混凝土之前还需要对该煅烧煤矸石进行预湿，可采用喷水方式，喷水后的人工煅烧煤矸石的含水率为8～10％。
本发明还要求保护一种人工煅烧煤矸石混凝土的制品，包括在人工煅烧煤矸石混凝土内加入钢筋配制用于房屋浇注的人工煅烧煤矸石钢筋混凝土。包括用人工煅烧煤矸石混凝土制备路面砖、草坪砖、护坡砖、煤矸石混凝土砌块等产品。
本发明配制的煤矸石混凝土的强度满足LC15，LC20，LC25，LC30，LC35，LC40的强度等级。
以下通过具体配制实例对本发明作进一步的详细说明：
实例1：
用人工煅烧的煤矸石为粗骨料配制的煤矸石混凝土LC10，每立方米混凝土其混合料的配比为：人工煅烧煤矸石50％、32.5水泥15％、中砂27％、水8％混合后，通过现场搅拌配制，经28天养护后平均抗压强度为12.5MPa。
其中，选用有级配的人工煅烧煤矸石粗骨料，其粒度范围为5～31.5mm，粗骨料的颗粒级配符合GB/T17431.1-1998国家标准的规定。
上述人工煅烧煤矸石混凝土的水灰比：W/C＝0.60。
由上述原料配比的人工煅烧混凝土通过现场搅拌配制，经28天养护后平均抗压强度为12.5MPa。
实例2：
用人工煅烧的煤矸石为粗骨料配制的煤矸石混凝土LC20，每立方米混凝土其混合料的配比为：人工煅烧煤矸石45％、32.5水泥17％、中砂28％、水10％，水的PH值＝7-8。
其中，选用有级配的人工煅烧煤矸石粗骨料，其粒度范围为5～31.5mm，粗骨料的颗粒级配符合GB/T17431.1-1998国家标准的规定。
上述人工煅烧煤矸石混凝土的水灰比：W/C＝0.53；通过现场搅拌配制，经28天养护后平均抗压强度为22.7MPa。
实例3：
用人工煅烧的煤矸石为粗骨料配制的煤矸石混凝土LC30，每立方米混凝土其混合料的配比为：人工煅烧煤矸石43％、42.5水泥22％、中砂26％、水：9％；水的PH值＝7；
其中，选用有级配的人工煅烧煤矸石粗骨料，其粒度范围为5～31.5mm，粗骨料的颗粒级配符合GB/T17431.1-1998国家标准的规定。
上述人工煅烧煤矸石混凝土的水灰比：W/C＝0.41；经搅拌现场配制28天养护，平均抗压强度为33.2MPa。
实例4：
用人工煅烧的煤矸石为粗骨料配制的煤矸石混凝土LC40，每立方米混凝土其混合料的配比为：人工煅烧煤矸石40％、42.5水泥23％、中砂25％、水12％；水的PH值＝7；
其中，选用有级配的人工煅烧煤矸石粗骨料，其粒度范围为5～31.5mm，粗骨料的颗粒级配符合GB/T17431.1国家标准的规定。
上述人工煅烧煤矸石混凝土的水灰比：W/C＝0.49；
经搅拌现场配制28天养护，平均抗压强度为43.8MPa。
实例5：
用人工煅烧的煤矸石为粗骨料配制的混凝土路面砖，抗压强度等级为CC30；每立方米混凝土的配比为：人工煅烧煤矸石粗骨料45％，42.5水泥22％，中砂28％，水5％；
其中，选用有级配的人工煅烧煤矸石粗骨料，其粒度范围为5～31.5mm，粗骨料的颗粒级配符合GB/T17431.1国家标准的规定。
上述原料混合后，经搅拌模压成型；然后在40-50℃的温度下养护8小时，其平均抗压强度为25Mpa，单块最小抗压强度值为21Mpa，再放置室外自然养护28天，平均抗压强度值为32Mpa，单块最小抗压强度为26Mpa，符合中华人民共和国建材行业标准JC/T446-2000《混凝土路面砖标准》。
实例6：
用人工煅烧的煤矸石为粗骨料配制的混凝土空心砌块，抗压强度等级为5级；每立方米混凝土的配比为：人工煅烧煤矸石粗骨料47％，粉煤灰5％，人工煅烧煤矸石细骨料0-28％，P.O 42.5水泥20％，水5％；其中，粗骨料选用有级配的人工煅烧煤矸石，其粒度范围为5～31.5mm，粗骨料的颗粒级配符合GB/T17431.1国家标准的规定；细骨料符合GB/T17431.1国家标准的规定。粉煤灰应符合JGJ28、GB/T1596的标准规定。
上述人工煅烧煤矸石混凝土的水灰比：W/C＝0.20；抗冻标号＞F25；
砌块干燥表观密度为1380kg/m3；
上述原料混合后，经搅拌模压成型；放置室外自然养护28天后，抗压强度平均值为6.3Mpa，抗压强度单块最小为4.7Mpa，符合中华人民共和国GB/T15229-2002《轻集料混凝土小型空心砌块》标准。
用人工煅烧煤矸石加工成的混凝土路面砖，不但强度高，而且具有很好的透水性、耐磨性、抗冻性及经久耐用的特点。
上述实例1-4配制的混凝土，其技术性能指标如下表：
技术性能指标
| 煤矸石混凝土强度等级 | 实例强度MPa | 干表观密度(kg) | 吸水率％ | 抗冻标号 |
| LC10 | 12.5 | 1910 | 9.4 | ＞M50 |
| LC20 | 22.7 | 1840 | 8.7 | ＞M50 |
| LC30 | 33.2 | 1870 | 8.6 | ＞M50 |
| LC40 | 43.8 | 1835 | 8.5 | ＞M50 |
利用人工煅烧的煤矸石可以生产轻骨料混凝土的强度等级为LC10，LC15，LC20，LC25，LC30，LC35，LC40等设计标号，符合JGJ12-2006《轻骨料混凝土结构技术规程》的行业标准，可以用于制作砼整间楼板、阳台板、梯段梁、地沟板等构件，也可用于浇注房屋建筑的梁、板、柱以及混凝土路面砖、草坪砖、护坡砖、混凝土砌块等。
Claims (5)
1.一种煤矸石混凝土的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
①、煤矸石制备与煅烧；将自燃煤矸石经鄂式破碎机破碎，经振动筛筛分后，取粒度直径为5-31.5mm的骨料待用；
②、煤粉掺料的加工；块煤经球磨机磨细，其细度为0.3～1mm的煤粉待用；
③、将步骤①的煤矸石骨料送入回转窑干燥筒内干燥至含水率接近零，然后将干燥后的煤矸石骨料投入回转窑煅烧，步骤②的煤粉由该回转窑的窑尾喷入，煤粉燃烧的热与所述煤矸石骨料逆向流动；所述煅烧温度为1100℃-1200℃，煅烧时间为40-60分钟；
④、煅烧后的煤矸石经振动筛再次筛分，将粒径在5-31.5mm范围内的骨料筛分成不同等级的粗骨料，其振动输送速度为0.1m/s，使经煅烧后的煤矸石逐渐冷却至50℃，冷却时间为20～30分钟；
⑤、将经步骤④冷却的粗骨料与水泥、中砂和水混合，各成份所占重量百分比为：人工煅烧煤矸石40-50％、水泥15-23％、中砂25～28％与水5-12％混合后，投入搅拌机中搅拌均匀制成人工煅烧煤矸石混凝土。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤④所述人工煅烧煤矸石粗骨料的堆积密度为900-1200kg/m3，筒压强度≥7MPa，吸水率为8-15％，软化系数小于0.8。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述人工煅烧煤矸石粗骨料在步骤⑤配制所述混凝土之前喷水预湿，该人工煅烧煤矸石粗骨料的含水率为8～10％。
4.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于：步骤⑤所述人工煅烧煤矸石混凝土的搅拌时间不少于3分钟，坍落度为20-60mm。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述煤矸石混凝土的强度满足LC15，LC20，LC25，LC30，LC35，LC40的强度等级。
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