CN105294155B - 一种利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法 - Google Patents

一种利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法，包括以下步骤：一、采用颚式破碎机对煤矸石进行破碎，然后将破碎后的煤矸石置于球磨机中球磨，得到煤矸石粉；二、将煤矸石粉置于马弗炉中进行活化处理；三、将豆粉与去离子水混合搅拌，得到发泡剂；四、将煤矸石粉与水泥、砂、碎石以及减水剂混合均匀得到混合料，然后将混合料与水混合均匀得到浆料，之后将发泡剂加入浆料中，混合均匀后浇注成型，脱模养护后得到泡沫混凝土。本发明采用煤矸石为原料，通过活化处理后加入发泡剂等制得泡沫混凝土，产品具有质轻、隔音隔热效果好的特点。本发明将煤矸石用于制备泡沫混凝土，既能充分发挥煤矸石的附加价值，又能减少煤矸石污染环境带来的影响。

Description

一种利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法
技术领域
本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法。
背景技术
水泥混凝土是建筑工程最重要的材料，自从19世纪波特兰水泥问世以来，混凝土作为建筑材料己有100多年的历史，到目前为止，它仍然是世界上最大宗的建筑材料。经过漫长的历史发展，水泥混凝土技术日趋成熟和完善，但波特兰水泥固有的缺陷也日益显露出来。水泥作为混凝土的重要组分，在生产过程中会向大气排放大量的CO2，1999年全世界每年CO2排放量约为100亿吨，其中水泥生产就占1/10左右，造成环境污染、温室效应和全球变暖等不利影响，而到2010年全球CO2排放量达到313亿吨，这对人类造成更大的危害。从可持续发展和环境保护的高度出发，利用工业废料来生产和发展新型水泥，已成为建筑业研究发展的一个新课题。与此同时，目前能源和资源短缺已成为世界各国面临的问题，要解决这两个问题，最好的办法就是变废为宝。
煤矸石是煤炭生产过程中产生的岩石统称，是采煤和洗煤过程中排出的固体废弃物，是一种在成煤过程中与煤伴生的、含煤较低、比煤更坚硬的黑色岩石。当前煤矸石的堆积排放严重，这样既浪费了资源，又占用了大量的土地,不利于矿区的环境治理,如何综合利用煤矸石成为实现绿色采矿必须解决的问题。
泡沫混凝土是混凝土家族的一员，由于在制备过程中加入泡沫或是充入气体，使得产品具有丰富的孔隙结构，因而称为泡沫混凝土。泡沫混凝土具有质轻、保温保湿、隔音效果好、渗水能力强等特点，被广泛用于修建运动场和田径跑道，制备隔音墙，供电、水的管线格力等方面。
利用煤矸石制备泡沫混凝土，既能大量消耗煤矸石，减少其积量所造成的资源浪费，改善环境污染，又能为建材提供原料，具有可观的经济效益、长远的社会效益和环境效益。然而截止目前，尚未发现有关利用煤矸石制备泡沫水凝土的相关技术见诸报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法。该方法采用煤矸石为原料，通过活化处理后，加入发泡剂等制得泡沫混凝土，所制泡沫混凝土具有质轻、隔音隔热效果好的特点。该方法将煤矸石用于制备泡沫混凝土，既能充分发挥煤矸石的附加价值，又能减少煤矸石污染环境带来的影响。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、采用颚式破碎机对煤矸石进行破碎，然后将破碎后的煤矸石置于球磨机中球磨，得到煤矸石粉；
步骤二、将步骤一中所述煤矸石粉置于马弗炉中，在温度为700℃～900℃的条件下保温2h～3h进行活化处理，自然冷却后得到活化后的煤矸石粉；
步骤三、将豆粉与去离子水按质量比1∶(5～10)混合均匀后，在温度为80℃～100℃，搅拌速率为2500r/min～4500r/min的条件下搅拌4h～6h，得到发泡剂；
步骤四、将步骤二中所述活化后的煤矸石粉与水泥、砂、碎石和减水剂按质量比(20～30)∶(65～80)∶(15～20)∶(270～320)∶1混合均匀，得到混合料，然后将所述混合料与水混合均匀，得到浆料，之后将步骤三中所述发泡剂加入浆料中，混合均匀后浇注于模具中成型24h～48h，脱模后自然养护7天，得到泡沫混凝土；所述水的加入量为水泥质量的40％～60％，所述发泡剂与浆料的质量比为1∶(25～50)。
上述的一种利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法，其特征在于，步骤一中所述颚式破碎机的破碎速率为200r/min～300r/min，所述破碎的时间为10min～15min，所述球磨机的球磨速率为25r/min～50r/min，所述球磨的时间为20min～40min。
上述的一种利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法，其特征在于，步骤四中所述混合料中煤矸石粉、水泥、砂、碎石和减水剂的质量比为25∶75∶19∶307.5∶1。
上述的一种利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法，其特征在于，步骤四中所述发泡剂与浆料的质量比为1∶32。
上述的一种利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法，其特征在于，步骤四中所述减水剂为聚羧酸减水剂。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明公开了一种利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法。该泡沫混凝土采用煤矸石在高温下活化后加入发泡剂等配制而成。本发明通过加入豆粉和煤矸石的方法制备泡沫混凝土，能够提高其附加利用值和减少环境污染，制得的泡沫混凝土抗压强度高，符合建筑材料要求。
2、本发明制备的泡沫混凝土的抗压强度优良，大大节约了混凝土成本，显著提高了煤矸石的综合利用率。
3、本发明将煤矸石在高温条件下活化，经过活化的煤矸石具有一定的火山灰活性，与水泥熟料水化产物Ca(OH)2发生二次反应形成钙矾石、水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物，煤矸石的水化反应降低水化产物中Ca(OH)2的含量、抑制Ca(OH)2晶体的生长和聚集，改善混凝土结构。因此，用煤矸石做混合材料不仅可以节省水泥熟料，且可以改善水泥硬化浆体结构，提高其耐久性。
4、本发明大大的降低了泡沫混凝土的成本。煤矸石经活化处理后，可取代40％～70％的水泥，成为制备泡沫混凝土的主要原料，其成本仅为纯水泥的1/2～3/4，具有很强的商业竞争力，将大力推动我国泡沫混凝土的迅猛发展。
5、本发明能够有效解决低密度泡沫混凝土的塌陷问题。密度等级为B04级的泡沫混凝土，在制备成型过程中容易塌陷，导致失败。然而，利用经活化过的煤矸石代替水泥，塌陷得到有效控制，可制备出无塌陷超轻质泡沫混凝土。
6、本发明能够节约水泥土地等资源，削弱煤矸石堆积对环境的影响。煤矸石经活化处理，可代替40％～70％的水泥，极大的减少了水泥的用量。煤矸石的转化利用，减少其堆积量，腾出空地，充分发挥土地应有的价值。同时，煤矸石的转化利用，可减缓其堆放而造成的水体，土质的污染，减少粉尘的飘扬量和自然而排放的各种有害气体的排放量。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
实施例1
本实施例利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法包括以下步骤：
步骤一、采用颚式破碎机对煤矸石进行破碎，破碎速率为250r/min，破碎时间为12min，然后将破碎后的煤矸石置于球磨机中球磨，球磨速率为30r/min，所述球磨时间为30min得到煤矸石粉；
步骤二、将步骤一中所述煤矸石粉置于马弗炉中，在温度为800℃的条件下保温2.5h进行活化处理，自然冷却后得到活化后的煤矸石粉；
步骤三、将豆粉与去离子水按质量比1∶8混合均匀后，在温度为90℃，搅拌速率为3000r/min的条件下搅拌4h，得到发泡剂；
步骤四、将步骤二中所述活化后的煤矸石粉与水泥、砂、碎石和聚羧酸减水剂按质量比25∶75∶19∶307.5∶1混合均匀，得到混合料，然后将所述混合料与水混合均匀，所述水的加入量为水泥质量的50％，得到浆料，之后将步骤三中所述发泡剂加入浆料中，所述发泡剂与浆料的质量比为1∶32，混合均匀后浇注于模具中成型36h，脱模后自然养护7天，得到泡沫混凝土。
依据JGJ70-90《建筑砂浆基本性能试验方法》对本实施例制备的泡沫混凝土的抗压强度进行测试，测得本实施例所制泡沫混凝土的抗压强度为2.87MPa，符合建筑材料要求。
实施例2
本实施例利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法包括以下步骤：
步骤一、采用颚式破碎机对煤矸石进行破碎，破碎速率为200r/min，破碎时间为15min，然后将破碎后的煤矸石置于球磨机中球磨，球磨速率为25r/min，所述球磨时间为40min得到煤矸石粉；
步骤二、将步骤一中所述煤矸石粉置于马弗炉中，在温度为700℃的条件下保温2h进行活化处理，自然冷却后得到活化后的煤矸石粉；
步骤三、将豆粉与去离子水按质量比1∶8混合均匀后，在温度为80℃，搅拌速率为3000r/min的条件下搅拌5h，得到发泡剂；
步骤四、将步骤二中所述活化后的煤矸石粉与水泥、砂、碎石和聚羧酸减水剂按质量比25∶70∶18∶300∶1混合均匀，得到混合料，然后将所述混合料与水混合均匀，所述水的加入量为水泥质量的60％，得到浆料，之后将步骤三中所述发泡剂加入浆料中，所述发泡剂与浆料的质量比为1∶50，混合均匀后浇注于模具中成型38h，脱模后自然养护7天，得到泡沫混凝土。
依据JGJ70-90《建筑砂浆基本性能试验方法》对本实施例制备的泡沫混凝土的抗压强度进行测试，测得本实施例所制泡沫混凝土的抗压强度为2.26MPa，符合建筑材料要求。
实施例3
本实施例利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法包括以下步骤：
步骤一、采用颚式破碎机对煤矸石进行破碎，破碎速率为200r/min，破碎时间为10min，然后将破碎后的煤矸石置于球磨机中球磨，球磨速率为25r/min，所述球磨时间为40min得到煤矸石粉；
步骤二、将步骤一中所述煤矸石粉置于马弗炉中，在温度为700℃的条件下保温2.5h进行活化处理，自然冷却后得到活化后的煤矸石粉；
步骤三、将豆粉与去离子水按质量比1∶5混合均匀后，在温度为90℃，搅拌速率为3000r/min的条件下搅拌5h，得到发泡剂；
步骤四、将步骤二中所述活化后的煤矸石粉与水泥、砂、碎石和聚羧酸减水剂按质量比30∶80∶20∶320∶1混合均匀，得到混合料，然后将所述混合料与水混合均匀，所述水的加入量为水泥质量的60％，得到浆料，之后将步骤三中所述发泡剂加入浆料中，所述发泡剂与浆料的质量比为1∶50，混合均匀后浇注于模具中成型24h，脱模后自然养护7天，得到泡沫混凝土。
依据JGJ70-90《建筑砂浆基本性能试验方法》对本实施例制备的泡沫混凝土的抗压强度进行测试，测得本实施例所制泡沫混凝土的抗压强度为2.05MPa，符合建筑材料要求。
实施例4
本实施例利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法包括以下步骤：
步骤一、采用颚式破碎机对煤矸石进行破碎，破碎速率为280r/min，破碎时间为12min，然后将破碎后的煤矸石置于球磨机中球磨，球磨速率为30r/min，所述球磨时间为30min得到煤矸石粉；
步骤二、将步骤一中所述煤矸石粉置于马弗炉中，在温度为800℃的条件下保温2.5h进行活化处理，自然冷却后得到活化后的煤矸石粉；
步骤三、将豆粉与去离子水按质量比1∶8混合均匀后，在温度为100℃，搅拌速率为4500r/min的条件下搅拌4h，得到发泡剂；
步骤四、将步骤二中所述活化后的煤矸石粉与水泥、砂、碎石和聚羧酸减水剂按质量比20∶65∶15∶270∶1混合均匀，得到混合料，然后将所述混合料与水混合均匀，所述水的加入量为水泥质量的40％，得到浆料，之后将步骤三中所述发泡剂加入浆料中，所述发泡剂与浆料的质量比为1∶25，混合均匀后浇注于模具中成型24h，脱模后自然养护7天，得到泡沫混凝土。
依据JGJ70-90《建筑砂浆基本性能试验方法》对本实施例制备的泡沫混凝土的抗压强度进行测试，测得本实施例所制泡沫混凝土的抗压强度为2.46MPa，符合建筑材料要求。
实施例5
本实施例利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法包括以下步骤：
步骤一、采用颚式破碎机对煤矸石进行破碎，破碎速率为200r/min，破碎时间为15min，然后将破碎后的煤矸石置于球磨机中球磨，球磨速率为25r/min，所述球磨时间为40min得到煤矸石粉；
步骤二、将步骤一中所述煤矸石粉置于马弗炉中，在温度为700℃的条件下保温3h进行活化处理，自然冷却后得到活化后的煤矸石粉；
步骤三、将豆粉与去离子水按质量比1∶5混合均匀后，在温度为80℃，搅拌速率为2500r/min的条件下搅拌6h，得到发泡剂；
步骤四、将步骤二中所述活化后的煤矸石粉与水泥、砂、碎石和聚羧酸减水剂按质量比20∶80∶20∶320∶1混合均匀，得到混合料，然后将所述混合料与水混合均匀，所述水的加入量为水泥质量的60％，得到浆料，之后将步骤三中所述发泡剂加入浆料中，所述发泡剂与浆料的质量比为1∶30，混合均匀后浇注于模具中成型48h，脱模后自然养护7天，得到泡沫混凝土。
依据JGJ70-90《建筑砂浆基本性能试验方法》对本实施例制备的泡沫混凝土的抗压强度进行测试，测得本实施例所制泡沫混凝土的抗压强度为2.58MPa，符合建筑材料要求。
实施例6
本实施例利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法包括以下步骤：
步骤一、采用颚式破碎机对煤矸石进行破碎，破碎速率为300r/min，破碎时间为10min，然后将破碎后的煤矸石置于球磨机中球磨，球磨速率为50r/min，所述球磨时间为20min得到煤矸石粉；
步骤二、将步骤一中所述煤矸石粉置于马弗炉中，在温度为900℃的条件下保温2h进行活化处理，自然冷却后得到活化后的煤矸石粉；
步骤三、将豆粉与去离子水按质量比1∶10混合均匀后，在温度为100℃，搅拌速率为4500r/min的条件下搅拌4h，得到发泡剂；
步骤四、将步骤二中所述活化后的煤矸石粉与水泥、砂、碎石和聚羧酸减水剂按质量比30∶65∶15∶270∶1混合均匀，得到混合料，然后将所述混合料与水混合均匀，所述水的加入量为水泥质量的50％，得到浆料，之后将步骤三中所述发泡剂加入浆料中，所述发泡剂与浆料的质量比为1∶30，混合均匀后浇注于模具中成型40h，脱模后自然养护7天，得到泡沫混凝土。
依据JGJ70-90《建筑砂浆基本性能试验方法》对本实施例制备的泡沫混凝土的抗压强度进行测试，测得本实施例所制泡沫混凝土的抗压强度为2.12MPa，符合建筑材料要求。
本发明中，发泡剂是影响泡沫混凝土性能的主要因素，包含发泡剂本身的性能及发泡后添加量所产生的影响。本发明采用的发泡剂为蛋白质类发泡剂，其所产生的泡沫具有较好的稳定性，同时原料易获得，无毒无公害。发泡剂的性能又受到发泡时间、发泡温度的影响，即发泡温度、发泡时间、发泡剂用量三个可控条件对泡沫混凝土均有影响，为确定这三个影响因素对泡沫混凝土抗压强度影响的主次作用，本发明采用正交实验对其进行比较。
正交试验方法是在生产的各个领域中得到广泛应用的一种试验设计方法。它是使用一套规格化的“正交表”来安排和分析多因素试验的一种数理统计方法，排出最有代表性的试验次数，并能从仅做的少数试验中充分得到所需信息。本发明选取三水平三因素，三因素依次为；A(发泡时间)、B(发泡温度)、C(发泡剂用量)数据选择如下表1记录并分析实验结果。.
表1正交实验
按煤矸石制备泡沫混凝土的工艺流程进行正交试验设计中的各个实验，所得实验结果记录于表2。
表2正交实验结果
采用极差分析的方法进行分析，分析结果见表3。
表3极差分析
由表2正交试验的数据结果可知：选择条件为A1B2C2时，泡沫混凝土的强度相对较强，即发泡剂发泡时间为4h，发泡温度为90℃，发泡剂用量与浆料的质量比为1∶32时，所制泡沫混凝土的抗压强度最强，达到2.87MPa。
由极差分析结果RA>RB＝RC可知，在本实验范围内，发泡剂的发泡时间对混凝土的抗压强度影响最显著，发泡温度及发泡剂用量对混凝土的抗压强度影响相对较弱。
由表3实验结果的极差分析可知：从极差分析结果可知，本正交试验考虑的3个影响因素对泡沫混凝土的抗压强度均有影响，但其中发泡剂发泡温度、使用量对抗压强度的影响度相同，而发泡时间对抗压强度的影响较大，因此，生产过程中要着重注意发泡时间的控制。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、采用颚式破碎机对煤矸石进行破碎，然后将破碎后的煤矸石置于球磨机中球磨，得到煤矸石粉；
步骤二、将步骤一中所述煤矸石粉置于马弗炉中，在温度为700℃～900℃的条件下保温2h～3h进行活化处理，自然冷却后得到活化后的煤矸石粉；
步骤三、将豆粉与去离子水按质量比1∶(5～10)混合均匀后，在温度为80℃～100℃，搅拌速率为2500r/min～4500r/min的条件下搅拌4h～6h，得到发泡剂；
步骤四、将步骤二中所述活化后的煤矸石粉与水泥、砂、碎石和减水剂按质量比(20～30)∶(65～80)∶(15～20)∶(270～320)∶1混合均匀，得到混合料，然后将所述混合料与水混合均匀，得到浆料，之后将步骤三中所述发泡剂加入浆料中，混合均匀后浇注于模具中成型24h～48h，脱模后自然养护7天，得到泡沫混凝土；所述水的加入量为水泥质量的40％～60％，所述发泡剂与浆料的质量比为1∶(25～50)。
2.根据权利要求1所述的一种利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法，其特征在于，步骤一中所述颚式破碎机的破碎速率为200r/min～300r/min，所述破碎的时间为10min～15min，所述球磨机的球磨速率为25r/min～50r/min，所述球磨的时间为20min～40min。
3.根据权利要求1所述的一种利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法，其特征在于，步骤四中所述混合料中煤矸石粉、水泥、砂、碎石和减水剂的质量比为25∶75∶19∶307.5∶1。
4.根据权利要求1所述的一种利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法，其特征在于，步骤四中所述发泡剂与浆料的质量比为1∶32。
5.根据权利要求1所述的一种利用煤矸石制备泡沫混凝土的方法，其特征在于，步骤四中所述减水剂为聚羧酸减水剂。
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