奉化象山硅酸钙板宁波清水板

摘要:以煤矸石为主要原料，以水泥为粘结剂，制备了多孔陶粒板硅酸钙板清水板水泥纤维板GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板。研究了煤矸石粒径，原料配比，以及成型压力等工艺条件对多孔陶粒板硅酸钙板清水板水泥纤维板GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板吸水率、透水系数、抗压强度和抗折强度的影响。样品透水系数和力学性质按照国家标准JB/T25993-2010规定测量。结果表明，以煤矸石为主要原料，水泥为粘结剂可制备出性能良好的多孔陶粒板硅酸钙板清水板水泥纤维板GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板;通过调整工艺参数，可以制备出不同性能的陶粒板硅酸钙板清水板水泥纤维板GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板，以满足不同用途之需。关键词:煤矸石;陶粒板  硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板;透水系数
中图分类号:TU522文献标识码:A文章编号:1001-1625(2014)12-3255-06

WaterPermeablePropertyofUncalcinedBrickPreparedwithCoalGangue

ZHAOYa-bing1，2，ZHANGXin-peng1，3，WUNan1，WUXiu-wen1，LINWei2

(1．SchoolofSciences，ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，China;2．SchoolofEnergyＲesources，ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，China;3．SchoolofMarineScience，ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，China)

Abstract:Porouspermeablebrickswerepreparedwithcoalgangueasthemainrawmaterialandthecementasthebinder．Theinfluencesofthecoalgangueparticlesize，rawmaterialratioandmoldingpressuretothewaterabsorptionratio，permeabilitycoefficient，compressivestrengthandflexuralstrengthpropertiesofthesampleswerestudied．ThepermeabilitycoefficientandmechanicalpropertiesofthesamplesweremeasuredaccordingtothenationalstandardJB/T25993-2010．Theresultsshowedthatthepermeablebrickswithgoodpropertiescouldbeprepared，andtheirpropertiescouldbetunedbyadjustingtheprocessparameters．

Keywords:ganguecoal;porouspermeablebrick;waterpermeability

1引言

随着城市化发展速度的加剧，城市地表正在逐步被建筑物和各种混凝土等阻水性材料所覆盖，不透水区

［1］

雨，其路面雨水无法快速渗漏，很容易造成城市内涝。因此，为解决城市地表硬化问题，营造高质量的自然生

［2］

［3］［4，5］［6］［7］［8-10］［11］

等。而这些原料所制备的陶粒板硅酸钙板清水板水泥纤维板GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板一般都需要经1000～1400℃的高温烧结，浪费化石燃料，并产生工业废气造成大气污染。

基金项目:中国地质大学(北京)实验室开放项目(2013BXZ025);中国地质大学(北京)大学生创新实验计划项目(2014AB057)作者简介:赵亚兵(1992-)，男．主要从事无机孔道材料在建筑、环保和能源领域方面的研究通讯作者:吴秀文．博士，教授．

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3256研究快报硅酸盐通报第33卷针对上述问题，本研究以煤矸石为主要原料，水泥为粘结剂制备非烧结陶粒板  硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板，通过设计不同的煤矸石粒径、原料配比和成型压力，探讨制备陶粒板硅酸钙板清水板水泥纤维板GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板的佳实验条件。煤矸石是一种在煤形成过程中与煤伴生、共

［12］
奉化象山硅酸钙板宁波清水板
断发展，煤矸石作为目前我国年排放量和累计堆存量大的工业废弃物之一，产量与日剧增，每年排放量约

1．7亿吨，国内现有煤矸石山1500余座，累计存量约34亿吨，占地面积约1．3?108m2。据有关资料报道，美国、英国和德国等西方国家煤矸石的总利用率达90%以上，而我国作为以煤炭为主要能源的国家，对煤矸石

的利用率却仅有30%

［13］

。因此，本研究试图为煤矸石的大规模利用提供一种新途径。

2实验

2．1样品制备2．1．1原料

制备陶粒板  硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板的主要原料为煤矸石、水泥和水。本实验采用的煤矸石取自贵州某地，其密度为2．32g/

3

它微量元素，如MgO、K2O、FeO和Fe2O3等。煤矸石具体的化学成分见表1。本研究采用的水泥是符合GB175-2007标准的通用硅酸盐水泥，强度等级为42．5Ｒ，在实验中主要起到粘结剂的作用。本实验中所用的水为普通自来水。

表1煤矸石化学成分

Tab．1Chemicalcompositionofcoalgangue/wt%

lossＲesultant

40．289．051．351．804．6618．390．383．34-0．520．370．0510．01819．6899．37

2．1．2样品制备方法

实验采用压制成型方法制取陶粒板硅酸钙板清水板水泥纤维板GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板，主要实验流程有:磨料，筛选，混料，成型，干燥和保养。具体如下:原料处理:用粉碎机将煤矸石粉碎，分别用10目、16目、32目、48目和80目的粒径筛进行粒径筛选，筛选出粒径分别为1．18～2．0mm、0．6～1．18mm、0．3～0．6mm、0．18～0．3mm、≤0．18mm的煤矸石粉。原料配比设计:原料配比为煤矸石60wt%～80wt%，水泥7wt%～23wt%，水13wt%。不同样品采用的煤

矸石质量一定(为30g)，水泥质量不定(为3～11g)，固液质量比为1∶0．15。

样品制作及养护:先将一定质量的煤矸石与水泥放置在烧杯中，用玻璃棒搅拌2～3min，使其混合均匀后，加入一定量的自来水，继续搅拌2～3min后，静置5min使骨料和粘结剂充分混合。将制好的柸料倒入模具中，在2～6MPa压力下压制15min后，在25℃恒温干燥48h，制得直径为50mm，厚度为20mm的柱状样品。样品完全干燥后，进行水蒸汽养护三次，每次养

护时间为3h。

2．2样品表征方法

样品力学性能测试按JB/T25993-2010的规定进

行，抗压强度测试采用WEW-600A液压试验机，加载速度为0．3MPa/s。抗折强度测试采用

图1透水仪器示意图(1．供水系统;2．水位差;3．试样;

4．量筒;5．溢流口;6．透水圆筒，具有排水口

并保持一定水位的圆筒;7．溢流水槽，具有排水口并

保持一定水位的水槽;8．支架)

Fig．1Sketchmapofpermeabletester

WDW1020微控电子材料试验机，加载速度为0．1～0．2MPa/s。吸水率和透水系数按JB/T25993-2010规定进行测试(其中，透水系数测试在实验室自制的仪器上进行，参见图1)。样品的微观形貌由JSM-6510A

生的矿物材料，是在煤炭开采和洗选加工过程中被分离出来的固体废弃物。随着国内煤炭行业生产的不

cm，堆放密度为1．33g/cm3。主要成分为SiO2(40．28wt%)、CaO(18．39wt%)、Al2O3(9．05wt%)，还含有其

SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaONa2OK2OH2O H2O-TiO2P2O5MnOIgnition

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第12期赵亚兵等:环保免烧结煤矸石陶粒板  硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板的制备方法及其透水性能3257

型扫描电镜测试，加载电压为5～10kV。样品的吸水率和透水系数由下面公式计算:

Wa=m2-m1

K25=QL

式中，Wa(%)为样品吸水率;m1(g)为样品干燥时质量;m2(g)为样品完全吸水后质量;K25(cm/s)是在水温25℃时试样的透水系数;Q(mL)为时间t秒内渗出的水量;L(cm)为式样的厚度;A(cm2)为式样的上表面积;H(cm)为水位差;t(s)为时间。

3结果与讨论

3．1煤矸石粒径对陶粒板硅酸钙板清水板水泥纤维板GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板性能的影响

表2是以煤矸石粒径为变量制备的陶粒板硅酸钙板清水板水泥纤维板GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板的物料配比及其物性参数。图2是样品BＲ-10～BＲ-80的吸水率和透水系数曲线，图3是样品BＲ-10～BＲ-80的抗压强度和抗折强度曲线。从表2、图2和图3可见，当煤矸石粒径由10目增大至80目时，样品吸水率由8．32%增大至15．23%，透水系数由0．93mm/s减小至0．38mm/s，抗压强度由16．38MPa增大至38．79MPa，抗折强度由0．8MPa增大到1．23MPa。骨料颗粒通过不规则的排列，形成大小不一的孔隙，同时承担样品所受的大部分压力。因此，随着煤矸石粒径的减小，样品的比面增大，有效孔隙度减小，孔喉比增大，颗粒堆积更紧密，导致吸水率增加，透水系数下降，抗压强度和抗折强度增加。

图2～7中均采用多项式拟合的方法进行拟合，在图2中样品BＲ-10～BＲ-80的吸水率和透水系数的拟合方程分别为，，在图3中样品BＲ-10～BＲ-80的抗压强度和抗折强度的拟合方程分别为，。样品在骨料粒径小于60目时，随着骨料粒径的减小，透水系数减小较快，吸水率、抗压强度和抗折强度增大较快;骨料粒径大于60目时，随着骨料粒径的减小，吸水率、透水系数和抗折强度变化不大，抗压强度仍增大较快。因此，骨料适宜的粒径范围为40～60目，此粒径范围的骨料所制备的样品具有较高的力学强度和适宜的透水性能。在表2中可见，样品BＲ-10的透水系数大，为0．93mm/s，远小于李伟所研究的混凝土陶粒板  硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板样品的

［14］

强度29．54MPa。主要原因是该文献中使用的骨料粒径范围是0．63～1．25mm、1．25～2．5mm、2．5～5．0mm，而本实验使用的骨料粒径范围是≤0．18mm、0．18～0．3mm、0．3～0．6mm、0．6～1．18mm、1．18～2．0mm，本实验使用的骨料粒径偏小造成的。总体上说，本实验中骨料粒径对样品透水系数和抗压强度的影响与该文献中骨料粒径对陶粒板硅酸钙板清水板水泥纤维板GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板基本性能的影响一致，均为随着骨料粒径的增大，样品透水系数减小，而抗压强度增大。

表2不同煤矸石粒径样品的物料配比与样品的物理性能参数

Tab．2Ｒatioofrawmaterialsandphysicsparametersofsamplespreparedwithdifferentparticlesizeofcoalgangue

SerialnumberSampleDa/meshＲbcg/wt%Ｒccm/wt%Ｒdwt/wt%Wa/%Kt/mm?s-1Ｒec/MPaＲft/MPaＲeference

1-1BＲ-10108．320．9316．380．8Thisexperiment1-2BＲ-161611．730．6516．560．93Thisexperiment1-3BＲ-323274．5312．4213．0412．120．4517．651．15Thisexperiment1-4BＲ-484814．100．4327．681．15Thisexperiment1-5BＲ-808015．230．3838．791．23Thisexperiment

-------1．8-

5．5

29．54-

23．41-Ｒeference［15］

注:成型压力为4MPa，a煤矸石粒径，b煤矸石含量，c水泥含量，d水含量，e抗压强度，f抗折强度

3．2原料配比对陶粒板硅酸钙板清水板水泥纤维板GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板性能的影响

表3为不同水泥含量所制备的样品的物料配比及其物性参数。图4是样品BM-3～BM-11的吸水率和

m1?100%(1)

AHt(2)

大透水系数5．5mm/s;但是样品BＲ-80的抗压强度大，为38．79MPa，大于该文献中样品的大抗压

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3258研究快报硅酸盐通报第33卷

图2样品BＲ-10～BＲ-80的吸水率和透水系数曲线

Fig．2Waterabsorptionratioandpermeability

coefficientcurvesofsamplesBＲ-10-BＲ-80

图3样品BＲ-10～BＲ-80的抗压强度和抗折强度曲线

Fig．3CompressivestrengthandflexuralstrengthcurvesofsamplesBＲ-10-BＲ-80

透水系数曲线，图5是样品BM-3～BM-11的抗压强度和抗折强度曲线。从表3、图4和图5可见，随着粘结剂含量由7．91wt%增加到23．33wt%，样品吸水率由10．23%减小至7．23%，透水系数由0．85mm/s减小至0．32mm/s，抗压强度由7．34MPa增加至31．54MPa，抗折强度由0．98MPa增大到1．97MPa。粘结剂水泥主要起到充填骨料之间的空隙，粘结骨料颗粒的作用。因此，随着粘结剂含量的增加，样品的骨料颗粒间粘结强度增大，样品的有效孔隙度减小，导致样品吸水率和透水系数减小，抗压强度和抗折强度增大。

2

BM-11的抗压强度的拟合方程为Ｒc=19－2．32M 0．12M2。当粘结剂含量小于12wt%时，样品的透水系

数和抗压强度随着粘结剂含量的增大，几乎无变化;当粘结剂含量大于12wt%时，随着粘结剂含量的增大，样品透水系数快速减小，抗压强度快速增大。图4中样品BM-3～BM-11的吸水率的拟合方程为Wa=12．21－0．28M 0．002M2，样品吸水率与粘结剂含量大致呈负线性相关关系，图5中样品BM-3～BM-11的抗折强

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