一种轻质高强建筑陶瓷大板及制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及IPC C04B 33领域，更具体的，涉及一种轻质高强建筑陶瓷大板及制备方法。

背景技术

陶瓷基复合材料具有低密度、高比强度、高比刚度、高硬度、高耐磨性、使用温度高以及导热系数大、热膨胀系数小、抗氧化能力强、吸振性能好等优点，具有非常广泛应用。其中陶瓷大板一般是采用陶瓷原料、金属尾矿、固体废弃物等为原料，采用发泡、半干压或挤出工艺成型，然后经高温烧结而成，但目前的陶瓷大板耐温性能以及抗压强度不够优异，进而限制了其应用。

CN 107098683 B公开了一种烧结煤矸石保温砖，按以下配方烧制而成：煤矸石粉50％～70％，粉煤灰30％～50％，玻化微珠和/或膨胀珍珠岩110％～130％；所述煤矸石粉、粉煤灰为质量百分比，两种原料质量总计100％；该发明利用煤矸石、粉煤灰中含有丰富的矿物成分，经过高温烘焙，各种矿物质全部熔融，结晶，发生晶型转变，产生大量的玻璃质凝胶，结合膨胀珍珠岩、玻化微珠导热系数低以及膨胀珍珠岩经高温可转变为玻璃相并在其所在位置留下封闭的孔洞等特点，但耐温性能与抗压强度不佳。

发明内容

本发明第一方面提供了一种轻质高强建筑陶瓷大板，按百分比计，组分包括：煤矸石30-60wt％、粉煤灰10-20wt％、粘土10-30wt％、烧结助剂补足余量。

优选的，所述组分包括：煤矸石40-60wt％、粉煤灰10-20wt％、粘土15-25wt％、烧结助剂补足余量。

所述煤矸石的细度为20-300目，所述煤矸石中100目以上的颗粒占比不低于40％，可提高材料抗压强度，如颗粒粒度过细，会造成制品干燥与烧成收缩过大，而导致产品变形或开裂。相反，如颗粒国粗，会造成烧结温度提高或强度降低。

所述煤矸石的细度为20-300目，所述煤矸石中100目以上的颗粒占比不低于40％。

优选的，所述煤矸石的细度为50-200目。

优选的，所述煤矸石中包括低温热处理煤矸石。

所述低温热处理煤矸石占煤矸石总量的50-100％。

优选的，所述低温热处理煤矸石经过低温(1000℃以下)脱水、脱碳处理。

优选的，所述脱水、脱碳工艺包括：煤矸石经破碎到颗粒5mm以下，装入匣钵内，经高温窑炉快速升至950-1000℃，保温2-4小时，然后冷却至25-40℃，即得。

所述粉煤灰为高铝粉煤灰，所述高铝粉煤灰中氧化铝含量不低于30wt％。

所述粉煤灰的细度小于100目。

优选的，所述粉煤灰的细度为100-200目。

所述粘土包括木节土、红土和塑性白土中的至少一种。

优选的，所述粘土包括塑性粘土。

所述烧结助剂包括长石和滑石，其中长石占比70-85wt％。

优选的，所述长石占比为75wt％。

优选的，所述长石中K

所述烧结助剂的细度均小于200目。

优选的，所述烧结助剂的细度为200-3000目。

本申请人研究发现，所述煤矸石、粉煤灰、粘土的重量比为(40-60)：(10-20)：(15-25)，可有效降低材料密度，同时提高抗热震性能，随着粉煤灰加入量过高，容易导致制品成型过程中含水率过高，造成坯体干燥变形或开裂，煤矸石的加入可有效平衡体系烧结的收缩率，同时配合1230-1300℃的烧结温度，降低产品密度的同时，还能提升产品保温性能。可能在坯体内产生有大量微细气孔(图2)，降低产品密度的同时，还能提升产品保温性能，使其适用于装配式建筑。

优选的，所述煤矸石、粉煤灰、粘土的重量比为(40-60)：(10-20)：(15-25)。

本发明第二方面提供了一种轻质高强建筑陶瓷大板的制备方法，包括以下步骤：

S1，将煤矸石、粉煤灰、粘土、烧结助剂混合，得到混合物1；

S2，在混合物1中加入水，依次进行混合捏练和室温陈腐，得到混合物2；

S3，将混合物2通过模具挤出，得到陶瓷坯体；

S4，将陶瓷胚体干燥后，烧制，即得。

优选的，一种轻质高强建筑陶瓷大板的制备方法，包括以下步骤：

S1，将煤矸石、粉煤灰、粘土、烧结助剂在双S陶瓷捏合机中混合，得到混合物1；

S2，在混合物1中加入水，依次进行混合捏练30-60min，室温陈腐20-30h，得到混合物2；

S3，将混合物2采用多通道模具挤出1000*500*100mm多通道陶瓷坯体，得到陶瓷坯体；

S4，将坯体置于铺有高温滤布的多空耐高温垫板上面，采用微波-热风干燥2-4h，至坯体水分小于0.5wt％，然后在高温隧道窑中高温烧制，即得。

所述加入水的重量占混合物1重量的15-20％。

优选的，所述加入水的重量占混合物1重量的16-18％。

优选的，所述坯体的孔径为30mm。

所述烧制的温度为1230-1300℃。

优选的，所述烧制的温度为1250-1300℃。

有益效果

1.所述煤矸石的细度为20-300目，所述煤矸石中100目以上的颗粒占比不低于40％，可提高材料抗压强度。

2.所述煤矸石、粉煤灰、粘土的重量比为(40-60)：(10-20)：(15-25)，可有效降低材料密度，同时提高抗热震性能。

3.使用1230-1300℃的烧结温度，降低产品密度的同时，还能提升产品保温性能。

4.所述烧结助剂包括长石和滑石，其中长石占比70-85wt％，可提高坯体内气孔分布均一性，进一步提升抗压强度至32MPa。

5.以煤矸石、粉煤灰固废为主要原料，原料来源广，并可充分利用部分煤矸石中热值，有效降低制品烧成成本，有利于实施节能减排，固废资源化利用。

附图说明

图1为实施例1制备得到的陶瓷大板结构示意图。

图2为实施例1制备得到的陶瓷大板结构内部显微图。

具体实施方式

实施例1

一种轻质高强建筑陶瓷大板，按百分比计，所述陶瓷大板组分为：煤矸石40wt％、粉煤灰20wt％、塑性粘土25wt％、钾长石10wt％、滑石5wt％。

所述煤矸石的细度为50-200目，所述煤矸石中100目以上的颗粒占比为70％。

所述煤矸石由煤矸石原料经本公司粉碎加工而成，所述煤矸石原料购买自准格尔旗不连沟煤矿。

所述粉煤灰的细度为100-200目。

所述粉煤灰由粉煤灰原料经本公司粉碎加工而成，所述粉煤灰原料购买自准格尔旗华电电厂。

所述粘土为塑性粘土，产地为准格尔旗红燃煤矿塑性粘土。

所述钾长石，产地为山西临县钾长石，其中长石中K

所述滑石，来自河北灵寿，其中滑石中MgO为35.2wt％。

一种轻质高强建筑陶瓷大板的制备方法，为以下步骤：

S1，将煤矸石、粉煤灰、塑性粘土、钾长石、滑石在双S陶瓷捏合机中混合，得到混合物1；

S2，在混合物1中加入水，依次进行混合捏练50min，室温陈腐24h，得到混合物2；

S3，将混合物2采用多通道模具挤出1000*500*100mm多通道陶瓷坯体，得到陶瓷坯体；

S4，将坯体置于铺有高温滤布的多空耐高温垫板上面，采用微波-热风干燥，至坯体水分达到0.5wt％，然后在高温隧道窑中高温烧制，如图1所示，即得。

所述加入水的重量占混合物1重量的18％。

所述坯体的孔径为30mm。

所述干燥的时间为2h。

所述烧制的温度为1250℃。

实施例2

具体实施方式同实施例1；不同的是，实施例2中所述陶瓷大板组分为：煤矸石50wt％、粉煤灰15wt％、塑性粘土20wt％、钾长石10wt％、滑石5wt％。

所述干燥的时间为3h。

所述烧制的温度为1260℃。

实施例3

具体实施方式同实施例1；不同的是，实施例3中所述陶瓷大板组分为：煤矸石50wt％、粉煤灰20wt％、塑性粘土15wt％、钾长石10wt％、滑石5wt％。

所述低温热处理煤矸石占煤矸石总量的60％。

所述低温热处理煤矸石经过脱水、脱碳处理。

所述脱水、脱碳工艺为：将煤矸石装入匣钵内，经高温窑炉快速升至950℃，保温3小时，然后冷却至25℃，即得。

所述干燥的时间为3h。

所述烧制的温度为1260℃。

实施例4

具体实施方式同实施例1；不同的是，实施例4中所述陶瓷大板组分为：煤矸石60wt％、粉煤灰10wt％、塑性粘土15wt％、钾长石10wt％、滑石5wt％。

所述低温热处理煤矸石占煤矸石总量的50％。

所述低温热处理煤矸石经过脱水、脱碳处理。

所述脱水、脱碳工艺为：将煤矸石装入匣钵内，经高温窑炉快速升至950℃，保温3小时，然后冷却至25℃，即得。

所述加入水的重量占混合物1重量的16％。

所述干燥的时间为3h。

所述烧制的温度为1260℃。

实施例5

具体实施方式同实施例1；不同的是，实施例5中所述陶瓷大板组分为：煤矸石50wt％、粉煤灰20wt％、塑性粘土15wt％、钾长石10wt％、滑石5wt％。

所述煤矸石为低温热处理煤矸石。

所述低温热处理煤矸石经过脱水、脱碳处理。

所述脱水、脱碳工艺为：将煤矸石装入匣钵内，经高温窑炉快速升至950℃，保温3小时，然后冷却至25℃，即得。

所述干燥的时间为3h。

所述烧制的温度为1300℃。

对比例1

具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例1中所述陶瓷大板组分为：煤矸石70wt％、塑性粘土15wt％、钾长石10wt％、滑石5wt％。

其中S1，将煤矸石、塑性粘土、钾长石、滑石在双S陶瓷捏合机中混合，得到混合物1。

所述干燥的时间为3h。

对比例2

具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例2中所述陶瓷大板组分为：煤矸石30wt％、粉煤灰40wt％、塑性粘土15wt％、钾长石10wt％、滑石5wt％。

所述加入水的重量占混合物1重量的25％。

所述干燥的时间为3h。

对比例3

具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例3中所述陶瓷大板组分为：煤矸石40wt％、粉煤灰20wt％、塑性粘土20wt％、钾长石15wt％、滑石5wt％。

所述加入水的重量占混合物1重量的20％。

所述干燥的时间为3h。

性能测试方法

将实施例和对比例中陶瓷大板进行性能测试，测试数据列于表1中。

1)抗压强度参照GB/T 4740测试。

2)导热系数参照GB/T 5598测试。

3)密度参照GB/T2413测试。

4)耐火度参照GB/T 7322-2007。

5)抗热震次数参照GB/T 30873 2014。

性能测试数据0.23

表1