一种耐水抗冻煤矸石、页岩清水砖的制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体是涉及一种耐水抗冻煤矸石、页岩清水砖的制备方法。

背景技术

清水砖又叫清水墙砖，具有承重一体化，风格多变，施工简单等特点。清水砖要求具有良好的保温、隔热、隔音、防水、抗冻、不变色、耐久、环保无放射性等优良品质，产品一般设计成多孔的结构形式，它包括长方体的标准砖块和配套的异形砖，有多种饰面效果。

许多城市和地区禁止使用实心粘土砖，不能用粘土作为主要原料烧制，因此，用各种固体废弃物烧制墙体用的砖成为一个重要的趋势。目前，烧结砖大多是以煤矸石、粉煤灰、磷渣、污泥甚至垃圾等固体废弃物为主要原料的环保型砖。其中，煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。这类固体废弃物烧制的砖一般颜色都不好看，如果不进行特殊装饰，均不能用作清水砖。

页岩是使用较多的清水砖制备原料，烧结页岩清水砖是在普通烧结页岩砖的基础上对空心砖坯体进行图案装饰和上釉装饰等处理而得到的产品，属于炻质陶砖，尺寸公差小，其表面经过处理后非常美观，可直接作为墙体的表面而不需要其它的表面装饰，这一点是固体废弃物制备的清水砖所欠缺的，如果能将固体废弃物与页岩结合制备清水砖将有利于固体废弃物的回收利用。

然而，由于烧结页岩清水砖与普通烧结页岩砖在生产工艺上有较大不同，所以其抗冻性能也会有所差异。中国专利CN107573015A公开了一种耐水抗冻页岩清水砖的制备方法，该方法制备的页岩清水砖具有优异的耐水性和抗冻性，同时抗压强度也有一定程度的提高。但是该方法需要使用液氮冷冻、氨气熏蒸，无论是液氮还是氨气都易危害人体健康，尤其是氨气，无色有毒、有强烈的刺激气味，中毒无特效解毒药。因此，有必要开发一种更为安全的耐水抗冻页岩清水砖制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种耐水抗冻煤矸石、页岩清水砖的制备方法，该方法安全简单，制备的页岩清水砖耐水性、抗冻性及力学性能都较好。

为达到本发明的目的，本发明耐水抗冻煤矸石、页岩清水砖的制备方法包括以下步骤：

（1）制备植物秸秆纤维素溶液：在质量浓度5-7％的碳酸氢钠水溶液和质量浓度3-6％的氧化锌水溶液的混合溶液中加入溶液总质量12％-17％粉碎后的植物秸秆，于70-90℃密闭处理3-5h，磨浆处理，得浆料，加入氧化石墨烯水溶液和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体，混合均匀后，加入质量为浆料质量0.8-1.5倍的单壁碳纳米管，超声分散，得改性植物秸秆纤维素溶液；

（2）按重量份数计，取20-40份煤矸石、80-100份页岩，粉碎，将粉碎页岩浸泡于步骤（1）所得改性植物秸秆纤维素溶液中，加入150-200份正硅酸乙酯混合，于压力为2.5-3.5MPa，温度为450-490℃，转速为250-300r/min的条件下，恒温恒压密闭反应1-3 h，自然冷却至室温后，出料，过滤，得滤饼，即得改性煤矸石和页岩混合物；

（3）将改性煤矸石和页岩混合物与粉煤灰按质量比2-4：1混合，并加入改性煤矸石和页岩的混合物质量0.15-0.25倍的水，改性煤矸石和页岩的混合物质量0.05-0.12倍的助熔剂，搅拌混合后，得混合料，将混合料投入造粒机中造粒，得预处理坯料，将预处理坯料陈化1-2天后，得基料颗粒；

（4）将基料颗粒倒入模具中压制成型得坯体，将坯体移入干燥箱中，于温度为85-98℃的条件下，干燥至含水率为2-5%，得预处理坯体；

（5）将预处理坯体移入烧结炉中，900-1000℃烧制成型，得耐水抗冻煤矸石、页岩清水砖。

进一步地，所述步骤（1）中植物秸秆为水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆中的一种或多种。

进一步地，所述步骤（1）中氧化石墨烯水溶液的体积为浆料质量1-3倍。

进一步地，所述步骤（1）中1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体的体积为浆料质量1-3倍。

进一步地，所述步骤（2）中改性植物秸秆纤维素溶液浸没煤矸石和页岩粉碎后所得混合物即可。

优选地，在本发明的一些实施例中，所述步骤（3）中助熔剂为BBSZ玻璃粉体和La

本发明中，所述BBSZ玻璃粉体按摩尔比计，包含27%的Bi

与现有技术相比，本发明的优点如下：

（1）本发明将煤矸石这类因颜色需进行装饰而不适宜制作清水砖的原料和页岩相结合，实现废物利用，且通过制备工艺的优化，获得耐水抗冻的清水砖；

（2）本发明的制备方法不需要浸泡硫酸铁和经过氨气熏蒸，安全性高，且通过使用单壁碳纳米管改性植物秸秆纤维溶液对煤矸石和页岩进行改性处理，再使用BBSZ玻璃粉体和La

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解，以下描述仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明所述页岩可以是任一种页岩，在本发明实施例中使用的是硅质页岩。

本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法所固有的要素。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

此外，下面所描述的术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对相同的实施例或示例。而且，本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

一种煤矸石、页岩清水砖，其制备方法包括以下步骤：

（1）制备植物秸秆纤维素溶液：在质量浓度6％的碳酸氢钠水溶液和质量浓度5％的氧化锌水溶液的混合溶液中加入溶液总质量15％粉碎后的植物秸秆，于80℃密闭处理4h，磨浆处理，得浆料，加入氧化石墨烯水溶液和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体，混合均匀后，加入质量为浆料质量1.2倍的单壁碳纳米管，超声分散，得改性植物秸秆纤维素溶液，其中，所述植物秸秆为玉米秸秆，所述氧化石墨烯水溶液的体积为浆料质量2倍，所述1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体的体积为浆料质量2倍；

（2）按重量份数计，取30份煤矸石、90份页岩，粉碎，将粉碎页岩浸泡于步骤（1）所得改性植物秸秆纤维素溶液中（改性植物秸秆纤维素溶液浸没煤矸石和页岩粉碎后所得混合物即可），加入180份正硅酸乙酯混合，于压力为3.0MPa，温度为470℃，转速为280r/min的条件下，恒温恒压密闭反应2 h，自然冷却至室温后，出料，过滤，得滤饼，即得改性煤矸石和页岩混合物；

（3）将改性煤矸石和页岩混合物与粉煤灰按质量比3：1混合，并加入改性煤矸石和页岩的混合物质量0.20倍的水，改性煤矸石和页岩的混合物质量0.09倍的助熔剂，搅拌混合后，得混合料，将混合料投入造粒机中造粒，得预处理坯料，将预处理坯料陈化2天后，得基料颗粒，其中，助熔剂为BBSZ玻璃粉体和La

（4）将基料颗粒倒入模具中压制成型得坯体，将坯体移入干燥箱中，于温度为85-98℃的条件下，干燥至含水率为2-5%，得预处理坯体；

（5）将预处理坯体移入烧结炉中，900℃烧制成型，得煤矸石、页岩清水砖。

实施例2

一种煤矸石、页岩清水砖，其制备方法包括以下步骤：

（1）制备植物秸秆纤维素溶液：在质量浓度7％的碳酸氢钠水溶液和质量浓度6％的氧化锌水溶液的混合溶液中加入溶液总质量17％粉碎后的植物秸秆，于70℃密闭处理5h，磨浆处理，得浆料，加入氧化石墨烯水溶液和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体，混合均匀后，加入质量为浆料质量1.5倍的单壁碳纳米管，超声分散，得改性植物秸秆纤维素溶液，其中，所述植物秸秆为小麦秸秆，所述氧化石墨烯水溶液的体积为浆料质量2倍，所述1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体的体积为浆料质量2倍；

（2）按重量份数计，取40份煤矸石、100份页岩，粉碎，将粉碎页岩浸泡于步骤（1）所得改性植物秸秆纤维素溶液中（改性植物秸秆纤维素溶液浸没煤矸石和页岩粉碎后所得混合物即可），加入200份正硅酸乙酯混合，于压力为3.5MPa，温度为490℃，转速为300r/min的条件下，恒温恒压密闭反应3 h，自然冷却至室温后，出料，过滤，得滤饼，即得改性煤矸石和页岩混合物；

（3）将改性煤矸石和页岩混合物与粉煤灰按质量比2：1混合，并加入改性煤矸石和页岩的混合物质量0.15倍的水，改性煤矸石和页岩的混合物质量0.12倍的助熔剂，搅拌混合后，得混合料，将混合料投入造粒机中造粒，得预处理坯料，将预处理坯料陈化2天后，得基料颗粒，其中，助熔剂为BBSZ玻璃粉体和La

（4）将基料颗粒倒入模具中压制成型得坯体，将坯体移入干燥箱中，于温度为85-98℃的条件下，干燥至含水率为2-5%，得预处理坯体；

（5）将预处理坯体移入烧结炉中，1000℃烧制成型，得煤矸石、页岩清水砖。

实施例3

一种煤矸石、页岩清水砖，其制备方法包括以下步骤：

（1）制备植物秸秆纤维素溶液：在质量浓度5％的碳酸氢钠水溶液和质量浓度3％的氧化锌水溶液的混合溶液中加入溶液总质量12％粉碎后的植物秸秆，于90℃密闭处理3h，磨浆处理，得浆料，加入氧化石墨烯水溶液和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体，混合均匀后，加入质量为浆料质量0.8倍的单壁碳纳米管，超声分散，得改性植物秸秆纤维素溶液，其中，所述植物秸秆为水稻秸秆，所述氧化石墨烯水溶液的体积为浆料质量1倍，所述1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体的体积为浆料质量1倍；

（2）按重量份数计，取20份煤矸石、80份页岩，粉碎，将粉碎页岩浸泡于步骤（1）所得改性植物秸秆纤维素溶液中（改性植物秸秆纤维素溶液浸没煤矸石和页岩粉碎后所得混合物即可），加入150份正硅酸乙酯混合，于压力为2.5MPa，温度为450℃，转速为250r/min的条件下，恒温恒压密闭反应3 h，自然冷却至室温后，出料，过滤，得滤饼，即得改性煤矸石和页岩混合物；

（3）将改性煤矸石和页岩混合物与粉煤灰按质量比4：1混合，并加入改性煤矸石和页岩的混合物质量0.25倍的水，改性煤矸石和页岩的混合物质量0.12倍的助熔剂，搅拌混合后，得混合料，将混合料投入造粒机中造粒，得预处理坯料，将预处理坯料陈化2天后，得基料颗粒，其中，助熔剂为BBSZ玻璃粉体和La

（4）将基料颗粒倒入模具中压制成型得坯体，将坯体移入干燥箱中，于温度为85-98℃的条件下，干燥至含水率为2-5%，得预处理坯体；

（5）将预处理坯体移入烧结炉中，950℃烧制成型，得煤矸石、页岩清水砖。

对比例1

一种煤矸石、页岩清水砖，其制备方法包括以下步骤：

（1）制备植物秸秆纤维素溶液：在质量浓度6％的碳酸氢钠水溶液和质量浓度5％的氧化锌水溶液的混合溶液中加入溶液总质量15％粉碎后的植物秸秆，于80℃密闭处理4h，磨浆处理，得浆料，加入1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体，混合均匀后，加入质量为浆料质量1.2倍的单壁碳纳米管，超声分散，得改性植物秸秆纤维素溶液，其中，所述植物秸秆为玉米秸秆，所述1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体的体积为浆料质量2倍；

（2）按重量份数计，取30份煤矸石、90份页岩，粉碎，将粉碎页岩浸泡于步骤（1）所得改性植物秸秆纤维素溶液中（改性植物秸秆纤维素溶液浸没煤矸石和页岩粉碎后所得混合物即可），加入180份正硅酸乙酯混合，于压力为3.0MPa，温度为470℃，转速为280r/min的条件下，恒温恒压密闭反应2 h，自然冷却至室温后，出料，过滤，得滤饼，即得改性煤矸石和页岩混合物；

（3）将改性煤矸石和页岩混合物与粉煤灰按质量比3：1混合，并加入改性煤矸石和页岩的混合物质量0.20倍的水，改性煤矸石和页岩的混合物质量0.09倍的助熔剂，搅拌混合后，得混合料，将混合料投入造粒机中造粒，得预处理坯料，将预处理坯料陈化2天后，得基料颗粒，其中，助熔剂为BBSZ玻璃粉体和La

（4）将基料颗粒倒入模具中压制成型得坯体，将坯体移入干燥箱中，于温度为85-98℃的条件下，干燥至含水率为2-5%，得预处理坯体；

（5）将预处理坯体移入烧结炉中，900℃烧制成型，得煤矸石、页岩清水砖。

对比例2

一种煤矸石、页岩清水砖，其制备方法包括以下步骤：

（1）制备植物秸秆纤维素溶液：在质量浓度6％的碳酸氢钠水溶液和质量浓度5％的氧化锌水溶液的混合溶液中加入溶液总质量15％粉碎后的植物秸秆，于80℃密闭处理4h，磨浆处理，得浆料，加入氧化石墨烯水溶液，混合均匀后超声分散，得改性植物秸秆纤维素溶液，其中，所述植物秸秆为玉米秸秆，所述氧化石墨烯水溶液的体积为浆料质量2倍；

（2）按重量份数计，取30份煤矸石、90份页岩，粉碎，将粉碎页岩浸泡于步骤（1）所得改性植物秸秆纤维素溶液中（改性植物秸秆纤维素溶液浸没煤矸石和页岩粉碎后所得混合物即可），加入180份正硅酸乙酯混合，于压力为3.0MPa，温度为470℃，转速为280r/min的条件下，恒温恒压密闭反应2 h，自然冷却至室温后，出料，过滤，得滤饼，即得改性煤矸石和页岩混合物；

（3）将改性煤矸石和页岩混合物与粉煤灰按质量比3：1混合，并加入改性煤矸石和页岩的混合物质量0.20倍的水，改性煤矸石和页岩的混合物质量0.09倍的助熔剂，搅拌混合后，得混合料，将混合料投入造粒机中造粒，得预处理坯料，将预处理坯料陈化2天后，得基料颗粒，其中，助熔剂为BBSZ玻璃粉体和La

（4）将基料颗粒倒入模具中压制成型得坯体，将坯体移入干燥箱中，于温度为85-98℃的条件下，干燥至含水率为2-5%，得预处理坯体；

（5）将预处理坯体移入烧结炉中，900℃烧制成型，得煤矸石、页岩清水砖。

对比例3

一种煤矸石、页岩清水砖，其制备方法包括以下步骤：

（1）制备植物秸秆纤维素溶液：在质量浓度6％的碳酸氢钠水溶液和质量浓度5％的氧化锌水溶液的混合溶液中加入溶液总质量15％粉碎后的植物秸秆，于80℃密闭处理4h，磨浆处理，得浆料，加入氧化石墨烯水溶液和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体，混合均匀后，加入质量为浆料质量1.2倍的单壁碳纳米管，超声分散，得改性植物秸秆纤维素溶液，其中，所述植物秸秆为玉米秸秆，所述氧化石墨烯水溶液的体积为浆料质量2倍，所述1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体的体积为浆料质量2倍；

（2）按重量份数计，取30份煤矸石、90份页岩，粉碎，将粉碎页岩浸泡于步骤（1）所得改性植物秸秆纤维素溶液中（改性植物秸秆纤维素溶液浸没煤矸石和页岩粉碎后所得混合物即可），加入180份正硅酸乙酯混合，于压力为3.0MPa，温度为470℃，转速为280r/min的条件下，恒温恒压密闭反应2 h，自然冷却至室温后，出料，过滤，得滤饼，即得改性煤矸石和页岩混合物；

（3）将改性煤矸石和页岩混合物与粉煤灰按质量比3：1混合，并加入改性煤矸石和页岩的混合物质量0.20倍的水，改性煤矸石和页岩的混合物质量0.09倍的助熔剂，搅拌混合后，得混合料，将混合料投入造粒机中造粒，得预处理坯料，将预处理坯料陈化2天后，得基料颗粒，其中，所述助熔剂为硼酸、氧化钙和冰晶石的混合物，该混合物中三者质量比为1：1：1；

（4）将基料颗粒倒入模具中压制成型得坯体，将坯体移入干燥箱中，于温度为85-98℃的条件下，干燥至含水率为2-5%，得预处理坯体；

（5）将预处理坯体移入烧结炉中，900℃烧制成型，得煤矸石、页岩清水砖。

对比例4

一种煤矸石、页岩清水砖，其制备方法包括以下步骤：

（1）制备植物秸秆纤维素溶液：在质量浓度6％的碳酸氢钠水溶液和质量浓度5％的氧化锌水溶液的混合溶液中加入溶液总质量15％粉碎后的植物秸秆，于80℃密闭处理4h，磨浆处理，得浆料，加入氧化石墨烯水溶液和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体，混合均匀后，加入质量为浆料质量1.2倍的单壁碳纳米管，超声分散，得改性植物秸秆纤维素溶液，其中，所述植物秸秆为玉米秸秆，所述氧化石墨烯水溶液的体积为浆料质量2倍，所述1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体的体积为浆料质量2倍；

（2）按重量份数计，取30份煤矸石、90份页岩，粉碎，将粉碎页岩浸泡于步骤（1）所得改性植物秸秆纤维素溶液中（改性植物秸秆纤维素溶液浸没煤矸石和页岩粉碎后所得混合物即可），加入180份正硅酸乙酯混合，于压力为3.0MPa，温度为470℃，转速为280r/min的条件下，恒温恒压密闭反应2 h，自然冷却至室温后，出料，过滤，得滤饼，即得改性煤矸石和页岩混合物；

（3）将改性煤矸石和页岩混合物与粉煤灰按质量比3：1混合，并加入改性煤矸石和页岩的混合物质量0.20倍的水，改性煤矸石和页岩的混合物质量0.09倍的助熔剂，搅拌混合后，得混合料，将混合料投入造粒机中造粒，得预处理坯料，将预处理坯料陈化2天后，得基料颗粒，其中，所述助熔剂为硼酸、氧化钙和冰晶石的混合物，该混合物中三者质量比为1：1：1；

（4）将基料颗粒倒入模具中压制成型得坯体，将坯体移入干燥箱中，于温度为85-98℃的条件下，干燥至含水率为2-5%，得预处理坯体；

（5）将预处理坯体移入烧结炉中，1200℃烧制成型，得煤矸石、页岩清水砖。

效果实施例

按中国专利CN107573015A实施例中公开的性能检测方法检测实施例和对比例所得清水砖的耐水性、抗冻性和力学性能，不同的时耐水性检测中将干燥后的砖体放入温度20℃的水箱中浸泡48小时后擦去水分称重，即所得吸水率为W

表1 实施例1-3和对比例1-4所得清水砖的性能检测结果

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。