CN102815909B - 一种煤矸石预拌砂浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矸石预拌砂浆及其制备方法，它由煤矸石细粉、硅酸盐水泥熟料、硅灰、复合细骨料、复合激发剂、内养护剂和石膏调凝剂按适当的质量百分比经一定的工艺混合而成，其中煤矸石细粉的含量为5-20%，煤矸石细骨料为15-60%。本发明的煤矸石预拌砂浆的强度、稠度、保水性、凝结时间、拉伸粘结强度等物理性能指标均满足建材行业标准要求，可以满足砌筑和墙面抹灰需要。这项发明不仅有利于解决了煤矸石长期堆积及对环境的污染等诸多问题，使煤矸石变废为宝，符合国家节能、减排、保护环境的产业政策，有利于推广应用。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体为一种煤矸石预拌砂浆及其制备方法。
背景技术
预拌砂浆是指由专业化厂家生产的，用于建设工程中的各种砂浆拌合物，是我国近年发展起来的一种新型建筑材料。目前，现场拌制砂浆日益显示出其固有的缺陷，如砂浆质量不稳定、材料浪费大、砂浆品种单一、文明施工程度低，使建筑工程质量难以得到保证，同时对城市环境产生严重污染。因此，建设部等六部委联合发布了《关于在部分城市限期禁止现场搅拌砂浆工作的通知》，要求127个城市到2009年7月禁止在施工现场使用水泥搅拌砂浆，并颁布了相应的标准。就我国砂浆企业而言，主要存在生产设备简陋，产品价格较高，专业化水平低、砂浆功能单一等问题，尤其是降低产品价格和提高功能化是势在必行。
煤矸石是夹杂在煤层中的含碳量较低、比煤坚硬的岩石，在选煤和洗煤过程中排出的固体废弃物总称，是我国排放量最大的工业固体废弃物之一，每年的煤矸石排放量占当年煤炭产量的10%至15%，仅2010年排放量达到3.8亿吨，目前已煤矸石山达1500多座，仅50多亿吨，占地1.3×108cm2以上。大量煤矸石长期堆放不仅占用土地，而且造成环境污染。减排煤矸石，使其无害化、资源化势在必行。虽然煤矸石利用率达到70%以上，但是利用附加值很低，如复垦造田筑路和井下充填，煤矸石砖，低热值燃料等，在建材行业中，煤矸石用于制砖占90%以上，其他用于水泥混合材、混凝土掺合料、混凝土骨料等。与其他固体废物如粉煤灰相比，影响煤矸石在建材行业有效利用的关键是煤矸石的活性不高，如何提高煤矸石的活性是制约煤矸石利用的瓶颈。现行主要方式是高温煅烧和化学激发。在利用煤矸石制备预拌砂浆（或干粉砂浆）方面，在国内相关的专利有200910085856.2和200810246222.6，前者是用煤矸石做细骨料，存在问题利用价值低，后者把煤矸石用做混合材和细骨料，其中做混合材部分需要经过750-850℃煅烧处理，能耗和设备成本大，使此技术推广难度大。
因此，如何合理的激发煤矸石的活性，提高其利用价值和经济效益，使其具有更广泛的市场应用前景，具有更大的实际意义。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提出了一种以煤矸石为原料的煤矸石预拌砂浆的制备方法，煤矸石预拌砂浆的强度、稠度、保水性、凝结时间、拉伸粘结强度等物理性能指标均满足建材行业标准要求，可以满足砌筑和墙面抹灰需要。这项发明不仅有利于解决了煤矸石长期堆积及对环境的污染等诸多问题，使煤矸石变废为宝，符合国家节能、减排、保护环境的产业政策，有利于推广应用。
本发明的目的是这样实现的：
一种煤矸石预拌砂浆，其特征在于，由下列原料按照质量百分比组合而成：5%-20%煤矸石细粉、10-30%硅酸盐水泥熟料、15-60%煤矸石细骨料、15-60%的标准石英砂、2%硅灰、0.1-1%高效减水剂、0.01-0.1%内养护剂、0.5-4.5%复合激发剂、0.3-1.5%石膏调凝剂；
所述的复合激发剂由二水硫酸钙和氢氧化钙组成；
所述的石膏调凝剂为二水硫酸钙或半水硫酸钙；
所述的高效减水剂为奈系FDN或聚羧酸系PC，固体粉沫；
所述的内养护剂为聚丙烯酰胺或甲基纤维素醚；
所述的标准石英砂为2区中砂；
所述的硅灰平均粒径在 0.15-0.20μm ，比表面积为 15000~20000m2 /kg；
煤矸石预拌砂浆，其具体制备方法步骤如下：
（1）先将煤矸石在破碎机中破碎成细粒后分成两部分，部分I按照2区砂要求进行分级，作为煤矸石细骨料；部分II在球磨机中粉磨至要求细度，比表面积控制在350-450m2/kg；
（2）硅酸盐水泥熟料和石膏调凝剂按用量比例在球磨机中粉磨至要求细度，比表面积控制在350-450m2/kg；
（3）将磨细的煤矸石细粉、水泥熟料、复合激发剂、高效减水剂、内养护剂、煤矸石细骨料、石英砂按上述比例进行混合，制成煤矸石水泥砂浆。
积极有益效果：煤矸石细粉是水泥中一种胶凝材料，具有一定的水化活性，但这种活性需要在激发剂存在条件下才能表现出来，虽然水泥水化可以提供氢氧化钙进行激发，但是这种激发作用有限，需要再掺入激发剂，如氢氧化钙、硫酸钙等组分，使煤矸石的水化不完全依赖于水泥水化产生氢氧化钙的数量和速度。
内养护剂主要是为了使砂浆在外部水源缺乏或不便于养护时，依靠自身吸收的水分逐渐释放，保持砂浆内部合适的湿度，以免干燥收缩开裂，主要用些吸水量大且失水较慢的一些材料，如聚丙烯醇胺、甲基纤维素醚等，本发明采用的效果较好的聚丙烯醇胺。
高效减水剂主要在保证正常施工性能的前提下，为减小砂浆的加水量，从而提高砂浆的强度和耐久性。目前常用的奈系减水剂和聚羧酸减水剂，本发明采用效果较好的聚羧酸减水剂。
石膏调凝剂用于调节砂浆的凝结时间。在合适的掺量范围内，可以调节水泥和煤矸石的水化速率，从而调整了煤矸石预拌砂浆的凝结时间，一般用二水石膏或半水石膏。
由于煤矸石、水泥熟料、激发剂的硬度不同，达到规定细度所需时间不同，要求分开粉磨。
本发明制备的煤矸石预拌砂浆具有以下优势：
（1）采用复合激发剂对煤矸石进行活性激发，使其潜在水硬性得到一定程度的发挥，但是仅借助化学激活的方法，煤矸石总体活性偏低。因此，本发明借助砂浆对于水泥强度要求较低的特点，把煤矸石作为砂浆的活性掺合料使用，避免了因过度追求煤矸石的活性效应而带来的成本增加；同时又利用煤矸石具有较高强度的特点，达到煤矸石充分资源化利用。
（2）煤矸石预拌砂浆的稠度、保水性、凝结时间、拉伸粘结强度等物理性能指标均满足 JG/T230 － 2007要求。当煤矸石细粉掺量在5-10%时，预拌砂浆强度等级达到20；当煤矸石细粉掺量在10-15%时预拌砂浆强度等级达到15；当煤矸石细粉掺量在15-20%时预拌砂浆强度等级达到10。
（3）不仅煤矸石预拌砂浆的一般性能满足要求，而且抗渗性、粘结性、抗开裂性等良好，可以作为砌筑砂浆、抹灰砂浆、地面砂浆等使用，同时具有质量稳定、施工简单、环境低负荷的特征，符合我国可持续发展战略。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明作进一步说明：
一种煤矸石预拌砂浆，其特征在于，由下列原料按照质量百分比组合而成：5%-20%煤矸石细粉、10-30%硅酸盐水泥熟料、15-60%煤矸石细骨料、15-60%的标准石英砂、2%硅灰、0.1-1%高效减水剂、0.01-0.1%内养护剂、0.5-4.5%复合激发剂、0.3-1.5%石膏调凝剂；
所述的复合激发剂由二水硫酸钙和氢氧化钙组成；
所述的石膏调凝剂为二水硫酸钙或半水硫酸钙；
所述的高效减水剂为奈系FDN或聚羧酸系PC，固体粉沫；
所述的内养护剂为聚丙烯酰胺或甲基纤维素醚；
所述的标准石英砂为2区中砂；
所述的硅灰平均粒径在 0.15-0.20μm ，比表面积为 15000~20000m2 /kg；
煤矸石预拌砂浆，其具体制备方法步骤如下：
（1）先将煤矸石在破碎机中破碎成细粒后分成两部分，部分I按照2区砂要求进行分级，作为煤矸石细骨料；部分II在球磨机中粉磨至要求细度，比表面积控制在350-450m2/kg；
（2）硅酸盐水泥熟料和石膏调凝剂按用量比例在球磨机中粉磨至要求细度，比表面积控制在350-450m2/kg；
（3）将磨细的煤矸石细粉、水泥熟料、复合激发剂、高效减水剂、内养护剂、煤矸石细骨料、石英砂按上述比例进行混合，制成煤矸石水泥砂浆。
实施例1
通过将各种组分按上述方法磨制成细粉，然后按下列比例质量百分比混合而成。
煤矸石细粉 5.0%
硅酸盐水泥熟料 30.4%
石膏调凝剂 1.0%
复合激发剂 0.5%
硅灰 2.0%
高效减水剂 1.0%
内养护剂 0.1 %
煤矸石细骨料 45.0%
石英砂 15.0%
测得的主要物理性能指标为：凝结时间4h，28天强度26.6MPa，保水性95%，14天粘结强度1.64MPa，抗渗等级为P6，砂浆膨胀率为1.5×10-2%。
实施例2
通过将各种组分按上述方法磨制成细粉，然后按下列比例质量百分比混合而成。
煤矸石细粉 10.0%
硅酸盐水泥熟料 25.9%
硅灰 2.0%
石膏调凝剂 1.0%
复合激发剂 2.0%
高效减水剂 1.0%
内养护剂 0.1 %
煤矸石细骨料 45.0%
石英砂 15.0%
测得的主要物理性能指标为：凝结时间4h，28天强度20.1MPa，保水性92%，14天粘结强度1.20MPa，抗渗等级为P6，膨胀率为1.1×10-2%。
实施例3
通过将各种组分按上述方法磨制成细粉，然后按下列比例质量百分比混合而成。
煤矸石细粉 15.0%
硅酸盐水泥熟料 19.9%
硅灰 2.0%
石膏调凝剂 1.0%
复合激发剂 3.0%
高效减水剂 1.0%
内养护剂 0.1 %
煤矸石细骨料 45.0%
石英砂 15.0%
测得的主要物理性能指标为：凝结时间4h，28天强度17.6MPa，保水性90%，14天粘结强度0.82MPa，抗渗等级为P6，膨胀率为0.9×10-2%。
本发明制备的煤矸石预拌砂浆具有以下优势：
（1）采用复合激发剂对煤矸石进行活性激发，使其潜在水硬性得到一定程度的发挥，但是仅借助化学激活的方法，煤矸石总体活性偏低。因此，本发明借助砂浆对于水泥强度要求较低的特点，把煤矸石作为砂浆的活性掺合料使用，避免了因过度追求煤矸石的活性效应而带来的成本增加；同时又利用煤矸石具有较高强度的特点，达到煤矸石充分资源化利用。
（2）煤矸石预拌砂浆的稠度、保水性、凝结时间、拉伸粘结强度等物理性能指标均满足 JG/T230 － 2007要求。当煤矸石细粉掺量在5-10%时，预拌砂浆强度等级达到20；当煤矸石细粉掺量在10-15%时预拌砂浆强度等级达到15；当煤矸石细粉掺量在15-20%时预拌砂浆强度等级达到10。
（3）不仅煤矸石预拌砂浆的一般性能满足要求，而且抗渗性、粘结性、抗开裂性等良好，可以作为砌筑砂浆、抹灰砂浆、地面砂浆等使用，同时具有质量稳定、施工简单、环境低负荷的特征，符合我国可持续发展战略。
以上实施例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。
Claims (5)
1.一种煤矸石预拌砂浆，其特征在于，由下列原料按照质量百分比组合而成：5%-20%煤矸石细粉、10-30%硅酸盐水泥熟料、15-60%煤矸石细骨料、15-60%的标准石英砂、2%硅灰、0.1-1%高效减水剂、0.01-0.1%内养护剂、0.5-4.5%复合激发剂、0.3-1.5%石膏调凝剂；
所述的煤矸石预拌砂浆，其具体制备方法步骤如下：
（1）先将煤矸石在破碎机中破碎成细粒后分成两部分，部分I按照2区砂要求进行分级，作为煤矸石细骨料；部分II在球磨机中粉磨至要求细度，比表面积控制在350-450m2/kg；
（2）硅酸盐水泥熟料和石膏调凝剂按用量比例在球磨机中粉磨至要求细度，比表面积控制在350-450m2/kg；
（3）将磨细的煤矸石细粉、水泥熟料、复合激发剂、高效减水剂、内养护剂、煤矸石细骨料、石英砂、硅灰和石膏调凝剂按上述比例进行混合，制成煤矸石水泥砂浆；
所述的复合激发剂由二水硫酸钙和氢氧化钙组成。
2.根据权利１要求的煤矸石预拌砂浆，其特征在于：所述的高效减水剂为萘系FDN或聚羧酸系PC，固体粉 末。
3.根据权利１要求的煤矸石预拌砂浆，其特征在于：所述的内养护剂为聚丙烯酰胺或甲基纤维素醚。
4.根据权利１要求的煤矸石预拌砂浆，其特征在于：所述的标准石英砂为2区中砂。
5.根据权利１要求的煤矸石预拌砂浆，其特征在于：所述的硅灰平均粒径在 0.15-0.20μm ，比表面积为 15000~20000m2 /kg。
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