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对煤矸石烧结陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板性能的影响。试验结果表明，当煤矸石与黏土的质量比为7∶3，烧结温度为1050℃，膨胀珍珠岩掺量为80%，保温时间为30min时，所制得的陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板性能最优，其劈裂抗拉强度为3.75MPa，透水系数为0.355×10-2cm/s。既实现了煤矸石的废物利
用，又具有一定的经济效益。
关键词：陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板；膨胀珍珠岩；劈裂抗拉强度；透水系数
中图分类号：TU522.1+3文献标识码：A文章编号：1001-702X（2018）04-0021-03
Experimentalstudyonsinteredwaterpermeablebrickforcoalganguesintering
LIZhu，LIUJiale，LIUPeng，JINGQiangshan，ZHAOLin，JIAGuanhua
（CollegeofArchitectureandCivilEngineering，TaiyuanUniversityofTechnology，Taiyuan030024，China）
Abstract：Ceramicpermeablebrickwaspreparedbyusingcoalgangueandclayasthemainrawmaterial，andexpanded
perliteaspore-formingagent.Theeffectsoftheratioofrawmaterials，thefiringsystemandtheamountofexpandedperliteon
propertiesoftheceramicpermeablebrickswerestudied.Theexperimentalresultsshowthatthebettertechnologicalparametersare
theratioofcoalgangueandclayto7∶3，thesinteringtemperatureis1050℃，theamountofexpandedperliteis80%andthehold－宁波陶粒板、宁波预制墙板 宁波预制楼梯 宁波PC构件
ingtimeis30minutes.Theobtainedbrickhasthebestperformance，anditssplittingtensilestrengthis3.75MPa，andthewater
permeabilityis0.355×10-2cm/s.Thesinteredwaterpermeablebrickachievestheuseofcoalganguewaste，butalsohasacertain
economicbenefits.
Keywords：permeablebricks，expandedperlite，splittingtensilestrength，waterpermeability
0引言
山西是一个煤炭基地，煤矸石是煤炭开采和洗选加工过
程中产生的固体废弃物，排放量约占煤矿原煤产量的8%～
10%[1]。为解决城市地表硬化的问题，使城市降水更好的排到
地下，缓解城市的“热岛效应”，及时缓解城市内涝，维护城市生态平衡，环保材料——陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板得到大力发展[2-3]。目前制备陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板的常用的原料有粉煤灰[4]、尾砂[5]、给水污泥[6]、废弃陶瓷[7-9]等，而本文利用煤矸石制备陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板，废弃物利用率达到
70%以上。既可以充分的利用固体废弃物，又为陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板的生产
找到一种廉价的原料。本研究可为煤矸石的利用提供一个有效的途径。
1试验
1.1原材料
（1）煤矸石：山西太原西山矿场的煤矸石，外观呈灰黑色，将煤矸石采取之后，用球磨机进行粉磨处理，过60目筛，其主要化学成分见表1，热重分析见图1。
图1煤矸石的热重分析
NEWBUILDINGMATERIALS
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李珠，等：煤矸石烧结陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板的试验研究
从图1可以看出，煤矸石在400~800℃之间质量损失严
重。
（2）黏土：取自信阳师范学院，烘干后过60目筛，其化学
成分见表1。
（3）膨胀珍珠岩：来自信阳市上天梯矿场，粒径为10~20目，密度为80kg/m3，其化学成分见表1。膨胀珍珠岩的主要作
用是在高温下融化形成孔洞，与高碳粉煤灰中碳烧失后形成通孔增加透水性。
宁波陶粒板、宁波预制墙板 宁波预制楼梯 宁波PC构件
表1煤矸石、黏土、膨胀珍珠岩的化学成分%
项目SiO2Al2O3Fe2O3K2OMgOTiO2CaO烧失量煤矸石39.7119.662.851.130.891.030.53739.81黏土64.4715.506.242.6612.040.840.8335.56膨胀珍珠岩73.147.752.752.151.240.830.562.4
（4）水：自来水。
1.2试验工艺过程
（1）以煤矸石、黏土为主要原料制备陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板，首先将煤矸
石用破碎机进行破碎，烘干后放入球磨机进行研磨。黏土同样
也是烘干后放在研磨机里研磨，研磨5min，然后再将2种原料分别过60目筛。
（2）将原材料按配比进行称量。
（3）加入煤矸石与黏土两者总质量15%的水，将其混合
均匀后陈化24h。
（4）将陈化后的原料装入尺寸为100mm×100mm×60mm
的模具中，在20MPa的压力下成型。
（5）将制好的陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板坯置于恒温干燥箱中，于105℃下进行干
时，陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板坯变为恒重。
（6）等陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板坯完全干燥后，放入高温炉中进行焙烧。
（7）本实验的烧制周期为4~5h。该实验的温度曲线为：
首先从室温升至100℃，升温速率约为15℃/min，然后再从100℃升至800℃，升温速率约为3℃/min，而后以约5℃/min的升温速率从800℃分别升至实验方案定制的烧结温度。烧成温度分别为1000、1025、1050、1075℃。达到烧结温度后，
保温30min。
1.3性能测试
煤矸石陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板的劈裂抗拉强度、透水系数按照GB/T25993—2010《透水路面陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板和透水路面板》进行测试，吸水率、密度按照GB9966.2—2001《天然饰面石材试验方法体积密
度、真密度、真气孔率、吸水率》进行测试。
1.4配合比设计
试验过程中保持水料比与成型压力不变，通过改变煤矸
石与黏土的质量比（质量比分别为7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7），在不同烧结温度（1000、1025、1050、1075℃）下陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板性能的变
化，来得出最佳的配比。在试验获得煤矸石与黏土最佳质量比的基础上，再进行不同膨胀珍珠岩掺量对陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板性能影响的研究。
2试验结果与分析
2.1煤矸石与黏土质量比对陶粒板 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
未掺膨胀珍珠岩时，煤矸石与黏土质量比对陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板性能
的影响见表2。
燥，直至陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板坯的质量不再发生变化。经试验，烘干时间10h
表2煤矸石与黏土不同质量比下陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板的性能
编号
m（煤矸石）∶
m（黏土）1000℃
宁波陶粒板、宁波预制墙板 宁波预制楼梯 宁波PC构件
1h吸水率/%劈裂抗拉强度/MPa透水系数（/×10-2cm/s）1025℃1050℃1075℃1000℃1025℃1050℃1075℃1000℃1025℃1050℃1075℃
ABCDE
7∶36∶45∶54∶63∶7
31.2429.1427.6321.132.492.723.293.820.1690.1580.1530.10228.6827.0925.3619.692.643.033.814.290.1420.1370.1360.09226.5925.4124.2117.383.613.964.764.980.1250.1060.1180.07325.7423.3822.3115.264.754.935.456.290.0840.0830.0860.05323.6821.9218.4212.344.806.236.818.360.0760.0750.0650.036
由表2可以看出：
（1）在相同质量比的情况下，随着烧结温度的升高，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1h吸水率不断下降，透水系数也不断下降，劈裂抗拉强
度不断提高，特别在1075℃的烧结温度下表现特别明显。这
是因为在不同的温度下，煤矸石烧结陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板呈现出不同的形
态，在低温阶段（1050℃以下）时，陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板体本身没有发生很明显
的收缩，收缩变形较小，而且在低温阶段没有出现明显的液
相；而在1075℃时，1h吸水率、透水系数下降很明显，这是由
于在温度过高时，煤矸石烧结陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板收缩明显，煤矸石与黏土之间粘结更加密实，使产生的孔洞变小收缩，而且产生较明显的液相，出现堵孔现象，从而使劈裂抗拉强度上升明显，孔隙率下降，使得透水降低、吸水率降低。
（2）在相同的烧结温度下，随着煤矸石与黏土质量比减小，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1h吸水率、透水系数不断下降，强度不断提高。
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新型建筑材料2018．4
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这是由于随着黏土含量的增加，煤矸石含量的减少，陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板坯中相对含碳量减少，使得陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板的孔洞减少，透水及吸水率下降，
而且在D、E两种配比下，黏土含量比煤矸石的高，呈现出来的趋势更加明显。从最初的化学成分也可以看出，黏土中SiO2含量高，随着黏土含量的增加，陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板坯中SiO2相对含量不断升
高，烧制成陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板后强度也较高。
对上述试验进行综合考虑，主要结合透水性能以及劈裂
抗拉强度，在实验A中煤矸石与黏土质量比为7∶3的情况下，烧结温度为1050℃条件下制备的陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板性能较好，煤矸石烧结陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板的劈裂抗拉强度为3.29MPa，透水系数为0.153×10-2cm/s。在烧制过程中充分利用煤矸石中含碳量内燃料的功能，
并且不会产生污染，同时实现煤矸石废弃物的综合利用，变废为宝，更加经济实惠。
2.2膨胀珍珠岩掺量对陶粒板 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
在上述试验的基础上，对配方A在烧结温度为1050℃
下进行掺加膨胀珍珠岩试验，膨胀珍珠岩掺量按占煤矸石与
黏土总体积的百分比计，试验结果见表3。
表3膨胀珍珠岩掺量对陶粒板 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
膨胀珍珠岩掺量/%0204060801001201h吸水率/%27.6326.3827.6429.6531.2627.6425.68劈裂抗拉强度/MPa3.293.063.333.463.754.064.74
宁波陶粒板、宁波预制墙板 宁波预制楼梯 宁波PC构件
由表3可以看出，随着膨胀珍珠岩掺量的增加，劈裂抗拉
强度基本呈上升的趋势，分析主要原因是，首先随着珍珠岩掺
量的增加，在原陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板坯的化学组成成分上SiO2的相对含量得到
提升，进一步提高陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板的强度，其次膨胀珍珠岩在高温的状态下会收缩，甚至出现液相，产生粘结效应，粘结更加紧密，增加了颗粒之间的结合强度，从而提高了致密度，使得劈裂抗拉强度出现不断上升的趋势。
另外，陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板的透水系数则随着膨胀珍珠岩掺量的增大，
呈现出先增加后减小的趋势，当膨胀珍珠岩掺量为80%时，透水系数达到最大，为0.355×10-2cm/s。产生这种结果的原因可能是，珍珠岩掺量由0到80%的过程中，由于膨胀珍珠岩
的掺入，使得陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板坯中有一定量的膨胀珍珠岩存在，而当达到烧结温度后，珍珠岩会收缩，收缩后会在陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板体内留下孔洞，使陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板体的孔隙率变大，使得吸水率、透水系数变大；其次，由于膨胀珍珠岩的收缩，会与煤矸石本身碳烧失产生的孔洞形成通孔，
使得透水进一步增加。而膨胀珍珠岩掺量大于80%时，透水
李珠，等：煤矸石烧结陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板的试验研究
系数出现下降的趋势，分析原因主要是由于，膨胀珍珠岩掺量过多，膨胀珍珠岩的熔融产生明显液相现象，液相的产生填堵了部分的孔洞，降低了颗粒间，孔洞之间的连通性，因此透水
系数减小。因此膨胀珍珠岩最佳掺量为80%，此时劈裂抗拉强度和透水性能均最优，分别为3.75MPa和0.355×10-2cm/s。
3结语
宁波陶粒板、宁波预制墙板 宁波预制楼梯 宁波PC构件
（1）随着黏土含量的增加，陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板的劈裂抗拉强度提高，透水系数和1h吸水率不断下降。随着烧结温度的升高，陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板的劈裂抗拉强度提高，透水系数、1h吸水率减小。（2）随着膨胀珍珠岩掺量的增加，陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板的劈裂抗拉强度提高，1h吸水率、透水系数呈现先增大后减小的趋势，在膨胀珍珠岩掺量为80%时，劈裂抗拉强度和透水性能均最优。（3）煤矸石陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板较适宜的工艺参数为：煤矸石与黏土的质量比为7∶3，烧结温度1050℃，膨胀珍珠岩掺量80%。此时陶粒板 硅酸钙板 清水板 水泥纤维板 GRC|ALC|EPS|FBP轻质隔墙板的劈裂抗拉强度为3.75MPa，透水系数为0.355×10-2cm/s。