掺有炉渣的环保型水泥瓦及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及建材领域，主要涉及对工业废料的再利用，具体涉及一种掺有炉渣的环保型水泥瓦及其制备方法。
背景技术
我国是个产煤大国，近年来，我国的能源工业稳步发展，块煤或粒煤燃烧后呈疏松状或块状末经水淬的残渣已经成为我国当前排量较大的工业废渣之一，并以较大的排放量逐年增加，这些炉渣未得到回收利用，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。
水泥瓦(又名混凝土瓦)的历史悠远流长，该行业是我国最传统、也是投资少、分布广的生产行业之一。通常的水泥瓦以水泥、砂子和水为基础原料，水泥瓦生产时用的主要胶凝材料是水泥，而水泥的生产属高能耗、高污染，对资源及环境的破坏极大。已有文献介绍可以在水泥瓦配料中掺入粉煤灰或者高炉重矿渣(周志宏，陈勋，崔天生，张云波.利用高炉重矿渣及粉煤灰生产彩色混凝土瓦.砖瓦，2003(6)：42-45.)，利用其中的活性二氧化硅和三氧化二铝在氢氧化钙含量高的情况下与氢氧化钙发生二次反应形成水化硅酸钙凝胶(C-S-H凝胶)和水化铝酸钙凝胶，结果是在水泥瓦中掺加粉煤灰或高炉重矿渣后，在利用粉煤灰或者高炉重矿渣等工业废渣的基础上，水泥瓦各项性能均达到JC 746-2007《混凝土瓦》标准优等品要求。但对于炉渣在水泥瓦中的应用，至今没有文献报道。炉渣资源丰富，价格低廉，不用烘干，掺入水泥瓦中可以降低生产成本；另一方面炉渣资源化再利用，利于环境保护。因而以炉渣配制水泥瓦技术是一种迫切需要的具有节能利废和降低产品成本等优点的新型炉渣水泥瓦配制技术。
【发明内容】
本发明提供了一种可以用炉渣为原料配制的环保型水泥瓦，在利用废弃资源，减少部分水泥、河砂用量的同时，还能协同其它水泥瓦配料发挥作用。
为降低水泥瓦生产的成本，解决炉渣所带来的环境污染问题，本发明采取以下技术方案：一种掺有炉渣的环保型水泥瓦，是在普通水泥瓦生产原料的基础上添加炉渣制备得到的环保型水泥瓦。
所述炉渣是块煤或粒煤燃烧后呈疏松状或块状末经水淬的残渣。所述炉渣的细度模数为3.5-4.0。
具体来讲，所述掺有炉渣的环保型水泥瓦的原料配方包括以下重量份数比的组分：炉渣5-60份，水泥80-130份，砂75-165份，憎水剂0-1.6份，水20-39份。
所述水泥优选为硅酸盐系列水泥或硫铝酸盐水泥。
所述炉渣优选为块煤或粒煤燃烧后呈疏松状或块状末经水淬的残渣。所述炉渣的细度模数为3.5-4.0。
所述砂优选为细度模数为2.3-3.0、含泥量为0-2.0％的自然砂。
所述憎水剂优选为硬脂酸钙、硬脂酸镁类或Powder A类等；使用硬脂酸钙或硬脂酸镁类用量为1.0-1.6份，使用PowderA类用量为0.12份。
本发明的第二个目的是提供一种环保型水泥瓦的制备方法。
本发明所提供的环保型水泥瓦的制备方法，可包括以下步骤：
1)按下述重量份数配比取料混合：炉渣5-60份，水泥80-130份，砂75-165份，憎水剂0-1.2份，水20-39份，将上述原料搅拌混合均匀；
2)压制成型；压力6-20MPa，加压保持时间2秒以上；
3)养护：脱模后，在不淋水的情况下养护24小时后浸水、淋水或自然养护。得到环保型水泥瓦。
本发明提供了一种掺有炉渣的环保型水泥瓦。该材料是采用废弃炉渣替代传统水泥瓦中的部分水泥，将其与水泥、砂、水等按一定比例均匀混合得到的环保型水泥瓦。实验证明，该材料中添加的炉渣主要是在水泥瓦抗折强度满足标准要求的同时，消耗大量炉渣，减少部分水泥、河砂用量，利用了废弃物，节约了资源并保护了环境。
【具体实施方式】
本发明掺有炉渣的环保型水泥瓦，是在普通水泥瓦生产原料的基础上添加有炉渣制备得到的环保型水泥瓦。
适宜的本发明掺有炉渣的环保型水泥瓦原料，包括以下重量份数比的组分：炉渣5-60份，水泥80-130份，砂75-165份，憎水剂0-1.6份，水20-39份。
这里，炉渣是块煤或粒煤燃烧后呈疏松状或块状末经水淬的残渣。细度模数为3.5-4.0。其主要作用是物理替代水泥和砂的用量。发明人在研究实践中总结出：从机理上讲，所用炉渣中SiO2/Al2O3＝48.76/17.22，且活性SiO2和Al2O3较少，比例较大，说明了生成的碱度较低的水化硅酸钙和水化铝酸钙水化产物的数量较少，所占比例较小，水化硅酸钙与水化铝酸钙互相搭接作用对强度的贡献不大，因此炉渣的掺入只是纯物理作用。炉渣取代了部分的天然河砂，一方面由于炉渣构造比较空疏，有很多孔隙，有很强的吸水性，拌合时加入地水大部分被炉渣吸去，使得水泥水化时有一部分水呈游离状态存在，使水泥石结构不致密，孔隙率增加，影响早期强度，另一方面，炉渣的掺入消弱了天然河砂在水泥试块中的骨架作用，不利于强度的发展。虽然如此，经检测，在一定数值范围内添加炉渣的水泥瓦仍然符合普通水泥瓦的标准(JC/T746-2007)强度要求，因此，在水泥瓦中使用炉渣大大体现在废物利用方面。
水泥优选为硅酸盐系列水泥或硫铝酸盐水泥。
砂优选细度模数为2.3-3.0、含泥量为0-2.0％的自然砂。
憎水剂优选为硬脂酸钙、硬脂酸镁类或Powder A(德国瓦克公司商品)类等，选用硬脂酸钙、硬脂酸镁时用量在1-1.6份，选用PowderA类时用量在0.12份。在本发明中憎水剂用于降低水泥瓦的吸水率以符合水泥瓦标准要求。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
实施例1、掺有炉渣的环保型水泥瓦的制备及其性能检测
用下述方法制备炉渣水泥瓦，具体方法包括以下步骤：
1)称重取料：炉渣(细度模数为3.9)15kg，普通硅酸盐水泥(P.O42.5型号，购自河北省冀东水泥集团有限责任公司)100kg，河砂(细度模数为2.5)135kg，PowderA0.12kg，水26kg，将上述原料混合均匀成湿料；
2)将湿料填入标准模具中压制成型；压力10MPa，加压保持时间3秒；
3)标准养护：脱模后，在不淋水的情况下养护24小时，后浸水泡养护；
得到掺有炉渣的环保型水泥瓦。
按照《混凝土瓦》标准JC/T 746-2007(表1)中的性能检测方法对本发明掺有炉渣的环保型水泥瓦进行检测。检测结果如表2所示，表明用本发明方法制备的掺有炉渣的环保型水泥瓦不仅符合标准，且其强度指标还高于标准数值。
表1《混凝土瓦》标准JC/T 746-2007中水泥瓦的性能指标
项目 单位 指标 抗折强度 N ≥1200 吸水率 ％ ≤10 抗渗性能 - 瓦片背面不 得出现渗水 现象 经25次冻融循环 后，抗折强度 N ≥1200 经25次-20℃至 +20℃冻融循环 后，抗渗性能 - 瓦片背面不 得出现渗水 现象
表2按JC/T 746-2007标准的检测结果
项目 单位 指标 抗折强度 N 1993.54 吸水率 ％ 9.7 抗渗性能 - 瓦片背面无 渗水现象 经25次-20℃至 +20℃冻融循环 后，抗折强度 N 1897.09 经25次冻融循环 后，抗渗性能 - 瓦片背面无 渗水现象
实施例2、掺有炉渣的环保型水泥瓦的制备及其性能检测
用下述方法制备掺有炉渣的环保型水泥瓦，具体方法包括以下步骤：
1)称重取料：炉渣(细度模数为3.5)60kg，硫铝酸盐水泥(R-SAC42.5型号，购自唐山六九水泥有限公司)80kg，河砂(细度模数为2.3)110kg，硬脂酸钙1.0kg，水20kg，将上述原料混合均匀；
2)压制成型；压力20MPa，加压保持时间2秒；
3)标准养护：脱模后，在不淋水的情况下养护24小时，后淋水养护。
得到掺有炉渣的环保型水泥瓦。
按照《混凝土瓦》标准JC/T 746-2007(表1)中的性能检测方法对本发明掺有炉渣的环保型水泥瓦进行检测。检测结果如表3所示，表明用本发明方法制备的掺有炉渣的环保型水泥瓦符合标准，且其强度指标还高于标准数值。
表3按JC/T 746-2007标准的检测结果
项目 单位 指标 抗折强度 N 1639.85 吸水率 ％ 9.9 抗渗性能 - 瓦片背面无 渗水现象 经25次-20℃至 +20℃冻融循环 后，抗折强度 N 1543.39 经25次冻融循环 后，抗渗性能 - 瓦片背面无 渗水现象
实施例3、掺有炉渣的环保型水泥瓦的制备及其性能检测
用下述方法制备掺有炉渣的环保型水泥瓦，具体方法包括以下步骤：
1)称重取料：炉渣(细度模数为4.0)5kg，普通硅酸盐水泥(P.O42.5型号，购自河北省冀东水泥集团有限责任公司)130kg，河砂(细度模数为3.0)115kg，水39kg，将上述原料混合均匀；
2)压制成型；压力6MPa，加压保持时间3秒；
3)标准养护：脱模后，在不淋水的情况下养护24小时，后自然养护；
得到掺有炉渣的环保型水泥瓦。
按照《混凝土瓦》标准JC/T 746-2007(表1)中的性能检测方法对本发明掺有炉渣的环保型水泥瓦进行检测。检测结果如表4所示，表明用本发明方法制备的掺有炉渣的环保型水泥瓦符合标准，且其强度指标还高于标准数值。
表4按JC/T 746-2007标准的检测结果
项目 单位 指标 抗折强度 N 2218.63 吸水率 ％ 9.0 抗渗性能 - 瓦片背面无 渗水现象 经25次-20℃至 +20℃冻融循环 后，抗折强度 N 2057.86 经25次冻融循环 后，抗渗性能 - 瓦片背面无 渗水现象
实施例4～6、掺有炉渣的环保型水泥瓦的制备及其性能检测
按表5配比取料，用与实施例1-3相同的方法制备掺有炉渣的环保型水泥瓦，按照《混凝土瓦》标准JC/T 746-2007(表1)中的性能检测方法对获得的掺有炉渣的环保型水泥瓦进行检测，检测结果如表5所示，表明用本发明方法制备的掺有炉渣的环保型水泥瓦符合标准。
表5实施例4～6的原料配比及产品检测结果
以上实施例显示，本发明能够利用废弃炉渣制备环保型水泥瓦，其产品完全符合现行混凝土瓦标准，且其强度指标还高于标准数值。并且，本发明利用了废弃资源，制备过程中也没有新的污染产生，适应环保理念，本发明将在建筑领域发挥巨大作用，市场前景广阔。