煤矸石烧结空心砖技术分析及发展前景

文_朱静 张永强

1.扬州高等职业技术学校；2.江苏城乡建设职业学院

1 煤矸石空心砖的特点

由于我国政策要求各大城市禁用实心黏土砖，因此多孔黏土砖以及废渣砖成为现代建筑行业常用的建筑材料，同时要求行业要积极开发新型材料。煤矸石作为煤炭开发中产生的一种固体废物，每年排放量超过1亿t。该材料长期堆积不但占用土地资源，同时可能导致环境污染，因此需要思考煤矸石的合理利用，节省土地资源的同时创造新的价值。

1.1 降低建筑能耗

煤矸石空心砖是利用煤矸石烧制的一种砖，性能与黏土砖相同，甚至有部分性能优于黏土砖。近年来研究发现煤矸石空心砖具有较好的使用性能，不但具有隔声隔热、保温、防震的功效，同时抗压强度高。更重要的是煤矸石空心砖使用的原材料为煤矸石，能够节约大量资源，具有较高的经济效益。煤矸石空心砖的强度较高，大约为15MPa，同时具有较好的使用性能，其制成的墙体符合现代建筑的要求，能够作为各种承重墙与非承重墙的施工材料，且由于孔洞率＞15%，因此具有较好的保温性能，能够进一步减轻建筑暖通空调系统的负荷。此外，煤矸石空心砖与黏土砖相比，能够减少20%砂浆的使用量，同时能够减少运输费用，提高施工效率，具有较好的应用价值。

建筑能耗在社会能耗中占据较高的比例，因此建筑节能成为社会关注的重要问题。建筑能耗中主要以暖通空调系统能耗最大，尤其是北方地区。为了进一步降低建筑能耗，需要提高建筑暖通空调系统的效率，同时也要提高建筑的保温性能，从而减少冷热损失。煤矸石空心砖具有较好的保温效果，同时煤矸石空心砖具有较高的热阻，对于建筑节能具有积极影响，能够进一步提高墙体表面温度的稳定性，有助于改善室内环境，提高室内空间的舒适性。因此煤矸石空心砖可以作为墙体施工的首选材料。

1.2 节约土地资源

煤矸石空心砖与黏土砖相比，能够减少煤矸石所占用的土地资源，同时能够减少煤矸石堆积造成的环境污染；煤矸石空心砖制作相比于黏土砖来说，能够有效提高生产效率，同时节约生产成本，具有更高的经济效益。我国作为一个煤炭生产大国，煤矸石堆积量大，因此通过生产煤矸石空心砖能够解决煤矸石堆积问题，能够变废为宝，合理利用资源，进一步提高建筑行业的经济效益。

2 煤矸石空心砖技术分析

2.1 原料性能

煤矸石空心砖制作工艺与一般的黏土砖相比有较大的不同，这主要是由于不同产地的煤矸石的成分存在较大的差异，从目前市场调查的情况分析，各地生产的煤矸石的理化性能基本能够满足煤矸石空心砖烧制的要求，但是仍有部分煤矸石无法满足实际生产的需求。主要表现在以下几方面：

①烧结困难：部分煤矸石的矿物组成复杂，无法烧结。②发热量过大：部分煤矸石原料的发热量超标，导致烧成周期较长，影响煤矸石空心砖质量，尤其是保温性能无法达到相应的标准。③塑性低：部分煤矸石的塑性较低，无法成型，因此很难获得合格的煤矸石空心砖。

总体来说，煤矸石空心砖的原料需要满足以下几方面要求

①化学性能：二氧化硅含量不能超过70%，否则会影响原料的塑性；三氧化二铝含量在15%～25%，若超过这一标准会增加能耗，若低于这一标准会导致产品的强度下降；三氧化二铁含量在2%～8%，若超过或低于都会影响砖块的外观颜色；氧化钙含量要低于2.5%，这主要是由于含量过高会导致烧结困难甚至在烧结中变形；氧化酶含量要低于3%，若高于这一标准会影响煤矸石空心砖的质量。②物理性能：为了便于原料处理，煤矸石的普氏硬度一般不超过4；煤矸石的颗粒越细，所生产的煤矸石空心砖质量越高，这主要是由于物料颗粒越细，塑性越好，结合能力越高，并且能够提高物料的均匀性，从而提高砖胚的密实度，加快烧结速度，分散有害杂质，预防砖块烧结过程中出现爆裂的情况，进一步提高煤矸石空心砖的强度；煤矸石容易自燃，若发热量过大，容易导致烧结的砖块变形，或者是内部玻化程度不足的问题，导致砖块的强度下降。因此很多生产商采用数种不同的煤矸石混合制作，从而确保发热量处于合适范围内。煤矸石粉碎处理之后获得的物料加水之后能够获得一定的塑性，这主要与粉碎后的细度有关，最佳塑性在10～12，若不足6则很难成行，可以加入粘土或页岩来提高塑性。煤矸石是由多种无机物组成的混合物，没有明确的熔点，只有比较明确的融化范围，为了确保煤矸石空心砖的生产效益，一般选择熔点在1250℃的煤矸石作为生产原料。

2.2 煤矸石比例

可塑性较差的煤矸石在制作过程中基本无法成型，外观粗糙且有断裂的现象，随着页岩数量的增加，泥段的外观以及质量也有所提升，强度得到提升。一般情况下煤矸石的发热量在1670～2500kJ/kg比较适合烧结，若热量超过这一水平，不但会影响煤矸石空心砖的生产质量，导致砖块出现黑心、裂痕，且烧结时间增加，且烧结过程比较难控制，还会增加生产成本。

2.3 原料制备

原料塑性是一种综合性的指标，其性能对于胚胎的密实度有直接的影响，而塑性主要与煤矸石的细度有关，而煤矸石细度则与其干燥敏感系数、气孔率、抗冻性能等因素有关。一般原料细度越高，粒度越小，制作的成品越好，能提高胚体的密实度、抗压强度，在烧结过程中能够提高反应速度，同时有助于降低烧结温度，因此需要进一步优化原料的制备措施，进一步提高其细度，从而提高煤矸石空心砖的生产质量。

通过实验发现，当细度达到0.177mm之后，颗粒细度对于胚体可塑性的影响不明确，而对于生产成本来说，颗粒细度的提升会导致破碎成本的增加，因此实际生产中并不意味着越细越好，需要根据煤矸石的性能特点、粉碎机的性能以及产品的质量来确定实际的原料细度，一般情况下在1～2mm即可。

煤矸石中由于存在石灰石、硫化铁等有害物质，当原料中石灰石含量越高且粒度越大时，煤矸石空心砖的强度会因为石灰烧结中产生的爆裂现象而变差。当石灰石粒径较粗时，分解之后的氧化钙颗粒越大，当砖体受潮之后形成氢氧化钙，会导致体积内部膨胀过大，导致产品性能受到较大的影响。为了进一步避免煤矸石中有害物质的影响，需要有效控制烧结过程。虽然有研究指出当煤矸石颗粒低于0.5mm时能够基本避免石灰爆裂的问题，但是颗粒细度的增高会导致生产成本以及生产能耗的增大，因此从其他方面来进一步规避这一问题。有研究指出通过延长煤矸石空心砖烧成时间，增加保温时间，能够进一步减少石灰爆裂的情况发生，或者是将刚烧制成的煤矸石空心砖浸泡在水中能够有效避免这一现象的发生。为了进一步测试上述两种方法的效果，本次研究中通过实验室研究观察发现第一种方法主要是通过延长烧结速率让石灰与二氧化硅尽可能地结合，成品强度也相对提升，能够有效抵抗石灰膨胀产生的应力，进一步减少砖块裂缝的情况发生；而第二种方法仅适用于生产数量不高的生产线，不适用于大数量生产线，大数量生产线可以使用喷水浇湿的方法，能够有效消解生石灰在水作用下产生的影响，减少石灰爆裂的情况发生，同时喷水还能够减少砖块装卸过程中产生的粉尘，进一步降低粉尘爆炸的风险。此外，在实际生产过程中还可以对原材料进行挑拣，剔除石灰石含量大的煤矸石，从而有效减少石灰石含量。在实际生产之中需要采取多种措施来消除石灰石引起的爆裂问题，从而尽可能地提高生产效率，预防煤矸石空心砖质量问题的发生。

3 煤矸石空心砖的发展前景

我国煤矸石累积堆放40亿t，占地面积超过1万公顷，且每年堆积数量不断增多，是我国工业固体废物中排放量的首位。煤矸石长期堆积不仅仅会占用土地面积，还会造成环境污染，对我国自然环境造成较大的威胁。煤矸石空心砖的推广应用不但能够有效利用煤矸石，同时能够节约资源，达到保护环境的效果。煤矸石空心砖能够转废为宝，进一步降低烧结砖的生产成本，且其制作工艺相对比较简单，通过不断地优化煤矸石空心砖技术，进一步提高产品质量，具有较好发展前景。

4 结语

煤矸石空心砖具有多种优点，在生产方面，能够合理利用煤矸石，节约砂浆，生产效率高且成本低；在施工方面，能够减少运输费用，提高施工效率；在使用方面，具有较好的隔声隔热效果，提高建筑的舒适度。因此煤矸石空心砖目前在建筑行业中得到了推广应用，同时具有较高的发展前景。