论文部分内容阅读
摘 要：综述了煤矸石在建筑中用于生产煤矸石水泥、煤矸石制砖、煤矸石生产混凝土轻骨料、煤矸石微晶玻璃等方面的应用，并在此基础上对煤矸石在建筑中的应用前景作了分析与展望。
关键词：煤矸石；建筑；应用
我国是一个煤炭生产和消费大国，每年的煤炭生产和消费总量均达亿吨级，在煤炭开采和洗选加工过程中，排放出大量的煤矸石。煤矸石是工业固体废弃物中排放和堆存量最大的一种。若不加以利用，长期堆放于地表，不仅占用大量土地、影响自然景观、破坏小区内的生活环境，而且还会造成大气、土壤、水体污染及地质灾害的发生。由于建筑中所用大部分材料均由有限的矿产资源作为原料，如果能对煤矸石加以综合利用，可替代部分矿产资源。因此我国应大力提倡建筑中对煤矸石进行综合利用。
一、煤矸石在建筑中应用
1.煤矸石生产水泥
煤矸石中的二氧化硅、三氧化二铝及二氧化二铁的总含量一般在80%以上，它是一种天然粘土质原料，可以代替粘土配料烧制普通硅酸盐水泥、特种水泥和无熟料水泥等。
（1）生产普通硅酸盐水泥。生产煤矸石普通硅酸盐水泥的主要原料是石灰石、煤矸石、铁粉混合磨成生料，与煤混拌均匀加水制成生料球，在1400—1450℃的温度下得到以硅酸三钙为主要成分的熟料，然后将烧成的熟料与石膏一起磨细制成。在生产过程中，对煤矸石应进行破碎和预均化处理。用煤矸石生产的普通硅酸盐水泥熟料，硅酸三钙含量在10%以上，硅酸二钙含量在10%以上，铝酸三钙含量在5%以上，铁铝酸钙含量在20%以上。这种水泥凝结硬化快，各项性能指标均符合国家有关标准。
（2）生产特种水泥。利用煤矸石含三氧化二铝高的特点，应用中、高铝煤矸石代替粘土和部分矾土，可以为水泥熟料提供足够的三氧化二铝，制造除具有不同凝结时间、快硬、早强的特种水泥以及普通水泥的早强掺合料和膨胀剂。这种速凝早强特种水泥28天抗压强度可达49—69MPa，并具有微膨胀特性和良好的抗渗性能，在土建工程上应用能够缩短施工周期，提高水泥制品生產效率，尤其可以有效地用于地下铁道、隧道、井巷工程，并可应用于墙面喷复材料及抢修工程。
（3）生产无熟料水泥。煤矸石无熟料水泥是以自燃煤矸石或经过800℃温度锻烧的煤矸石为主要原料，与石灰、石膏共同混合磨细制成的，亦可加入少量的硅酸盐水泥熟料或高炉矿渣。这种水泥不需生料磨细和熟料缎烧，而是直接将活性材料和激发剂按比例配合，混合磨细。此种水泥的水化热较低，适宜作各种建筑砌块、大型板材及其预制构件的胶凝材料。
2.煤矸石制砖
煤矸石烧结砖是以煤矸石为主要原料生产的一种新型建筑砌体材料，以煤矸石为主要原料，一般占坯料量的80%以上，有的甚至全部以煤矸石为原料，有的外掺少量粘土。煤矸石烧结砖适用煤矸石代替粘土作原料经过粉碎、成型、干燥、焙烧等工序加工而成。
煤矸石烧结砖质量较好，颜色均匀，密度一般为1400—1700kg/m，抗压强度一般为4. 8—14. 7MPa，抗折强度为2. 94—5MPa。抗冻、耐火、耐酸、耐碱等性能均较好，可用来代替粘土砖。这种砖比一般单靠外部燃料焙挠的砖节约用煤50%一60%左右。是利废、节能、保护土地和绿色环保的工业产品。
3.煤矸石生产混凝土轻骨料
用煤矸石生产轻骨料的工艺大致可分为两类：一类是用烧结剂生产烧结型的煤矸石多孔烷结料，另一类是用回转窑生产膨胀型的煤矸石陶粒。
用煤矸石生产的轻骨料性能良好，用该种轻骨料可配制高性能混凝土。用煤矸石生产的轻骨料所配制的轻质混凝土具有密度小、强度高、吸水率低的特点，适于制作各种建筑的预制件。煤矸石陶粒是大有发展前途的轻骨料，它不仅为处理煤炭工业废料，减少环境污染找到了新途径，还为发展优质、轻质建筑材料提供了新资源，是煤矸石综合利用的一条重要途径。
4.煤矸石微晶玻璃
煤矸石微晶玻璃主要是用煤矸石等矿物原料和化工原料，经过配制、熔融、成型、切割与抛光后形成的一种高档工业用材料，具有玻璃和陶瓷的双重特性。现在，微晶玻璃装饰材料已经是当今国际上开始流行的高级建筑装饰新材料，它结构致密、晶粒分布均匀、高强、耐磨、耐蚀、外观纹理清晰、色彩鲜艳、无色差、不褪色，较天然花岗石、陶瓷更具有灵活的装饰设计和更佳的装饰效果，而且利用工业废渣为原料，有利于环境治理，被认为是二十一世纪现代建筑群理想的高级绿色建材。
5.煤矸石石棉
煤矸石石棉是利用煤矸石和石灰为原料，经高温熔化，喷吹而成的一种建筑材料。建筑上主要应用煤矸石石棉瓦作为屋面围护材料。
二、煤矸石在建筑中应用前景展望
我国煤矸石的处置方法是以消极的堆放保存为主，在建筑方面的有效利用率很低，因此煤矸石的建筑应用方面还有很大的可开发空间。在现有的基础上还应为煤矸石综合利用找到新途径。煤矸石若得到充分利用，则将变“废”为宝，化害为益，节约有限资源、能源的同时，带来显著的环境社会效益，还可以带来明显的经济效益，为实施可持续发展战略做出极大的贡献，更有利于煤炭工业走上一条可持续发展的良性循环道路。
参考文献：
[1] Benvenuti M， Mascaro I. Mine waste dumps and heavy metal pollution in abandoned mining district of Boccheggiano[J].Environmental Geology， 1997，30（3/4）：238—243.
[2] 王文静.新汶矿区煤矸石特征及综合利用研究.山东科技大学硕士学位论文，山东：2001.9.
[3] 崔俊华.全煤矸石—粉煤灰烧结砖试制研究[J].河北建筑科技学院学报，2001，18（1）：9—12.
[4] 姜鹏.煤矸矸石微晶玻璃的制备与性能研究.福州大学硕士学位论文，福州：2004.01.
[5] 刘小波.我国煤矸石利用的现状与展望[J].煤矿环境保护，1997，11（3）：50—53.
作者简介：姜学超（1952-11-），男，1980年毕业于大连第一建筑工程公司技工学校，工程师，现就职于大连亿达建筑工程有限公司，从事建筑施工及管理方面研究。
叶海军（1970-9-），男，工程师，毕业于葛州坝水电工程学院，现就职于大连洪业建筑工程有限公司，从事建筑施工及管理方面研究。
关键词：煤矸石；建筑；应用
我国是一个煤炭生产和消费大国，每年的煤炭生产和消费总量均达亿吨级，在煤炭开采和洗选加工过程中，排放出大量的煤矸石。煤矸石是工业固体废弃物中排放和堆存量最大的一种。若不加以利用，长期堆放于地表，不仅占用大量土地、影响自然景观、破坏小区内的生活环境，而且还会造成大气、土壤、水体污染及地质灾害的发生。由于建筑中所用大部分材料均由有限的矿产资源作为原料，如果能对煤矸石加以综合利用，可替代部分矿产资源。因此我国应大力提倡建筑中对煤矸石进行综合利用。
一、煤矸石在建筑中应用
1.煤矸石生产水泥
煤矸石中的二氧化硅、三氧化二铝及二氧化二铁的总含量一般在80%以上，它是一种天然粘土质原料，可以代替粘土配料烧制普通硅酸盐水泥、特种水泥和无熟料水泥等。
（1）生产普通硅酸盐水泥。生产煤矸石普通硅酸盐水泥的主要原料是石灰石、煤矸石、铁粉混合磨成生料，与煤混拌均匀加水制成生料球，在1400—1450℃的温度下得到以硅酸三钙为主要成分的熟料，然后将烧成的熟料与石膏一起磨细制成。在生产过程中，对煤矸石应进行破碎和预均化处理。用煤矸石生产的普通硅酸盐水泥熟料，硅酸三钙含量在10%以上，硅酸二钙含量在10%以上，铝酸三钙含量在5%以上，铁铝酸钙含量在20%以上。这种水泥凝结硬化快，各项性能指标均符合国家有关标准。
（2）生产特种水泥。利用煤矸石含三氧化二铝高的特点，应用中、高铝煤矸石代替粘土和部分矾土，可以为水泥熟料提供足够的三氧化二铝，制造除具有不同凝结时间、快硬、早强的特种水泥以及普通水泥的早强掺合料和膨胀剂。这种速凝早强特种水泥28天抗压强度可达49—69MPa，并具有微膨胀特性和良好的抗渗性能，在土建工程上应用能够缩短施工周期，提高水泥制品生產效率，尤其可以有效地用于地下铁道、隧道、井巷工程，并可应用于墙面喷复材料及抢修工程。
（3）生产无熟料水泥。煤矸石无熟料水泥是以自燃煤矸石或经过800℃温度锻烧的煤矸石为主要原料，与石灰、石膏共同混合磨细制成的，亦可加入少量的硅酸盐水泥熟料或高炉矿渣。这种水泥不需生料磨细和熟料缎烧，而是直接将活性材料和激发剂按比例配合，混合磨细。此种水泥的水化热较低，适宜作各种建筑砌块、大型板材及其预制构件的胶凝材料。
2.煤矸石制砖
煤矸石烧结砖是以煤矸石为主要原料生产的一种新型建筑砌体材料，以煤矸石为主要原料，一般占坯料量的80%以上，有的甚至全部以煤矸石为原料，有的外掺少量粘土。煤矸石烧结砖适用煤矸石代替粘土作原料经过粉碎、成型、干燥、焙烧等工序加工而成。
煤矸石烧结砖质量较好，颜色均匀，密度一般为1400—1700kg/m，抗压强度一般为4. 8—14. 7MPa，抗折强度为2. 94—5MPa。抗冻、耐火、耐酸、耐碱等性能均较好，可用来代替粘土砖。这种砖比一般单靠外部燃料焙挠的砖节约用煤50%一60%左右。是利废、节能、保护土地和绿色环保的工业产品。
3.煤矸石生产混凝土轻骨料
用煤矸石生产轻骨料的工艺大致可分为两类：一类是用烧结剂生产烧结型的煤矸石多孔烷结料，另一类是用回转窑生产膨胀型的煤矸石陶粒。
用煤矸石生产的轻骨料性能良好，用该种轻骨料可配制高性能混凝土。用煤矸石生产的轻骨料所配制的轻质混凝土具有密度小、强度高、吸水率低的特点，适于制作各种建筑的预制件。煤矸石陶粒是大有发展前途的轻骨料，它不仅为处理煤炭工业废料，减少环境污染找到了新途径，还为发展优质、轻质建筑材料提供了新资源，是煤矸石综合利用的一条重要途径。
4.煤矸石微晶玻璃
煤矸石微晶玻璃主要是用煤矸石等矿物原料和化工原料，经过配制、熔融、成型、切割与抛光后形成的一种高档工业用材料，具有玻璃和陶瓷的双重特性。现在，微晶玻璃装饰材料已经是当今国际上开始流行的高级建筑装饰新材料，它结构致密、晶粒分布均匀、高强、耐磨、耐蚀、外观纹理清晰、色彩鲜艳、无色差、不褪色，较天然花岗石、陶瓷更具有灵活的装饰设计和更佳的装饰效果，而且利用工业废渣为原料，有利于环境治理，被认为是二十一世纪现代建筑群理想的高级绿色建材。
5.煤矸石石棉
煤矸石石棉是利用煤矸石和石灰为原料，经高温熔化，喷吹而成的一种建筑材料。建筑上主要应用煤矸石石棉瓦作为屋面围护材料。
二、煤矸石在建筑中应用前景展望
我国煤矸石的处置方法是以消极的堆放保存为主，在建筑方面的有效利用率很低，因此煤矸石的建筑应用方面还有很大的可开发空间。在现有的基础上还应为煤矸石综合利用找到新途径。煤矸石若得到充分利用，则将变“废”为宝，化害为益，节约有限资源、能源的同时，带来显著的环境社会效益，还可以带来明显的经济效益，为实施可持续发展战略做出极大的贡献，更有利于煤炭工业走上一条可持续发展的良性循环道路。
参考文献：
[1] Benvenuti M， Mascaro I. Mine waste dumps and heavy metal pollution in abandoned mining district of Boccheggiano[J].Environmental Geology， 1997，30（3/4）：238—243.
[2] 王文静.新汶矿区煤矸石特征及综合利用研究.山东科技大学硕士学位论文，山东：2001.9.
[3] 崔俊华.全煤矸石—粉煤灰烧结砖试制研究[J].河北建筑科技学院学报，2001，18（1）：9—12.
[4] 姜鹏.煤矸矸石微晶玻璃的制备与性能研究.福州大学硕士学位论文，福州：2004.01.
[5] 刘小波.我国煤矸石利用的现状与展望[J].煤矿环境保护，1997，11（3）：50—53.
作者简介：姜学超（1952-11-），男，1980年毕业于大连第一建筑工程公司技工学校，工程师，现就职于大连亿达建筑工程有限公司，从事建筑施工及管理方面研究。
叶海军（1970-9-），男，工程师，毕业于葛州坝水电工程学院，现就职于大连洪业建筑工程有限公司，从事建筑施工及管理方面研究。