本發(fā)明涉及建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
中國(guó)具有悠久的歷史和燦爛的文化，璀璨的古代文明展現(xiàn)出獨(dú)特的藝術(shù)魅力。古文物凝聚了中華民族深邃的智慧和偉大的創(chuàng)新精神，譬如蜿蜒萬(wàn)里的古長(zhǎng)城、氣勢(shì)恢宏的大明宮、底蘊(yùn)深厚的故宮以及無(wú)數(shù)寄托著前人智慧的古建筑物，成為中華民族寶貴的物質(zhì)和精神財(cái)富。但是，隨著時(shí)間的推移，受風(fēng)化、酸雨、凍融及腐蝕等諸多環(huán)境因素的影響，許多銘刻著中華民族智慧結(jié)晶的名勝古跡正在消逝，給人類(lèi)文明的傳承與發(fā)展留下了不少遺憾。為了進(jìn)一步弘揚(yáng)博大精深的中華文化，重現(xiàn)古絲路文明之輝煌，開(kāi)展古建筑的修復(fù)和再現(xiàn)是時(shí)代的需求，民族的責(zé)任，有助于文明傳承，具有重要的歷史意義。
煤氣化技術(shù)的應(yīng)用極大地推動(dòng)煤炭化工行業(yè)的發(fā)展，煤氣化技術(shù)相比傳統(tǒng)的直接燃燒雖然顯著地減少了環(huán)境污染問(wèn)題，但氣化過(guò)程中也產(chǎn)生了大量的煤氣化殘?jiān)?，煤氣化產(chǎn)能以合成氨產(chǎn)量估算，全年生產(chǎn)合成氨約9000萬(wàn)噸，煤氣化裝置全年需要煤炭量約13.5億噸，以灰含量18％計(jì)算、碳轉(zhuǎn)化率94％計(jì)算，則每年產(chǎn)生3.04億噸灰渣，這對(duì)實(shí)現(xiàn)煤氣化技術(shù)的近零排放提出了新的課題，如果采用填埋的方式處理這些煤氣化渣需要占用大量的土地資源和運(yùn)輸成本，同時(shí)也是一種資源浪費(fèi)，其滲濾液還會(huì)對(duì)土壤、地下水源造成嚴(yán)重污染，也是周邊地區(qū)大氣沙塵的主要來(lái)源，亟待綜合開(kāi)發(fā)利用。煤氣化渣分為粗渣和細(xì)渣，其中粗渣是一種極為復(fù)雜的無(wú)機(jī)混合物，以硅酸鹽、硫鋁酸鹽以及各種金屬氧化物的混合物存在，通常以氧化物的形式來(lái)表示煤灰的組成?；瘜W(xué)分析表明，除未完全氣化的碳外，粗渣主要由sio2、al2o3、fe2o3、cao、mgo、na2o、k2o、tio2和so2等氧化物構(gòu)成。將煤氣化粗渣應(yīng)用于土木工程材料領(lǐng)域是一項(xiàng)新興的環(huán)保技術(shù)，不僅能降低建筑成本，而且實(shí)現(xiàn)了廢物利用，符合綠色、生態(tài)發(fā)展戰(zhàn)略。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于解決對(duì)受風(fēng)化、凍融、酸雨及腐蝕等諸多環(huán)境因素影響的古建筑進(jìn)行修復(fù)和再現(xiàn)，提供一種磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
(一)磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料，其特征在于，包括如下成分：磨細(xì)煤氣化粗渣、水泥、河砂和水。
優(yōu)選地，磨細(xì)煤氣化粗渣60～75份、水泥3～7份、河砂15～25份、水8～11份。
優(yōu)選地，所述磨細(xì)煤氣化粗渣的平均粒徑為30～50μm，比表面積為240～260m2/kg。
優(yōu)選地，所述水泥為普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5，比表面積為不小于330m2/kg。
優(yōu)選地，所述河砂為中砂。
優(yōu)選地，所述磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料還包括如下成分：鹽和堿。
優(yōu)選地，所述堿0.02～0.06份、所述鹽0.05～0.15份。
優(yōu)選地，所述鹽為氯化鈣、硫酸鈣和硫酸鋁的混合物；其中，氯化鈣、硫酸鈣和硫酸鋁的質(zhì)量比為1:(1～0.8):(1～1.5)。
優(yōu)選地，所述堿為氫氧化鈉和氫氧化鈣的混合物；其中，氫氧化鈉與氫氧化鈣的質(zhì)量比為1:5～1:4。
(二)磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料的制備方法，其特征在于，將磨細(xì)煤氣化粗渣、水泥、河砂、水、鹽和堿在常溫下混合，攪拌均勻，即得。
優(yōu)選地，所述攪拌是將磨細(xì)煤氣化粗渣、水泥和水先低速攪拌60s，再加入中砂高速攪拌30s，停止90s，最后加入鹽和堿，高速攪拌60s。
優(yōu)選地，所述低速攪拌的速度為自轉(zhuǎn)140±5r/min，公轉(zhuǎn)62±5r/min；高速攪拌的速度為自轉(zhuǎn)285±10r/min公轉(zhuǎn)125±10r/min。
(三)磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料在修復(fù)古建筑中的應(yīng)用。
優(yōu)選地，將磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料制成仿古磚對(duì)古建筑進(jìn)行修復(fù)。
本發(fā)明的磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料中，在復(fù)合激發(fā)劑即堿和鹽的作用下，一方面，漿液中的oh-濃度大幅增加，oh-將促使煤渣中的si-o和a1-o鍵斷裂，同時(shí)堿溶液可侵蝕煤渣顆粒而形成表面缺陷，加速煤渣中析出的sio2、al2o3與水泥水化產(chǎn)物ca(oh)2發(fā)生火山灰活性反應(yīng)，并生成結(jié)構(gòu)致密的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等水硬性膠凝物質(zhì)；另一方面，al3+、ca2+、oh-、so42-可促進(jìn)煤渣的膠凝水化進(jìn)程，由于生成的水化產(chǎn)物量多而且致密，可用于提高磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料的強(qiáng)度。
煤氣化粗渣中含有fe2o3、tio2、mgo和未完全氣化的碳等物質(zhì)，fe2o3、tio2、mgo能有效地提高本發(fā)明的抗壓與抗折強(qiáng)度、耐高溫和耐腐蝕的性能。當(dāng)煤碳高溫氣化時(shí)，殘?zhí)稼呌谑?。在常溫下，石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能有效提高磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料的耐酸、耐堿和耐有機(jī)溶劑的腐蝕性能。并且殘?zhí)加质且环N多微孔結(jié)構(gòu)，能有效地吸附有害雜質(zhì)，進(jìn)一步提升材料的防腐性能。殘?zhí)紴楹谏?，為磨?xì)煤氣化粗渣水泥基材料增添一種古樸自然的氣息，使這種材料十分適合作為仿古材料。
本發(fā)明的磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料的優(yōu)點(diǎn)主要為：
(1)本發(fā)明的磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料為青黑色，呈自然的仿古色，將其用于古建筑修復(fù)時(shí)，不需要著色處理或摻加顏料，且密度小，鋪設(shè)輕便，高抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度且具有耐高溫、耐腐蝕、防腐性能。
(2)本發(fā)明的磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料相比于傳統(tǒng)高溫?zé)频姆鹿挪牧希ゼ?xì)煤氣化粗渣與水泥經(jīng)摻水拌和，隨之發(fā)生膠凝硬化反應(yīng)，按照工程要求制作相應(yīng)模具，壓制成型，無(wú)需高溫煅燒，即可在免燒的條件下制備仿古建材，更為低碳、環(huán)保、節(jié)能，符合綠色發(fā)展理念和社會(huì)需要。
(3)將磨細(xì)煤氣化粗渣應(yīng)用于土木工程材料領(lǐng)域是一項(xiàng)新興的環(huán)保技術(shù)，不僅能降低建筑成本，實(shí)現(xiàn)資源再利用，還能有效避免煤渣的二次污染，符合綠色、生態(tài)發(fā)展戰(zhàn)略。
(4)實(shí)現(xiàn)古建筑的修復(fù)與重現(xiàn)，保護(hù)中華傳統(tǒng)文化，引導(dǎo)文化旅游產(chǎn)業(yè)向縱深發(fā)展，具有顯著的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。
(5)本發(fā)明的磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料可以制成磚，可用于諸多建筑的承重墻體。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1
原料配方：磨細(xì)煤氣化粗渣60kg、普通硅酸鹽水泥3kg、中砂25kg、水8kg、堿0.02kg、鹽0.05kg。
其中，堿為氫氧化鈉和氫氧化鈣的混合物，氫氧化鈉的質(zhì)量與氫氧化鈣的質(zhì)量比為1:5；鹽為氯化鈣、硫酸鈣和硫酸鋁的混合物，氯化鈣、硫酸鈣和硫酸鋁的質(zhì)量比為1:1:1；磨細(xì)煤氣化粗渣的平均粒徑為30μm，比表面積為260m2/kg；普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5，比表面積為不小于330m2/kg；中砂，細(xì)度模數(shù)為3.0～2.3，平均粒徑為0.5～0.35mm。
制備方法：將煤氣化粗渣在室溫下自然晾干，含水率＜1％，然后，采用滾筒式球磨機(jī)，球磨煤氣化粗渣60min，比表面積為260m2/kg，得磨細(xì)煤氣化粗渣，然后將上述磨細(xì)煤氣化粗渣、普通硅酸鹽水泥摻水低速攪拌60s，再加入中砂高速攪拌30s，停止90s，最后加入鹽和堿，高速攪拌60s，即得；其中，低速攪拌的速度為自轉(zhuǎn)140±5r/min，公轉(zhuǎn)62±5r/min；高速攪拌的速度為自轉(zhuǎn)285±10r/min，公轉(zhuǎn)125±10r/min。
實(shí)施例2
原料配方：磨細(xì)煤氣化粗渣65kg、普通硅酸鹽水泥5kg、中砂20kg、水9kg、堿0.02kg、鹽0.05kg。
其中，堿為氫氧化鈉和氫氧化鈣的混合物，氫氧化鈉與氫氧化鈣的質(zhì)量比為1:4；鹽為氯化鈣、硫酸鈣和硫酸鋁的混合物，氯化鈣、硫酸鈣和硫酸鋁的質(zhì)量比為1:0.8:1.5；磨細(xì)煤氣化粗渣的平均粒徑為35μm，比表面積255m2/kg；普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5，比表面積為不小于330m2/kg；中砂，細(xì)度模數(shù)為3.0～2.3，平均粒徑為0.5～0.35mm。
制備方法：將煤氣化粗渣在室溫下自然晾干，含水率＜1％，然后，采用滾筒式球磨機(jī)，球磨煤氣化粗渣50min，比表面積為255m2/kg，得磨細(xì)煤氣化粗渣，然后將上述磨細(xì)煤氣化粗渣、普通硅酸鹽水泥摻水低速攪拌60s，再加入中砂高速攪拌30s，停止90s，最后加入鹽和堿，高速攪拌60s，即得；其中，低速攪拌的速度為自轉(zhuǎn)140±5r/min，公轉(zhuǎn)62±5r/min；高速攪拌的速度為自轉(zhuǎn)285±10r/min，公轉(zhuǎn)125±10r/min。
實(shí)施例3
原料配方：磨細(xì)煤氣化粗渣65kg、普通硅酸鹽水泥水泥6kg、中砂15kg、水9kg、堿0.04kg、鹽0.10kg。
其中，堿為氫氧化鈉和氫氧化鈣的混合物，氫氧化鈉與氫氧化鈣的質(zhì)量比為1:4.5；鹽為氯化鈣、硫酸鈣和硫酸鋁的混合物，氯化鈣、硫酸鈣和硫酸鋁的質(zhì)量比為1:0.8:1.5；磨細(xì)煤氣化粗渣的平均粒徑為40μm，比表面積為250m2/kg；普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5，比表面積為不小于330m2/kg；中砂，細(xì)度模數(shù)為3.0～2.3，平均粒徑為0.5～0.35mm。
制備方法：將煤氣化粗渣在室溫下自然晾干，含水率＜1％，然后，采用滾筒式球磨機(jī)，球磨煤氣化粗渣40min，比表面積為250m2/kg，得磨細(xì)煤氣化粗渣，然后將上述磨細(xì)煤氣化粗渣、普通硅酸鹽水泥摻水低速攪拌60s，再加入中砂高速攪拌30s，停止90s，最后加入鹽和堿，高速攪拌60s，即得；其中，低速攪拌的速度為自轉(zhuǎn)140±5r/min，公轉(zhuǎn)62±5r/min；高速攪拌的速度為自轉(zhuǎn)285±10r/min，公轉(zhuǎn)125±10r/min。
實(shí)施例4
原料配方：磨細(xì)煤氣化粗渣70kg、普通硅酸鹽水泥7kg、中砂20kg、水10kg、堿0.06kg、鹽0.10kg。
其中，堿為氫氧化鈉和氫氧化鈣的混合物，氫氧化鈉與氫氧化鈣的質(zhì)量比為1:5；鹽為氯化鈣、硫酸鈣和硫酸鋁的混合物，氯化鈣、硫酸鈣和硫酸鋁的質(zhì)量比為1:1:1.2；磨細(xì)煤氣化粗渣的平均粒徑為45μm，比表面積245m2/kg；普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5，比表面積為不小于330m2/kg；中砂，細(xì)度模數(shù)為3.0～2.3，平均粒徑為0.5～0.35mm。
制備方法：將煤氣化粗渣放置在烘箱中，設(shè)置溫度105℃，烘4.5小時(shí)，含水率＜1％，然后，采用滾筒式球磨機(jī)，球磨煤氣化粗渣35min，比表面積為245m2/kg，得磨細(xì)煤氣化粗渣，然后將上述磨細(xì)煤氣化粗渣、普通硅酸鹽水泥摻水低速攪拌60s，再加入中砂高速攪拌30s，停止90s，最后加入鹽和堿，高速攪拌60s，即得；其中，低速攪拌的速度為自轉(zhuǎn)140±5r/min，公轉(zhuǎn)62±5r/min；高速攪拌的速度為自轉(zhuǎn)285±10r/min，公轉(zhuǎn)125±10r/min。
實(shí)施例5
原料配方：磨細(xì)煤氣化粗渣75kg、普通硅酸鹽水泥6kg、中砂15kg、水11kg、堿0.04kg、鹽0.15kg。
其中，堿為氫氧化鈉和氫氧化鈣的混合物，氫氧化鈉與氫氧化鈣的質(zhì)量比為1:5；鹽為氯化鈣、硫酸鈣和硫酸鋁的混合物，氯化鈣、硫酸鈣和硫酸鋁的質(zhì)量比為1:0.9:1.4；磨細(xì)煤氣化粗渣的平均粒徑為50μm，比表面積240m2/kg；普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5，比表面積為不小于330m2/kg；中砂，細(xì)度模數(shù)為3.0～2.3，平均粒徑為0.5～0.35mm。
制備方法：將煤氣化粗渣放置在烘箱中，設(shè)置溫度100℃，烘4小時(shí)，含水率＜1％，然后，采用滾筒式球磨機(jī)，球磨煤氣化粗渣30min，比表面積為240m2/kg，得磨細(xì)煤氣化粗渣，然后將將上述磨細(xì)煤氣化粗渣、普通硅酸鹽水泥摻水低速攪拌60s，再加入中砂高速攪拌30s，停止90s，最后加入鹽和堿，高速攪拌60s，即得；其中，低速攪拌的速度為自轉(zhuǎn)140±5r/min，公轉(zhuǎn)62±5r/min；高速攪拌的速度為自轉(zhuǎn)285±10r/min，公轉(zhuǎn)125±10r/min。
實(shí)施例6
原料配方：磨細(xì)煤氣化粗渣75kg、普通硅酸鹽水泥7kg、中砂15kg、水11kg、堿0.06kg、鹽0.15kg。
其中，堿為氫氧化鈉和氫氧化鈣的混合物，氫氧化鈉與氫氧化鈣的質(zhì)量比為1:4；鹽為氯化鈣、硫酸鈣和硫酸鋁的混合物，氯化鈣、硫酸鈣和硫酸鋁的質(zhì)量比為1:1:1；磨細(xì)煤氣化粗渣的平均粒徑為50μm，比表面積約240m2/kg；普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5，比表面積為不小于330m2/kg；中砂，細(xì)度模數(shù)為3.0～2.3，平均粒徑為0.5～0.35mm。
制備方法：將煤氣化粗渣放置在烘箱中，設(shè)置溫度110℃，烘5小時(shí)含水率＜1％，然后，采用滾筒式球磨機(jī)，球磨煤氣化粗渣30min，比表面積為240m2/kg，得磨細(xì)煤氣化粗渣，然后將上述磨細(xì)煤氣化粗渣、普通硅酸鹽水泥摻水低速攪拌60s，再加入中砂高速攪拌30s，停止90s，最后加入鹽和堿，高速攪拌60s，即得；其中，低速攪拌的速度為自轉(zhuǎn)140±5r/min，公轉(zhuǎn)62±5r/min；高速攪拌的速度為自轉(zhuǎn)285±10r/min，公轉(zhuǎn)125±10r/min。
對(duì)比實(shí)施例
原料配方：磨細(xì)煤氣化粗渣70kg、普通硅酸鹽水泥7kg、中砂20kg、水10kg。
其中，磨細(xì)煤氣化粗渣的平均粒徑為30μm，比表面積260m2/kg；普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5，比表面積為不小于330m2/kg；中砂，細(xì)度模數(shù)為3.0～2.3，平均粒徑為0.5～0.35mm。
制備方法：將煤氣化粗渣在室溫下自然晾干，含水率＜1％，然后，采用滾筒式球磨機(jī)，球磨煤氣化粗渣60min，比表面積為260m2/kg，得磨細(xì)煤氣化粗渣，然后將上述磨細(xì)煤氣化粗渣、普通硅酸鹽水泥摻水低速攪拌60s，再加入中砂高速攪拌30s，即得；其中，低速攪拌的速度為自轉(zhuǎn)140±5r/min，公轉(zhuǎn)62±5r/min；高速攪拌的速度為自轉(zhuǎn)285±10r/min，公轉(zhuǎn)125±10r/min。
上述實(shí)施例1-6和對(duì)比實(shí)施例中，磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料的制備方法中，攪拌是按照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(jtge30-2005)進(jìn)行攪拌的。
依據(jù)《混凝土磚建筑技術(shù)規(guī)范》(cecs257：2009，中國(guó)工程建設(shè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn))混凝土磚強(qiáng)度等級(jí)，將實(shí)施例1-6和對(duì)比實(shí)施例的磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料通過(guò)模具制備成仿古磚，進(jìn)行性能試驗(yàn)，其性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，其中仿古磚的尺寸為240mm*115mm*53mm。
表1磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料制備的仿古磚強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果
建筑用磚強(qiáng)度等級(jí)如表2所示。
表2建筑用磚強(qiáng)度等級(jí)
通過(guò)表1、表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，實(shí)施例1-6添加堿、鹽得到的仿古磚抗壓強(qiáng)度均能滿(mǎn)足mu20型建筑用磚技術(shù)要求，其中實(shí)施例3～6均能達(dá)到mu25技術(shù)要求，并且實(shí)施例1-6添加了堿和鹽后得到的仿古磚的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)比實(shí)施例。且隨著磨細(xì)煤氣化粗渣、水泥份量的增加，仿古磚的強(qiáng)度先增大后降低，當(dāng)磨細(xì)煤氣化粗渣、水泥、河砂的份數(shù)分別在70kg、7kg、20kg時(shí)，仿古磚強(qiáng)度最大；隨著堿、鹽的增加，仿古磚強(qiáng)度先增大后趨于平緩，當(dāng)堿取0.06kg，鹽取0.10kg后再增加堿、鹽摻量，仿古磚強(qiáng)度變化不明顯。
使用實(shí)施例1-6和對(duì)比實(shí)施例制備的磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料對(duì)古建筑進(jìn)行修復(fù)，對(duì)于表面殘損、內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的古建筑，首先將磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料按照工程需要采用適當(dāng)?shù)哪＞咧瞥纱u、瓦等各類(lèi)仿古材料，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天后，即可對(duì)古建筑進(jìn)行修復(fù)；其中，制成的仿古磚也可用于諸多建筑的承重墻體；對(duì)于結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)類(lèi)古建筑的修復(fù)，是將本發(fā)明的磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料作為特種干粉砂漿，根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)要求，制備成素混凝土或鋼筋混凝土，對(duì)古建筑進(jìn)行修復(fù)。
本發(fā)明的磨細(xì)煤氣化粗渣水泥基仿古材料為青黑色，呈自然的仿古色，因此，將其用于修復(fù)古建筑時(shí)，不需要著色處理或摻加顏料；并且密度小，鋪設(shè)輕便，具有卓越的抗壓、抗折強(qiáng)度且具有耐高溫、耐腐蝕、防腐性能。
將磨細(xì)煤氣化粗渣應(yīng)用于土木工程材料領(lǐng)域是一項(xiàng)新興的環(huán)保技術(shù)，不僅能降低建筑成本，實(shí)現(xiàn)資源再利用，還能有效避免煤渣的二次污染，符合綠色、生態(tài)發(fā)展戰(zhàn)略。
雖然，本說(shuō)明書(shū)中已經(jīng)用一般性說(shuō)明及具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。