煤矸石開發建筑節能墻體材料的應用研究

高鴻雁

摘 要：隨著人們生活水平的不斷提升，環保意識也逐漸提高。因此在進行工程項目的建設時，節能材料得到了較為廣泛的應用。在進行建筑工程的建設時，應用節能的墻體材料，可以在保障施工質量的同時，降低施工成本，具有重要的作用。煤矸石是采煤洗煤時產生的固體廢物，將其開發成節能墻體材料，還有利于保護環境。

關鍵詞：環境影響；工藝特點；墻體材料

1 研究背景

煤矸石是在采煤和洗煤的過程中產生的一種固體廢棄物，對周圍的環境具有較大的危害。并且在眾多的固體廢棄物中是體量最大的一種，無論是對社會還是我國的經濟均產生較大的負擔。因此在進行綠色建筑材料的開發時，應用煤矸石進行開發，不僅可以促進新型建筑節能材料的誕生，還可以對煤矸石進行良好的處理，實現資源的合理分配，從而降低煤矸石對環境的污染。符合可持續發展戰略目標，有利于構建生態平衡型和環境友好型社會。由煤矸石進行建筑節能墻體材料的開發，有利于提高建筑的質量，并提高施工的效率降低施工的成本。并在此基礎上提高建筑物內部的舒適度，實現建筑能源消耗的降低。

2 煤矸石的特性和對環境的影響

煤矸石中含有一定的碳，是和煤層相伴生的一種巖石。在巷道中進行掘進時，在頂板、夾層和底板等位置進行開采出現的矸石，洗煤時也會分離出部分的矸石。其主要成分有氧化鋁、氧化鐵和二氧化硫等，其中還含有少量的氧化鎂、氧化鈣、氧化鉀和碳等。并且石英、伊利石和白云石、菱鐵礦等是其中含有的礦物，煤矸石的特性與黏土具有一定的相似性。隨著社會的不斷發展與現代化建設的不斷開展，人們對煤炭等礦產資源的需求日漸增加，雖然在一定程度上促進了采煤洗煤行業的發展與進步，但同時也導致排放的煤矸石等廢棄物的數量增加。在處理煤矸石等廢棄物時，通常選擇露天堆放的方法，該方法不僅會占用稀缺的土地資源，還會對存放處的土壤、地下水、周圍的生態環境等造成破壞。當經歷過風吹雨淋后，煤矸石還會產生酸水和重金屬顆粒等化學物質，這部分化學物質具有害性，會對大氣環境、土壤環境和水文環境等造成進一步的破壞，進而危害到人們的生存環境。

3 煤矸石節能建筑墻體材料的運用

進行煤矸石節能建筑墻體材料的開發，充分利用煤矸石所具有的類似黏土的性質、以及其中含有的碳，已經具有較長的研究歷史。并且在此過程中對國外的破碎技術、擠出技術等先進的技術和理念充分引進，并吸收借鑒和我國的國情與實際的發展需求相結合，促進我國煤矸石開發節能建筑墻體材料的技術的提高。雖然非燒結材料比重相對較大，但比重最大的仍舊是燒結墻體材料。在燒結墻體材料的體系中，可按照結構進行區分，如多孔磚、砌磚、空心磚等。也可按照主要的原材料進行區分，如頁巖和黏土等。部分地區采用的是工業的廢棄物等，如煤矸石、粉煤灰等。

4 煤矸石生產建筑節能墻體材料的工藝特點

通過煤矸石開發的建筑節能材料，其所具有的強度、傳熱性、體積密度等方面具有制約性，所以在進行設計時，應保障較小的體積密度、多排孔，且模數尺寸具有較大的強度。在該工藝中主要的難點主要是結構設計的兼容性。在進行該墻體材料時，還應對煤矸石的性質進行充分考慮，并對加工的設備、干燥工藝等以及產能、效率綜合考慮。分析煤矸石的化學成分、物理特性，與燒結磚瓦的化學成分應具有的要求相符合，具有較低的熱值、較低的塑性、較低的硬度以及耐磨性，并且較好的干燥敏感度，以及較大的密度，熱值和燒失量二者呈現正比的關系。所以在燒結墻體材料時，主要應做的便是對煤矸石的破碎細度進行適當的處理，并提高其塑性，還應研究其模具、芯頭避免出現磨損、變形的方法。結合以往煤矸石進行燒結材料的相關工作經驗，進行具有較大的斷面、較多的孔、其具有較好的塑性、收縮性等的煤矸石建筑節能墻體材料。

在進行原料的粉碎的配比時，在進行保溫砌塊的燒結時，使用的原材料其性質英語承重砌塊燒結時所使用的相同，但顆粒級配配比上二者具有一定的差異性。并且原材料還應具有較高的塑性、延展性，密度較低，還應具有較好的干燥性能。

自保溫砌塊由于高空洞率在擠出生產時對原料的最大顆粒要求很高。這是由于孔洞率高，芯頭與芯頭，芯頭與機口之間的間隙非常小，這樣才能使泥條擠出的肋、壁變薄，而較大的顆粒會在形成肋壁的過程中破壞這種結構。煤矸石由于自身密度較大，僅有較小均勻的顆粒靠擊打形成的物料也很難達到較高的顆粒表比面積和表面張力，得不到擠出泥條所需內聚性或粘性，因此必須引進過去磚瓦行業沒有使用過的粉磨設備才能達到相應的顆粒級配。但粉磨設備自身耗電量較高，對耐磨材料的耐磨強度、破碎原料含水有更高的要求。而過細的原料在成型后的干燥和焙燒過程中還會帶來一系列的問題。這些都會增加生產成本，因此必須在破碎方式、設備選型、顆粒級配、原料含水率、坯體干燥、焙燒工藝優選出一個結合點。

擠出成型與孔洞排列方面：真密度下煤矸石的質量為2800kg/cm3。要想到達符合要求的自保溫效果，必須增加砌塊的孔洞率減少傳熱的途徑，延長傳導的路線。煤矸石自保溫砌塊是靠一定大小的空洞和較薄壁肋厚度以及較長的傳熱延遲來實現的，其核心是空洞率。在保證坯體成型的條件下提高一定體積的空洞率就意味著變薄的壁肋必須有較高的強度，這就對擠出機的擠出和成型提出較高的要求。擠出形成較高的空洞率坯體還意味著在很小的截面有著均衡排列幾十個芯頭和連接著的芯架，在擠出的同時截面流動的速度達到一致。按照目前煤矸石塑性低的特點，單就擠出來說，其對成型壓力、芯桿的剛度、強度及耐磨性能，難度遠大于孔洞較少砌塊的生產，無論是對擠出機擠出功率和真空要求還是對芯架芯桿剛度及加工要求。

密度與干燥、焙燒的方面：自保溫砌塊的容重也是影響其導熱性能的一個關鍵因素，因此利用降低原料自身容重的做法來達到提高其傳熱阻也是較流行的。煤矸石堆積密度約為2200kg/cm3，煅燒后的煤矸石堆積密度約為1700kg/cm3，這是由于煤矸石內的一些有機物質碳、結合水、硫等物質的揮發造成的。目前磚瓦行業較常見的降低容重的方法是加入有機材料，如鋸末、秸稈、碳粒粉末，部分地區根據資源情況在原料中摻加破碎的聚苯乙烯、皮革、橡膠等。在煤矸石原料中加入一定比例的上述有機物質和工業廢料，在干燥和焙燒過程中通過高溫有機物質的揮發、燃燒在基礎物料坯體中形成氣泡和空隙，從而達到降低容重形成較高的熱阻。

但實際操作過程中也有很多問題需要解決。如質量相差太大的兩種物質在攪拌過程中出現分層，基礎坯體內物料含量不均勻造成強度降低，廢品增加，親和力不夠導致粘度降低成型困難，產能下降。部分粗纖維添加材料在攪拌過程中纏繞形成團狀、死泥影響鉸刀、絞龍、芯架。在干燥和焙燒過程中由于摻配物料與基礎物料的含水、傳熱、毛細的量和速度差異容易產生干燥困難、裂紋等許多問題。也是摻配過程中研究的難點之一。

5 結束語

墻體材料是建筑工程建設中不可或缺的重要材料，應用節能建筑墻體材料，有利于在保障建筑質量的前提條件下，提高建筑的節能性，降低施工過程中的能源消耗。通過煤矸石進行建筑節能墻體材料的開發，可以減少對土地資源的占用，并且減少對大氣環境、土壤環境和水文環境的污染。并且符合可持續發展的戰略，有利于構建生態平衡型和環境友好型的社會。

參考文獻

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