煤矸石在建筑中的綜合利用

姜學(xué)超 葉海軍

摘 要：綜述了煤矸石在建筑中用于生產(chǎn)煤矸石水泥、煤矸石制磚、煤矸石生產(chǎn)混凝土輕骨料、煤矸石微晶玻璃等方面的應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上對煤矸石在建筑中的應(yīng)用前景作了分析與展望。

關(guān)鍵詞：煤矸石；建筑；應(yīng)用

我國是一個煤炭生產(chǎn)和消費大國，每年的煤炭生產(chǎn)和消費總量均達億噸級，在煤炭開采和洗選加工過程中，排放出大量的煤矸石。煤矸石是工業(yè)固體廢棄物中排放和堆存量最大的一種。若不加以利用，長期堆放于地表，不僅占用大量土地、影響自然景觀、破壞小區(qū)內(nèi)的生活環(huán)境，而且還會造成大氣、土壤、水體污染及地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。由于建筑中所用大部分材料均由有限的礦產(chǎn)資源作為原料，如果能對煤矸石加以綜合利用，可替代部分礦產(chǎn)資源。因此我國應(yīng)大力提倡建筑中對煤矸石進行綜合利用。

一、煤矸石在建筑中應(yīng)用

1.煤矸石生產(chǎn)水泥

煤矸石中的二氧化硅、三氧化二鋁及二氧化二鐵的總含量一般在80%以上，它是一種天然粘土質(zhì)原料，可以代替粘土配料燒制普通硅酸鹽水泥、特種水泥和無熟料水泥等。

（1）生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥。生產(chǎn)煤矸石普通硅酸鹽水泥的主要原料是石灰石、煤矸石、鐵粉混合磨成生料，與煤混拌均勻加水制成生料球，在1400—1450℃的溫度下得到以硅酸三鈣為主要成分的熟料，然后將燒成的熟料與石膏一起磨細制成。在生產(chǎn)過程中，對煤矸石應(yīng)進行破碎和預(yù)均化處理。用煤矸石生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥熟料，硅酸三鈣含量在10%以上，硅酸二鈣含量在10%以上，鋁酸三鈣含量在5%以上，鐵鋁酸鈣含量在20%以上。這種水泥凝結(jié)硬化快，各項性能指標均符合國家有關(guān)標準。

（2）生產(chǎn)特種水泥。利用煤矸石含三氧化二鋁高的特點，應(yīng)用中、高鋁煤矸石代替粘土和部分礬土，可以為水泥熟料提供足夠的三氧化二鋁，制造除具有不同凝結(jié)時間、快硬、早強的特種水泥以及普通水泥的早強摻合料和膨脹劑。這種速凝早強特種水泥28天抗壓強度可達49—69MPa，并具有微膨脹特性和良好的抗?jié)B性能，在土建工程上應(yīng)用能夠縮短施工周期，提高水泥制品生產(chǎn)效率，尤其可以有效地用于地下鐵道、隧道、井巷工程，并可應(yīng)用于墻面噴復(fù)材料及搶修工程。

（3）生產(chǎn)無熟料水泥。煤矸石無熟料水泥是以自燃煤矸石或經(jīng)過800℃溫度鍛燒的煤矸石為主要原料，與石灰、石膏共同混合磨細制成的，亦可加入少量的硅酸鹽水泥熟料或高爐礦渣。這種水泥不需生料磨細和熟料緞燒，而是直接將活性材料和激發(fā)劑按比例配合，混合磨細。此種水泥的水化熱較低，適宜作各種建筑砌塊、大型板材及其預(yù)制構(gòu)件的膠凝材料。

2.煤矸石制磚

煤矸石燒結(jié)磚是以煤矸石為主要原料生產(chǎn)的一種新型建筑砌體材料，以煤矸石為主要原料，一般占坯料量的80%以上，有的甚至全部以煤矸石為原料，有的外摻少量粘土。煤矸石燒結(jié)磚適用煤矸石代替粘土作原料經(jīng)過粉碎、成型、干燥、焙燒等工序加工而成。

煤矸石燒結(jié)磚質(zhì)量較好，顏色均勻，密度一般為1400—1700kg/m，抗壓強度一般為4. 8—14. 7MPa，抗折強度為2. 94—5MPa。抗凍、耐火、耐酸、耐堿等性能均較好，可用來代替粘土磚。這種磚比一般單靠外部燃料焙撓的磚節(jié)約用煤50%一60%左右。是利廢、節(jié)能、保護土地和綠色環(huán)保的工業(yè)產(chǎn)品。

3.煤矸石生產(chǎn)混凝土輕骨料

用煤矸石生產(chǎn)輕骨料的工藝大致可分為兩類：一類是用燒結(jié)劑生產(chǎn)燒結(jié)型的煤矸石多孔烷結(jié)料，另一類是用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)膨脹型的煤矸石陶粒。

用煤矸石生產(chǎn)的輕骨料性能良好，用該種輕骨料可配制高性能混凝土。用煤矸石生產(chǎn)的輕骨料所配制的輕質(zhì)混凝土具有密度小、強度高、吸水率低的特點，適于制作各種建筑的預(yù)制件。煤矸石陶粒是大有發(fā)展前途的輕骨料，它不僅為處理煤炭工業(yè)廢料，減少環(huán)境污染找到了新途徑，還為發(fā)展優(yōu)質(zhì)、輕質(zhì)建筑材料提供了新資源，是煤矸石綜合利用的一條重要途徑。

4.煤矸石微晶玻璃

煤矸石微晶玻璃主要是用煤矸石等礦物原料和化工原料，經(jīng)過配制、熔融、成型、切割與拋光后形成的一種高檔工業(yè)用材料，具有玻璃和陶瓷的雙重特性。現(xiàn)在，微晶玻璃裝飾材料已經(jīng)是當(dāng)今國際上開始流行的高級建筑裝飾新材料，它結(jié)構(gòu)致密、晶粒分布均勻、高強、耐磨、耐蝕、外觀紋理清晰、色彩鮮艷、無色差、不褪色，較天然花崗石、陶瓷更具有靈活的裝飾設(shè)計和更佳的裝飾效果，而且利用工業(yè)廢渣為原料，有利于環(huán)境治理，被認為是二十一世紀現(xiàn)代建筑群理想的高級綠色建材。

5.煤矸石石棉

煤矸石石棉是利用煤矸石和石灰為原料，經(jīng)高溫熔化，噴吹而成的一種建筑材料。建筑上主要應(yīng)用煤矸石石棉瓦作為屋面圍護材料。

二、煤矸石在建筑中應(yīng)用前景展望

我國煤矸石的處置方法是以消極的堆放保存為主，在建筑方面的有效利用率很低，因此煤矸石的建筑應(yīng)用方面還有很大的可開發(fā)空間。在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上還應(yīng)為煤矸石綜合利用找到新途徑。煤矸石若得到充分利用，則將變“廢”為寶，化害為益，節(jié)約有限資源、能源的同時，帶來顯著的環(huán)境社會效益，還可以帶來明顯的經(jīng)濟效益，為實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略做出極大的貢獻，更有利于煤炭工業(yè)走上一條可持續(xù)發(fā)展的良性循環(huán)道路。

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作者簡介：姜學(xué)超（1952-11-），男，1980年畢業(yè)于大連第一建筑工程公司技工學(xué)校，工程師，現(xiàn)就職于大連億達建筑工程有限公司，從事建筑施工及管理方面研究。

葉海軍（1970-9-），男，工程師，畢業(yè)于葛州壩水電工程學(xué)院，現(xiàn)就職于大連洪業(yè)建筑工程有限公司，從事建筑施工及管理方面研究。