[0001] 本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种充分利用废弃资源的煤矸石砖及其制备方法。

[0002] 房屋建筑作为建筑行业的重要组成部分，对砖砌体施工技术的研究也愈加成熟，提升砖砌体施工技术的科学性与合理性，才能保证房屋建筑的质量。在过去的一段时间中，一般采用以粘土为原料烧结的实心砖，实心砖不仅强度和抗震性能较低，隔热、隔音效果差，而且占用了大量的土地资源，造成环境破坏。

[0003] 煤矸石砖是以煤矿排出的煤矸石或炉渣为主要原料制备的建筑材料，具有环保、轻质高强度、保温隔热和防火性能等优点，既节省了土地和能源，又实现了废物的再利用。为了扩大对废弃资源的利用，出现了煤矸石混合建筑垃圾进行制备透水砖的相关应用。建筑垃圾包括砖瓦、混凝土块、玻璃、砂石和废弃木料等，成分复杂，而现代建筑垃圾以混凝土为主，作为原料烧制透水砖时，在高温下其中的C‑S‑H凝胶网状结构遭到破坏，加之废弃混凝土与煤矸石的热膨胀系数存在差异，导致出现裂纹，使透水砖的强度下降。因此在制备透水砖时，废弃混凝土的掺量一般不高，不利于混凝土废弃资源的充分利用。

[0026] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0027] 实施例1：本实施例提供一种充分利用废弃资源的煤矸石砖，通过如下方法制备：

[0028] S1：将20kg石墨和10kg硝酸钠加入反应釜中，在0℃的条件下向反应釜中加入2000L质量分数为98％的浓硫酸并搅拌1.5h，使浓硫酸充分插入石墨层间，再向反应釜中加入80kg高锰酸钾继续搅拌7h，向反应釜中通入2000L 70℃的热水继续搅拌1.5h，然后加入
800L质量分数为30％的过氧化氢溶液，继续搅拌1h除去高锰酸钾，静置取沉淀，将沉淀用去离子水洗涤至最后一次洗涤液呈中性，干燥，得到氧化石墨烯；将氧化石墨烯、羟丙基纤维素和去离子水按照1：1：1000的质量比加入反应釜中搅拌混合，超声分散20min，得到氧化石墨烯处理液，备用。

[0029] S2：将5000kg去离子水、30kg甲酸和36kg乙酸加入反应釜中，在200r/min的条件下搅拌5min，升温至85℃后向反应釜中加入27kg铝粉，继续搅拌2.5h，向反应釜中加入32kg质量分数为68％的硝酸，保温反应18h，得到羧酸铝溶胶；将680kg四甲基四乙烯基环四硅氧烷和440kg聚甲基氢硅氧烷加入反应釜中，在20℃和200r/min的条件下搅拌20min，然后向反应釜中加入5kg纳米氧化镁粉末和5kg纳米氧化锆粉末，继续搅拌20min，得到纳米颗粒分散液；将羧酸铝溶胶和纳米颗粒分散液按照5：1的质量比搅拌混合，得到增强处理剂，备用。

[0030] S3：将废弃混凝土粉碎成粒径为5‑10mm的颗粒，按照10kg：1L的比例向颗粒表面均匀喷洒氧化石墨烯处理液，自然干燥后得到预处理混凝土骨料。

[0031] S4：将煤矸石破碎，筛分出粒径为5‑10mm的煤矸石粗骨料和粒径为2‑4mm的煤矸石细骨料；筛除的煤矸石粉碎至粒径＜0.45mm，得到煤矸石砂；将5kg煤矸石粗骨料、15kg煤矸石细骨料、45kg煤矸石砂和80kg预处理混凝土骨料搅拌混合，然后加入9kg清水搅拌均匀，再加入6kg粒径＜0.2mm的高岭土和12kg粒径＜0.2mm的钾长石，搅拌均匀后得到混合料。

[0032] S5：将混合料在模具中压制成型，压制压力为22kg/cm2，将得到的砖坯在60℃的条件下烘干，然后转移至烧结炉中，按照3℃/min的速率升温至550℃，保温60min，自然冷却，得到预烧结砖坯。

[0033] S6：将预烧结砖坯用增强处理剂浸湿至含水量为10％，60℃烘干，然后转移至烧结炉中，按照3℃/min的速率升温至250℃，保温45min，然后按照5℃/min的速率升温至900℃，保温60min，再按照5℃/min的速率升温至1200℃，保温60min，自然冷却，得到煤矸石砖，完成充分利用废弃资源的煤矸石砖的制备方法。

[0034] 实施例2：本实施例提供一种充分利用废弃资源的煤矸石砖，通过如下方法制备：

[0035] S1：将30kg石墨和15kg硝酸钠加入反应釜中，在2℃的条件下向反应釜中加入3000L质量分数为98％的浓硫酸并搅拌1.8h，使浓硫酸充分插入石墨层间，再向反应釜中加入115kg高锰酸钾继续搅拌7.5h，向反应釜中通入3000L 70℃的热水继续搅拌1.8h，然后加入900L质量分数为30％的过氧化氢溶液，继续搅拌1h除去高锰酸钾，静置取沉淀，将沉淀用去离子水洗涤至最后一次洗涤液呈中性，干燥，得到氧化石墨烯；将氧化石墨烯、羟丙基纤维素和去离子水按照1：1：1000的质量比加入反应釜中搅拌混合，超声分散25min，得到氧化石墨烯处理液，备用。

[0036] S2：将5000kg去离子水、30kg甲酸和36kg乙酸加入反应釜中，在250r/min的条件下搅拌8min，升温至88℃后向反应釜中加入27kg铝粉，继续搅拌2.8h，向反应釜中加入32kg质量分数为68％的硝酸，保温反应19h，得到羧酸铝溶胶；将690kg四甲基四乙烯基环四硅氧烷和445kg聚甲基氢硅氧烷加入反应釜中，在22℃和250r/min的条件下搅拌25min，然后向反应釜中加入5.5kg纳米氧化镁粉末和5.5kg纳米氧化锆粉末，继续搅拌25min，得到纳米颗粒分散液；将羧酸铝溶胶和纳米颗粒分散液按照5：1的质量比搅拌混合，得到增强处理剂，备用。

[0037] S3：将废弃混凝土粉碎成粒径为5‑10mm的颗粒，按照10kg：1L的比例向颗粒表面均匀喷洒氧化石墨烯处理液，自然干燥后得到预处理混凝土骨料。

[0038] S4：将煤矸石破碎，筛分出粒径为5‑10mm的煤矸石粗骨料和粒径为2‑4mm的煤矸石细骨料；筛除的煤矸石粉碎至粒径＜0.45mm，得到煤矸石砂；将7.5kg煤矸石粗骨料、20kg煤矸石细骨料、52.5kg煤矸石砂和100kg预处理混凝土骨料搅拌混合，然后加入11.5kg清水搅拌均匀，再加入9kg粒径＜0.2mm的高岭土和15kg粒径＜0.2mm的钾长石，搅拌均匀后得到混合料。

[0039] S5：将混合料在模具中压制成型，压制压力为23.5kg/cm2，将得到的砖坯在70℃的条件下烘干，然后转移至烧结炉中，按照4℃/min的速率升温至580℃，保温75min，自然冷却，得到预烧结砖坯。

[0040] S6：将预烧结砖坯用增强处理剂浸湿至含水量为12.5％，70℃烘干，然后转移至烧结炉中，按照4℃/min的速率升温至280℃，保温50min，然后按照8℃/min的速率升温至925℃，保温75min，再按照8℃/min的速率升温至1230℃，保温75min，自然冷却，得到煤矸石砖，完成充分利用废弃资源的煤矸石砖的制备方法。

[0041] 实施例3：本实施例提供一种充分利用废弃资源的煤矸石砖，通过如下方法制备：

[0042] S1：将40kg石墨和20kg硝酸钠加入反应釜中，在5℃的条件下向反应釜中加入4000L质量分数为98％的浓硫酸并搅拌2h，使浓硫酸充分插入石墨层间，再向反应釜中加入
150kg高锰酸钾继续搅拌8h，向反应釜中通入4000L 70℃的热水继续搅拌2h，然后加入
1000L质量分数为30％的过氧化氢溶液，继续搅拌1h除去高锰酸钾，静置取沉淀，将沉淀用去离子水洗涤至最后一次洗涤液呈中性，干燥，得到氧化石墨烯；将氧化石墨烯、羟丙基纤维素和去离子水按照1：1：1000的质量比加入反应釜中搅拌混合，超声分散30min，得到氧化石墨烯处理液，备用。

[0043] S2：将5000kg去离子水、30kg甲酸和36kg乙酸加入反应釜中，在300r/min的条件下搅拌10min，升温至90℃后向反应釜中加入27kg铝粉，继续搅拌3h，向反应釜中加入32kg质量分数为68％的硝酸，保温反应20h，得到羧酸铝溶胶；将700kg四甲基四乙烯基环四硅氧烷和450kg聚甲基氢硅氧烷加入反应釜中，在25℃和300r/min的条件下搅拌30min，然后向反应釜中加入6kg纳米氧化镁粉末和6kg纳米氧化锆粉末，继续搅拌30min，得到纳米颗粒分散液；将羧酸铝溶胶和纳米颗粒分散液按照5：1的质量比搅拌混合，得到增强处理剂，备用。

[0044] S3：将废弃混凝土粉碎成粒径为5‑10mm的颗粒，按照10kg：1L的比例向颗粒表面均匀喷洒氧化石墨烯处理液，自然干燥后得到预处理混凝土骨料。

[0045] S4：将煤矸石破碎，筛分出粒径为5‑10mm的煤矸石粗骨料和粒径为2‑4mm的煤矸石细骨料；筛除的煤矸石粉碎至粒径＜0.45mm，得到煤矸石砂；将10kg煤矸石粗骨料、25kg煤矸石细骨料、60kg煤矸石砂和120kg预处理混凝土骨料搅拌混合，然后加入14kg清水搅拌均匀，再加入12kg粒径＜0.2mm的高岭土和18kg粒径＜0.2mm的钾长石，搅拌均匀后得到混合料。

[0046] S5：将混合料在模具中压制成型，压制压力为25kg/cm2，将得到的砖坯在80℃的条件下烘干，然后转移至烧结炉中，按照5℃/min的速率升温至600℃，保温90min，自然冷却，得到预烧结砖坯。

[0047] S6：将预烧结砖坯用增强处理剂浸湿至含水量为15％，80℃烘干，然后转移至烧结炉中，按照5℃/min的速率升温至300℃，保温60min，然后按照10℃/min的速率升温至950℃，保温90min，再按照10℃/min的速率升温至1250℃，保温90min，自然冷却，得到煤矸石砖，完成充分利用废弃资源的煤矸石砖的制备方法。

[0048] 对比例1：在实施例3的基础上，步骤S3将废弃混凝土粉碎成粒径为5‑10mm的颗粒后不经过氧化石墨烯处理液处理，直接作为骨料代替步骤S4中预处理混凝土骨料，其余步骤保持不变，制备出煤矸石砖。

[0049] 对比例2：在实施例3的基础上，采用步骤S2中纳米颗粒分散液代替增强处理剂，其余步骤保持不变，制备出煤矸石砖。

[0050] 对比例3：在实施例3的基础上，采用步骤S2中的羧酸铝溶胶代替增强处理剂，其余步骤保持不变，制备出煤矸石砖。

[0051] 对实施例1‑实施例3和对比例1‑对比例3进行性能测试，参照GB/T25993‑2010检测不同试样的透水系数和抗压强度，结果如表1所示：

[0052] 表1

[0053] 项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3‑2
透水系数(×10 cm/s) 3.87 3.83 3.81 3.85 3.53 3.89
抗压强度(MPa) 35.6 36.9 37.5 29.2 38.0 32.8

[0054] 由表1可以看出，实施例1‑实施例3中的煤矸石砖具有更高的透水系数和抗压强度，对比例1中的抗压强度下降，是因为普通废弃混凝土骨料在高温烧结过程中出现裂纹；对比例2中的透水系数下降，是因为羧酸铝溶胶在转化成氧化铝过程中，有机质分解会产生气体，增加有效孔隙率；对比例3中的抗压强度下降，是因为未添加纳米颗粒分散液，纳米颗粒分散液中的有机硅烷在初步保温下可以交联，增加预烧结砖坯的稳定性，后续烧结过程中，有机硅氧烷热解后形成碳化硅等非晶体陶瓷，纳米氧化镁和纳米氧化锆起到固溶作用，使骨料胶结位置形成更加致密的陶瓷材料。

[0055] 需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

[0056] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。