CN102219415B

CN102219415B - 一种免烧轻质砂及其制备方法

Info

Publication number: CN102219415B
Application number: CN2011100762105A
Authority: CN
Inventors: 蒋亚清; 胡飞龙; 李丹丹; 周新尧
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Huaian Gate Building Material Technology Co ltd; Hohai University HHU
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: CN102219415A

Abstract

本发明公开了一种免烧轻质砂及其制备方法，是将加气混凝土边角料或废弃加气混凝土破碎成颗粒，将水泥、磨细含硅材料及蓄水材料搅拌均匀配制成表面包壳粉体材料。在加气混凝土颗粒表面喷洒表面改性剂溶液后与上述粉体包壳成球，静置1小时后进行二次包壳成球，将成型好的球形颗粒静停2～10小时后，于80℃～190℃和1atm～15atm条件下压蒸养护8～12小时，所得粒径不大于5mm、堆积密度不大于1200kg/m³、筒压强度大于3.5MPa、吸水率不大于5%的轻质颗粒即为产品。在节省生产原料的基础上有效提高轻集料强度，降低吸水率。

Description

一种免烧轻质砂及其制备方法

技术领域

本发明属于新型建筑材料技术领域，具体地说涉及一种免烧轻质砂及其制备方法。

背景技术

结构自重大、保温隔热性能差是影响普通混凝土发展的重要阻碍，自从1913年美国制造出轻集料页岩陶粒后，工程界开始使用轻集料取代普通砂石集料，以此来降低普通混凝土自重、改善混凝土保温隔热等一系列性能。轻集料具有结构自重轻、保温性能好以及节能环保等优点特点，使得以它为原料制成的轻骨料混凝土空心砌块、梁、板等新型建筑材料在高层建筑、大跨度结构工程、墙体材料领域应用广泛。

轻集料作为一种新型建筑材料，一般是利用天然粘土、泥质岩石、浮石、火山渣等为主要原料，掺加少量粘结剂、附加剂、添加剂等，经加工成粒或粉磨成球，最后通过煅烧等工艺过程而制成的一种人造轻集料。在原料选取上，目前国内外主要利用粉煤灰、页岩和膨胀粘土等生产人造轻集料。但随着可持续发展战略的实施，人们环境资源保护意识逐渐加强，建筑节能与环保作为整个节能工作的重要组成部分，受到越来越多的关注。而粘土质轻集料和页岩质轻集料的生产需消耗大量自然资源，生产成本高，不能成为我国人造轻集料的主导产品。而发展以非粘土和非页岩为主要原料的新型再生轻集料，积极推广节能建材，是有效保护耕地资源环境，促进资源节约型社会建设的有效途径。

目前我国生产的再生轻集料的原料主要有粉煤灰、淤泥、建筑废料等。普通的再生轻集料一般都是经过粉碎、造粒、成球、煅烧等工艺制得，如中国专利200810072095.2公开的一种淤泥陶粒生产方法，通过将淤泥陈化、造粒、预热烘干、高温胀烧得到产品。该种轻集料制备过程中预热温度为900℃，煅烧温度更是高达1250℃，消耗大量的热能、电能，与如今提倡的节能环保理念相悖。此外普通轻集料普遍存在颗粒强度低、吸水率高问题，导致轻集料砂浆混凝土强度低，工作性能差，难以满足工程中承重结构对砂浆混凝土强度和施工性能的要求。针对轻集料吸水率的问题，目前主要采用表面釉化处理的方法以降低吸水率，改善轻集料砂浆混凝土工作性能。但釉化处理将会降低轻集料与水泥石之间的界面粘结性能，引起混凝土强度下降。在提高再生轻集料强度方面，目前主要通过掺加硅灰、使用高标号水泥、增加水泥用量等法方来弥补轻集料本身颗粒质量的不足，但以上方法不仅增加成本，而且会降低轻集料混凝土的工作性能。此外较为工程界认可的方法是一种采用复合结构处理的方法，即在轻集料颗粒表面包裹一层水泥硬壳，如中国专利98122922.0公开的一种复合轻集料生产技术，利用包壳原理，经过二次成球在陶粒表面形成一层坚固的外壳，再经过煅烧或自然养护得到产品，从而提高轻集料的筒压强度。该种复合结构法可以在一定程度上提高轻集料的强度，但烧结法高温煅烧耗能大，成本高；免烧法由于外层只为单一的水泥硬壳，此外由于薄壳厚度非常薄，自然养护条件下，得到的陶粒性能不稳定，强度提高效果也不明显。其中轻集料的强度更是影响我国轻集料推广应用的主要因素。

发明内容

为了解决现有技术存在的轻集料普遍需要高温煅烧得到，成本高、强度不够的问题，本发明提供了一种免烧轻质砂及其制备方法，采用废弃加气混凝土为原料，不需高温煅烧即可大幅度提高轻集料颗粒强度、显著降低轻集料吸水率。

本发明的技术方案为：一种复合结构免烧轻质砂，内芯为建筑废弃加气混凝土，在内芯外包裹一层0.05～0.1mm厚的高强硅酸盐硬化外壳，所述免烧轻质砂的粒径≤5mm，堆积密度≤1200kg/m³。

所述的高强硅酸盐材料，原料按重量份计组成为：1～60份水泥、1～40份含硅材料、0.5～2份已吸水饱和的蓄水材料；

所述的含硅材料为石英、河砂、江砂、海砂中的任意一种，含硅材料的粒径为5～30μm；

所述的饱和蓄水材料为凹凸棒土或膨润土；

本发明提供的免烧轻质砂的具体制备步骤如下：

第一步，将建筑废弃加气混凝土破碎至粒径≤5mm的颗粒；

第二步，将水泥、含硅材料、吸水饱和的蓄水材料搅拌均匀后配制成表面包壳粉体材料；

第三步，建筑废弃加气混凝土颗粒预吸水至含水量(质量百分比)为15%，放入成球盘，在成球盘内连续滚动，喷洒适量表面改性剂溶液是颗粒表面润湿后，在成球区均匀撒入上述包壳粉体材料，成型为球形颗粒，静置1小时后进行二次包壳成球，最终成球；

第四步，将成型好的球形颗粒静停2～10小时后，于80℃～190℃和1atm～15atm条件下压蒸养护8～12小时再经1.5小时降温至室温，即可制得产品。

所述的表面改性剂为：可再分散乳胶粉、丙烯酸乳液、苯丙乳液中的一种；或五水偏硅酸钠、九水偏硅酸钠、硅酸钾、硫酸铝中的一种，选择上述表面改性剂中的一种，按照有效质量占水质量的1%～7%的比例掺入水中配制成表面改性剂溶液；

加气混凝土本身作为一种容重较轻的材料，破碎成粒后可作为轻集料使用，本发明在继承包壳技术的前提下，在包壳粉体成分中加入磨细含硅材料，主要是含二氧化硅，根据水泥化学原理，在蒸压条件下，会生成大量的11Å托勃莫来石晶体，晶体本身的高强度、稳定性以及晶体之间适量的凝胶粘结，使水泥浆体整体强度增加，但随着蒸压温度超过125℃，水化凝胶会转变为晶粒粗大的α-C₂S水化物，温度超过165℃时生成C₃S₂H₃,均使强度下降。因此在水泥浆体中掺入一定量的磨细石英粉，将阻止Ca(OH)₂生成，并使11Å托勃莫来石晶体增加而提高硬化水泥浆体强度。本发明的陶粒外壳含有大量托勃莫来石晶体和适当的水化硅酸钙胶体，优化了晶胶比，减少了毛细孔体积，包壳强度大幅度提高，使得轻集料颗粒在吸水率有效降低的情况下，筒压强度大幅增强，最高可达6MPa。

包壳粉体材料中掺入一定量凹凸棒土或膨润土，利用它们具有的优异的接受、排放水分特点，在蒸压养护条件下，凹凸棒土或膨润土能够为水泥和磨细硅质材料的水化过程提供内养护水，能够有效提高轻质砂成品的筒压强度。

包壳成球之前，在加气混凝土颗粒表面喷洒适量表面改性剂溶液，起到润湿加气混凝土颗粒表面、粘附包壳粉体材料、提供表面硅酸盐材料水化所需水分等有益效果外，溶液中的表面改性剂可以进一步提高加气混凝土颗粒与外层硬化硅酸盐材料之间的黏附、粘接作用，改善硅酸盐材料密实性能，提高成型后的轻质砂强度。

有益效果

（1）本发明提供的废弃加气混凝土再生轻集料制备方法，在加气混凝土的包壳成分中掺入磨细含硅材料，采用合理的蒸养制度，使得轻集料颗粒的包壳硬化硅酸盐基材料所含有的高结晶的11Å托勃莫来石比例大幅提高，根据吴中伟院士水泥化学相关论文可以推出在理想情况下11Å托勃莫来石晶体与周围凝胶体的体积比可达1～2.5。优化的晶胶比使得外壳硅酸盐材料强度提高，密实度改善，这样轻集料颗粒在拥有低容重的情况下具有较高的筒压强度。此外，表面改性剂的黏附作用，大大提高了加气混凝土颗粒与外层壳体之间的粘接强度，使得轻集料筒压强度明显增强，表面改性剂亦有增加外层硅酸盐材料密实性的效果，有效的解决了轻集料低强度、高吸水率的问题。

（2）本发明提供的轻集料颗粒所使用的原料是生产加气混凝土所产生的边角料以及建筑废弃加气混凝土，取代天然粘土和页岩原料，并省去了煅烧所需的热耗，在满足轻集料低容重、高强度和低吸水率的条件下，实现了废物再利用，变废为宝，节省资源，保护生态环境，大大降低轻集料的生产成本，环境友好性能优越，具有较好的生态效益。

（3）本发明提供的轻集料颗粒堆积密度小，强度高，节能效果好，不仅可以用于制作混凝土空心砌块、梁、板等，可还以用于自保温墙体、聚苯板薄抹灰外墙外保温系统的防火隔离带、墙体热桥部位处理、剪力墙保温系统和屋面保温等。

（4）本发明的提供的轻集料制备方法，原材料易得，工艺简便，可以取代传统的高温煅烧的生产工艺，生产效率高，适用于工业化生产。

具体实施方式

一种轻集料——免烧轻质砂，为堆积密度不大于1200kg/m³、粒径不大于5mm的轻质砂，结构特点为复合结构：轻集料颗粒内芯为建筑废弃加气混凝土；外侧包裹一层0.05～0.1mm的高强硅酸盐材料，其组成为，以重量份计：1～60份水泥、1～40份含硅材料、0.5～2份已饱和吸水的蓄水材料。

所述的内芯建筑废弃加气混凝土，为生产加气混凝土产生的加气混凝土边角料，或建筑废弃加气混凝土经破碎而得；

所述的磨细含硅材料为石英、河砂、江砂、海砂，磨细粉粒径为5-30μm；

所述蓄水材料为凹凸棒土或膨润土。

制备所述的废弃加气混凝土再生轻集料的方法: 它是将废弃加气混凝土筛选，选取杂质含量较少的废弃加气混凝土，经颚式破碎机破碎至粒径不大于5mm的颗粒；将水泥、磨细含硅材料、凹凸棒土或膨润土搅拌均匀配制成包壳粉体材料。把破碎后的加气混凝土颗粒预先吸水至含水量(重量)为15%后，放入成球盘,在成球盘内连续滚动,喷洒适量表面改性剂溶液是颗粒表面润湿后,在成球区均匀撒入上述包壳粉体材料,成型为球形颗粒,静置1小时后进行二次包壳成球，将成型好的球形颗粒静停2～10小时后，于80℃～190℃和1atm～15atm条件下压蒸养护8～12小时，优选于两小时升温至185℃（10标准大气压）条件下恒温恒压压蒸养护10小时，再经1.5小时降温至室温，所得粒径不大于5mm、堆积密度不大于1200kg/m³、筒压强度大于3.5MPa、吸水率不大于5%的轻质砂即为产品。

所述的表面改性剂溶液表面改性剂为有机聚合物：可再分散乳胶粉、丙烯酸乳液、苯丙乳液中的一种；或无机化合物：五水偏硅酸钠、九水偏硅酸钠、硅酸钾、硫酸铝中的一种；选择上述表面改性剂中的一种，按照有效质量占水质量的1%～7%掺入水中配制成表面改性剂溶液；

实施例 1 ：废弃加气混凝土型轻质砂的制备方法

以下皆为重量份

1-i：下述实施例中的水泥为P·Ⅱ52.5普通硅酸盐水泥，含硅材料为石英粉，表面改性剂有效成分为德国瓦克牌可再分散乳胶粉。

本发明的轻集料的生产制备方法，通过以下步骤实现：

（1）将筛选出的加气混凝土边角料破碎至粒径小于5mm的颗粒，并预吸水15%；

（2）取如下配比各原料组分搅拌均匀制得包壳粉体：水泥60份，磨细石英粉35份（磨细石英粉的粒径在5-30μm之间），吸水饱和的凹凸棒土1.5份；

（3）称取可再分散乳胶粉5份，水100份，配制成表面改性剂溶液；

（4）建筑废弃加气混凝土颗粒预吸水至含水量(重量)为15%，放入成球盘，在成球盘内连续滚动，喷洒适量表面改性剂溶液使颗粒表面润湿后，在成球区均匀撒入上述包壳粉体材料，成型为球形颗粒，静置1小时后再进行二次包壳成球；

（5）将成型好的球形颗粒静停5小时后，于两小时升温至165℃（8标准大气压）条件下恒温恒压压蒸养护8小时，再经1.5小时降温至常温，即可制得产品。轻质砂，满足：粒径不大于5mm、堆积密度为440kg/m³, 1小时吸水率为4.86%，筒压强度3.6MPa，导热系数不大于0.21W/(m·K)。

1-ii：下述实施例中的水泥为P·Ⅱ52.5普通硅酸盐水泥，含硅材料为河砂，表面改性剂有效成分为九水偏硅酸钠。

本发明的轻集料的生产制备方法，通过以下步骤实现：

（1）将筛选出的加气混凝土边角料破碎至粒径不大于5mm的颗粒，并预吸水15%；

（2）取如下配比各原料组分搅拌均匀制得包壳粉体：水泥60份，磨细河砂35份（磨细河砂的粒径在5-30μm之间），吸水饱和的凹凸棒土1.5份；

（3）称取九水偏硅酸钠5份，水100份，配制成表面改性剂溶液；

（4）把破碎后的加气混凝土颗粒预先吸水至含水量(重量)为15%后，放入成球盘,在成球盘内连续滚动，喷洒适量表面改性剂溶液是颗粒表面润湿后，在成球区均匀撒入上述包壳粉体材料，成型为球形颗粒，静置1小时后再进行二次包壳成球;

（5）将成型好的球形颗粒静停2～10小时后，于两小时升温至185℃（9标准大气压）条件下恒温恒压压蒸养护10小时，再经1.5小时降温至常温，即可制得产品。轻质砂满足：粒径不大于5mm、堆积密度为700kg/m³，1小时吸水率为4.27%，筒压强度4.3MPa，导热系数不大于0.21W/(m·K)。1-iii：下述实施例中的水泥为P·Ⅱ52.5普通硅酸盐水泥，含硅材料为海砂，表面改性剂有效成分为丙烯酸乳液。

本发明的轻集料的生产制备方法，通过以下步骤实现：

（2）取如下配比各原料组分搅拌均匀制得包壳粉体：水泥60份，磨细海砂40份（磨细河砂的粒径在5-30μm之间），吸水饱和的膨润土1.5份；

（3）称取丙烯酸乳液6份，水100份，配制成表面改性剂溶液；

（4）把破碎后的加气混凝土颗粒预先吸水至含水量(重量)为15%后，放入成球盘,在成球盘内连续滚动，喷洒适量表面改性剂溶液是颗粒表面润湿后，在成球区均匀撒入上述包壳粉体材料，成型为球形颗粒,静置1小时后再进行二次包壳成球;；

（5）将成型好的球形颗粒静停2～10小时后，于两小时升温至190℃（10标准大气压）条件下恒温恒压压蒸养护10小时，再经1.5小时降温至常温，即可制得产品。轻质砂，满足：粒径不大于5mm、堆积密度为600kg/m³, 1小时吸水率为4.5%，筒压强度4.0MPa，导热系数不大于0.21W/(m·K)。

实施例 2 ：废弃加气混凝土型轻质砂的应用

2-i：本发明轻质砂在砌筑保温砂浆中的应用

本实施例中，水泥为P·Ⅱ42.5；砂浆外加剂是通用的减水剂、早强剂、激发剂和增稠剂，由盐城建科混凝土外加剂技术有限公司生产；轻集料选取本发明提供的废弃加气混凝土型轻质砂，满足：堆积密度为440kg/m³, 1小时吸水率为4.86%，筒压强度3.6MPa，导热系数不大于0.21W/(m·K)。

砌筑保温砂浆的配比为：水泥200份、粉煤灰200份、外加剂64份、轻质砂698份、水286份，将原材料计量好后按配比倒入搅拌机中，干拌1min使原材料混合均匀，再加水搅拌5～6min至砂浆具有良好的和易性。标养7天，实验室自养（23℃，45%～75%RH）21天。配置出的砌筑保温砂浆的性能如下：干燥表观密度为875kg/m³，稠度为70mm，分层度为2mm，28天抗压强度13.6MPa，软化系数为0.8，导热系数为0.2352 W/(m·K)，线性收缩率为0.11%。

2-ii：本发明轻集料在抹面保温砂浆中的应用

本实施例中，水泥为P·Ⅱ42.5；砂浆外加剂为可再分散聚合物胶粉、纤维素醚、粉煤灰激发剂、增稠剂、聚丙烯纤维、混凝土减水剂的混合物，由盐城建科混凝土外加剂技术有限公司生产；轻集料选取本发明提供的废弃加气混凝土型轻质砂，满足：堆积密度为700kg/m³, 1小时吸水率为4.27%，筒压强度4.3MPa，导热系数不大于0.21W/(m·K)。

砌筑保温砂浆的配比为：水泥55份、外加剂30份、轻质砂130份、可在分散乳胶粉15份，将原材料计量好后按配比倒入搅拌机中，干拌1min使原材料混合均匀，再加水搅拌5～6min至砂浆具有良好的和易性。标养7天，实验室自养（23℃，45%～75%RH）21天。配置出的砌筑保温砂浆的性能如下：干燥表观密度为375kg/m³，稠度为50mm，分层度为9mm，28天抗压强度1.7MPa，软化系数为0.81，导热系数为0.075 W/(m·K)，粘结抗拉强度为0.36 MPa，线性收缩率为0.12%。

2-iii：本发明轻质砂在自养护混凝土中的应用

本实施例中，水泥为江南-小野田水泥有限公司生产的P·II52.5水泥；矿粉为江南粉磨有限公司生产的矿粉；中砂，细度模数为3.0，表观密度为2630kg/m³；石子为花岗岩碎石，最大粒径25mm；减水剂为盐城建科混凝土外加剂技术有限公司的聚羧酸梳形减水剂，60%固含量；内养护剂选用本发明提供的轻质砂粒径较小部分，1小时吸水率为7%。

自养护高性能混凝土的配比为：水泥250份，矿粉250 份，砂709 份，石子962.7 份，减水剂为水泥掺量的0.25%，水150 份，自养护剂1.227 kg/m³。自养护混凝土拌制前，先将自养护剂放入水中浸泡2小时，使其充分吸水。配制出的自养护混凝土性能如下：坍落度为210mm ，3d抗压强度40.9 MPa，7d抗压强度45.3 MPa。

Claims

1.一种免烧轻质砂，其特征在于：内芯为建筑废弃加气混凝土，在内芯外包裹一层0.05～0.1mm厚的高强硅酸盐硬化外壳，所述免烧轻质砂的粒径≤5mm，堆积密度≤1200kg/m³；所述的高强硅酸盐硬化外壳，原料按重量份计组成为：1～60份水泥、1～40份含硅材料、0.5～2份已饱和吸水的蓄水材料；所述的含硅材料为石英、河砂、江砂、海砂中的任意一种，含硅材料的粒径为5～30μm。

2.如权利要求1所述的免烧轻质砂，其特征在于，所述的已饱和吸水的蓄水材料为凹凸棒土或膨润土。

3.制备权利要求1所述的免烧轻质砂的方法，其特征在于制备步骤如下：

第一步，将建筑废弃加气混凝土破碎至粒径≤5mm的颗粒；

第二步，将水泥、含硅材料、已饱和吸水的蓄水材料搅拌均匀后配制成表面包壳粉体材料；

第三步，建筑废弃加气混凝土颗粒预吸水至含水量为15%ｗｔ，放入成球盘，在成球盘内连续滚动，喷洒适量表面改性剂溶液使颗粒表面润湿后，在成球区均匀撒入上述包壳粉体材料，成型为球形颗粒,静置1小时后进行二次包壳成球，最终成球；

4.如权利要求3所述的制备免烧轻质砂的方法，其特征在于，所述的表面改性剂为：可再分散乳胶粉、丙烯酸乳液、苯丙乳液中的一种；或五水偏硅酸钠、九水偏硅酸钠、硅酸钾、硫酸铝中的一种，选择上述表面改性剂中的一种，按照有效质量占水质量的1%～7%的比例掺入水中配制成表面改性剂溶液。