CN102643061A - 核壳结构高强抗震型免烧陶粒、其制备方法及其应用 - Google Patents

核壳结构高强抗震型免烧陶粒、其制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核壳结构高强抗震型免烧陶粒、其制备方法及其应用，该陶粒包括内核及包裹在所述内核外的外壳，其组成为按照下述重量百分比的组分：建筑固体废弃物77.73%-86.73%；泡沫球0.23%-0.43%；硅酸盐水泥12.95%-16.95%；硅微粉2.59%-3.39%；复合有机结合剂1.10%-1.50%；其中，所述泡沫球作为内核，其余组分作外壳。本发明将建筑固体废弃物和包装废弃物作为再生资源得到充分的利用，制成了质量轻、强度高、抗震性能强的建筑混凝土集料的免烧陶粒，有效减少了污染，变废为宝，同时减少了建筑成本，具有极高的社会价值和经济价值。

Description

核壳结构高强抗震型免烧陶粒、其制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种建筑材料，特别涉及作为建筑用各类轻质混凝土用集料的核壳结构高强抗震型免烧陶粒，本发明还涉及这种陶粒的制备方法及其应用。
背景技术
传统的陶粒一般采用粘土、页岩、粉煤灰等经过烧制而成。其工艺复杂，耗能高；制成的陶粒由于整体为实心结构，材料均为陶瓷致密结构，容重大，弹性模量较大，作为混泥土集料，建成的建筑物自重大，抗震性不佳，隔热保温及隔音能力差等缺点。
为了解决上述问题，专利申请号为01250823.3的中国专利，公开了一种免烧陶粒，其结构为以带有空隙的轻质颗粒为芯部，芯部外侧粘结有一层硬质壳体，其轻质颗粒优选发泡高分子材料、植物秸秆类植物纤维团，其硬质壳体优选由水泥或者粘结剂固化而成。这种结构的陶粒，虽然在一定程度上解决了烧制陶粒的三废利用问题和作为建筑材料的隔热保温性能，但是，其存在以下问题：与轻质高强免烧陶粒相比，一是由于其硬质外壳较薄，其筒压强度低，达不到国家有关标准所要求的4.0MPa；其二，现有硬壳仅采用普通工艺，将水泥或者粘结剂混合在轻质颗粒的表面，经固结形成，其与芯部的结合不牢，生产合格率低；其三，核壳表面微孔隙少，陶粒脆性大，缺少韧性，受压（冲击）后因无缓冲而容易破裂，导致由此生产建筑材料综合性能不佳，特别是作为建筑材料的抗震性能不好；其四，由于轻质颗粒选用发泡高分子材料、植物秸秆类植物纤维团，陶粒内部难以形成整体空腔，或者难以形成近似圆形的空肠，影响了陶粒力学性能的发挥。在满足一定强度时的孔隙率偏小，其导绝热能力有限，故其应用范围受到较大限制。
人们对于建筑的抗震要求越来越高，传统的建筑材料一般是采用砖、水泥、砂石乃至混凝土等，由于其刚性强，柔韧度低，抗震性能无法满足要求。
再有，2008年汶川大地震，不仅造成了严重的生命财产损伤，并且产生了大量的建筑固体废弃物，地震灾区板房拆除遗留了大量的损毁塑料泡沫板和建筑固体废弃物无法处理；而正常的建筑拆建改建，也会产生大量的建筑固体废弃物，日常生活和工业生产中，也会产生大量用于包装等用途的废弃泡沫，对环境也造成了很大污染；如何能将这些废弃塑料泡沫和建筑固体废弃物作为再生资源加以有效的回收利用，一直是专业技术人员渴望解决的问题。
发明内容
本发明的发明目的之一在于：针对上述存在的问题，提供一种将建筑固体废弃物回收作为再生资源利用并制成质量轻、强度高、抗震性优良的免烧的陶粒。
采用的技术方案为：一种核壳结构高强抗震型免烧陶粒，包括内核及包裹在所述内核外的外壳，其组成为按照下述重量百分比的组分：
建筑固体废弃物：     77.73%-86.73%
泡沫球：              0.23%-0.43%
硅酸盐水泥：         12.95%-16.95%
硅微粉：              2.59%-3.39%
复合有机结合剂：      1.10%-1.50%
其中，所述泡沫球作为内核，其余组分作外壳。
作为优选：所述建筑固体废弃物为废弃砖、废弃混凝土中的至少一种。
作为优选：所述硅酸盐水泥为525#普通硅酸盐水泥。
作为优选：所述复合有机结合剂为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚乙烯醇中的至少一种。
作为优选：所述泡沫球为采用废弃泡沫作为原料制成的泡沫球。
进一步的：所述泡沫球的直径为1mm-5mm。
进一步的：所述外壳的厚度为1mm-2mm。
本发明的发明目的之二在于：提供一种上述陶粒的制备方法。
采用的技术方案为：依次包括以下步骤：
a、将建筑固体废弃物加工成粉状，然后将建筑固体废弃物粉、硅酸盐水泥、硅微粉按上述重量比例混合，并研磨成经0.045mm筛余小于30%、经0.080mm筛余小于5%的粉末，得到混合粉，并准备相应重量比例的复合有机结合剂备用；
b、将废弃泡沫加工成球后，按上述配料比例加入成球设备，缓慢开启成球设备，调整转速为10转/分；将复合有机结合剂以雾状适量喷洒于泡沫球上，待均匀后，向成球设备均匀给入一定量混合粉；随后将成球设备转速调整为30转/分；运转1-3分钟后，再雾状喷洒复合有机结合剂适量；待陶粒粒径均匀后再向成球设备均匀给入一定量混合粉,继续运转1-3分钟；
c、如b步骤所述的雾状喷洒复合有机结合剂的方法一样，向正在转动的陶粒上开始喷洒雾状清水，同时保持成球设备均匀运转1-3分钟；再向成球设备中均匀给入一定量混合粉，运转1-3分钟后使粉料与陶粒混合均匀，再喷洒适量雾状清水，再给入混合粉，如此重复直到制备出粒径合乎要求的陶粒为止；
d、再补喷洒适量清水，将成球设备转速调至60转/分；运转3-5分钟，再将成球设备转速调至10转/分；取出球料，置料球于养护室进行标准养护，取出后自然干燥后即为成品。
本发明采用建筑固体废弃物（建筑废砖、废混凝土等）包裹各种包装等用的塑料泡沫球而成，为高强抗震混凝土提供集料；采用上述制备方法，制得的外壳表面具有大量的连通微孔隙，同时包裹塑料泡沫球形成核壳结构，本生产工艺决定了该陶粒具有的低的弹性模量，能吸收较大的冲击能量，减少了建筑物的过度变形和开裂。另外，该陶粒核壳结构决定了本身具有导热能力低的性能，以此生产的墙材具备自保温墙体材料性能及隔音的特征，并将建筑固体废弃物作为再生资源使用，无废气、废水排放。
本发明采用特殊的成球工艺，将无机非金属材料（外壳）和有机泡沫球（内核）二者的良好结合复合而成，因为无机非金属材料的高强度确定了由此制成的核壳陶粒壳体坚硬，其受到外力作用变形小。既发挥了无机非金属材料高强度、耐热和制品几何尺寸稳定性特点，又充分利用了有机泡沫材料的高绝热性、重量轻特性。
本发明采用建筑固体废弃物和包装废弃物，制作核壳结构高强抗震型免烧陶粒，其各项指标均达到或由于国家标准（JGJ 51-2002和GB/T I7341.1）值。
本发明与国家标准性能参数比较见表1、表2：
表1   高强轻质陶粒技术指标对比
  国家标准值 实测值 对比结果
堆积密度（kg/ m3） <600 <600 满足标准值
最大粒径（mm） <20 <16 满足标准值
吸水率（%） <8 <9.7 接近标准值
软化系数 >0.8 >0.82 优于标准值
筒压强度（MPa） >4.0 >4.1 优于标准值
强度标号 25 25 优于标准值
说明：细度模数为细集料的技术指标。
 
表2  高强轻质陶粒混凝土实测强度等级指标与预期指标对比
  国家标准值 实测值 对比结果
表观密度(kg/m3) <1950 <1450 优于标准值
强度等级 LC25 ＞LC25 优于标准值
本发明的发明目的之三在于：提供上述陶粒的应用。
采用的技术方案为：为生产抗震能力强的新型建筑材料提供原料，将上述陶粒直接用于建筑混凝土的集料和墙体充填材料。
作为优选：所述建筑混泥土为轻质保温、隔音混凝土、结构用混凝土，所述墙体填充料为墙体隔热、保温、隔音填充料。
综上所述，本发明的有益效果为：将建筑固体废弃物和包装废弃物作为再生资源得到充分的利用，制成了质量轻、强度高、抗震性能强的建筑混凝土集料的免烧陶粒，有效减少了污染，变废为宝，同时减少了建筑成本，具有极高的社会价值和经济价值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的结构示意图。
图中标记：1为外壳，2为内核。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1：
一种核壳结构高强抗震型免烧陶粒，包括内核2和包裹在所述内核外的外壳1，如图1所示，其组成为按照下述重量百分比的组分：
建筑固体废弃物：            77.73%
泡沫球（直径为1mm）：        0.43%
525#普通硅酸盐水泥：       16.95%
硅微粉：                    3.39%
羧甲基纤维素钠：            1.50%
其中，泡沫球作为内核2，其余组分作外壳1。
其制备方法为：
a、 将建筑固体废弃物加工成颗粒、525#普通硅酸盐水泥、硅微粉按上述重量比为配方，用强力搅拌机混合，再进入筒磨机混合研磨成经0.045mm筛余小于30%,经0.080mm筛余小于5%的粉末，所得到的混合粉，进备用仓待用；
b、              将粒径为1mm的废弃塑料泡沫球按上述配方重量比例进入成球盘，开启成球盘，使转速为10转/分（低速）；开启喷头喷洒（雾状）复合有机结合剂适量于泡沫球上，待均匀后，开启给料机向成球盘均匀地加入一定量混合粉后停止；将成球盘转速调整为30转/分（中速）；运转1分钟后，再开启喷头喷洒（雾状）复合有机结合剂适量；待均匀后再开启给料机向成球盘均匀给入一定量混合粉,均匀后运转1分钟。
c、喷开启喷头喷洒（雾状）清水，成球盘运转均匀后；再开启给料机向成球盘均匀给入一定量混合粉，待均匀后，运转3分钟，喷洒适量清水，再给入混合粉，如此重复直到配置混合粉用完为止；
d、              再补喷洒适量清水，将成球盘转速调至60转/分（快速档）；运转4分钟后，将成球盘转速调至10转/分（低速）；取出球料，置料球于养护室进行标准养护，28天后可取出，送入干燥器干燥后即为成品，
最终所制得的陶粒外壳1厚度为1mm。
实施例2
一种核壳结构高强抗震型免烧陶粒，包括内核2和包裹在所述内核外的外壳1，其组成为按照下述重量百分比的组分：
建筑固体废弃物：             81.73%
泡沫球（直径为2.5mm）：      0.33%
525#普通硅酸盐水泥：        13.65%
硅微粉：                     2.99%
羧甲基纤维素钠：海藻酸钠（质量比为1:1）             1.30%
其中，泡沫球作为内核2，其余组分作外壳1。
其制备方法除了b步骤均运转3分钟，c步骤运转5分钟外，其余与实例1相同，最终制得的陶粒成品外壳1厚度为1.5mm。
实施例3
一种核壳结构高强抗震型免烧陶粒，包括内核2和包裹在所述内核外的外壳1，其组成为按照下述重量百分比的组分：
建筑固体废弃物：            83.13%
泡沫球（直径为5mm）：        0.23%
525#普通硅酸盐水泥：        12.95%
硅微粉：                     2.59%
羧甲基纤维素钠：海藻酸钠：聚乙烯醇（质量比为1:1:1）             1.10%
其中，泡沫球作为内核2，其余组分作外壳1。
其制备方法与实施例1相同，最终制得的陶粒成品外壳1厚度为2mm。
实施例4
检测实施例1-3所制得的陶粒的技术指标及强度，结果见表3和表4
表3   实施例1-3所制得陶粒的技术指标
  实施例1 实施例2 实施例3
堆积密度(kg/m3) 520 580 560
最大粒径（mm） 4.5 6.5 10
吸水率（%） 9.2 9.0 8.5
软化系数 0.82 0.83 0.84
筒压强度（Mpa） 4.2 4.5 4.1
强度标号 26 27 25
表4  实施例1-3的高强轻质陶粒混凝土实测强度
  实施例1 实施例2 实施例3
表观密度kg/m3 1430 1360 1280
强度等级 26 27 25
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核壳结构高强抗震型免烧陶粒，其特征在于，包括内核和包裹在所述内核外的外壳，其组成为按照下述重量百分比的组分：
建筑固体废弃物：         77.73%-86.73%
泡沫球：                  0.23%-0.43%
硅酸盐水泥：             12.95%-16.95%
硅微粉：                  2.59%-3.39%
复合有机结合剂：          1.10%-1.50%
其中，所述泡沫球作为内核，其余组分作外壳。
2.根据权利要求1所述的核壳结构高强抗震型免烧陶粒，其特征在于：所述建筑固体废弃物为废弃砖、废弃混凝土中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的核壳结构高强抗震型免烧陶粒，其特征在于：所述硅酸盐水泥为525#普通硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的核壳结构高强抗震型免烧陶粒，其特征在于：所述复合有机结合剂为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚乙烯醇中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的核壳结构高强抗震型免烧陶粒，其特征在于：所述泡沫球为采用废弃泡沫作为原料制成的泡沫球。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的核壳结构高强抗震型免烧陶粒，其特征在于：所述泡沫球的直径为1mm-5mm。
7.根据权利要求1至5任意一项所述的核壳结构高强抗震型免烧陶粒，其特征在于：所述外壳的厚度为1mm-2mm。
8.权利要求1至7任意一项所述的核壳结构高强抗震型免烧陶粒的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：
a、将建筑固体废弃物加工成粉状，然后将建筑固体废弃物粉、硅酸盐水泥、硅微粉按上述重量比例混合，并研磨成经0.045mm筛余小于30%、经0.080mm筛余小于5%的粉末，得到混合粉，并准备相应重量比例的复合有机结合剂备用；
b、将废弃泡沫加工成球后，按上述配料比例加入成球设备，缓慢开启成球设备，调整转速为10转/分；将复合有机结合剂以雾状适量喷洒于泡沫球上，待均匀后，向成球设备均匀给入一定量混合粉；随后将成球设备转速调整为30转/分；运转1-3分钟后，再雾状喷洒复合有机结合剂适量；待陶粒粒度均匀后再向成球设备均匀给入一定量混合粉,继续运转1-3分钟；
c、如b步骤所述的雾状喷洒复合有机结合剂的方法一样，向正在转动的陶粒上开始喷洒雾状清水，同时保持成球设备均匀运转1-3分钟；再向成球设备中均匀给入一定量混合粉，运转1-3分钟后使粉料与陶粒混合均匀，再喷洒适量雾状清水，再给入混合粉，如此重复直到制备出粒度合乎要求的陶粒为止；
d、再补喷洒适量清水，将成球设备转速调至60转/分；运转3-5分钟，再将成球设备转速调至10转/分；取出球料，置料球于养护室进行标准养护，取出后自然干燥后即为成品。
9.权利要求1至7任意一项所述的核壳型免烧陶粒的应用，其特征在于：直接用于建筑混凝土的集料和墙体填充料。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述建筑混泥土为轻质保温、隔音混凝土、结构用混凝土，所述墙体填充料为墙体隔热、保温、隔音填充料。
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