CN103802214B - 一种预处理混凝土轻集料的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种预处理混凝土轻集料的方法及其装置，包括一种轻集料预吸水处理装置，轻集料预吸水处理装置由加压处理仓和混合处理仓构成，所述的加压处理仓为可密闭的罐型或箱型低压压力容器，压力容器顶部设有加压处理进料口，加压处理进料口周围设有低压气体喷口，压力容器侧壁上部设有进水口，压力容器底部设置加压处理下料口；所述的混合处理仓为可密闭的容器箱，箱顶部设有与所述的加压处理下料口相对的混合处理进料口，箱内部设置双卧轴对向高速旋转混合机构，箱底设置机械闭合的卸料口。本发明还基于所述的轻集料预吸水处理装置提供一种轻集料造壳强化处理系统和预处理混凝土轻集料的方法。采用本发明设备和方法处理后的轻集料，其性能有明显改善，1小时的吸水率大大降低，筒压强度显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及轻集料混凝土制备技术领域，具体而言，涉及一种预处理混凝土轻集料的方法。
背景技术
轻集料混凝土是现代混凝土技术中的一个重要分支。与普通混凝土相比，轻集料混凝土具有结构重量轻、强度适宜、保温隔热性能好、抗震性能好等优点。近年来，随着我国城市建设和基础建设的飞速发展，特别是高层和超高层建筑，大跨度建筑以及绿色建筑的发展，使得轻集料混凝土具有了更为广阔的发展空间和市场需求。但是，由于用于生产轻混凝土的轻集料通常强度较低，材料结构多孔易吸水，因此影响了轻集料混凝土的结构强度发展，还造成了预拌轻集料混凝土的泵送性能较差且工作性不易保持。这严重制约了轻集料混凝土在当前城市建设中的广泛应用。
解决轻集料的这个使用问题主要有预处理两种方法。一种方法是将轻集料放入尼龙袋中，浇水浸泡，吸水24小时，使轻集料的吸水率达到饱和吸水率的50%-60%，然后用于配制轻混凝土。这种预处理方法耗时长，效率低，主要用于在施工现场搅拌干硬性轻集料混凝土或低流动性轻集料混凝土，不适宜在预拌混凝土工厂生产高流动性可泵送的轻集料混凝土。另一种方法是采用特制的高压密闭容器对轻集料进行高压加压预饱和水处理，压力为5-8MPa，加压时间为30-120分钟，使轻集料的吸水率60%-80%，然后再按照1m3轻集料加50-100kg水泥的用量对预湿的轻集料进行90-180分钟的造壳处理。这种方法虽然可以基本解决轻集料吸水和可泵送性能差的问题，但使用的特制高压容器结构较为复杂，加压压力高，预湿时间较长，而且需要较大量的水泥进行长时间的造壳处理，同样不太适用于工业化的预拌轻集料混凝土的生产。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种轻集料预吸水处理装置，结构简单易操作。
本发明的第二个目的在于基于所述的轻集料预吸水处理装置提供一种轻集料预处理系统，可以实现轻集料上料、二步预吸水处理、造壳材料制备和上下料、轻集料造壳强化、卸料等预处理全过程的自动控制操作，保证了预处理过程的高效率和均匀稳定运行。
本发明的第三个目的在于基于所述的预处理系统，提供一种轻集料预处理方法，预处理效率高、简便易行、能够显著提高轻集料混凝土泵送性能和综合性能、适用于工业化的预拌轻集料混凝土的生产的轻集料预处理方法。
本发明上述目的是通过以下技术方案实现的：
首先，本发明提供一种轻集料预吸水处理装置，它由上部的加压处理仓和下部的混合处理仓构成，所述的加压处理仓为可密闭的罐型或箱型低压压力容器，压力容器顶部设有加压处理进料口，加压处理进料口周围设有低压气体喷口，压力容器侧壁上部设有进水口，压力容器底部设置加压处理下料口；所述的混合处理仓为可密闭的容器箱，箱顶部设有与所述的加压处理下料口相对的混合处理进料口，箱内部设置双卧轴对向高速旋转混合机构，箱底设置机械闭合的卸料口；所述的加压处理仓和混合处理仓之间通过机械隔板的开闭实现连通与分隔。
本发明所述的轻集料预吸水处理装置使用时，轻集料首先通过加压处理进料口进入上部的加压处理仓中，经所述的低压气体喷口向仓内施加2-5个大气压（0.2-0.5MPa）的低压压力，进行第一步低压预吸水处理，预吸水时间为10-30分钟，使得轻集料的吸水率达到饱和吸水率的40%-60%，然后卸去压力，打开所述的机械隔板，将轻集料连同水一起经所述的加压处理下料口卸入下部的混合处理仓中，必要时再次加水，保持混合处理仓中盛有不少于3/4体积的水，启动混合处理仓中的双卧轴对向高速旋转混合机构，对轻集料进行第二步高速旋转混合吸水处理，旋转混合机构转速为60-180转每分钟，吸水处理时间为15-60分钟，使得轻集料进一步均匀吸水。
同时，本发明基于所述的轻集料预吸水处理装置，进一步提供一种轻集料造壳强化处理系统，它主要由本发明所述的轻集料预吸水处理装置、造壳材料制备装置和轻集料造壳装置构成；
所述的造壳材料制备装置为机械混合机，机械混合机顶部设有粉体材料进料口，内部设有机械搅拌机，底部设有造壳材料出料口；
所述的轻集料造壳装置为横卧的圆柱体或椭圆柱体容器，容器顶部设置造壳材料进料口，与造壳材料制备装置的造壳材料出料口相对并通过机械隔板的开闭实现连通与分隔，容器侧面上部设置轻集料进料口，与轻集料预吸水处理装置的卸料口通过传送装置连接，容器内部水平设置一带下料孔的振动式粉体布料盘，布料盘的高度处于造壳材料进料口下方、轻集料进料口上方，布料盘四边用硬质弹簧连接在容器内壁上，布料盘下方设置卧轴式带连续曲线搅拌叶片的机械搅拌混合机，容器底部设置机械闭合的成品卸料口。
本发明所述的轻集料造壳强化处理系统主要由本发明所述的轻集料预吸水处理装置、造壳材料制备装置和轻集料造壳装置构成，必要时可扩充造壳后轻集料干燥装置；系统中轻集料的上料和卸料均可采用常规的提升机、皮带输送机等设备完成。
本发明提供的上述轻集料预处理装置带有操作控制系统，按照本发明提供的技术方案、技术步骤和工艺流程，实现上述轻集料预处理装置的运行，并对轻集料进行预吸水处理和造壳强化处理。
本发明所述的轻集料造壳强化处理系统可以根据使用要求灵活设计布置方式和使用功能。根据实际需要的设备尺寸和所需功能，可以设计成固定式或移动式，固定式设计的尺寸可以较大，适用于预拌混凝土工厂工业化生产预拌泵送轻集料混凝土，移动式设计的尺寸可以较小，适用于施工现场小规模搅拌轻集料混凝土。
本发明所述的轻集料造壳强化处理系统使用时，根据轻集料不同的材质和不同的使用要求，将现有的造壳材料原料（如水泥、矿渣粉与水泥的复合胶凝材料等）从造壳材料制备装置顶部的粉体材料进料口加入，经所述的机械搅拌机混合后得到的造壳材料由造壳材料制备装置底部的造壳材料出料口出料，再经轻集料造壳装置顶部的造壳材料进料口进入轻集料造壳装置，通过轻集料造壳装置内部的振动式粉体布料盘振动布料，与经过本发明所述的轻集料预吸水处理装置处理过的、由轻集料造壳装置侧面上部的轻集料进料口进入的轻集料一起被带连续曲线搅拌叶片的机械搅拌混合机搅拌混合，得到被造壳强化处理过的轻集料，由轻集料造壳装置底部的成品卸料口出料。
基于上述的轻集料造壳强化处理系统，本发明再进一步提供一种预处理混凝土轻集料的方法，具体技术步骤和特征如下：
步骤1：采用本发明所述的轻集料预吸水处理装置对混凝土轻集料进行预吸水处理
混凝土轻集料首先通过加压处理进料口进入内部盛有4/3体积水的加压处理仓中，经所述的低压气体喷口向仓内施加2-5个大气压（0.2-0.5MPa）的低压压力，进行第一步低压预吸水处理，预吸水时间为10-30分钟，使得轻集料的吸水率达到饱和吸水率的40%-60%，然后卸去压力，打开所述的机械隔板，将轻集料连同水一起经所述的加压处理下料口卸入下部的混合处理仓中，保持混合处理仓中盛有不少于3/4体积的水，启动混合处理仓中的双卧轴对向高速旋转混合机构，对轻集料进行第二步高速旋转混合吸水处理，旋转混合机构转速为60-180转每分钟，吸水处理时间为15-60分钟，使得轻集料预吸水率最终达到饱和吸水率的70%-90%；由所述的混合处理仓卸料口出料；
步骤2：造壳材料制备：
将造壳材料制备原料加入本发明所述的造壳材料制备装置的粉体材料进料口，经所述的机械搅拌机混合后，得到造壳材料；
步骤3：轻集料造壳强化处理：
将步骤1出料送至本发明所述的轻集料造壳装置的轻集料进料口，同时将步骤2所述的造壳材料制备装置底部的造壳材料出料口打开，启动轻集料造壳装置内部的搅拌机和粉体布料器，按照1m3轻集料添加40-80kg复合造壳材料的比例均匀撒布造壳材料，造壳处理时间为20-60分钟，在轻集料表面形成一层均匀密闭的强化硬质外壳，提高复合轻集料外表面的不透水性和强度。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明提供的预处理轻集料的方法及设备，与现有的预处理技术相比，大大缩短了轻集料的预处理时间，显著提高了预处理效率，并且为预吸水的轻集料提供了更均匀和更好的造壳强化处理，显著提高了轻集料混凝土的工作性能和可泵送性能，有效解决了以往大流动性轻集料混凝土制作困难、泵送性能差的问题，必将大大推动轻集料混凝土在建筑施工中的广泛应用。
（2）本发明提供的轻集料预处理装置，使用了全新的轻集料预吸水处理、复合造壳材料制备、轻集料造壳强化处理的工艺和技术，是一种全新的集成式轻集料预处理装置，可以根据材料性能、轻集料使用要求和轻集料混凝土生产条件等灵活多变地布置预处理装置的结构形式，既可以做成较小尺寸的装置用于施工现场拌制轻集料混凝土，又可以做成大型装置用于预拌混凝土工厂工业化生产泵送轻集料混凝土。此外，本发明提供的轻集料预处理装置带有操作控制系统，可以实现轻集料上料、二步预吸水处理、造壳材料制备和上下料、轻集料造壳强化、卸料等预处理全过程的自动控制操作，保证了预处理过程的高效率和均匀稳定运行。
（3）综合来看，本发明提供的新的轻集料预处理技术方法和装置，具有较高的技术价值、社会效益和经济效益。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
图1是本发明提供的轻集料预吸水处理装置的结构示意图。
图2是本发明提供的轻集料造壳强化处理系统的结构布置示意图。
图3是图2所示系统中的造壳材料制备装置和轻集料造壳强化处理装置的结构示意图。
图4是本发明预处理混凝土轻集料的方法的工艺流程图。
附图中的附图标记说明如下：
1-轻集料预吸水处理装置、2-造壳材料制备装置、3-轻集料造壳装置、11-加压处理仓、12-混合处理仓、111-加压处理进料口、112-低压气体喷口、113-进水口、114-加压处理下料口、121混合处理进料口、122-双卧轴对向高速旋转混合机构、123-卸料口、21-粉体材料进料口、22-机械搅拌机、23-造壳材料出料口、31-造壳材料进料口、32-轻集料进料口、33-输送装置、34-粉体布料盘、35-卧轴式带连续曲线搅拌叶片的机械搅拌混合机、36-成品卸料口。
具体实施方式
以下结合具体实施，对本发明作进一步说明。
实施例1轻集料预吸水处理装置
一种轻集料预吸水处理装置，其结构如图1所示，它由上部的加压处理仓11和下部的混合处理仓12构成，所述的加压处理仓11为可密闭的罐型低压压力容器，压力容器顶部设有加压处理进料口111，加压处理进料口111周围设有低压气体喷口112，压力容器侧壁上部设有进水口113，压力容器底部设置加压处理下料口114；所述的混合处理仓12为可密闭的长方体容器箱，箱顶部设有与所述的加压处理下料口114相对的混合处理进料口121，箱内部设置双卧轴对向高速旋转混合机构122，箱底设置机械闭合的卸料口123；所述的加压处理仓11和混合处理仓12之间通过机械隔板13的开闭实现连通与分隔。
实施例2轻集料造壳强化处理系统
一种轻集料造壳强化处理系统，如图2所示，它主要由实施例1所述的轻集料预吸水处理装置1、造壳材料制备装置2和轻集料造壳装置3构成；
如图3所示，所述的造壳材料制备装置2为机械混合机，机械混合机顶部设有粉体材料进料口21，内部设有机械搅拌机22，底部设有造壳材料出料口23；
如图3所示，所述的轻集料造壳装置3为横卧的圆柱体容器，容器顶部设置造壳材料进料口31，与造壳材料制备装置2的造壳材料出料口23相对，并通过机械隔板13的开闭实现连通与分隔，容器侧面上部设置轻集料进料口32，与轻集料预吸水处理装置1的卸料口123通过输送装置33连接，容器内部水平设置一带下料孔的振动式粉体布料盘34，布料盘34的高度处于造壳材料进料口31下方、轻集料进料口32上方，布料盘34四边用硬质弹簧连接在容器内壁上，布料盘34下方设置卧轴式带连续曲线搅拌叶片的机械搅拌混合机35，容器底部设置机械闭合的成品卸料口36。
所述的轻集料造壳强化处理系统中还可以附加造壳后轻集料干燥装置。
实施例3.预处理混凝土轻集料的方法
一种预处理混凝土轻集料的方法，工艺流程如图4所示，具体技术步骤和特征如下：
步骤1：混凝土轻集料的预吸水处理
采用图1所示的轻集料预吸水处理装置，将混凝土轻集料首先通过加压处理进料口111进入内部盛有4/3体积水的加压处理仓11中，经所述的低压气体喷口112向仓内施加2-5个大气压（0.2-0.5MPa）的压力，进行第一步低压预吸水处理，预吸水时间为30分钟，使得轻集料的吸水率达到饱和吸水率的60%，然后卸去压力，打开所述的机械隔板13，将轻集料连同水一起经所述的加压处理下料口114卸入下部的混合处理仓12中，保持混合处理仓12中盛有不少于3/4体积的水，启动混合处理仓12中的双卧轴对向高速旋转混合机构122，对轻集料进行第二步高速旋转混合吸水处理，旋转混合机构转速为180转每分钟，吸水处理时间为15分钟，使得轻集料预吸水率最终达到饱和吸水率的70-90%；由所述的混合处理仓卸料口123出料；
步骤2：造壳材料制备：
将造壳材料制备原料加入图2中所示的造壳材料制备装置的粉体材料进料口21，经所述的机械搅拌机22混合后，得到造壳材料；
步骤3：轻集料造壳强化处理：
将步骤1所出的物料经皮带输送机送至图2中所示的轻集料造壳装置3的轻集料进料口31，同时将步骤2所述的造壳材料制备装置2底部的造壳材料出料口23打开，启动轻集料造壳装置3内部的搅拌机35和粉体布料器34，按照1m3轻集料添加50kg造壳材料的比例均匀撒布造壳材料，造壳处理时间为40分钟，在轻集料表面形成一层均匀密闭的强化硬质外壳，由此提高了复合轻集料外表面的不透水性和强度。
实施例4.轻集料预处理及轻集料混凝土的泵送施工
针对表1中的几种轻集料，按照本发明的预处理方法进行轻集料的预处理，大体流程如图4所示。
表1原状轻集料的性能
| 轻集料 | 粒径(mm) | 堆积密度(kg/m3) | 表观密度(kg/m3) | 1h吸水率(%) | 筒压强度(MPa) |
| 粘土陶粒 | 5-20 | 470 | 890 | 9.0 | 2.3 |
| 页岩陶粒 | 5-16 | 630 | 1060 | 6.6 | 5.5 |
步骤1，轻集料的预吸水处理：采用本发明的轻集料二步预吸水处理方法。第一步，使用上料机将轻集料卸入到预吸水处理装置上部的低压加压预吸水罐中，此时罐下部的下料口保持紧密关闭状态；关闭进料口，在罐体中加入3/4容积的水，浸没全部的轻集料，接着打开气体加压阀门，加压至规定的2-5个大气压（0.2-0.5MPa）的压力并保持30分钟的加压时间，然后打开放气阀门卸压。第二步，打开低压加压预吸水罐的下料口与下部结构的高速混合预吸水处理容器的进料口之间的机械隔板，将轻集料和水一起卸入下部的高速混合预吸水处理容器中，向容器中加水至3/4容积，启动高速搅拌混合机，搅拌混合50分钟后，先放掉水，然后卸出经过预吸水处理的轻集料。此时，轻集料的吸水率达到饱和吸水率的70%-80%。表2给出了经过预吸水处理后的轻集料的性能。
表2预吸水处理后轻集料的性能
| 轻集料 | 粒径(mm) | 堆积密度(kg/m3) | 表观密度(kg/m3) | 吸水率(%) |
| 粘土陶粒 | 5-20 | 630 | 1055 | 23.8 |
| 页岩陶粒 | 5-16 | 780 | 1285 | 16.5 |
步骤2，造壳材料制备：使用矿渣粉与水泥组成的复合胶凝材料作为原材料制作造壳材料。
步骤3，轻集料造壳强化处理：将经过步骤1预吸水处理的轻集料通过上料机送入轻集料造壳强化处理装置中，启动机械搅拌混合机，同时打开造壳材料进料口接收步骤2制备的造壳材料，通过振动布料盘向轻集料撒布造壳材料，按照1m3轻集料添加80kg复合造壳材料的比例均匀撒布造壳材料，边搅拌边撒布，造壳处理时间为40分钟。造壳完成后，打开造壳装置的下料口，卸出完成预处理的轻集料。
对经过预处理的轻集料进行烘干处理后，测试了3天龄期时的性能，见表3。
表3经预处理后3天龄期轻集料的性能
| 轻集料 | 粒径(mm) | 堆积密度(kg/m3) | 表观密度(kg/m3) | 1h吸水率(%) | 筒压强度(MPa |
| 粘土陶粒 | 5-20 | 610 | 1030 | 5.6 | 4.5 |
| 页岩陶粒 | 5-16 | 770 | 1270 | 3.4 | 7.8 |
结果表明，经过本发明的预处理方法进行预吸水和造壳处理后，轻集料的性能有了明显改善，1小时的吸水率大大降低，筒压强度显著提高。
使用本发明预处理后的轻集料配制了预拌泵送轻集料混凝土，使用了50m汽车泵进行了泵送循环试验。混凝土初始入泵坍落度为200mm，经过两次循环后坍落度为180mm，混凝土泵送顺畅，工作性良好，没有明显压力吸水和压力泌水。
Claims (5)
1.一种轻集料预吸水处理装置，其特征在于：它由上部的加压处理仓和下部的混合处理仓构成，所述的加压处理仓为可密闭的罐型或箱型低压压力容器，压力容器顶部设有加压处理进料口，加压处理进料口周围设有低压气体喷口，压力容器侧壁上部设有进水口，压力容器底部设置加压处理下料口；所述的混合处理仓为可密闭的容器箱，箱顶部设有与所述的加压处理下料口相对的混合处理进料口，箱内部设置双卧轴对向高速旋转混合机构，箱底设置机械闭合的卸料口；所述的加压处理仓和混合处理仓之间通过机械隔板的开闭实现连通与分隔。
2.一种轻集料造壳强化处理系统，其特征在于，它主要由轻集料预吸水处理装置、造壳材料制备装置和轻集料造壳装置构成；
所述的轻集料预吸水处理装置为权利要求1所述的轻集料预吸水处理装置；
所述的造壳材料制备装置为机械混合机，机械混合机顶部设有粉体材料进料口，内部设有机械搅拌机，底部设有造壳材料出料口；
所述的轻集料造壳装置为横卧的圆柱体或椭圆柱体容器，容器顶部设置造壳材料进料口，与造壳材料制备装置的造壳材料出料口相对并通过机械隔板的开闭实现连通与分隔，容器侧面上部设置轻集料进料口，与轻集料预吸水处理装置的卸料口通过传送装置连接，容器内部水平设置一带下料孔的振动式粉体布料盘，振动式粉体布料盘的高度处于造壳材料进料口下方、轻集料进料口上方，振动式粉体布料盘四边用硬质弹簧连接在容器内壁上，振动式粉体布料盘下方设置卧轴式带连续曲线搅拌叶片的机械搅拌混合机，容器底部设置机械闭合的成品卸料口。
3.权利要求2所述的轻集料造壳强化处理系统，其特征在于，它进一步包括造壳后轻集料干燥装置。
4.权利要求2所述的轻集料造壳强化处理系统，其特征在于，所述的传送装置为提升机和/或皮带输送机。
5.一种预处理混凝土轻集料的方法，其特征在于，采用权利要求2所述的轻集料造壳强化处理系统，具体步骤如下：
步骤1：采用权利要求2所述的轻集料预吸水处理装置对混凝土轻集料进行预吸水处理：
混凝土轻集料首先通过加压处理进料口进入内部盛有3/4体积水的加压处理仓中，经所述的低压气体喷口向仓内施加2-5个大气压的低压压力，进行第一步低压预吸水处理，预吸水时间为10-30分钟，使得轻集料的吸水率达到饱和吸水率的40％-60％，然后卸去压力，打开所述的机械隔板，将轻集料连同水一起经所述的加压处理下料口卸入下部的混合处理仓中，保持混合处理仓中盛有不少于3/4体积的水，启动混合处理仓中的双卧轴对向高速旋转混合机构，对轻集料进行第二步高速旋转混合吸水处理，双卧轴对向高速旋转混合机构转速为60-180转每分钟，吸水处理时间为15-60分钟，使得轻集料预吸水率最终达到饱和吸水率的70％-90％；由所述的混合处理仓卸料口出料；
步骤2：造壳材料制备：
将造壳材料制备原料加入权利要求2所述的造壳材料制备装置的粉体材料进料口，经所述的机械搅拌机混合后，得到造壳材料；
步骤3：轻集料造壳强化处理：
将步骤1出料送至权利要求2所述的轻集料造壳装置的轻集料进料口，同时将步骤2所述的造壳材料制备装置底部的造壳材料出料口打开，启动轻集料造壳装置内部的机械搅拌混合机和振动式粉体布料盘，按照1m3轻集料添加40-80kg造壳材料的比例均匀撒布造壳材料，造壳处理时间为20-60分钟，在轻集料表面形成一层均匀密闭的强化硬质外壳，得到强化的轻集料。
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