CN110092601A - 一种钢渣基免烧缓释型人造骨料及其制备方法 - Google Patents

一种钢渣基免烧缓释型人造骨料及其制备方法 Download PDF

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    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Abstract

本发明提供了一种钢渣基固废制备免烧缓释型人造骨料及其制备方法，钢渣基免烧缓释型人造骨料由材料A粉料和B溶液制备而成，所述A粉料包括钢渣粉、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、脱硫石膏和增密剂，所述B溶液包括水玻璃、氢氧化钠、聚羧酸高性能减水剂、柠檬酸和水；其制备方法包括(1)制得A粉料，然后将A粉料放入成球机；(2)制得B溶液：(3)将配制好的B溶液喷入成球机内的A粉料中；(4)将成球后的人造骨料堆放并用塑料薄膜覆盖，自然养护数小时，即制得人造骨料成品。本发明的人造骨料在胶凝材料浆体中可以缓释出激发组分和保坍组分，提高混凝土中掺合料的用料，降低水泥的用量，保坍组分可以保持混凝土拌合物的坍落度经时损失。

Description

一种钢渣基免烧缓释型人造骨料及其制备方法
技术领域
本发明涉及人造骨料建筑材料领域，尤其涉及一种钢渣基免烧缓释型人造骨料及其制备方法。
背景技术
近几年我国混凝土行业每年消耗约90亿吨的天然砂石资源，随着未来城镇化速度的加快和建设增量的加大，天然资源的消耗将必然更加严峻。同时，大面积的河道和石山无序砂石开采，导致严重水土流失和生态破坏以及粉尘污染等环境问题。我国很多地区开始关停采砂厂，并对盗采乱挖现象进行严厉打击，无疑对天然砂石资源供应短缺雪上加霜，导致原材料价格飞涨。由于砂石资源是一种地方性材料，不宜长距离运输，所以在我国一半地区已出现天然砂石资源逐步减少、甚至无资源的状况，特别是一些特大城市和经济发达地区砂石供需矛盾尤其突出。天然砂石资源短缺已成为城镇化过程中的资源掣肘，而且目前研究使用的轻集料主要有天然轻集料烧结陶粒和免烧陶粒，但其具有强度低、能耗高、成本高、养护条件苛刻，对材料要求高等缺点，只有少量特殊工程使用，无法实现大面积推广应用，也就无法实现缓解天然砂石资源的紧缺现状。
因此，如果能获得一种价格低廉、生产工艺简单，又能全部或部分取代天然砂石资源的人造骨料，将能缓解天然砂石资源的紧缺，保护自然环境，实现人与自然的和谐发展。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，研制出一种采用钢渣粉、粒化高炉矿渣粉、低品质粉煤灰等工业固废铺以添加剂和水成球的免烧自然养护缓释型人造骨料及其制备方法，以解决天然砂石的紧缺。
为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种钢渣基免烧缓释型人造骨料，其中，钢渣基免烧缓释型人造骨料由材料A粉料和B溶液制备而成，所述A粉料包括钢渣粉、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、脱硫石膏和增密剂，所述B溶液包括水玻璃、氢氧化钠、聚羧酸高性能减水剂、柠檬酸和水。
进一步地，所述A粉料中各组分的质量占比为：钢渣粉：40％～60％，粒化高炉矿渣粉：30％～50％，粉煤灰：5％～11.5％，脱硫石膏：0％～3％，增密剂：0％～2％。钢渣中含有丰富的钙、硅，主要成分有：CaO、SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO等，由于生产条件、方式的不同，成分会有所波动；粒化高炉矿渣粉中含有SiO2、Al2O3、CaO、MgO、MnO、FeO等；粉煤灰中含有SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3等。在配料过程中要根据二氧化硅、三氧化二铝和氧化钙的含量来调整掺量。
再进一步地，所述钢渣粉的比表面积为630m2/kg及以上，以消除钢渣粉的安定性危害；所述粒化高炉矿渣粉符合S85及以上；所述增密剂为比表面积在1200m2/kg及以上的超细粉煤灰、比表面积在15000m2/kg以上的硅灰或比表面积在1200m2/kg及以上超细碳酸钙粉。增密剂的优点：硅灰比表面积大，活性高，有利于成球和提高强度，也可以补充二氧化硅；超细粉煤灰是由蒸汽磨粉磨制得，活性高，可促进成球，进一步补充粉料中二氧化硅和三氧化二铝并提高强度；超细碳酸钙粉可以提供钙，由于比表面积大，在体系中可以促进成球，促进成核结晶。这三种材料由于均属于超细粉体，对人造骨料的密度有增大、增密作用。
再进一步地，所述B溶液中各组分的质量占比为：水玻璃：35％～55％，氢氧化钠：2.5％～4.5％，聚羧酸高性能减水剂：0.1％～0.5％，柠檬酸：0.02％～0.06％，水：39.94％～62.38％。该组分与A粉料组分中钢渣粉、粒化高炉矿渣粉和粉煤灰的二氧化硅、三氧化二铝进行解聚、缩聚形成地质聚合物，并激发粉料发生水化反应，同时多余的碱硅酸盐缓释进一步激发混凝土、砂浆中掺合料，减弱或消除界面博弱环节。
一种钢渣基免烧缓释型人造骨料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将A粉料的钢渣粉、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、脱硫石膏和增密剂放进混料机混合，得到A粉料，然后将A粉料放入成球机；
(2)将B溶液的水玻璃、氢氧化钠、聚羧酸高性能减水剂、柠檬酸和水搅拌溶解，得到B溶液；
(3)将配制好的B溶液喷入成球机内的A粉料中；
(4)将成球后的人造骨料堆放并用塑料薄膜覆盖，在0℃以上的温度下自然养护数小时，即得人造骨料成品。采用塑料薄膜覆盖的目的是防止水分蒸发，实现自养护效果，而无需人为增加养护条件，既可以降低生产成本，进一步实现工艺简单化。
进一步地，所述步骤(1)中A粉料的钢渣粉、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、脱硫石膏和增密剂的质量占比为：钢渣粉：40％～60％，粒化高炉矿渣粉：30％～50％，粉煤灰：5％～11.5％，脱硫石膏：0％～3％，增密剂：0％～2％。
再进一步地，所述步骤(2)中B溶液的水玻璃、氢氧化钠、聚羧酸高性能减水剂、柠檬酸和水的质量占比为：水玻璃：35％～55％，氢氧化钠：2.5％～4.5％，聚羧酸高性能减水剂：0.1％～0.5％，柠檬酸：0.02％～0.06％，水：39.94％～62.38％。
再进一步地，所述步骤(3)中将配制好的B溶液喷入成球机内的A粉料中；B溶液的喷入流量是根据所需成球粒径的大小来控制，B溶液的总量控制在A粉料的30％～45％。此方案的优点在于：各种添加剂溶于水中，保证了产品的质量均匀稳定，如果把添加剂混入粉料中，不容易搅拌均匀，也不容易充分发挥添加剂的功效(可能有部分添加剂未溶解，也不能均匀发挥缓释作用)，造成产品质量不稳定，而且在生产过程中B溶液的比例可调可控，便于工业化生产，可以有效实现缓释功能。
再进一步地，所述步骤(4)中将成球后的人造骨料堆放并用塑料薄膜覆盖自然养护数小时，即得人造骨料成品，具体养护时间为不低于24小时。
再进一步地，在完成所述步骤(1)至(4)，制得人造骨料成品之后，还可以将人造骨料成品筛分分级并用塑料薄膜覆盖，在0℃以上的温度下自然养护14天-28天，以提升人造骨料成品的性能。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
1.本发明的免烧自然养护缓释型人造骨料具有生产简单、无毒无污染、节能环保，与水泥石界面粘接性好，可以减弱或消除天然骨料与水泥石的界面薄弱环节，配制的混凝土、砂浆和易性好，其缓释组分既可以保持拌合物的流动性，又可以适量降低水泥用量，增加掺合料的用量，可实现低成本高性能之目的。
2.与传统烧结陶粒和免烧陶粒轻集料相比较：传统烧结陶粒属于高能耗、高污染行业，免烧陶粒需要蒸汽或蒸压养护，其养护条件较苛刻，而且强度较低，很难配制高强混凝土，这些均属于轻集料的范畴，无法代完全替天然骨料。本发明的制备方法节能环保，其自然养护人造骨料，养护条件只要在0℃以上，用塑料薄膜覆盖即可，正常1天就可以出厂使用，其密度与水泥石的密度大致相同，在使用过程中能避免混凝土拌合物的浆料分离，使混凝土拌合物中骨料比较均匀的分散，而且解决了混凝土中粗骨料与水泥石的界面薄弱环节，提高混凝土硬化后的密实性，进而改善其综合性能。
3.本发明的人造骨料在胶凝材料浆体中可以缓释出激发组分和保坍组分，可以提高混凝土中掺合料的用料，降低水泥的用量，保坍组分可以保持混凝土拌合物的坍落度经时损失。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述具体实施方式仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1-4中，A粉料组分和B溶液组分的材料选用说明如下：
A粉料组分：
所述钢渣粉比表面积应控制在630m2/kg以上，以消除钢渣粉的安定性危害；所述粒化高炉矿渣粉符合S85及以上均可使用；
所述粉煤灰和脱硫石膏均属于火力发电厂副产品，可根据不同火力发电厂的实际情况调整掺量均可使用；
所述增密剂为超细粉煤灰比表面积在1200m2/kg以上，或硅灰比表面积在15000m2/kg以上，或超细碳酸钙粉比表面积在1200m2/kg以上，或其他工业固废超细粉，本实施中优选超细粉煤灰。
B溶液组分：
所述水玻璃(市售)为硅酸钠溶液，氧化钠含量为8.2％，二氧化硅含量26.1％，固含量在36％左右，模数为3.2，通过加入工业级氢氧化钠调节水玻璃的模数为1.2～2.0，该组分与A粉料组分中的二氧化硅、氧化铝进行解聚、缩聚形成地质聚合物，并激发粉料发生水化反应(与水泥体系中掺合料的二次水化反应相同)，同时多余的碱硅酸盐缓释进一步激发混凝土、砂浆中掺合料，减弱或消除界面博弱环节。
实施例1：
一种钢渣基免烧缓释型人造骨料，其钢渣基免烧缓释型人造骨料由材料A粉料和B溶液制备而成，所述A粉料包括钢渣粉、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、脱硫石膏和增密剂，所述B溶液包括水玻璃、氢氧化钠、聚羧酸高性能减水剂、柠檬酸和水。
A粉料中各组分的质量占比为：钢渣粉：40％，粒化高炉矿渣粉：50％，粉煤灰：10％，脱硫石膏：0％，增密剂：0％；
B溶液中各组分的质量占比为：水玻璃：35％，氢氧化钠：2.5％，聚羧酸高性能减水剂：0.1％，柠檬酸：0.02％，水：62.38％。
一种钢渣基免烧缓释型人造骨料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将A粉料各组分按照质量比为：钢渣粉：40％，粒化高炉矿渣粉：50％，粉煤灰：10％，脱硫石膏：0％，增密剂：0％的配比放进混料机混合，得到A粉料，然后将A粉料放入成球机；
(2)将B溶液各组分按照质量比为：水玻璃：35％，氢氧化钠：2.5％，聚羧酸高性能减水剂：0.1％，柠檬酸：0.02％，水：62.38％的配比搅拌溶解，得到B溶液；
(3)将配制好的B溶液喷入成球机内的A粉料中；根据所需成球粒径的大小来控制B溶液的喷入流量，B溶液的总量控制在A粉料的30％。
(4)将成球后的人造骨料堆放并用塑料薄膜覆盖，在0℃以上的温度下自然养护24小时，即制得人造骨料成品，为提升人造骨料成品的性能，将人造骨料成品筛分分级并用塑料薄膜覆盖自然养护14天，进一步再自然养护至28天进行性能测试。
实施例2：
一种钢渣基免烧缓释型人造骨料，其钢渣基免烧缓释型人造骨料由材料A粉料和B溶液制备而成，所述A粉料包括钢渣粉、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、脱硫石膏和增密剂，所述B溶液包括水玻璃、氢氧化钠、聚羧酸高性能减水剂、柠檬酸和水。
A粉料中各组分的质量占比为：钢渣粉：50％，粒化高炉矿渣粉：40％，粉煤灰：8％，脱硫石膏：1.0％，增密剂：1.0％；
B溶液中各组分的质量占比为：水玻璃：42％，氢氧化钠：3.0％，聚羧酸高性能减水剂：0.2％，柠檬酸：0.04％，水：54.76％。
一种钢渣基免烧缓释型人造骨料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将A粉料各组分按照质量比为：钢渣粉：50％，粒化高炉矿渣粉：40％，粉煤灰：8％，脱硫石膏：1.0％，增密剂：1.0％的配比放进混料机混合，得到A粉料，然后将A粉料放入成球机；
(2)将B溶液各组分按照质量比为：水玻璃：42％，氢氧化钠：3.0％，聚羧酸高性能减水剂：0.2％，柠檬酸：0.04％，水：54.76％的配比搅拌溶解，得到B溶液；
(3)将配制好的B溶液喷入成球机内的A粉料中；根据所需成球粒径的大小来控制B溶液的喷入流量，B溶液的总量控制在A粉料的35％。
(4)将成球后的人造骨料堆放并用塑料薄膜覆盖，在0℃以上的温度下自然养护24小时，即制得人造骨料成品，为提升人造骨料成品的性能，将人造骨料成品筛分分级并用塑料薄膜覆盖自然养护16天，进一步再自然养护至28天进行性能测试。
实施3：
一种钢渣基免烧缓释型人造骨料，其钢渣基免烧缓释型人造骨料由材料A粉料和B溶液制备而成，所述A粉料包括钢渣粉、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、脱硫石膏和增密剂，所述B溶液包括水玻璃、氢氧化钠、聚羧酸高性能减水剂、柠檬酸和水。
A粉料中各组分的质量占比为：钢渣粉：55％，粒化高炉矿渣粉：30％，粉煤灰：11.5％，脱硫石膏：2.0％，增密剂：1.5％；
B溶液中各组分的质量占比为：水玻璃：50％，氢氧化钠：4.0％，聚羧酸高性能减水剂：0.4％，柠檬酸：0.05％，水：45.55％。
一种钢渣基免烧缓释型人造骨料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将A粉料各组分按照质量比为：钢渣粉：55％，粒化高炉矿渣粉：30％，粉煤灰：11.5％，脱硫石膏：2.0％，增密剂：1.5％的配比放进混料机混合，得到A粉料，然后将A粉料放入成球机；
(2)将B溶液各组分按照质量比为：水玻璃：50％，氢氧化钠：4.0％，聚羧酸高性能减水剂：0.4％，柠檬酸：0.05％，水：45.55％的配比搅拌溶解，得到B溶液；
(3)将配制好的B溶液喷入成球机内的A粉料中；根据所需成球粒径的大小来控制B溶液的喷入流量，B溶液的总量控制在A粉料的40％。
(4)将成球后的人造骨料堆放并用塑料薄膜覆盖，在0℃以上的温度下自然养护24小时，即制得人造骨料成品，为提升人造骨料成品的性能，将人造骨料成品筛分分级并用塑料薄膜覆盖自然养护17天，进一步再自然养护至28天进行性能测试。
实施例4：
一种钢渣基免烧缓释型人造骨料，其钢渣基免烧缓释型人造骨料由材料A粉料和B溶液制备而成，所述A粉料包括钢渣粉、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、脱硫石膏和增密剂，所述B溶液包括水玻璃、氢氧化钠、聚羧酸高性能减水剂、柠檬酸和水。
A粉料中各组分的质量占比为：钢渣粉：60％，粒化高炉矿渣粉：30％，粉煤灰：5％，脱硫石膏：3.0％，增密剂：2％；
B溶液中各组分的质量占比为：水玻璃：55％，氢氧化钠：4.5％，聚羧酸高性能减水剂：0.5％，柠檬酸：0.06％，水：39.94％；
一种钢渣基免烧缓释型人造骨料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将A粉料各组分按照质量比为：钢渣粉：60％，粒化高炉矿渣粉：30％，粉煤灰：5％，脱硫石膏：3.0％，增密剂：2％的配比放进混料机混合，得到A粉料，然后将A粉料放入成球机；
(2)将B溶液各组分按照质量比为：水玻璃：55％，氢氧化钠：4.5％，聚羧酸高性能减水剂：0.5％，柠檬酸：0.06％，水：39.94％的配比搅拌溶解，得到B溶液；
(3)将配制好的B溶液喷入成球机内的A粉料中；根据所需成球粒径的大小来控制B溶液的喷入流量，B溶液的总量控制在A粉料的45％。
(4)将成球后的人造骨料堆放并用塑料薄膜覆盖，在0℃以上的温度下自然养护24小时，即制得人造骨料成品，为提升人造骨料成品的性能，将人造骨料成品筛分分级并用塑料薄膜覆盖自然养护18天，进一步再自然养护至28天进行性能测试。
人造骨料成品性能测试：
参照《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52－2006)标准，对实施例1至4的人造骨料成品性能进行测试，测试结果如下表所示：
人造骨料成品性能测试结果
与陶粒比较：高强陶粒筒压强度14-20MPa，人造骨料筒压强度：大于40MPa，吸水率远低于陶粒，完全可以部分或全部取代天然砂石。

Claims (10)

1.一种钢渣基免烧缓释型人造骨料，其特征在于：钢渣基免烧缓释型人造骨料由材料A粉料和B溶液制备而成，所述A粉料包括钢渣粉、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、脱硫石膏和增密剂，所述B溶液包括水玻璃、氢氧化钠、聚羧酸高性能减水剂、柠檬酸和水。
2.根据权利要求1所述的一种钢渣基免烧缓释型人造骨料，其特征在于：所述A粉料中各组分的质量占比为：钢渣粉：40％～60％，粒化高炉矿渣粉：30％～50％，粉煤灰：5％～11.5％，脱硫石膏：0％～3％，增密剂：0％～2％。
3.根据权利要求2所述的一种钢渣基免烧缓释型人造骨料，其特征在于：所述钢渣粉的比表面积为630m2/kg及以上，以消除钢渣粉的安定性危害；所述粒化高炉矿渣粉符合S85及以上；所述增密剂为比表面积在1200m2/kg及以上的超细粉煤灰、比表面积在15000m2/kg以上的硅灰或比表面积在1200m2/kg及以上超细碳酸钙粉。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种钢渣基免烧缓释型人造骨料，其特征在于：所述B溶液中各组分的质量占比为：水玻璃：35％～55％，氢氧化钠：2.5％～4.5％，聚羧酸高性能减水剂：0.1％～0.5％，柠檬酸：0.02％～0.06％，水：39.94％～62.38％。
5.一种钢渣基免烧缓释型人造骨料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将A粉料的钢渣粉、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、脱硫石膏和增密剂放进混料机混合，得到A粉料，然后将A粉料放入成球机；
(2)将B溶液的水玻璃、氢氧化钠、聚羧酸高性能减水剂、柠檬酸和水搅拌溶解，得到B溶液；
(3)将配制好的B溶液喷入成球机内的A粉料中；
(4)将成球后的人造骨料堆放并用塑料薄膜覆盖，在0℃以上的温度下自然养护数小时，即制得人造骨料成品。
6.根据权利要求5所述的一种钢渣基免烧缓释型人造骨料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中A粉料的钢渣粉、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、脱硫石膏和增密剂的质量占比为：钢渣粉：40％～60％，粒化高炉矿渣粉：30％～50％，粉煤灰：5％～11.5％，脱硫石膏：0％～3％，增密剂：0％～2％。
7.根据权利要求6所述的一种钢渣基免烧缓释型人造骨料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中B溶液的水玻璃、氢氧化钠、聚羧酸高性能减水剂、柠檬酸和水的质量占比为：水玻璃：35％～55％，氢氧化钠：2.5％～4.5％，聚羧酸高性能减水剂：0.1％～0.5％，柠檬酸：0.02％～0.06％，水：39.94％～62.38％。
8.根据权利要求7所述的一种钢渣基免烧缓释型人造骨料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中将配制好的B溶液喷入成球机内的A粉料中；B溶液的喷入流量是根据所需成球粒径的大小来控制，B溶液的总量控制在A粉料的30％～45％。
9.根据权利要求8中任一项所述的一种钢渣基免烧缓释型人造骨料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中将成球后的人造骨料堆放并用塑料薄膜覆盖自然养护数小时，即得人造骨料成品，具体养护时间为不低于24小时。
10.根据权利要求5-9中任一项所述的一种钢渣基免烧缓释型人造骨料的制备方法，其特征在于：在完成所述步骤(1)至(4)，制得人造骨料成品之后，还可以将人造骨料成品筛分分级并用塑料薄膜覆盖，在0℃以上的温度下自然养护14天-28天，以提升人造骨料成品的性能。
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