CN110981245A

CN110981245A - 一种工程弃土轻质再生骨料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN110981245A
Application number: CN201911408800.6A
Authority: CN
Inventors: 关宇; 欧小凡; 辛晓婷
Original assignee: Shenzhen Huawei Environmental Protection Building Material Co ltd
Current assignee: Shenzhen Huawei Environmental Protection Building Material Co ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2039-12-31
Also published as: CN110981245B

Abstract

本发明提供了一种工程弃土轻质再生骨料及其制备方法和应用，属于建筑材料技术领域。本发明提供的工程弃土轻质再生骨料的制备方法包括如下步骤：向主料中喷涂氯化镁溶液，进行造粒，得到轻质再生骨料主料颗粒；所述主料包括如下质量份的组分：工程弃土微粉400～3600份，轻烧氧化镁480～1945份，红砖粉400～3600份，粉煤灰0～400份，轻质内核材料0～1.5份；将所述轻质再生骨料主料颗粒进行预养护，得到初级轻质再生骨料；使用增强剂水溶液将所述初级轻质再生骨料浸泡后处理为饱和面干状态，然后进行深度养护，得到工程弃土轻质再生骨料。本发明的原料中大掺量使用工程弃土微粉，为工程弃土的利用提供了新方向。

Description

一种工程弃土轻质再生骨料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种工程弃土轻质再生骨料及其制备方法和应用。

背景技术

据不完全统计，在大中型城市中开发建设项目产生的工程弃土量占到城市垃圾排放总量的15％～20％。目前，工程弃土大多通过露天堆放、填埋等方式进行简单的处理，占用了大量的土地资源，同时还对当地的生态环境造成了不同程度的破坏。而我国的建筑废弃物的资源化利用率不足10％，工程弃土资源化处理则处于刚刚起步阶段。

纵观国内外对工程弃土的资源化利用研究，其总体发展方向包括：工程弃土资源再生处理技术，主要为物理处理方法、化学处理方法和热处理方法；用于制备新型再生建筑用材，如新型墙材、新型轻质砌块、轻质再生混凝土、3D打印的材料等。其中对工程弃土利用充分，低处理成本的新型再生建筑用材，成为工程弃土资源化利用的研究热点。亟需开发出更多的新型再生建筑用材，为工程弃土的资源化提供更多的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工程弃土轻质再生骨料及其制备方法和应用，本发明提供的工程弃土轻质再生骨料以工程弃土微粉为原料，为工程弃土的应用提供了新的方向。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种工程弃土轻质再生骨料的制备方法，包括如下步骤：

向主料中喷涂氯化镁溶液，进行造粒，得到轻质再生骨料主料颗粒；所述主料包括如下质量份的组分：工程弃土微粉400～3600份，轻烧氧化镁480～1945份，红砖粉400～3600份，粉煤灰0～400份，轻质内核材料0～1.5份；以轻烧氧化镁的份数为基准，配制所述氯化镁溶液所用六水氯化镁的质量份数为790～3190份，所用水的质量份数为310～1250份；

将所述轻质再生骨料主料颗粒进行预养护，得到初级轻质再生骨料；

使用增强剂水溶液将所述初级轻质再生骨料浸泡后处理为饱和面干状态，然后进行深度养护，得到工程弃土轻质再生骨料；所述增强剂水溶液中的增强剂为硫酸亚铁和/或磷酸。

优选地，所述轻质内核材料包括陶粒和加气砖颗粒中的至少一种。

优选地，所述轻质内核材料经预处理后与其他主料组分混合得到主料；所述预处理的方式为用氯化镁溶液浸泡0.5～1.5min。

优选地，所述造粒用氯化镁溶液和所述轻质内核材料的预处理用氯化镁溶液的浓度相同。

优选地，所述预养护的温度为18～35℃，相对湿度为60～70％，时间为24h。

优选地，以主料中轻烧氧化镁的质量份数为基准，所述增强剂水溶液中的增强剂的质量份数为9～49份，所述增强剂水溶液中水的用量以完全浸泡所述初级轻质再生骨料为准。

优选地，所述深度养护的温度为18～22℃，相对湿度为60～70％，时间为6d。

优选地，所述红砖粉的粒径≤0.15mm；所述工程弃土微粉的粒径≤0.15mm；所述轻质内核材料的粒径为3～5mm；所述轻质再生骨料主料颗粒的平均粒径为5～20mm。

本发明还提供了一种工程弃土轻质再生骨料，由上述技术方案所述的制备方法制备得到。

本发明还提供了上述技术方案所述的工程弃土轻质再生骨料在混凝土中的应用。

本发明提供了一种工程弃土轻质再生骨料的制备方法，向主料中喷涂氯化镁溶液，进行造粒，得到轻质再生骨料主料颗粒；所述主料包括如下质量份的组分：工程弃土微粉400～3600份，轻烧氧化镁480～1945份，红砖粉400～3600份，粉煤灰0～400份，轻质内核材料0～1.5份；以轻烧氧化镁的份数为基准，配制所述氯化镁溶液所用六水氯化镁的质量份数为790～3190份，所用水的质量份数为310～1250份；将所述轻质再生骨料主料颗粒进行预养护，得到初级轻质再生骨料；使用增强剂水溶液将所述初级轻质再生骨料浸泡后处理为饱和面干状态，然后进行深度养护，得到工程弃土轻质再生骨料；所述增强剂水溶液中的增强剂为硫酸亚铁和/或磷酸。

本发明以工程弃土微粉和红砖粉复配作为主要原料，以氯氧镁水泥(即喷涂氯化镁溶液后，氯化镁和轻烧氧化镁混合得到)为胶凝材料提供主要强度支撑材料，以增强剂作为改性材料，来提高轻质再生骨料的耐水性；其中红砖粉具有密度小、比表面积大、活性高的特点，其与工程弃土微粉复配，能降低成球密度，其活性成分在碱性环境(即水化环境)中进行火山灰反应进一步提高强度；而粉煤灰能够进一步提高轻质再生骨料的强度和稳定性，轻质内核材料可进一步降低堆积密度。本发明所提供的工程弃土轻质再生骨料具有较高的筒压强度(5.5～10.9MPa)，同时具有轻质的优势(堆积密度为720～896kg/m³)，还有较好的耐水性(软化系数为0.8～0.83，吸水率为7.5～9.2％)，满足GB/T 17431.1规定的轻集料的要求。

具体实施方式

使用增强剂水溶液将所述初级轻质再生骨料浸泡后处理为饱和面干状态，然后进行深度养护，得到工程弃土轻质再生骨料。

本发明向主料中喷涂氯化镁溶液，进行造粒，得到轻质再生骨料主料颗粒。

在本发明中，所述主料包括如下质量份的组分：工程弃土微粉400～3600份，轻烧氧化镁480～1945份，红砖粉400～3600份，粉煤灰0～400份，轻质内核材料0～1.5份。

以质量份数计，本发明所提供的主料包括工程弃土微粉400～3600份，优选为3200～3600份；所述工程弃土微粉的粒径优选≤0.15mm。本发明对所述工程弃土微粉的来源没有特殊限定，可以为任意工程中产生的弃土微粉，所述工程弃土微粉优选为无污染(无重金属和化学污染)的工程弃土微粉。在本发明中，上述粒径的工程弃土微粉更有利于成球。

以质量份数计，本发明所提供的主料包括轻烧氧化镁(以其中活性成分氧化镁的量计)480～1945份，优选为480～1545份；本发明对所述轻烧氧化镁的粒径没有特殊限定，采用常规市售产品即可。在本发明中，所述轻烧氧化镁可与氯化镁混合，得到氯氧镁水泥，氯氧镁水泥作为胶凝材料，在水存在的条件(水为氯化镁溶液中的水)下发生水化反应，提供主要强度支撑。

以质量份数计，本发明所提供的主料包括红砖粉400～3600份，优选为400～800份；所述红砖粉的粒径优选为≤0.15mm；所述红砖粉优选为再生红砖粉。在本发明中，所述红砖粉与工程弃土微粉复配作为主要原料，红砖粉具有密度小、比表面积大、活性较高的特点，其与工程弃土微粉复配，能降低成球密度，其活性成分在碱性环境(水化过程)中进行火山灰反应，可进一步提高强度。

以质量份数计，本发明所提供的主料包括粉煤灰0～400份，更优选为0或400。在本发明中，粉煤灰是一种海绵状多孔结构，其表面能够吸附反应环境(即水化反应的环境)中的Mg²⁺，降低环境中的Mg²⁺浓度，从而加长氯氧镁水泥水化反应的诱导期和加速期，降低早期强度，增强后期强度的发育，粉煤灰在氯氧镁水泥水化晶体间隙中反应结晶发育，填充密实整个晶体结构，一定程度上阻隔自由水进入晶体内部，防止继续水化5相结晶，降低晶体结构稳定性；另一方面，粉煤灰的火山灰反应结晶体填充于氯氧镁水泥水化晶体之间，间接模糊氯氧镁水泥水化晶体叉枝状点接触结构，形成棒状面接触结构，在接触点被水化时，仍能提供一部分的强度。

以质量份数计，本发明所提供的主料包括轻质内核材料0～1.5份，更优选为0、1.2或1.5；所述轻质内核材料的粒径优选为3～5mm；所述轻质内核材料优选包括陶粒和加气砖颗粒中的至少一种；所述轻质内核材料经预处理后与其他主料组分混合得到主料；所述预处理的方式为用氯化镁溶液浸泡0.5～1.5min；所述轻质内核材料的预处理用氯化镁溶液的浓度优选与造粒用氯化镁溶液的浓度相同，以避免浓度变化，而导致内核与外壳之间的界面出现强度梯度，影响产品质量。在本发明中，所述轻质内核材料浸泡完成后，优选将其表面的水分去除，再使用；所述水分的去除程度优选以表面无液滴为准，在本发明实施例中，所述水分的去除程度更优选为得到饱和面干状态的轻质内核材料。

在本发明中，以轻烧氧化镁的份数为基准，配制所述氯化镁溶液所用六水氯化镁的质量份数为790～3190份，优选为790～2700份，所用水的质量份数为310～1250份，优选为700～1000份。

在本发明中，所述轻质再生骨料主料颗粒的平均粒径优选为5～25mm。

本发明对所述造粒用设备没有特殊限定，可以为本领域已知的任意造粒设备如圆盘式造粒机。在本发明实施例中，所述造粒用设备优选为圆盘式造粒机。本发明对所述造粒的具体过程和参数没有特殊限定，采用常规的使用圆盘式造粒机造粒的方法(重复喷涂和裹粒的步骤直至得到所需粒径的颗粒)，能够得到所需粒径的轻质再生骨料主料颗粒即可；在本发明实施例中，所述造粒过程中，当所述主料中不含有轻质内核材料时，优选将主料的原料混合后满铺于所述圆盘式造粒机的圆盘上，然后启动圆盘式造粒机，喷涂氯化镁溶液，满铺主料，进行裹粒，之后重复上述喷涂和裹粒的步骤，直至得到所需粒径的颗粒；当所述主料中含有轻质内核材料时，本发明优选将除轻质内核材料以外的主料原料混合后满铺所述圆盘式造粒机的圆盘上，然后启动圆盘式造粒机，加入轻质内核材料，得到主料，再喷涂氯化镁溶液，满铺除轻质内核材料以外的主料原料混合物，并加入轻质内核材料，进行裹粒，之后重复上述喷涂和裹粒的步骤，直至得到所需粒径的颗粒；所述造粒过程中，所述轻质内核材料的加入次数与除轻质内核材料以外的主料的满铺次数优选相同；所述满铺的初始厚度优选为1～4mm，倾角优选为45°～60°，转速优选为45～60r/min；本发明对所述喷涂的方式没有特殊限定，本领域技术人员可根据情况进行喷涂，如喷涂时不宜长时间喷涂同一位置，以免溶液汇聚形成水流，影响成球，优选采用点喷法进行喷涂，多次少量喷涂。本发明对所述主料的原料混合或除轻质内核材料以外的原料混合所用装置和具体参数没有特殊限定，能够得到混合均匀的物料即可。在本发明实施例中，所述混合用装置优选为强制式搅拌机。

得到轻质再生骨料主料颗粒后，本发明将所述轻质再生骨料主料颗粒进行预养护，得到初级轻质再生骨料。

在本发明中，所述预养护的温度优选为18～35℃，更优选为23～34℃，具体还可优选为23～27℃和30～34℃；相对湿度优选为60～70％，时间优选为24h。在本发明中，所述预养护能够控制氯氧镁水泥水化结晶的速度与形态，促使向5相结晶生成，以得到较高强度的轻质再生骨料。

得到初级轻质再生骨料后，本发明使用增强剂水溶液将所述初级轻质再生骨料浸泡后处理为饱和面干状态，然后进行深度养护，得到工程弃土轻质再生骨料。

在本发明中，以主料中轻烧氧化镁的质量份数为基准，所述增强剂水溶液中的增强剂的质量份数优选为9～49份，所述增强剂水溶液中水的用量优选以完全浸泡所述初级轻质再生骨料为准；所述增强剂水溶液中的增强剂优选为硫酸亚铁和/或磷酸，更优选为硫酸亚铁和磷酸。本发明对所述硫酸亚铁和磷酸的比例没有特殊限定，可以为任意比例，在本发明实施例，所述磷酸和硫酸亚铁的质量比优选为1.25～4.44:1。在本发明中，所述硫酸亚铁和/或磷酸的阴离子能够与水化体系中的Mg²⁺反应，生成不溶性膜层，覆盖在水化产物表面，阻止或抑制水化产物的水解，从而起到提高耐水性的作用。

本发明对将所述初级轻质再生骨料处理为饱和面干状态的具体方式没有特殊限定，采用常规的处理为饱和面干状态的方法即可；在本发明实施例中，将所述初级轻质再生骨料处理为饱和面干状态的方法优选为将所述初级轻质再生骨料浸泡在增强剂水溶液中，然后使用干布吸去初级轻质再生骨料表面的水分；所述浸泡的时间优选为1～6h。

在本发明中，所述深度养护的温度优选为18～22℃，相对湿度优选为60～70％，时间优选为6d。

本发明对所述预养护和深度养护所用设备没有特殊限定，能够满足上述养护条件即可，在本发明实施例中，所述预养护和深度养护所用设备优选为砂浆标准养护箱。

本发明还提供了一种工程弃土轻质再生骨料，由上述技术方案所述的制备方法制备得到；所述工程弃土轻质再生骨料的筒压强度优选为5.5～10.9MPa，堆积密度优选为720～896kg/m³，软化系数优选为0.8～0.83，吸水率优选为7.5～9.2％。

本发明还提供了上述技术方案所述的工程弃土轻质再生骨料在混凝土中的应用；所述混凝土优选为轻质混凝土或保温混凝土。

下面结合实施例对本发明提供的一种工程弃土轻质再生骨料及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

本发明的实施例中所用原料的粒径如下：

红砖粉的粒径≤0.15mm；无污染的工程弃土微粉的粒径≤0.15mm；陶粒的粒径为3～5mm；加气砖颗粒的粒径为3～5mm。

实施例1

本实施例中所有原料均按照质量份计：

将轻烧氧化镁1545份、红砖粉400份、弃土微粉3600份和粉煤灰400份混合，搅拌15min，得到主料；

将六水氯化镁2700份溶解于1000份水中，得到质量浓度为34％的氯化镁溶液；

调整圆盘式造粒机的倾角60°，转速为45r/min，将所述主料满铺圆盘式造粒机的圆盘，厚度为2mm，转动圆盘，喷涂所述氯化镁溶液，满铺主料，进行裹粒，之后重复上述喷涂和裹粒的步骤，直至得到平均粒径为10mm的轻质再生骨料主料颗粒；

将所述轻质再生骨料主料颗粒在温度为32±2℃(即30～34℃)，且相对湿度65±5％(即60～70％)的条件养护24h，得到初级轻质再生骨料；

将磷酸40份和硫酸亚铁9份溶解于5000份水中，得到硫酸亚铁-磷酸水溶液；

将所述初级轻质再生骨料在所述硫酸亚铁-磷酸水溶液中浸泡2h，硫酸亚铁-磷酸水溶液刚好将所述初级轻质再生骨料浸没；浸泡完成后，取出初级轻质再生骨料，用干布将所述初级轻质再生骨料的表面水分吸除，得到饱和面干状态的初级轻质再生骨料；

将所述饱和面干状态的初级轻质再生骨料在温度为20±2℃(即18～22℃)，且相对湿度65±5％(即60～70％)的条件养护6d，得到工程弃土轻质再生骨料。

采用GB/T 17431.2中的方法测试本实施例所得工程弃土轻质再生骨料的7d筒压强度、堆积密度、软化系数和吸水率，结果依次为10.9MPa、896kg/m³、0.81和7.5％，满足GB/T 17431.1规定的轻集料的要求。

实施例2

本实施例中所有原料均按照质量份计：

将轻烧氧化镁480份、红砖粉800份和弃土微粉3200份混合，搅拌15min，得到除轻质内核材料以外的主料，记为主料预混料；

将六水氯化镁790份溶解于700份水中，得到质量浓度为24.8％的氯化镁溶液；

将1.5份陶粒浸泡于质量浓度为24.8％的氯化镁溶液中1min，滤出后，去除表面水滴，得到饱和面干状态的陶粒；

调整圆盘式造粒机的倾角60°，转速为45r/min，将所述主料预混料满铺圆盘式造粒机的圆盘，厚度为2mm，启动圆盘式造粒机，加入饱和面干状态的陶粒，喷涂质量浓度为24.8％的氯化镁溶液，满铺主料预混料，并加入饱和面干状态的陶粒，进行裹粒，之后重复上述喷涂和裹粒的步骤，直至得到粒径为10mm的轻质再生骨料主料颗粒；

将所述轻质再生骨料主料颗粒在温度为25±2℃(即23～27℃)，且相对湿度65±5％(即60～70％)的条件养护24h，得到初级轻质再生骨料；

将磷酸20份和硫酸亚铁16份溶解于5000份水中，得到硫酸亚铁-磷酸水溶液；

按照实施例1中所述的测试方法测试本实施例所得工程弃土轻质再生骨料的7d筒压强度为6.3MPa，堆积密度为735kg/m³，软化系数为0.83，吸水率为8.9％，满足GB/T17431.1规定的轻集料的要求。

实施例3

本实施例中所有原料均按照质量份计：

将轻烧氧化镁600份、红砖粉400份和弃土微粉3600份混合，搅拌15min，得到除轻质内核材料以外的主料，记为主料预混料；

将六水氯化镁1000份溶解于780份水中，得到质量浓度为26.3％的氯化镁溶液；

将1.2份加气砖颗粒浸泡于质量浓度为26.3％的氯化镁溶液中1min，滤出后，去除表面水滴，直至得到饱和面干状态的加气砖颗粒；

调整圆盘式造粒机的倾角45°，转速为60r/min，将所述主料预混料满铺圆盘式造粒机的圆盘，厚度为1mm，启动圆盘式造粒机，加入饱和面干状态的加气砖颗粒，喷涂质量浓度为26.3％的氯化镁溶液，满铺主料预混料，并加入饱和面干状态的加气砖颗粒，进行裹粒，之后重复上述喷涂和裹粒的步骤，直至得到粒径为8mm的轻质再生骨料主料颗粒；

将所述轻质再生骨料主料颗粒在温度为20±2℃(即18～22℃)，且相对湿度65±5％(即60～70％)的条件养护24h，得到初级轻质再生骨料；

将磷酸25份和硫酸亚铁14份溶解于5000份水中，得到硫酸亚铁-磷酸水溶液；

将所述初级轻质再生骨料在所述硫酸亚铁-磷酸水溶液中浸泡6h，硫酸亚铁-磷酸水溶液刚好将所述初级轻质再生骨料浸没；浸泡完成后，取出初级轻质再生骨料，用干布将所述初级轻质再生骨料的表面水分吸除，得到饱和面干状态的初级轻质再生骨料；

按照实施例1中所述的测试方法测试本实施例所得工程弃土轻质再生骨料的7d筒压强度为5.5MPa，堆积密度为720kg/m³，软化系数为0.80，吸水率为9.2％，满足GB/T17431.1规定的轻集料的要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种工程弃土轻质再生骨料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述轻质内核材料包括陶粒和加气砖颗粒中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述轻质内核材料经预处理后与其他主料组分混合得到主料；所述预处理的方式为用氯化镁溶液浸泡0.5～1.5min。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述造粒用氯化镁溶液和所述轻质内核材料的预处理用氯化镁溶液的浓度相同。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预养护的温度为18～35℃，相对湿度为60～70％，时间为24h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以主料中轻烧氧化镁的质量份数为基准，所述增强剂水溶液中的增强剂的质量份数为9～49份，所述增强剂水溶液中水的用量以完全浸泡所述初级轻质再生骨料为准。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述深度养护的温度为18～22℃，相对湿度为60～70％，时间为6d。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述红砖粉的粒径≤0.15mm；所述工程弃土微粉的粒径≤0.15mm；所述轻质内核材料的粒径为3～5mm；所述轻质再生骨料主料颗粒的平均粒径为5～20mm。

9.一种工程弃土轻质再生骨料，由权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到。

10.权利要求9所述的工程弃土轻质再生骨料在混凝土中的应用。