CN112661430A - 一种凹凸不规则轻质骨料及含有该骨料的混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轻质骨料技术领域，特别涉及一种凹凸不规则轻质骨料及含有该骨料的混凝土。该方法具体包括固废粉体预活化改性、母球粘结成型、颗粒长大、养护成型四大步骤，制备出凹凸不规则的轻质骨料，本发明方法简单、环境效益好，制备的骨料兼具了传统陶粒圆球型和碎石型的整体优点，球形度好、筒压强度高、表面粗糙大，在混凝土中与水泥浆体粘结力强，可提高混凝土综合性能。

Description

一种凹凸不规则轻质骨料及含有该骨料的混凝土

技术领域

本发明涉及轻质骨料技术领域，特别涉及一种凹凸不规则轻质骨料及含有该骨料的混凝土。

背景技术

传统砂石材料，大量开采，浪费土地资源、破坏生态，同时密度大，难以降低建筑物自重；

目前市售陶粒品种主要有粘土陶粒、页岩陶粒和粉煤灰陶粒，其中页岩陶粒多为不规则碎石型，在混凝土中与浆体界面结合较好，但页岩陶粒受原材料地域限制影响较大，而且生产工艺复杂，生产成本高。而市售的高强球型陶粒，通常采用挤出造粒成型或者圆盘造粒成型后高温煅烧而得，制备的陶粒表面有一层光滑釉质层，而且为圆球型颗粒，这种光滑表面和圆球型结构导致了陶粒与水泥浆的机械咬合作用较弱，整体表现为混凝土中陶粒与水泥浆的界面粘结力弱，水泥浆体对陶粒包裹性较弱，混凝土匀质性差(陶粒易上浮或下沉)，抗离析性能差，在硬化混凝土中陶粒-浆体界面容易破坏，限制了高强陶粒性能的发挥。而碎石型陶粒由于其良好的粒型和表面粗糙度，可显著改善陶粒与浆体的界面粘结性能，但由于其没有圆球型陶粒的“滚动效应”，制备的混凝土流动性较劣于圆球型陶粒制备的混凝土。

公开号为CN106431274A、CN106431478A、CN106631149A、CN102503372B、CN102503490B、CN102503535B、CN102515786B的专利中制备的碎石型陶粒，通过将挤压成型的圆柱形颗粒输入粉碎机中破碎为碎石型颗粒并进行筛分，这种工艺方法不仅复杂，而且破碎后的颗粒针片状较多，同时破碎后颗粒本身存在裂缝等缺陷导致陶粒性能受损，严重影响陶粒整体强度。所以破碎的陶粒通常用于植物栽培或者空气净化领域，不适用于制备高强轻质混凝土。CN102206002B中通过对市售陶粒进行选筛获得不规则颗粒，这种方法工作量大，陶粒浪费严重，而且不属于不规则陶粒的制备方法。

CN102424599B、CN105236874A等专利中针对造粒原材料的个别粉料有碾磨至一定细度要求，但其针对的仅仅是个别材料，而非整体碾磨。目前市场上陶粒制备的原材料基本为干料，而且种类比较多，粒径大小又有一定的差别，个别材料粉磨无法保证混合料的整体细度和均匀性。

所以通过工艺技术改进，开发类球型、表面粗糙大且凹凸不平的轻质骨料，兼具碎石型骨料的优良界面性能、混凝土优良匀质性能和圆球型骨料的滚动性能，具有重要意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明旨在提供一种凹凸不规则轻质骨料及含有该骨料的混凝土，该发明中的轻质骨料可有效提高骨料在混凝土中与浆体的界面粘结力，改善混凝土的匀质性，提高轻质混凝土综合性能。

为了实现上述目的，本发明具体采用如下技术方案：

一种凹凸不规则轻质骨料，采用如下制备方法得到：

(1)固废粉体预活化改性：工业固废0～70份、增强材料10～60份、化学激发剂5～20份混合得到混合料，混合料粉磨至比表面积≥500m²/kg的粉料；所述工业固废选自粉煤灰、铅锌尾矿、生物质燃烧物、垃圾焚烧灰、稻壳灰、钢渣、脱硫灰、镍矿渣、尾矿清洗泥、淤泥、粘土中的一种或几种；所述增强材料选自水泥、矿粉、偏高岭土、硅灰、石英粉的一种或几种；所述化学激发剂选自氢氧化钠、氢氧化钙、氧化钙、硫酸钠、硫酸钙、碳酸钠中的一种或几种；

(2)母球粘结成型：取步骤(1)得到的粉料的部分加入造粒机，随造粒机转动在成球区针对粉料喷洒液体，直至粉料形成粒径1～3mm的母球，后针对母球喷洒粘结助剂，使母球相互粘结形成粘结球体；所述的粉料的部分指的是初始加入的粉料的质量为最终得到凹凸不规则轻质骨料所需混合料的质量的5～30％，所述的液体选自水、水玻璃溶液、增粘剂中的一种或几种；

(3)颗粒长大：步骤(2)所得粘结球体到达长大区，在长大区持续喷洒液体，并不断添加粉料直至粘结球体长大得到骨料，同时，在成球区持续进行步骤(1)和步骤(2)，所述的液体选自水、水玻璃溶液中的一种或两种；

(4)养护成型：步骤(3)得到的骨料采用免煅烧工艺进行养护得到凹凸不规则轻质骨料。

优选的，步骤(1)中的工业固废需提前干燥并碾碎。

优选的，步骤(2)所述造粒机为圆盘造粒机，圆盘造粒机的倾斜角度为30～60°，造粒机转速为21r/min。

优选的，步骤(2)成球区所喷洒液体质量为初始加入的粉料质量的20％～40％。

优选的，步骤(2)所述的增粘剂选自树脂增粘剂、絮凝剂、聚丙烯酰胺、纤维素醚中的一种或多种，步骤(2)所述的粘结助剂为硅烷偶联剂。

优选的，步骤(2)所述的粘结助剂喷洒量为母球质量的2％～10％。

优选的，步骤(3)长大区喷洒液体质量为不断添加的粉料质量的5％～30％。

优选的，步骤(4)中的养护选自自然养护、保湿养护、常压蒸汽养护、高压蒸汽养护中的一种或多种方式进行养护。

优选的，步骤(4)中的养护具体采用如下步骤：步骤(3)得到的骨料先经常温养护1天，然后90℃常压蒸汽养护6小时和180℃高压蒸汽养护8小时。

一种混凝土，包括权利要求1-9任一项所述的轻质骨料。

有益效果

(1)工艺简单：通过造粒工艺即可制备不规则颗粒，无需传统的破碎工艺；

(2)环境效益好：采用免煅烧工艺制备，生产能耗低，节约资源；

(3)陶粒性能好：所制备的表面凹凸型圆球骨料为整体成型而得，匀质性好，筒压强度高，采用免煅烧工艺制备，表面粗糙，粘结力强。兼具了传统陶粒圆球型和碎石型的整体优点，在继承了滚动成型陶粒良好球型度的基础上，改善了表面光滑和圆球结构，又兼具一定的不规则性，可充分发挥高强骨料的性能；

(4)提高轻质混凝土整体性能：①混凝土强度高：所制备骨料与水泥基浆体界面粘结力强，既可以保证混凝土整体的工作性，同时提高了混凝土整体力学性能，混凝土强度提升10～20％；②混凝土匀质性好；所制备骨料由于其表面凹凸结构和粗糙度大，与水泥浆体的“力学嵌锁作用”显著，在混凝土拌合物中骨料上浮或下沉时浆体对其粘结阻力大，制备的混凝土密实分层度和质量分层度显著优于光滑圆球型陶粒，抗离析能力强，混凝土稳定性提升20～35％，匀质性好；③混凝土工作性优良；所制备骨料为类球型，具有圆球型骨料的“滚动效应”，制备的混凝土流动性优于碎石型陶粒制备的混凝土。

附图说明

图1本发明制备得到的凹凸型不规则轻质高强骨料示意图

图2常规市售光滑圆球型陶粒粒型示意图

图3本发明轻质骨料制备的混凝土中凹凸不规则骨料与水泥浆体的“力学嵌锁作用”示意图

图4本发明所使用圆盘造粒机示意图

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

下面结合实施例对本发明进行详细说明，以方便本领域技术人员理解本发明。

其中，下述实施例中所涉及的水玻璃模数是指的水玻璃中二氧化硅与氧化钠的摩尔比。

其中，镍矿渣购买自江苏德龙镍业有限公司的产品；粉煤灰购买自江华电句容发电有限公司的II级灰；水泥购买自江西亚东水泥有限公司的P II 52.5水泥；氢氧化钠为分析纯产品；水玻璃购买自天津中和盛泰化工有限公司的固含40％产品；圆盘造粒机购买自河南通达重工科技有限公司制备的TDYZ-800型产品。

将制备轻质骨料所需材料，镍矿渣30份，粉煤灰40份，水泥20份，氢氧化钠10份混合，其中镍矿渣需提前干燥并碾碎。将制备的混合料加入球磨机中粉磨30min，检测混合粉料磨细后得到的粉料比表面积为520m²/kg。称取粉料10％加入圆盘造粒机中，造粒机倾斜角度为40°，转速为21r/min。造粒机转动过程针对成球区域喷洒水玻璃溶液(模数3.1液体硅酸钠与自来水质量比1∶10混合)，待母球尺寸达到1mm～2mm左右，针对母球喷洒硅烷偶联粘结助剂，待母球粘结后迅速加入粉料，在长大区持续喷洒雾化自来水和添加粉体材料待颗粒长大(此过程液固质量比为0.25)，同时在颗粒长大过程中，始终保持在成球区添加粉料保证有小颗粒母球持续形成和粘结。制备完成的骨料，常温养护1d，然后90℃蒸汽养护6h和180℃高压蒸汽养护8h后得到骨料成品，其结构如图1所示。按照《轻集料及其试验方法第2部分：轻集料试验方法》(GB/T17431.2-2010)进行性能检测，产品性能如下：

采用自制骨料，与灵寿县某矿产品加工厂市售的高强陶粒(如图2所示，圆球型，粒径5～15mm，吸水率10.2％，堆积密度980kg/m³，筒压强度11MPa)相比，采用相同混凝土配合比、相同骨料预湿时间进行轻质混凝土试配，并进行混凝土拌合物扩展度和稳定性检测，然后将混凝土拌合物进行立方体抗压强度试块制作(100mm*100mm*100mm)，试块常温养静停6h后在90℃蒸汽养护箱中养护7h，然后在180℃的高压蒸汽条件下养护6h后进行抗压强度检测。具体配合比、检测方法和结果如下：

混凝土扩展度按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080-2016)检验；

混凝土稳定性检测方法为：稳定性检测采用分层度法，分层度模具为圆柱状，其尺寸为：直径200mm，分上中下三层，高度均为200mm且相互连通。实验时，拌和物装入后，经振动台振动20s后分别取出上下层拌和物，装入5L的圆柱体钢筒分别测量上下层拌和物的湿表观密度，然后再装入筛孔尺寸为5mm钢筛，用水冲刷干净水泥砂浆，挑出拌和物中的轻骨料，烘干后分别测量上下层拌和物中的轻骨料质量。

p_上和p_下——分别为上下层拌和物的湿表观密度，kg/m³

g_上和g_下——分别为上下层拌和物内大于5mm的烘干轻集料的质量，g

混凝土抗压强度按照《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2019)检验；

表1轻质混凝土试验配比和试验结果

根据试验结果，自制骨料制备的混凝土分层度明显小于市售光滑圆球型陶粒制备的混凝土，表明混凝土稳定性和匀质性大大提升，同时混凝土抗压强度提升12％，性能显著。自制骨料筒压强度与市售圆球型高强陶粒基本接近，但其优良的粒型和表面构造改善了骨料与浆体的界面粘结力，提高了骨料与浆体的握裹力，改善了轻质混凝土的强度和稳定性，提高了混凝土整体性能，具备意料不到的好效果。

Claims (10)

1.一种凹凸不规则轻质骨料，其特征在于，采用如下制备方法得到：

(1)固废粉体预活化改性：工业固废0～70份、增强材料10～60份、化学激发剂5～20份混合得到混合料，混合料粉磨至比表面积为≥500m²/kg的粉料；所述工业固废选自粉煤灰、铅锌尾矿、生物质燃烧物、垃圾焚烧灰、稻壳灰、钢渣、脱硫灰、镍矿渣、尾矿清洗泥、淤泥、粘土中的一种或几种；所述增强材料选自水泥、矿粉、偏高岭土、硅灰、石英粉中的一种或几种；所述化学激发剂选自氢氧化钠、氢氧化钙、氧化钙、硫酸钠、硫酸钙、碳酸钠中的一种或几种；

(2)母球粘结成型：取步骤(1)得到的粉料的部分加入造粒机，随造粒机转动在成球区针对粉料喷洒液体，直至粉料形成粒径1～3mm的母球，后针对母球喷洒粘结助剂，使母球相互粘结形成粘结球体；所述的粉料的部分指的是初始加入的粉料的质量为最终得到凹凸不规则轻质骨料所需粉料质量的5～30％，所述的液体选自水、水玻璃溶液、增粘剂中的一种或几种；

(3)颗粒长大：步骤(2)所得粘结球体到达长大区，在长大区持续喷洒液体，并不断添加粉料直至粘结球体长大得到骨料，同时，在成球区持续进行步骤(1)和步骤(2)，所述的液体选自水、水玻璃溶液中的一种或两种；

(4)养护成型：步骤(3)得到的骨料采用免煅烧工艺进行养护得到凹凸不规则轻质骨料。

2.根据权利要求1所述的轻质骨料，其特征在于，步骤(1)中的工业固废需提前干燥并碾碎。

3.根据权利要求1所述的轻质骨料，其特征在于，步骤(2)所述造粒机为圆盘造粒机，圆盘造粒机的倾斜角度为30～60°，造粒机转速为21r/min。

4.根据权利要求1所述的轻质骨料，其特征在于，步骤(2)成球区所喷洒液体质量为初始加入的粉料质量的20％～40％。

5.根据权利要求1所述的轻质骨料，其特征在于，步骤(2)所述的增粘剂选自树脂增粘剂、絮凝剂、聚丙烯酰胺、纤维素醚中的一种或多种；步骤(2)所述的粘结助剂为硅烷偶联剂；步骤(2)和步骤(3)所述水玻璃溶液为液体硅酸钠，模数3.1。

6.根据权利要求1所述的轻质骨料，其特征在于，步骤(2)所述的粘结助剂喷洒量为母球质量的2％～10％。

7.根据权利要求1所述的轻质骨料，其特征在于，步骤(3)长大区液体质量为不断添加的粉料质量的5％～30％。

8.根据权利要求1所述的轻质骨料，其特征在于，步骤(4)中的养护选自自然养护、保湿养护、常压蒸汽养护、高压蒸汽养护中的一种或多种方式进行养护。

9.根据权利要求8所述的轻质骨料，其特征在于，步骤(4)中的养护具体采用如下步骤：步骤(3)得到的骨料先经常温养护1天，然后90℃常压蒸汽养护6小时和180℃高压蒸汽养护8小时。

10.一种混凝土，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的轻质骨料。

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