CN112694279A - 一种具有核壳结构的轻集料及其制备方法 - Google Patents

一种具有核壳结构的轻集料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有核壳结构的轻集料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)、制备轻集料的核料；(2)、制备轻集料的壳料；(3)、利用所述轻集料的核和所述轻集料的壳料制备具有核壳结构的轻集料。本发明制备的轻集料吸水率低、强度高、韧性好，在荷载作用下不易开裂，适于制备远程泵送轻集料混凝土，用于大跨度和高层建筑。

Description

一种具有核壳结构的轻集料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，涉及一种轻集料及其制备方法，具体涉及一种具有核壳结构的轻集料及其制备方法。
背景技术
轻集料混凝土具有轻质、耐久、节能、环保等优点，可收到减轻结构自重、提高结构的抗震性能、节约材料用量、提高构件运输和吊装效率、减少地基荷载及改善建筑功能(保温隔热和耐火等)等效益。因此，轻集料混凝土在建筑结构，尤其是大跨度、高层和超高层建筑中有着广阔的应用前景。
远程泵送轻集料混凝土，由于施工方便、效率高、自重轻，更适合在现代化建筑中使用。其可以提高材料的强韧性，进一步拓展轻集料混凝土在建筑上的应用部位及应用领域，最大限度地发挥轻集料混凝土轻质高强的优势。
普通的人造轻集料-陶粒，吸水量大、强度和韧性较差，在较大的泵压作用下，易在轻集料内部孔隙或裂纹处产生应力集中，引发裂纹扩展，而轻集料的弹性模量和韧性较低，不能抑制变形和裂纹扩展，从而破碎，因此不太适合作为远程泵送混凝土的轻集料。
鉴于现有技术的上述技术缺陷，迫切需要研制一种新型的轻集料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种具有核壳结构的轻集料及其制备方法，所制备的轻集料吸水率低、强度高、韧性好，在荷载作用下不易开裂，适于制备远程泵送轻集料混凝土，用于大跨度和高层建筑。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有核壳结构的轻集料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)、制备轻集料的核料；
(2)、制备轻集料的壳料；
(3)、利用所述轻集料的核和所述轻集料的壳料制备具有核壳结构的轻集料。
优选地，其中，所述步骤(1)制备轻集料的核料具体为：
(1.1)、选取生石灰粉20-40份、粉煤灰70-80份、蔗渣纤维5-20份和骨料30-50份，将它们混合搅拌均匀；
(1.2)、混合搅拌均匀之后加入水60-100份，并搅拌2-3分钟，形成混合均匀的物料；
(1.3)、将混合均匀的物料倒入圆盘造粒机中制成颗粒；
(1.4)、将制好的颗粒放入蒸养房中，在70-85℃水蒸汽中养护24小时后，再通入浓度达30％-40％的二氧化碳继续养护24小时，之后再自然养护3天，得轻集料的核料。
优选地，其中，所述步骤(2)轻集料的壳料具体为：
(2.1)、选取水性环氧树脂和水性环氧树脂固化剂，将水性环氧树脂和水性环氧固化剂按2：3的比例配制成水性环氧固化体系；
(2.2)、将水性环氧固化体系2-8份、水8-10份和水泥20-25份均匀混合成浆料状，得轻集料的壳料。
优选地，其中，所述步骤(3)利用所述轻集料的核和所述轻集料的壳料制备具有核壳结构的轻集料具体为：
(3.1)、将步骤(1)中所制得的核料20-30份用步骤(2)中所制得的壳料15-20份均匀裹浆；
(3.2)、裹浆后放入晾干台进行晾干，晾干24小时候后再自然养护28天，即得具有核壳结构的轻集料。
优选地，其中，所述骨料为炉渣、矿渣或其它工业废渣中的一种或多种，且所述骨料要进行粉碎使其粒径为1-5mm。
优选地，其中，所述粉煤灰为二级粉煤灰。
优选地，其中，所述生石灰粉为200目工业级建筑用生石灰，且其氧化钙含量大于80％。
优选地，其中，所述蔗渣纤维为制糖后所剩甘蔗渣经粉碎而成的长为1-3mm的纤维。
优选地，其中，所述水泥为425#硅酸盐水泥。
此外，本发明还提供一种具有核壳结构的轻集料，其特征在于，所述轻集料采用上述制备方法制备而成。
与现有技术相比，本发明的具有核壳结构的轻集料及其制备方法具有如下有益技术效果：本发明设计的核壳型轻集料利用了核的多孔型结构和壳的密实型结构，既保证了轻集料的低密度，也保证了轻集料整体的强度和低吸水率。其中，轻集料的核利用生石灰对粉煤灰进行碱激发，后期充入二氧化碳使体系中的氢氧化钙转化为碳酸钙，提高了体系的强度及稳定性，并用高模量的蔗渣纤维充当骨架，使整个核在保证孔隙率的同时也具有一定的强度和抵抗形变的能力；用热固性水性环氧树脂体系和水泥混杂充当轻集料的壳，不仅保证了轻集料的强度和韧性，固化后的水性环氧树脂耐水性好，也保证了轻集料在混凝土中稳定性好，吸水率小，同时轻集料和水泥浆的相容性好，最终保证了轻集料混凝土的强度和耐久性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明，实施例的内容不作为对本发明的保护范围的限制。
本发明涉及一种具有核壳结构的轻集料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
一、制备轻集料的核料。
在本发明中，轻集料的核料由下述原料按重量份比例制成：生石灰粉20-40份、粉煤灰70-80份、蔗渣纤维5-20份、骨料30-50份和水60-100份。
优选地，所述生石灰粉为200目工业级建筑用生石灰，且其氧化钙含量大于80％。
并且，优选地，所述粉煤灰为二级粉煤灰。
此外，优选地，所述蔗渣纤维为制糖后所剩甘蔗渣经粉碎而成的长为1-3mm的纤维。
而且，优选地，所述骨料为炉渣、矿渣或其它工业废渣中的一种或多种，且所述骨料要进行粉碎使其粒径为1-5mm。
在制备轻集料的核料时，先将水以外的原料混合搅拌均匀，之后再加入水，并搅拌2-3min，使其形成混合均匀的物料。
接着，将混合均匀的物料倒入圆盘造粒机中制成颗粒。
其中，制好的颗粒要放入蒸养房中，在70-85℃水蒸汽中养护24小时。之后，通入高浓度二氧化碳(其中，高浓度二氧化碳是指使得所述蒸养房内的空气中二氧化碳的含量达到30％-40％)，继续养护24小时。
之后，从蒸养房中取出颗粒，再自然养护(也就是，放在空气中进行自然放置)3天，制得轻集料的核料。
在本发明中，在制备所述轻集料的核料时，利用生石灰对粉煤灰进行碱激发，后期充入二氧化碳使体系中的氢氧化钙转化为碳酸钙，提高了体系的强度及稳定性，并用高模量的蔗渣纤维充当骨架，使整个核料在保证孔隙率的同时也具有一定的强度和抵抗形变的能力。
二、制备轻集料的壳料。
在本发明中，在制备轻集料的壳料时，首先是配制水性环氧固化体系。
在配制水性环氧固化体系时，要选取耐碱性好的水性环氧树脂及水性环氧树脂固化剂，并将水性环氧树脂和水性环氧固化剂按2：3的比例配制成水性环氧固化体系。
接着，将水性环氧固化体系2-8份、水8-10份和水泥20-25份均匀混合成浆料状，即可制得轻集料的壳料。
优选地，所述水泥为425#硅酸盐水泥。
在本发明中，在制备轻集料的壳料时，用热固性水性环氧树脂体系和水泥混杂充当轻集料的壳料，不仅保证了轻集料的强度和韧性，固化后的水性环氧树脂耐水性好，也保证了轻集料在混凝土中稳定性好，吸水率小，同时轻集料和水泥浆的相容性好，最终保证了轻集料混凝土的强度和耐久性。
三、利用所述轻集料的核和所述轻集料的壳料制备具有核壳结构的轻集料。
在本发明中，利用所述轻集料的核和所述轻集料的壳料制备具有核壳结构的轻集料时，先将所制得的核料20-30份用所制得的壳料15-20份均匀裹浆。
并在裹浆后放入晾干台进行晾干，一般晾干24小时候后所述壳料会固化，之后再自然养护(也就是，放入空气中自然放置)28天，即得具有核壳结构的轻集料。
其中，需要注意的是，在放入晾干台进行晾干时，不要在阳光下曝晒。
下面以几个实施例来对本发明进一步详细地描述。
以下实施例均采用以下原料：水泥为425#普通硅酸盐水泥；粉煤灰为二级粉煤灰；水性环氧树脂及水性环氧固化剂为上海汉中化工有限公司产的HZ03－A及HZ03－B；生石灰粉为200目工业级建筑用生石灰，氧化钙含量大于80％；骨料为炉渣、矿渣或其它工业废渣的一种或多种，粒径为1-25mm，最终使用粒径为1-5mm。并且，在以下实施例中，所述的份数均为重量份。
【实施例1】
第一步，生产轻集料的核料。
取生石灰粉30份、粉煤灰75份、蔗渣纤维5份和炉渣30份，将以上原料加入搅拌机，搅拌均匀。
之后加水65份，继续搅拌2分钟，获得混合好的物料。
将混合好的物料倒入圆盘造粒机中制成颗粒。将制好的颗粒放入蒸养房中，在70-85℃水蒸汽中养护24小时后，通入高浓度二氧化碳(空气中二氧化碳含量为30-40％)，继续养护24小时。人工养护结束后，再自然养护3天，得轻集料的核料。
第二步，生产轻集料的壳料。
取水性环氧树脂2份和水性环氧固化剂3份配置成水性环氧固化体系。
将所述水性环氧固化体系与水8份、水泥24份，搅拌均匀，得轻集料的壳料。
第三步，生产具有核壳结构的轻集料。
将第一步制得的核料20份(干份)，和第二步所制的水性环氧水泥浆壳料20份(湿份)混合，将核料表面均匀裹浆，完成后放入避阴晾干台进行晾干，注意不要阳光曝晒。24小时后壳料基本干燥硬化，自然养护28天后，即得具有核壳结构的轻集料。
按《GB/T 17431.2－2010轻集料及其试验方法第2部份：轻集料试验方法》对制备的轻集料成品进行检验：粒径为5－20mm的颗粒料，堆积密度720kg/m3，筒压强度7.1MPa，1h吸水率≤0.5％，饱和吸水率≤1％。
【实施例2】
第一步，生产轻集料的核料。
取生石灰粉20份、粉煤灰70份、蔗渣纤维10份和炉渣42份，将以上原料加入搅拌机，搅拌均匀。
之后加水75份，继续搅拌2分钟，获得混合好的物料。
将混合好的物料倒入圆盘造粒机中制成颗粒，将制好的颗粒放入蒸养房，在70-85℃水蒸汽中养护24小时后，通入高浓度二氧化碳(使得空气中二氧化碳的含量为30-40％)，继续养护24小时。人工养护结束后，再自然养护3天，得轻集料的核料。
第二步，生产轻集料的壳料。
取水性环氧树脂2份和水性环氧固化剂3份配置成水性环氧固化体系。
将所述水性环氧固化体系和水10份、水泥22份搅拌均匀，得轻集料的壳料。
第三步，生产具有核壳结构的轻集料。
将第一步制得的核料22份(干份)，和第二步所制的水性环氧水泥浆壳料18份(湿份)混合，将核料表面裹浆，完成后放入避阴晾干台进行晾干，注意不要阳光曝晒。24小时后壳料基本干燥硬化，自然养护28天后，即得具有核壳结构的轻集料。
按《GB/T 17431.2－2010轻集料及其试验方法第2部份：轻集料试验方法》对制备的轻集料成品进行检验：粒径为5－20mm的颗粒料，堆积密度630kg/m3，筒压强度6.2MPa，1h吸水率≤0.8％，饱和吸水率≤1.2％。
【实施例3】
第一步，生产轻骨料的核料。
取生石灰粉20份、粉煤灰70份、蔗渣15份和炉渣46份，将以上原料加入搅拌机，搅拌均匀。
之后加水90份，继续搅拌2分钟，获得混合好的物料。
将混合好的物料倒入圆盘造粒机中制成颗粒，将制好的颗粒放入蒸养房，在70-85℃水蒸汽中养护24小时后，通入高浓度二氧化碳(使空气中二氧化碳的含量为30-40％)，继续养护24小时。人工养护结束后，再自然养护3天，得轻集料的核料。
第二步，生产轻集料的壳料。
取水性环氧树脂2份和水性环氧固化剂3份配置成水性环氧固化体系。
将所述水性环氧固化体系和水10份、水泥20份搅拌均匀，得轻集料的壳料。
第三步，生产具有核壳结构的轻集料。
将第一步制得的核料20份(干份)，和第二步所制的水性环氧水泥浆壳料15份(湿份)混合，将核料表面裹浆，完成后放入避阴晾干台进行晾干，注意不要阳光曝晒。24小时后壳料基本干燥硬化，自然养护28天后，即得具有核壳结构的轻集料。
按《GB/T 17431.2－2010轻集料及其试验方法第2部份：轻集料试验方法》对制备的轻集料成品进行检验：粒径为5－20mm的颗粒料，堆积密度535kg/m3，筒压强度5.3MPa，1h吸水率≤0.8％，饱和吸水率≤1.5％。
根据《GB/T 17431.2－2010轻集料及其试验方法第1部份：轻集料》标准中对高强人造轻集料的规定，本发明制备的轻集料已远大于其对高强人造轻集料的要求。表1为标准中对高强人造轻集料的规定。
表1高强人造轻集料的筒压强度与强度标号
Figure BDA0002883735430000081
因此，本发明所制的轻集料，在较低的密度等级下，具有较高的筒压强度，这种高比强度的轻集料，可以制备兼具承重能力与保温效果的轻集料混凝土。
另外，将本发明所制轻集料(实施例3)和常规的人造或天然轻集料进行对比(见表2)，可以看出，本发明的轻集料，筒压强度高，吸水率低，同时，由于水性环氧树脂的增韧性，使轻集料在远距离泵送过程及泵压作用下不易破碎，适于制备超高超距高性能泵送轻集料混凝土。
表2轻集料对比
Figure BDA0002883735430000091
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种具有核壳结构的轻集料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)、制备轻集料的核料；
(2)、制备轻集料的壳料；
(3)、利用所述轻集料的核和所述轻集料的壳料制备具有核壳结构的轻集料。
2.根据权利要求1所述的具有核壳结构的轻集料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)制备轻集料的核料具体为：
(1.1)、选取生石灰粉20-40份、粉煤灰70-80份、蔗渣纤维5-20份和骨料30-50份，将它们混合搅拌均匀；
(1.2)、混合搅拌均匀之后加入水60-100份，并搅拌2-3分钟，形成混合均匀的物料；
(1.3)、将混合均匀的物料倒入圆盘造粒机中制成颗粒；
(1.4)、将制好的颗粒放入蒸养房中，在70-85℃水蒸汽中养护24小时后，再通入浓度达30％-40％的二氧化碳继续养护24小时，之后再自然养护3天，得轻集料的核料。
3.根据权利要求2所述的具有核壳结构的轻集料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)轻集料的壳料具体为：
(2.1)、选取水性环氧树脂和水性环氧树脂固化剂，将水性环氧树脂和水性环氧固化剂按2：3的比例配制成水性环氧固化体系；
(2.2)、将水性环氧固化体系2-8份、水8-10份和水泥20-25份均匀混合成浆料状，得轻集料的壳料。
4.根据权利要求3所述的具有核壳结构的轻集料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)利用所述轻集料的核和所述轻集料的壳料制备具有核壳结构的轻集料具体为：
(3.1)、将步骤(1)中所制得的核料20-30份用步骤(2)中所制得的壳料15-20份均匀裹浆；
(3.2)、裹浆后放入晾干台进行晾干，晾干24小时候后再自然养护28天，即得具有核壳结构的轻集料。
5.根据权利要求4所述的具有核壳结构的轻集料的制备方法，其特征在于，所述骨料为炉渣、矿渣或其它工业废渣中的一种或多种，且所述骨料要进行粉碎使其粒径为1-5mm。
6.根据权利要求5所述的具有核壳结构的轻集料的制备方法，其特征在于，所述粉煤灰为二级粉煤灰。
7.根据权利要求6所述的具有核壳结构的轻集料的制备方法，其特征在于，所述生石灰粉为200目工业级建筑用生石灰，且其氧化钙含量大于80％。
8.根据权利要求7所述的具有核壳结构的轻集料的制备方法，其特征在于，所述蔗渣纤维为制糖后所剩甘蔗渣经粉碎而成的长为1-3mm的纤维。
9.根据权利要求8所述的具有核壳结构的轻集料的制备方法，其特征在于，所述水泥为425#硅酸盐水泥。
10.一种具有核壳结构的轻集料，其特征在于，所述轻集料采用权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备而成。
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