CN112707663A - 一种赤泥核壳结构细骨料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种赤泥核壳结构细骨料的制备方法，属于混凝土氯离子结合技术领域。其结构为核壳结构，芯料为利用赤泥和电石渣制备的可结合氯离子的功能组分，在其上包裹外壳以提供细骨料的强度。芯料的组分质量百分比为：赤泥40～65wt％，电石渣35～60wt％。壳料组分质量百分比为：赤泥27～42wt％，22～35wt％，粘土8～36wt％，石英粉6～21wt％。通过摇球法成形，然后将其置于壳料粉体中滚动包裹。包裹后的物料在105℃下烘干2小时后，分别以5～10℃/min的速率升温至1100‑1250℃保温30min。赤泥细骨料的氯离子结合量根据浸泡氯离子溶液前后浓度计算，得到的氯离子结合量为29.4～55.8mg/g。本发明产品用于混凝土，可望提高钢筋混凝土在氯盐环境中使用的耐久性。

Description

一种赤泥核壳结构细骨料的制备方法
技术领域
本发明属于混凝土氯离子结合技术领域，涉及混凝土人造骨料制备技术。
背景技术
根据众多公开资料，氯离子是造成钢筋混凝土钢筋锈蚀的重要原因之一。混凝土胶凝材料的水化产物对混凝土的氯离子结合具有降低混凝土氯离子扩散系数和降低钢筋周围的氯离子浓度的作用，从效果上来看具有延缓钢筋锈蚀，保护钢筋混凝土的作用。混凝土胶凝材料水化产物对氯离子的结合主要有两种机理-物理结合和化学结合。物理结合的能力和CSH凝胶的含量及其Ca/Si比呈正相关关系，而化学结合指的是AFM与氯离子结合形成F盐。现有的文献报道结果表明，混凝土的氯离子结合主要和F盐的形成有关，因而，采用活性氧化铝含量较高的原料掺入混凝土胶凝体系对提高混凝土的氯离子结合具有促进作用。但从文献的资料以及申请者的研究结果来看，无论是添加何种掺合料的混凝土，上述措施只是在较短龄期譬如28d、56d时增加混凝土氯离子结合的效果，混凝土的氯离子结合量随龄期的延长而下降。其原因在于，龄期延长导致混凝土胶凝材料水化产物中氢氧化钙的消耗，使混凝土水化产物CSH的Ca/Si下降并导致pH值下降而促使F盐分解。因而，混凝土胶凝材料中较多的氢氧化钙比重，也就是Ca/Si和Ca/Al比较高时有利于其维持较好的氯离子结合能力。但作为工程材料而言，添加较多的氢氧化钙会带来降低混凝土强度的作用。
为解决这个矛盾，以提高混凝土氯离子结合能力和维持长龄期混凝土氯离子结合能力为目标，申请人提出了将氯离子结合量高的体系和水泥浆隔离的核壳结构细骨料结构，其基本特征是以多孔烧制壳层结构包裹活性氧化钙含量较高的氯离子结合体系。这个结构一方面可以通过多孔结构在混凝土中吸收氯离子而保持结合状态长期稳定，另一方面，骨料壳层结构可为混凝土提供较好强度支撑。
发明内容
一种赤泥核壳结构细骨料的制备方法。该细骨料芯层为赤泥和氢氧化钙的配合物，其芯层为赤泥40～65wt％，电石渣35～60wt％。壳料：赤泥27～42wt％，粉煤灰22～35wt％，粘土8～36wt％，石英粉6～21wt％。采用人造骨料常用的摇球法先制芯料，然后在芯料表面包裹壳料。赤泥核壳结构细骨料的示意图如附图中图1所示。经过XRD对所制备细骨料进行表征，结果表明，烧制后的细骨料存在一定量的铝酸三钙，如附图中图3所示。细骨料壳层的XRD图如附图中图2所示。将细骨料浸泡于氯化钙溶液中，经过7天后形成了含量显著的F盐，XRD图如附图中图4所示。
主要包括如下步骤：
1)制备芯部生料球：将赤泥和电石渣原料破碎并研磨至200目粉体，按赤泥40～65wt％和电石渣35～60wt％的质量百分数称料后进行混料，混料时间1个小时，取混料完成后的芯料粉体于圆盘中，采用手工成球法使圆盘转动，芯料团聚滚动成球，在转动圆盘的同时采用喷水机喷洒水雾。得到直径为2.5～3mm的芯料球。
2)制备壳料：将壳料中的各原料破碎并研磨至磨细至200目粉体，具体为：赤泥27～42wt％，粉煤22～35wt％，粘土8～36wt％，石英粉6～21wt％；按照上述壳料组成质量百分比称料并混料，混料时间1个小时；
3)取步骤1)得到的芯料球置于圆盘中，用喷水机喷洒水雾使得芯料球润湿；取步骤2)所制备的壳料粉体散于芯料球上，并转动圆盘进行包裹；重复喷洒水雾并包裹直至料球的尺寸为5～6mm；
4)将步骤3)所得陶砂生料球在105℃的真空干燥箱中烘干2个小时。
5)将烘干后的生料球放入高温炉中烧结；烧结制度为：
预热阶段：从室温至600℃，在600℃保温30min，升温速率为5～10℃/min；
升温阶段：从600℃至1200℃，在1200℃保温30min，升温速率为5～10℃/min；
降温阶段：随炉冷却至室温。
本发明利用赤泥中较高的氧化铝含量的特点，将其和以氢氧化钙为主要组成的电石渣配合，制成细骨料芯部，然后以粉煤灰、赤泥、粘土、石英粉制成混合粉料，对核芯进行包裹，通过高温烧制，形成赤泥核壳结构氯离子结合细骨料。由于配方中使用大量的固体废弃物，因而具有固体废弃物资源化的非典型特征，
附图说明
图1为核壳结构细骨料的示意图
图2为核壳结构细骨料壳层烧结后的XRD图
图3为不同温度核壳结构细骨料烧结后的XRD图
图4为不同龄期的核壳结构细骨料浸泡氯离子溶液后的XRD图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实例1
制备了一种具有氯离子结合性能的细骨料，其主要步骤为：
1)制备芯部生料球：将赤泥和电石渣原料破碎并研磨至200目粉体，按赤泥45％和电石渣55％的质量百分数称料后用球磨罐进行混料，混料时间1个小时，取混料完成后的芯料粉体于圆盘中，采用手工成球法使圆盘转动，芯料团聚滚动成球，在转动圆盘的同时采用喷水机喷洒水雾。
2)制备壳料：将壳料(赤泥39.7％，粉煤灰33.1％，粘土10.7％，石英粉16.5％)中的各原料破碎并研磨至磨细至200目粉体，按照上述壳料组成质量百分比称料并在球磨罐中混料，混料时间为1个小时。
3)取步骤1)得到的芯料球置于圆盘中，用喷水机喷洒水雾使得芯料球润湿；取步骤2)所制备的壳料粉体散于芯料球上，并转动圆盘进行包裹。重复上述3)步骤直至料球的尺寸为5～6mm。
4)将步骤3)所得陶砂生料球在105℃的真空干燥箱中烘干2个小时。
5)将烘干后的生料球放入高温炉中烧结。烧结采用的窑具为氧化铝坩埚；烧结之前在生料球表面铺一层氧化铝粉。烧结制度为：
预热阶段：从室温至600℃，在600℃保温30min，升温速率为5～10℃/min；
升温阶段：从600℃至1200℃，在1200℃保温30min，升温速率为5～10℃/min；
降温阶段：随炉冷却至室温。
经过测试，所制备的细骨料单颗抗压强度为0.8KN，壳层烧结后XRD见附图中图2。在150ml的0.15mol/L的CaCl2溶液中浸泡7天的氯离子结合量为55.8mg/g，远高于混凝土胶凝材料水化产物的氯离子结合水平，细骨料的氯离子结合产物见附图中图4。
实例2
制备了一种具有氯离子结合性能的细骨料，其主要步骤为：
1)制备芯部生料球：将赤泥和电石渣原料破碎并研磨至200目粉体，按赤泥45％和电石渣55％的质量百分数称料后用球磨罐进行混料，混料时间1个小时，取混料完成后的芯料粉体于圆盘中，采用手工成球法使圆盘转动，芯料团聚滚动成球，在转动圆盘的同时采用喷水机喷洒水雾。剔除已经开裂的芯料球。
2)制备壳料：将壳料(赤泥39.7％，粉煤灰33.1％，粘土10.7％，石英粉16.5％)中的各原料破碎并研磨至磨细至200目粉体，按照上述壳料组成质量百分比称料并在球磨罐中混料，混料时间1个小时。
3)取步骤1)得到的芯料球置于圆盘中，用喷水机喷洒水雾使得芯料球润湿；取步骤2)所制备的壳料粉体散于芯料球上，并转动圆盘进行包裹。重复上述3)步骤直至料球的尺寸为5～6mm。
4)将步骤3)所得陶砂生料球在105℃的真空干燥箱中烘干2个小时。
5)将烘干后的生料球放入高温炉中烧结。烧结采用的窑具为氧化铝坩埚；烧结之前在生料球表面铺一层氧化铝粉。烧结制度为：
预热阶段：从室温至600℃，在600℃保温30min，升温速率为5～10℃/min；
升温阶段：从600℃至1150℃，在1150℃保温30min，升温速率为5～10℃/min；
降温阶段：随炉冷却至室温。
经过测试，所制备的细骨料单颗抗压强度为0.57KN，壳层烧结后XRD见附图中图2。在150ml的0.15mol/L的CaCl2溶液中浸泡7天的氯离子结合量为48.3mg/g，远高于混凝土胶凝材料水化产物的氯离子结合水平，细骨料的氯离子结合产物见附图中图4。
实例3
制备了一种具有氯离子结合性能的细骨料，其主要步骤为：
1)制备芯部生料球：将赤泥和电石渣原料破碎并研磨至200目粉体，按赤泥45％和电石渣55％的质量百分数称料后用球磨罐进行混料，混料时间1个小时，取混料完成后的芯料粉体于圆盘中，采用手工成球法使圆盘转动，芯料团聚滚动成球，在转动圆盘的同时采用喷水机喷洒水雾。剔除已经开裂的芯料球。
2)制备壳料：将壳料(赤泥39.7％，粉煤灰33.1％，粘土10.7％，石英粉16.5％)中的各原料破碎并研磨至磨细至200目粉体，按照上述壳料组成质量百分比称料并在球磨罐中混料，混料时间1个小时。
3)取步骤1)得到的芯料球置于圆盘中，用喷水机喷洒水雾使得芯料球润湿；取步骤2)所制备的壳料粉体散于芯料球上，并转动圆盘进行包裹。重复上述3)步骤直至料球的尺寸为5～6mm。
4)将步骤3)所得陶砂生料球在105℃的真空干燥箱中烘干2个小时。
5)将烘干后的生料球放入高温炉中烧结。烧结采用的窑具为氧化铝坩埚；烧结之前在生料球表面铺一层氧化铝粉。烧结制度为：
预热阶段：从室温至600℃，在600℃保温30min，升温速率为5～10℃/min；
升温阶段：从600℃至1100℃，在1100℃保温30min，升温速率为5～10℃/min；
降温阶段：随炉冷却至室温。
经过测试，所制备的细骨料单颗抗压强度为0.32KN，壳层烧结后XRD见附图中图2。在150ml的0.15mol/L的CaCl2溶液中浸泡7天的氯离子结合量为29.4mg/g，远高于水泥的氯离子结合水平，细骨料的氯离子结合产物见附图中图4。

Claims (2)

1.一种赤泥核壳结构细骨料的制备方法，其特征在于，所述细骨料结构分为芯部和壳部；其原料配比组成如下：
芯部混合料配合比为：赤泥40～65wt％、电石渣35～60wt％，各组分用量之和为100％；
壳部混合料配合比为：赤泥27～42wt％、粉煤灰22～35wt％、粘土8～36wt％、石英粉6～21wt％，各组分用量之和为100％；
包括如下步骤：
1)制备芯部生料球：将赤泥和电石渣原料破碎并研磨至200目粉体，按赤泥40～65wt％和电石渣35～60wt％的质量百分数称料后进行混料，混料时间1个小时，取混料完成后的芯料粉体于圆盘中，采用手工成球法使圆盘转动，芯料团聚滚动成球，在转动圆盘的同时采用喷水机喷洒水雾；得到直径为2.5～3mm的芯料球；
2)制备壳料：将壳料中的各原料破碎并研磨至磨细至200目粉体，具体为：赤泥27～42wt％，粉煤22～35wt％，粘土8～36wt％，石英粉6～21wt％；按照上述壳料组成质量百分比称料并混料，混料时间1个小时；
3)取步骤1)得到的芯料球置于圆盘中，用喷水机喷洒水雾使得芯料球润湿；取步骤2)所制备的壳料粉体散于芯料球上，并转动圆盘进行包裹；重复喷洒水雾并包裹直至料球的尺寸为5～6mm；
4)将步骤3)所得陶砂生料球在105℃的真空干燥箱中烘干2个小时；
5)将烘干后的生料球放入高温炉中烧结；烧结制度为：
预热阶段：从室温至600℃，在600℃保温30min，升温速率为5～10℃/min；
升温阶段：从600℃至1200℃，在1200℃保温30min，升温速率为5～10℃/min；
降温阶段：随炉冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的制备方法，所述的赤泥核壳结构细骨料烧成后，在0.15mol/L的CaCl2溶液中浸泡，测试7天的赤泥核壳结构细骨料氯离子结合量。
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