CN112939496A - 一种黏土陶粒的微波烧结方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种黏土陶粒的微波烧结方法，包括如下步骤：将渣土、粉煤灰加入至搅拌釜中搅拌均匀，加入水泥，搅拌状态下加入水，继续搅拌，得到混合物；将混合物放入成球盘成球，取出后放入至烘干箱中烘干，将产物加入至微波反应器中微波处理，冷却得到黏土陶粒。本发明以渣土为研究对象，利用微波烧结渣土制备得到绿色、环保、节能的高性能陶粒，可广泛应用于轻骨料混凝土、自密实保温混凝土等现浇和预制的构件中，不仅为工程渣土处置提供参考，同时也为地下工程渣土综合性利用提供了一个方向，并能产生显著的经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及工程渣土陶粒技术领域，尤其涉及一种黏土陶粒的微波烧结方法。
背景技术
陶粒自身具有许多优异性能，尤其由于轻集料多孔、质轻的独特结构，使其在材料领域具有其它材料不可替代的作用，尤其在轻集料中脱颖而出，被大量应用于轻集料混凝土中，并赋予了轻集料混凝土轻质高强、保温隔热等一系列优良特性。目前，我国生产陶粒主要是采用日益紧缺的黏土和粉煤灰为原料，且采用的是传统的高耗能、高污染的燃料型回转窑烧制，不符合可持续发展战略，陶粒的生产原料和生产设备受到限制，成为高性能陶粒生产的瓶颈。
近年来，随着城市化的快速发展，地下城市工程的不断增加，由此产生的城市地下工程渣土逐渐引起关注与重视，同时给渣土的处理带来了前所未有的市场前景。渣土是城市地下工程中所产生的建筑废弃物。虽然国内外对渣土的循环再利用的研究已有不少，但也只是杯水车薪的效果，大量的工程渣土主要还是依靠土地堆放以及填埋处理。渣土堆存不仅耗费一定的运输、处置费用，而且易造成环境污染。
采用渣土取代或代替部分粉煤灰生产高性能陶粒，能够有效消减渣土，实现资源化利用，同时还具有巨大的市场潜力。但就目前的市场来说，烧制出来的渣土普遍强度不高，并不能对已有的渣土废料进行绿色可持续的生产利用，无法实际运用到工程建设中。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种黏土陶粒的微波烧结方法。
一种黏土陶粒的微波烧结方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将渣土、粉煤灰搅拌均匀，接着加入水泥混合，然后在搅拌状态下加入水，继续搅拌2-10min，得到混合物；
其中，渣土、粉煤灰、水泥、水的质量比为40-60：80-120：2-5：5-10；
S2、将混合物放入成球盘成球，成球时间为5-15min，取出后放入至烘干箱中烘干12-36h，将产物加入至微波反应器中微波处理5-15min，微波功率为3000-5000W，冷却得到黏土陶粒。
优选地，在S1中，所述渣土为粘性土。
优选地，在S1中，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
优选地，在S2微波处理后，再次微波处理1-5次，其中微波功率为3000-5000W，单次微波时间为5-15min。
优选地，S1中还包括：低密度增强剂；
S1具体操作如下：将渣土、粉煤灰加入搅拌均匀，再加入低密度增强剂搅拌均匀，接着加入水泥混合，然后在搅拌状态下加入水，继续搅拌2-10min，得到混合物；其中低密度增强剂与水泥的质量比为1.5-3：1。
优选地，低密度增强剂采用如下工艺制取：将铝矾土在温度400-500℃煅烧20-40min，粉碎后过500目筛，再加入纳米海泡石混合均匀，过500目筛，将所得物料加入至成球机中，加入过程中喷入水蒸气，过80-100目筛得到球料，干燥，400-500℃煅烧5-10h，得到低密度增强剂。
优选地，铝矾土、纳米海泡石的质量比为5-10：1-2。
优选地，铝矾土的组分按质量百分比包括：Fe2O3 26-28％，SiO2 37-39％，余量为Al2O3。
优选地，低密度增强剂的100MPa闭合压强破碎率≤1.5％，体积密度≤1.2g/cm3，视密度≤2.5g/cm3。
一种黏土陶粒，采用上述黏土陶粒的微波烧结方法制成。
本发明的技术效果如下所示：
本发明以施工产生的渣土开展陶粒制备试验研究，主要以渣土、粉煤灰、水泥为主料，通过微波处理提高强度，所得陶粒具有密度小、保温隔热、孔隙率高、抗震性、耐火性、抗碱集料反应等优异性能，其中配合低密度增强剂，不仅可进一步增强黏土陶粒的强度，而且可有效降低其重量，在减轻结构自重的轻骨料混凝土中快速发展，其中微波电磁场可使整体快速加热至一定温度，具有快速、高效、节能环保等优势，并且它也能够解决陶粒烧结时间长、能源消耗大、烧结制品的质量差和均匀性差的问题，导致陶粒孔隙率小，陶粒生长均匀，结合致密性好。
本发明以地下工程渣土为研究对象，探讨地下工程渣土的资源化利用方法来制作陶粒，利用微波烧结渣土制备得到绿色、环保、节能的高性能陶粒，可广泛应用于轻骨料混凝土、自密实保温混凝土等现浇和预制的构件中，不仅为工程渣土处置提供参考，同时也为地下工程渣土综合性利用提供了一个方向，并能产生显著的经济和社会效益。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种黏土陶粒的微波烧结方法，包括如下步骤：
S1、按重量份将40份渣土、80份粉煤灰加入至搅拌釜中搅拌均匀，然后加入6份低密度增强剂搅拌均匀，加入2份水泥，搅拌状态下加入5份水，继续搅拌2min，得到混合物。
低密度增强剂采用如下工艺制取：将铝矾土在温度400℃煅烧20min，经过雷蒙磨粉碎后过500目筛，加入纳米海泡石混合均匀，铝矾土与纳米海泡石的质量比为5：1，过500目筛；将所得物料加入至成球机中，加入过程中喷入水蒸气，过80-100目筛得到球料，加入至烘干机中干燥，送入至煅烧炉中，400℃煅烧5h，得到低密度增强剂；
其中，铝矾土的组分按质量百分比包括：Fe2O3 26％，SiO2 37％，余量为Al2O3。
所得低密度增强剂的100MPa闭合压强破碎率≤1.5％，体积密度≤1.2g/cm3，视密度≤2.5g/cm3。
S2、将混合物放入成球盘成球，成球时间为5min，取出后放入至烘干箱中烘干12h，将产物加入至微波反应器中微波处理5min，微波功率为3000W，冷却得到黏土陶粒。
实施例2
一种黏土陶粒的微波烧结方法，包括如下步骤：
S1、按重量份将60份渣土、120份粉煤灰加入至搅拌釜中搅拌均匀，然后加入12份低密度增强剂搅拌均匀，加入5份水泥，搅拌状态下加入10份水，继续搅拌10min，得到混合物。
低密度增强剂采用如下工艺制取：将铝矾土在温度500℃煅烧40min，经过雷蒙磨粉碎后过500目筛，加入纳米海泡石混合均匀，铝矾土、纳米海泡石的质量比为10：1，过500目筛；将所得物料加入至成球机中，加入过程中喷入水蒸气，过80-100目筛得到球料，加入至烘干机中干燥，送入至煅烧炉中，500℃煅烧10h，得到低密度增强剂；
其中，铝矾土的组分按质量百分比包括：Fe2O3 28％，SiO2 39％，余量为Al2O3。
所得低密度增强剂的100MPa闭合压强破碎率≤1.5％，体积密度≤1.2g/cm3，视密度≤2.5g/cm3。
S2、将混合物放入成球盘成球，成球时间为15min，取出后放入至烘干箱中烘干36h，将产物加入至微波反应器中微波处理15min，微波功率为5000W，冷却得到黏土陶粒。
实施例3
一种黏土陶粒的微波烧结方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按重量份将50份粘性土渣土(来自合肥地铁4号线工程渣土)、100份粉煤灰(来自合肥发电厂锅炉燃烧的废弃物)加入至搅拌釜中搅拌均匀，加入3份普通硅酸盐水泥，搅拌状态下加入6份水，继续搅拌5min，得到混合物；
S2、将混合物放入成球盘成球，成球时间为10min，取出后放入至烘干箱中烘干24h，将产物加入至微波反应器中微波处理8min，微波功率为4000W，冷却得到黏土陶粒。
实施例4
一种黏土陶粒的制备方法，包括如下步骤：
S1、按重量份将50份粘性土渣土(来自合肥地铁4号线工程渣土)、100份粉煤灰(来自合肥发电厂锅炉燃烧的废弃物)加入至搅拌釜中搅拌均匀，加入3份普通硅酸盐水泥，搅拌状态下加入6份水，继续搅拌5min，得到混合物；
S2、将混合物放入成球盘成球，成球时间为10min，取出后放入至烘干箱中烘干24h，将产物加入至微波反应器中微波处理8min，微波功率为4000W，冷却，再次微波处理8min，微波功率为4000W，冷却得到黏土陶粒。
实施例5
一种黏土陶粒的微波烧结方法，包括如下步骤：
S1、按重量份将50份粘性土渣土(来自合肥地铁4号线工程渣土)、100份粉煤灰(来自合肥发电厂锅炉燃烧的废弃物)加入至搅拌釜中搅拌均匀，加入3份普通硅酸盐水泥，搅拌状态下加入6份水，继续搅拌5min，得到混合物；
S2、将混合物放入成球盘成球，成球时间为10min，取出后放入至烘干箱中烘干24h，将产物加入至微波反应器中微波处理8min，微波功率为4000W，冷却，再次微波处理8min，微波功率为4000W，冷却，再次微波处理8min，微波功率为4000W，冷却得到黏土陶粒。
对比例
一种黏土陶粒的微波烧结方法，包括如下步骤：
S1、按重量份将50份粘性土渣土(来自合肥地铁4号线工程渣土)、100份粉煤灰(来自合肥发电厂锅炉燃烧的废弃物)加入至搅拌釜中搅拌均匀，加入3份普通硅酸盐水泥，搅拌状态下加入6份水，继续搅拌5min，得到混合物；
S2、将混合物放入成球盘成球，成球时间为10min，取出后放入至烘干箱中烘干24h，冷却得到黏土陶粒。
试验例1
将实施例1、实施例3与对比例所得黏土陶粒进行级配粒径检测，检测结果如下所示：
实施例1(试样总质量为1700.25g)级配粒径如下表所示：
实施例3(试样总质量为1549.98g)级配粒径如下表所示：
| 筛孔径，mm | 筛余量，g | 分计筛余百分率，％ | 累计筛余百分率A，％ | Mx |
| 20 | 0 | 0 | 0 | |
| 10 | 339.29 | 21.8842 | 21.8842 | |
| 5 | 1114.8 | 71.9235 | 93.8077 | |
| 2 | 94.9 | 6.1227 | 99.9304 | |
| 1 | 0.99 | 0.0639 | 100 |
对比例(试样总质量为1858.14g)级配粒径如下表所示：
| 筛孔径，mm | 筛余量，g | 分计筛余百分率，％ | 累计筛余百分率A，％ | Mx |
| 20 | 0 | 0 | 0 | |
| 10 | 358.19 | 19.2768 | 19.2768 | |
| 5 | 1400 | 75.3442 | 94.6210 | |
| 2 | 98.88 | 5.3125 | 99.9425 | |
| 1 | 1.07 | 0.0575 | 100 |
试验例2
将实施例1-5与对比例所得黏土陶粒进行堆积密度检测，实施例1-5与对比例各分两组进行检测，检测结果如下表所示：
实施例1堆积密度如下表所示：
实施例2堆积密度如下表所示：
实施例3堆积密度如下表所示：
实施例4堆积密度如下表所示：
实施例5堆积密度如下表所示：
对比例堆积密度如下表所示：
试验例3
将实施例1-5与对比例所得黏土陶粒进行吸水率检测，实施例1-5与对比例各分三组进行检测，检测结果如下所示：
实施例1的吸水率如下表所示：
实施例2的吸水率如下表所示：
实施例3的吸水率如下表所示：
实施例4的吸水率如下表所示：
实施例5的吸水率如下表所示：
对比例的吸水率如下表所示：
试验例4
将实施例1-5与对比例所得黏土陶粒进行表观密度检测，实施例1-5与对比例各分三组进行检测，检测结果如下所示：
实施例1的表观密度如下表所示：
实施例2的表观密度如下表所示：
实施例3的表观密度如下表所示：
实施例4的表观密度如下表所示：
实施例5的表观密度如下表所示：
对比例的表观密度如下表所示：
试验例5
将实施例1-5与对比例所得黏土陶粒进行空隙率检测，实施例1-5与对比例各分三组进行检测，检测结果如下所示：
实施例1空隙率如下表所示：
实施例2空隙率如下表所示：
实施例3空隙率如下表所示：
实施例4的空隙率如下表所示：
实施例5的空隙率如下表所示：
对比例的空隙率如下表所示：
由上述试验例结果对比可知：相对于对比例，本发明实施例所得黏土陶粒的级配更优，堆积密度更低，吸水率和表观密度、空隙率更高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种黏土陶粒的微波烧结方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将渣土、粉煤灰搅拌均匀，接着加入水泥混合，然后在搅拌状态下加入水，继续搅拌2-10min，得到混合物；
其中，渣土、粉煤灰、水泥、水的质量比为40-60：80-120：2-5：5-10；
S2、将混合物放入成球盘成球，成球时间为5-15min，取出后放入至烘干箱中烘干12-36h，将产物加入至微波反应器中微波处理5-15min，微波功率为3000-5000W，冷却得到黏土陶粒。
2.根据权利要求1所述黏土陶粒的微波烧结方法，其特征在于，在S1中，所述渣土为粘性土。
3.根据权利要求1所述黏土陶粒的微波烧结方法，其特征在于，在S1中，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述黏土陶粒的微波烧结方法，其特征在于，在S2微波处理后，再次微波处理1-5次，其中微波功率为3000-5000W，单次微波时间为5-15min。
5.根据权利要求1-4任一项所述黏土陶粒的微波烧结方法，其特征在于，S1中还包括：低密度增强剂；
S1具体操作如下：将渣土、粉煤灰加入搅拌均匀，再加入低密度增强剂搅拌均匀，接着加入水泥混合，然后在搅拌状态下加入水，继续搅拌2-10min，得到混合物；其中低密度增强剂与水泥的质量比为1.5-3：1。
6.根据权利要求5所述黏土陶粒的微波烧结方法，其特征在于，低密度增强剂采用如下工艺制取：将铝矾土在温度400-500℃煅烧20-40min，粉碎后过500目筛，再加入纳米海泡石混合均匀，过500目筛，将所得物料加入至成球机中，加入过程中喷入水蒸气，过80-100目筛得到球料，干燥，400-500℃煅烧5-10h，得到低密度增强剂。
7.根据权利要求6所述黏土陶粒的微波烧结方法，其特征在于，铝矾土、纳米海泡石的质量比为5-10：1-2。
8.根据权利要求6所述黏土陶粒的微波烧结方法，其特征在于，铝矾土的组分按质量百分比包括：Fe2O3 26-28％，SiO2 37-39％，余量为Al2O3。
9.根据权利要求5所述黏土陶粒的微波烧结方法，其特征在于，低密度增强剂的100MPa闭合压强破碎率≤1.5％，体积密度≤1.2g/cm3，视密度≤2.5g/cm3。
10.一种黏土陶粒，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述黏土陶粒的微波烧结方法制成。
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