CN113603381A - 一种水泥造壳淤泥陶粒及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水泥造壳淤泥陶粒及其制备方法和应用，属于淤泥陶粒技术领域。本发明提供的制备方法包括以下步骤：(1)将第一份水泥与水进行第一混合，得到泥浆，将淤泥陶粒与所述泥浆进行第二混合，所得混合物中的固体与多余泥浆分离后得到水泥包裹的淤泥陶粒；所述第一份水泥与水的质量比为1:0.3～0.5；(2)将第二份水泥与所述水泥包裹的淤泥陶粒进行第三混合，过筛后得到水泥造壳的淤泥陶粒。本发明采用先在淤泥陶粒表面包覆泥浆，再包覆水泥干粉的方法，操作简单，能够有效避免淤泥陶粒间的相互粘结，保证造壳质量，且造壳后的水泥壳层厚度均匀，强度高。

Description

一种水泥造壳淤泥陶粒及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及淤泥陶粒技术领域，特别涉及一种水泥造壳淤泥陶粒及其制备方法和应用。
背景技术
建筑陶粒凭借其轻质高强，保温隔热等优异的性能，在地下车库顶板回填、卫生间回填、屋面保温等方面大量地应用，减轻结构承重的同时，能够处理复杂的层间排水的问题。建筑陶粒一般按照烧制使用的主要材料进行分类，其可分为黏土陶粒、页岩陶粒、煤矸石陶粒和淤泥陶粒等。
随着近年来大城市人口迁移不断增加，使得城市内垃圾排放量骤增，河流污染不断加剧，其内源性的污染物——河道底泥，由于含量太大，已经无法通过填埋等方式处理，而制备成淤泥陶粒成为解决其消纳问题的良好途径。但是，由于淤泥陶粒强度低，需要对其进行增强处理才能作为建筑陶粒进一步使用。
现有的淤泥材料增强的方式主要为造壳处理，即将一定胶凝材料包裹在淤泥陶粒表面，待表面凝结硬化后形成一层结构层以增加陶粒的强度，降低陶粒的吸水率，改善陶粒混凝土相关制品的耐久性。但以上制作过程中无法避免陶粒之间相互粘结的问题，以致在胶凝材料表面硬化之前需要一直进行搅拌工作以防止其相互粘结，其工艺的工作量及成本是巨大的。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种水泥造壳淤泥陶粒及其制备方法和应用。本发明提供的方法操作简单，成本低廉，能够有效避免淤泥陶粒间的相互粘结。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种水泥造壳淤泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将第一份水泥与水进行第一混合，得到泥浆，将淤泥陶粒与所述泥浆进行第二混合，所得混合物中的固体与多余泥浆分离后得到水泥包裹的淤泥陶粒；所述第一份水泥与水的质量比为1:0.3～0.5；
(2)将第二份水泥与所述水泥包裹的淤泥陶粒进行第三混合，过筛后得到水泥造壳的淤泥陶粒。
优选的，所述淤泥陶粒的平均直径为10～25mm；所述淤泥陶粒的表观密度为300～600kg/m3。
优选的，所述第一份水泥的质量由式1计算得到：
Figure BDA0003268001430000021
其中，mc为第一份水泥的质量，单位为kg；
m为淤泥陶粒的质量，单位为kg；
ρ为淤泥陶粒的表观密度，单位为kg/m3；
D为陶粒的平均直径，单位为mm；
ρc为水泥密度，单位为kg/m3；
d为预估造壳厚度，单位为mm。
优选的，所述第一份水泥与第二份水泥的质量比为2:1～3。
优选的，所述第一混合、第二混合和第三混合的时间独立为30～120s，第一混合、第二混合和第三混合的转速独立为20～45rpm。
优选的，所述步骤(1)中所得混合物中的固体与多余泥浆分离的方法包括以下步骤：
将固体置于筛网上，进行振动；所述筛网的孔径小于淤泥陶粒的平均直径；
或包括以下步骤：
将第二混合所得混合物依次进行静置和过滤，。
优选的，所述振动的频率为30～130Hz，时间为5～35s；
所述静置的时间为2～10min。
本发明提供了上述制备方法得到的水泥造壳的淤泥陶粒，包括淤泥陶粒和包覆于所述淤泥陶粒外部的水泥壳层，所述水泥壳层的厚度为1～3mm。
本发明提供了上述水泥造壳的淤泥陶粒作为混凝土骨料的应用。
本发明提供了一种水泥造壳淤泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将第一份水泥与水进行第一混合，得到泥浆，将淤泥陶粒与所述泥浆进行第二混合，所得混合物中的固体与多余泥浆分离后得到水泥包裹的淤泥陶粒；所述第一份水泥与水的质量比为1:0.3～0.5；(2)将第二份水泥与所述水泥包裹的淤泥陶粒进行第三混合，过筛后得到水泥造壳的淤泥陶粒。本发明采用先在淤泥陶粒表面包覆泥浆，再包覆水泥干粉的方法，操作简单，初步裹实水泥浆后，在表面继续添加水泥干粉可以降低表面水泥浆层的水灰比，当表面水泥浆的水灰比较低时，表面之间无黏连。因此本发明能够有效避免淤泥陶粒间的相互粘结，保证造壳质量，且造壳后的水泥壳层厚度均匀，强度高。
进一步的，本发明通过式1计算第一份水泥的质量，并控制第一份水泥与第二份水泥的质量比为2:1～3，能够在满足造壳要求的同时降低水泥的用量，从而降低淤泥陶粒的造壳成本。
附图说明
图1为水泥造壳淤泥陶粒的工艺流程图；
图2为实施例1所得水泥造壳淤泥陶粒的实物图；
图3为陶粒泡沫混凝土的工艺流程图；
图4为未造壳陶粒泡沫混凝土与造壳后陶粒泡沫混凝土试块切面对比图。
具体实施方式
本发明提供了一种水泥造壳淤泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将第一份水泥与水进行第一混合，得到泥浆，将淤泥陶粒与所述泥浆进行第二混合，所得混合物中的固体与多余泥浆分离后得到水泥包裹的淤泥陶粒；所述第一份水泥与水的质量比为1:0.3～0.5；
(2)将第二份水泥与所述水泥包裹的淤泥陶粒进行第三混合，过筛后得到水泥造壳的淤泥陶粒。
本发明将第一份水泥与水进行第一混合，得到泥浆，将淤泥陶粒与所述泥浆进行第二混合，固体与多余泥浆分离后得到水泥包裹的淤泥陶粒。本发明对所述水泥的种类没有特殊的要求，使用本领域熟知的水泥即可。
在本发明中，所述第一份水泥与水的质量比为1:0.3～0.5，优选为1:0.4。在本发明中，所述第一混合的方式优选为搅拌混合，所述混合的时间优选为30～120s，更优选为60～90s；所述混合的转速优选为45rpm。在本发明中，所述第一混合优选在强制式单卧轴混凝土搅拌机中进行。
在本发明中，所述第一份水泥的质量由式1计算得到：
Figure BDA0003268001430000041
其中，mc为第一份水泥的质量，单位为kg；
m为淤泥陶粒的质量，单位为kg；
ρ为淤泥陶粒的表观密度，单位为kg/m3；
D为陶粒的平均直径，单位为mm；
ρc为水泥密度，单位为kg/m3；
d为预估造壳厚度，单位为mm。
在本发明中，所述淤泥陶粒的平均直径优选为10～25mm，更优选为15～20mm；所述陶粒的表观密度优选为300～600kg/m3，更优选为400～500kg/m3。在本发明中，所述水泥密度优选为3000～3150kg/m3，更优选为3050～3100kg/m3。在本发明中，所述预估造壳厚度根据实际造壳需要而定，优选为d＝1mm。在本发明中，所述淤泥陶粒的表观密度优选根据《轻集料及其试验方法第2部分：轻集料试验方法》(GB/T 17431.2—2010)测定得到。
在进行第二混合前，本发明优选对所述淤泥陶粒进行过筛处理，除去泥沙、残渣等杂质。所述过筛优选为过4.75mm筛。
在本发明中，所述第二混合的方式优选为搅拌混合，所述混合的时间优选为30～120s，更优选为60～90s；所述混合的转速优选为45rpm。在本发明中，所述第二混合优选在强制式单卧轴混凝土搅拌机中进行。
在本发明中，所述固体与多余泥浆分离的方法包括以下步骤：
将固体置于筛网上，进行振动；所述筛网的孔径小于淤泥陶粒的平均直径。
在本发明中，所述筛网的孔径优选为4～9mm，更优选为4.75mm。在本发明中，所述振动的频率优选为30～130Hz，更优选为50Hz，时间优选为5～35s，更优选为10～25s。
在本发明中，所述固体与多余泥浆分离的方法或包括以下步骤：
将第二混合所得混合物依次进行静置和过滤。
在本发明中，所述静置的时间优选为2～10min，更优选为5～8min；本发明对所述过滤的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的过滤方式即可。
得到所述水泥包裹的淤泥陶粒后，本发明将第二份水泥与所述水泥包裹的淤泥陶粒进行第三混合，过筛后得到水泥造壳的淤泥陶粒。在本发明中，所述第一份水泥与第二份水泥的质量比优选为2:1～3，更优选为2:1。在本发明中，所述第三混合的方式优选为搅拌混合，所述混合的时间优选为30～120s，更优选为60～90s；所述混合的转速优选为20～45rpm，更优选为45rpm。在本发明中，所述第三混合优选在强制式单卧轴混凝土搅拌机中进行。
在本发明中，所述过筛优选为过4.75mm筛。
本发明提供了上述制备方法得到的水泥造壳的淤泥陶粒，包括淤泥陶粒和包覆于所述淤泥陶粒外部的水泥壳层。
在本发明中，所述淤泥陶粒的平均直径优选为10～25mm，更优选为15～20mm；所述水泥壳层的厚度优选为1～3mm，更优选为1.5～2.5mm。
本发明提供了上述水泥造壳的淤泥陶粒作为混凝土骨料的应用。
在本发明中，所述水泥造壳的淤泥陶粒作为混凝土骨料时，添加量优选为256～384kg/m3，优选为320kg/m3。
下面结合实施例对本发明提供的水泥造壳淤泥陶粒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。
实施例1
水泥造壳淤泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将淤泥陶粒使用4.75mm筛网过滤除去泥沙、残渣等杂质备用。测试淤泥陶粒相关物理指标，颗粒级配如表1所示，淤泥陶粒的平均直径为19mm。选取松散堆积状态的陶粒20L，并称重，其质量为3.95kg，表观密度为352kg/m3，经计算所需第一份水泥的质量为11.2kg。
表1淤泥陶粒的颗粒级配
Figure BDA0003268001430000061
(2)同时按水泥：水＝10：5的比例称取5.6kg水，将水泥和水倒入强制式搅拌机第一混合60s，转速为45rpm；其后倒入陶粒第二混合60s，转速为45rpm。其后将裹满水泥浆的陶粒倒出在1m×1m的孔径为4.75mm的筛网上，静置5min，得到水泥包裹的淤泥陶粒。同时清洗搅拌机，并用干毛巾擦去搅拌机锅内壁上的水分。
(3)向搅拌锅中倒入5.6kg水泥，再将静置后的陶粒倒入搅拌锅，待搅拌60s后将陶粒倒出。再次使用4.75mm孔径筛网筛除去多余粉料，完成造壳，得到水泥造壳淤泥陶粒。
其中，水泥造壳淤泥陶粒的工艺流程图如图1所示。造壳前后淤泥陶粒的实物图如图2所示，图2中，(a)为造壳前的淤泥陶粒，(b)为造壳后的淤泥陶粒。由图2可以看出，本发明所得水泥造壳淤泥陶粒间无粘结。
造壳前后陶粒性能对比见表2。
表2造壳前后陶粒性能对比
Figure BDA0003268001430000062
由表2可以看出，水泥造壳后的淤泥陶粒无论是表观密度和堆积密度均大幅度提高，能够避免在使用中淤泥陶粒上浮的问题。造壳后淤泥陶粒吸水率降低，筒压强度升高。
实施例2
水泥造壳淤泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将淤泥陶粒使用4.75mm筛网过滤除去泥沙、残渣等杂质备用。测试淤泥陶粒相关物理指标，颗粒级配如表2所示，淤泥陶粒的平均直径为19mm。选取松散堆积状态的陶粒20L，并称重，其质量为3.82kg，表观密度为345kg/m3，经计算所需第一份水泥的质量为10.4kg。
表3淤泥陶粒的颗粒级配
Figure BDA0003268001430000071
(2)同时按水泥：水＝10：3的比例称取3.1kg水，将水泥和水倒入强制式搅拌机第一混合80s，转速为45rpm；其后倒入陶粒第二混合80s，转速为45rpm。其后将裹满水泥浆的陶粒倒出在1m×1m的孔径为4.75mm的筛网上，静置5min，得到水泥包裹的淤泥陶粒。同时清洗搅拌机，并用干毛巾擦去搅拌机锅内壁上的水分。
(3)向搅拌锅中倒入3.1kg水泥，再将静置后的陶粒倒入搅拌锅，待搅拌60s后将陶粒倒出。再次使用4.75mm孔径筛网筛除去多余粉料，完成造壳，得到水泥造壳淤泥陶粒，造壳前后陶粒性能对比见表4。
表4造壳前后陶粒性能对比
Figure BDA0003268001430000072
由表4可以看出，水泥造壳后的淤泥陶粒无论是表观密度和堆积密度均大幅度提高，能够避免在使用中淤泥陶粒上浮的问题。造壳后淤泥陶粒吸水率降低，筒压强度升高。
实施例3
将上述同厂陶粒使用4.75mm筛网过滤除去泥沙、残渣等杂质备用。测试陶粒相关物理指标，颗粒级配如表5所示，其他性能参数如表4所示。选取松散堆积状态的陶粒20L，并称重，其质量为4.00kg。
带入相关测试到式(1)计算，所需水泥质量为11.8kg，同时按水泥：水＝10：4的比例称取4.72kg水。将水泥和水导入强制式搅拌机搅拌80s，其后倒入陶粒搅拌80s。其后将裹满水泥浆的陶粒倒出在1m×1m的孔径为4.75mm的筛网上，静置5min，得到水泥包裹的淤泥陶粒。清洗搅拌机，并用干毛巾擦去搅拌机锅内壁上的水分。
待静置完成，倒入5.9kg水泥，再将静置后的陶粒倒入搅拌锅，待搅拌60s后将陶粒倒出。再次使用4.75mm孔径筛网筛除去多余粉料，完成造壳。表6对比造壳后陶粒各性能之间参数。
表5陶粒级配
Figure BDA0003268001430000081
表6造壳前后陶粒性能对比
Figure BDA0003268001430000082
实施例4
将上述实施例3中陶粒制作成陶粒泡沫混凝土：
以相同堆积体积选取等量的造壳及未造壳陶粒(造壳陶粒选取320kg/m3、普通陶粒选取160kg/m3)，选取水泥527.1kg/m3、水97.5kg/m3、高效聚羧酸减水剂1.8kg/m3、泡沫13kg/m3(使用AES发泡剂以质量比1:60配置成水溶液，使用发泡机发泡制成)，按图3所示流程配制成陶粒泡沫混凝土，装入100×100×100mm模具，标准养护28天后测试。
未造壳陶粒泡沫混凝土与造壳后陶粒泡沫混凝土试块切面对比如图4所示，图4中a)为造壳陶粒混凝土试块，b)为普通陶粒混凝土试块。由图4可以看出，本发明陶粒造壳后可明显改善陶粒上浮现象。两者性能对比见表7所示。
表7造壳前后陶粒混凝土性能对比
Figure BDA0003268001430000091
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 (9)

1.一种水泥造壳淤泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将第一份水泥与水进行第一混合，得到泥浆，将淤泥陶粒与所述泥浆进行第二混合，所得混合物中的固体与多余泥浆分离后得到水泥包裹的淤泥陶粒；所述第一份水泥与水的质量比为1:0.3～0.5；
(2)将第二份水泥与所述水泥包裹的淤泥陶粒进行第三混合，过筛后得到水泥造壳的淤泥陶粒。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述淤泥陶粒的平均直径为10～25mm；所述淤泥陶粒的表观密度为300～600kg/m3。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第一份水泥的质量由式1计算得到：
Figure FDA0003268001420000011
其中，mc为第一份水泥的质量，单位为kg；
m为淤泥陶粒的质量，单位为kg；
ρ为淤泥陶粒的表观密度，单位为kg/m3；
D为陶粒的平均直径，单位为mm；
ρc为水泥密度，单位为kg/m3；
d为预估造壳厚度，单位为mm。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一份水泥与第二份水泥的质量比为2:1～3。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合、第二混合和第三混合的时间独立为30～120s，第一混合、第二混合和第三混合的转速独立为20～45rpm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中所得混合物中的固体与多余泥浆分离的方法包括以下步骤：
将固体置于筛网上，进行振动；所述筛网的孔径小于淤泥陶粒的平均直径；
或包括以下步骤：
将第二混合所得混合物依次进行静置和过滤。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述振动的频率为30～130Hz，时间为5～35s；
所述静置的时间为2～10min。
8.权利要求1～7任意一项所述制备方法得到的水泥造壳的淤泥陶粒，包括淤泥陶粒和包覆于所述淤泥陶粒外部的水泥壳层，所述水泥壳层的厚度为1～3mm。
9.权利要求8所述的水泥造壳的淤泥陶粒作为混凝土骨料的应用。
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