CN114044641A - 一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料及其制备方法，属于建筑材料技术领域。本发明首次提出利用挤压成型的方式将黄河泥沙粉体制造成人造骨料，用来替代天然骨料，减少天然骨料的消耗。本发明所述方法相比于胶结成型骨料，具有成本低(需要的胶结剂较少)、骨料成型率高、骨料成型速率快等优点；本发明不仅解决了平原地区骨料短缺的问题，且为黄河泥沙的大规模应用提供新的思路，也对解决黄河泥沙淤积的问题提出很好的解决方案。

Description

一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料及其制备方法。

背景技术

近年来，环境变化和人类活动的等多因素作用下，黄河流域的水沙俱减，但其水少沙多的本质问题仍然存在，泥沙的大量淤积仍是目前亟待解决的问题。由于泥沙的淤积，引发了一系列的问题，比如减少河流的过洪面积，抬高洪水水位，造成黄河决堤；河南开封的高出地面十多米的地上悬河，严重威胁着下游群众的生命安全；泥沙淤积占据了大量的水库库容，降低了水库防洪、发电等综合效益。黄河泥沙来源于黄土高原第四纪沉淀物，由铝硅酸盐组成。以粒径0.05mm为界，小于0.05mm的细颗粒是化学风化的产物，基本上是层状硅酸盐，属黏土，如伊利石、绿泥石、蒙脱石等；大于等于0.05mm的粗颗粒是物理风化的产物，如石英占35.6％～53.7％、长石(NaAlSi₃O₈，氧化硅44.7％，氧化铝18.4％，氧化钾16.9％)占13.8％～46.6％，为架状硅酸盐，长石有钾长石、钠长石和钙长石之分。从黄河泥沙属性分析，应属于自然资源。近几年来，黄河泥沙作为硅质材料已经得到材料科学工作者和水利工作者联合攻关，对黄河泥沙的资源情况、物理化学性能和工艺性能，以及工业应用等进行了较系统的探索，取得了可喜的成果和经验，大致分为两类：一类是王萍在“利用黄河泥沙制作防汛备防石的试验研究”中以水泥和粉煤灰作胶结剂，黄河泥沙为骨料来制备黄河泥沙备防石；李浩在“一种利用黄河泥沙制成的免烧砖及其生产方法”中以水泥、氟石膏粉为胶结剂，黄河泥沙为主要粒料，采用挤压成型的方式制作免蒸免烧砖；李珉安等在“一种利用黄河泥沙制备的加气混凝土砌块”中以水泥、粉煤灰、石灰为胶结剂，黄河泥沙为主要的骨料制作了加气混凝土砌块等制品多是以黄河泥沙作为惰性骨料直接进行加工使用。另一类是岳钦艳等在“赤泥黄河泥沙烧结砖及其制备方法”中采用赤泥与黄河泥沙的混合物进行高温焙烧成型烧结砖；吴建锋等在“黄河泥沙制备陶瓷清水砖的研究”中以黄河泥沙为主要原材料，采用挤出成型、高温焙烧的方式制作陶瓷清水砖；徐晓虹等在“黄河泥沙质陶瓷泥浆工艺性能的影响因素”中以黄河泥沙为主要原料成功地调制了适合于注浆成型的陶瓷泥浆，黄河泥沙的添加质量高达60％，高温焙烧来制作陶瓷酒瓶；曹珍珠等在“利用黄河泥沙制备陶瓷多孔颗粒”中以山东省垦利县黄河泥沙为实验原料，外加碳粉和碳化硅为发泡剂，提出一种利用河沙制备多孔陶瓷方法。以上两类方式是目前黄河泥沙资源化利用研究中主要的技术手段。但一方面受限于材料应用面较窄、工艺复杂导致无法规模化应用推广；另一方面黄河泥沙属于硅质材料熔点高，对其进行烧结需要较高的温度，需要消耗较多的能源，降低了其资源化利用的性价比。因此，这两类技术手段在技术上，应用上存在一定的不足，且目前尚没有形成规模，也没有形成牵动全局的产业。

利用天然的黄河泥沙制作混凝土骨料，目前尚未见研究成果发布。混凝土是目前世界上利用最广泛的大宗建筑材料，其中骨料在混凝土中占有70％～80％的体积。天然骨料多来自卵石和岩石破碎后的碎石，岩石破碎制备骨料的过程不仅消耗大量的电力，而且会产生大量的粉体，污染大气环境。由于大规模的基础建设，天然骨料被大量消耗，导致骨料短缺，特别对于平原地区，建筑需要的骨料需要大规模从外地调运，增加了建设成本。因此，将黄河泥沙粉体通过一定的方法制成骨料，用来替代天然骨料，这不仅解决了天然骨料短缺，具有不可再生性的问题；且为黄河泥沙的规模性资源化应用提供更广阔的空间，也对解决黄河流域泥沙淤积造成的生态问题、安全问题提供了很好的解决方案，意义重大，经济、社会、环境效益显著。

发明内容

本发明首次提出利用挤压成型的方式将黄河泥沙粉体制造成人造骨料，用来替代天然骨料，减少天然骨料的消耗。本发明所述方法相比于胶结成型骨料，具有成本低(需要的胶结剂较少)、骨料成型率高、骨料成型速率快等优点。这不仅解决了平原地区骨料短缺的问题，且为黄河泥沙的大规模应用提供新的思路，也对解决黄河泥沙淤积的问题提出了很好的解决方案。

本发明的技术方案：

一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料，由以下重量百分比的组分：水1％～10％、水泥3％～15％、黄河泥沙75％～95％混合后挤压成型而成。

所述水泥为通用硅酸盐水泥。

所述黄河泥沙中值粒径(D50)不大于200um；SiO₂含量不低于60％。

对辊式挤压造粒机是针对粉体或小颗粒物料设计的一种专用成型设备，粒径可控制为2.5～30mm，其成粒率不低于90％。

一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按上述比例称取各个组分备用；

S2、将黄河泥沙与水泥混合搅拌5～10min；

S3、将称量好的水与步骤S2得到的混合物混合搅拌5～10min；

S4、将步骤S3得到混合料倒入螺旋喂料机构并启动对辊式挤压造粒机；对辊式挤压造粒机的参数设置为：辊间距0.3～3mm；球窝直径为2.5～30mm。

S5、将步骤S4经筛分整形后的颗粒放置在温度不低于15℃、相对湿度不低于50％的环境中养护24h，然后移入养护室养护至适当龄期。

本发明的原理及有益效果为：本发明充分利用黄河泥沙这种自然资源，采用挤压造粒的原理，将黄河泥沙与少量的胶结剂混合，在外力作用下挤压成颗粒，作为骨料应用于混凝土中。本发明具有成本低、制作工艺简单适合工厂化生产、造粒效率高等优点。这不仅解决了天然骨料短缺的问题，且为实现黄河泥沙规模化资源利用提供了新的应用方向。

附图说明

图1是本发明的制备方法工艺流程图。

图2是黄河泥沙掺量与挤压成型骨料性能的变化关系图。

具体实施方式

以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。

实施例1

一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料，由以下重量百分比的组分组成：水10％；P·O42.5水泥15％；黄河泥沙75％。实验参照标准《GB/T 14685-2011》对骨料相关性能要求进行了相关测试。

其制备方法包括以下步骤：

S1、按照本实施例中的配比，称取各个组分备用；

S2、将黄河泥沙与P·O42.5水泥混合搅拌10min；

S3、将称量好的水与S2得到的混合料混合搅拌5min；

S4、将步骤S3得到的混合料倒入螺旋喂料机构并启动对辊式挤压造粒机；对辊式挤压造粒机的参数设置：辊间距0.5mm；球窝直径为10mm。

S5、将S4经筛分整形后的颗粒置于22℃、相对湿度55％的环境中养护24h，然后移放在标准养护室养护到龄期28d。

本实例所得的一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料的性能测试如表1示。

表1实施例1制备骨料的性能测试结果

实施例2

一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料，由以下重量百分比的组分组成：水9％；P·O42.5水泥11％；黄河泥沙80％。实验参照标准《GB/T 14685-2011》对骨料相关性能要求进行了相关测试。

其制备方法包括以下步骤：

S1、按照本实施例中的配比，称取各个组分备用；

S2、将黄河泥沙与P·O42.5水泥混合搅拌10min；

S3、将称量好的水与S2得到的混合料混合搅拌5min；

S4、将步骤S3得到的混合料倒入螺旋喂料机构并启动对辊式挤压造粒机；对辊式挤压造粒机的参数设置：辊间距0.5mm；球窝直径为15mm。

S5、将S4经筛分整形后的颗粒置于22℃、相对湿度55％的环境中养护24h，然后移放在标准养护室养护到龄期28d。

本实例所得的一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料的性能测试如表2示。

表2实施例2制备骨料的性能测试结果

实施例3

一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料，由以下重量百分比的组分组成：水5.5％；P·O42.5水泥9.5％；黄河泥沙85％。实验参照标准《GB/T 14685-2011》对骨料相关性能要求进行了相关测试。

其制备方法包括以下步骤：

S1、按照本实施例中的配比，称取各个组分备用；

S2、将黄河泥沙与P·O42.5水泥混合搅拌8min；

S3、将称量好的水与S2得到的混合物混合搅拌5min；

S4、将步骤S3得到的混合料倒入螺旋喂料机构并启动对辊式挤压造粒机；对辊式挤压造粒机的参数设置：辊间距0.5mm；球窝直径为15mm。

S5、将S4经筛分整形后的颗粒置于20℃、相对湿度60％的环境中养护24h，然后移放在标准养护室养护到28d龄期。

本实施例所得的一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料的性能如表3示。

表3实施例3制备骨料的性能测试结果

实施例4

一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料，由以下重量百分比的组分组成：水3.9％；P·O42.5水泥6.1％；黄河泥沙90％。实验参照标准《GB/T 14685-2011》对骨料相关性能要求进行了相关测试。

其制备方法包括以下步骤：

S1、按照本实施例中的配比，称取各个组分备用；

S2、将黄河泥沙与P·O42.5水泥混合搅拌10min；

S3、将称量好的水与S2得到的混合物混合搅拌10min；

S4、将步骤S3得到的混合料倒入螺旋喂料机构并启动对辊式挤压造粒机；对辊式挤压造粒机的参数设置：辊间距0.5mm；球窝直径为20mm。

S5、将S4经筛分整形后的颗粒置于19℃、相对湿度65％的环境中养护24h，然后移放在温度为80℃饱和石灰水中快速养护5h。

本实施例所得的一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料的性能测试如表4示。

表4实施例4制备骨料的性能测试结果

实施例5

一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料，由以下重量百分比的组分组成：水2％；P·O42.5水泥3％；黄河泥沙95％。实验参照标准《GB/T 14685-2011》对骨料相关性能要求进行了相关测试。

其制备方法包括以下步骤：

S1、按照本实施例中的配比，称取各个组分备用；

S2、将黄河泥沙与P·O42.5水泥混合搅拌10min；

S3、将称量好的水与S2得到的混合料混合搅拌5min；

S4、将步骤S3得到的混合料倒入螺旋喂料机构并启动对辊式挤压造粒机；对辊式挤压造粒机的参数设置：辊间距0.5mm；球窝直径为10mm。

S5、将S4经筛分整形后的颗粒置于22℃、相对湿度55％的环境中养护24h，然后移放在标准养护室养护到龄期28d。

本实例所得的一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料的性能测试如表5示。

表5实施例5制备骨料的性能测试结果

综上，上述案例中吸水率、压碎指标均满足标准《GB/T 14685-2011》对骨料相关性能要求，根据《JGJ 52-2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》标准规定上述案例中的骨料可用于配制强度等级不高于C40的普通水泥混凝土。该方法成型的骨料可以根据混凝土不同强度等级，及对骨料强度性能的不同要求，通过调节胶结料与黄河泥沙之间的掺配比例，来制备适用于不同强度等级混凝土的骨料，最大限度提高材料利用率和性价比。

Claims (9)

1.一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料，其特征在于，由以下重量百分比的组分：水1％～10％、水泥3％～15％、黄河泥沙75％～95％混合后挤压成型而成。

2.如权利要求1所述的一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料，其特征在于，由以下重量百分比的组分：水1％～10％、水泥3％～15％、黄河泥沙80％～90％混合后挤压成型而成。

3.如权利要求1所述的一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料，其特征在于，由以下重量百分比的组分：水1％～10％、水泥3％～15％、黄河泥沙80％～85％混合后挤压成型而成。

4.如权利要求1所述的一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料，其特征在于，由以下重量百分比的组分：水1％～10％、水泥3％～15％、黄河泥沙85％～90％混合后挤压成型而成。

5.如权利要求1所述的一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料，其特征在于，由以下重量百分比的组分：水1％～10％；水泥3％～15％；黄河泥沙80％或85％或90％；各组分混合后挤压成型而成。

6.如权利要求1-5任一所述的一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料，其特征在于，所述水泥为通用硅酸盐水泥。

7.如权利要求1-5任一所述的一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料，其特征在于，所述黄河泥沙中值粒径(D50)不大于200um；SiO₂含量不低于60％。

8.如权利要求6任一所述的一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料，其特征在于，所述黄河泥沙中值粒径(D50)不大于200um；SiO₂含量不低于60％。

9.权利要求1-8任一所述一种以黄河泥沙为原材料的挤压成型骨料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、按上述比例称取各个组分备用；

S2、将黄河泥沙与水泥混合搅拌5～10min；

S3、将称量好的水与步骤S2得到的混合物混合搅拌5～10min；

S4、将步骤S3得到混合料倒入螺旋喂料机构并启动对辊式挤压造粒机；对辊式挤压造粒机的参数设置为：辊间距0.3～3mm；球窝直径为2.5～30mm；

S5、将步骤S4经筛分整形后的颗粒放置在温度不低于15℃、相对湿度不低于50％的环境中养护24h，然后移入养护室养护至适当龄期。

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