CN115304396A - 一种湖库淤泥高强陶粒及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种湖库淤泥高强陶粒及制备方法，按重量百分比计，高强陶粒的原料组成为：湖库淤积物80～100％，玄武岩粉0～10％，膨润土0～10％。该湖库淤泥高强陶粒的制备方法，包括：(1)称量混匀；(2)造粒成球：采用手动制球或制球机制球，得到生料球；所述生料球粒径为5mm～7mm；(3)烘干：将制备好的生料球放入电热烘箱，在温度为105℃条件下，干燥3h；(4)烧制陶粒：将干燥后的生料球进行焙烧处理，其中焙烧温度为1000℃～1250℃，焙烧时间为10min～35min；冷却即得。本发明湖库淤泥陶粒属于高强陶粒，可用于建筑中起承重作用中的结构混凝土或高强混凝土。

Description

一种湖库淤泥高强陶粒及制备方法
技术领域
本发明涉及一种湖库淤泥陶粒，具体涉及一种利用湖库淤泥制备高强陶粒的方法。
背景技术
疏浚淤积物经过处理后，可作为建筑材料使用，如利用疏浚产生的淤积物用于陶粒、建 筑用砖的制造等。陶粒是淤积物转型利用制作过程最简便、淤积物利用率最高的产品。湖库 淤积物与生产陶粒所使用的黏土化学成分及颗粒级配相似，且水生动植物残骸及生活用水的 排放导致淤积物中有机质含量较高，在陶粒烧结中有机质的分解有助于孔隙的产生。因此， 利用疏浚淤积物为主要原料，结合添加剂可以制作轻质建筑陶粒。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种湖库淤泥高强陶粒及制备方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种湖库淤泥高强陶粒，按重量百分比计，高强陶粒的原料组成为：湖库淤积物80～100％， 玄武岩粉0～10％，膨润土0～10％。
按重量百分比计，高强陶粒的原料组成为：湖库淤积物91～97％，玄武岩粉3～9％。
按重量百分比计，高强陶粒的原料组成为：湖库淤积物93％，玄武岩粉7％。
所述湖库淤积物为湖库淤泥经脱水处理后，筛分得到的中值粒径≤0.025mm的淤积物， SiO2质量含量为55～80％。
按重量百分比计，所述湖库淤积物的中值粒径为12.5μm，湖库淤积物的主要成分含量为： SiO2 55～80％、Al2O3 10～20％、CaO 5～15％、Fe2O3 1～10％、K2O 1～5％、MgO 1～5％、Na2O 1～5％、 TiO2 0.1～1％，余量为其他杂质。
所述玄武岩粉为超细玄武岩粉，中值粒径d＜0.01mm。
按重量百分比计，所述玄武岩粉的主要化学组成为：SiO2 60～70％、Al2O3 10～20％、Fe2O3 5～15％、K2O 1～10％、MgO1～5％、CaO 1～5％、Na2O1～5％、TiO21～3％。
所述湖库淤泥高强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)称量混匀
按配比称取各原料组成，备用；
将各原料加入搅拌机中，搅拌均匀；加入水，搅拌，使各原料粘合在一起，备用；
(2)造粒成球
采用手动制球或制球机制球，得到生料球；所述生料球粒径为5mm～7mm；
(3)烘干
将制备好的生料球放入电热烘箱，在温度为105℃条件下，干燥3h；
(4)烧制陶粒
将干燥后的生料球进行焙烧处理，其中焙烧温度为1000℃～1250℃，焙烧时间为10min～35min；冷却即得。
步骤1)原料总量与水的质量比为80～90：10～20。
所述焙烧温度为1210℃，焙烧时间为10min。
本发明有益效果：
气孔状玄武岩又称为“浮石”，其气孔多，质地坚硬，通常用于混凝土中，可使混凝土重 量减轻，是高层建筑轻质混凝土的良好骨料。本发明在淤积物中添加玄武岩粉，以实现陶粒 轻质、高强的目的，所得湖库淤泥陶粒属于高强陶粒，可用于建筑中起承重作用中的结构混 凝土或高强混凝土。
利用本发明方法所得陶粒，堆积密度在870kg/cm3～880kg/cm3之间，密度等级为900 级；筒压强度在17.1MPa～17.2MPa之间，高于规范中高强轻集料要求的5.0MPa，属于高强 陶粒；吸水率在1％～2％之间，低于规范要求的10％；软化系数测试结果为0.97，高于规定 人造轻集料软化系数≥0.80；15次冻融循环后陶粒的质量损失率为1.29％，符合冻融循环后质 量损失率小于5％的要求；煮沸损失量为0.19％，符合规定≤2.0％的要求。
本发明以紫坪铺水库淤泥作为主要原料，通过高温焙烧得到新型轻质淤泥陶粒。高温过 程不仅可以氧化其中的有机物，杀灭微生物，稀释和固化重金属，而且可以利用有机物燃烧 产生的热值，实现废物的充分利用，节能环保，达到节水、节地、节能、降低成本的效果， 社会、经济和环境效益显著。
附图说明
图1实施例1中陶粒原料的化学组成的三相图。
图2实施例2中紫坪铺水库淤积物制备陶粒的工艺流程图。
图3实施例2中配比为100％淤积物在不同烧结温度下所得陶粒。
图4实施例2中1175℃下不同粒径淤积物所得陶粒。
图5实施例2中不同放大倍数下的陶粒微观形貌图。
图6实施例2中不同烧结温度所得陶粒。
其中，(a)7％Fe-7％CaO-86％淤积物(1175℃)；(b)7％Fe-93％淤积物(1175℃)；(c)
7％Fe-93％淤积物(1170℃)。
图7实施例2中不同玄武岩粉掺量、不同烧结时间所得陶粒。
其中，(a)1210℃、焙烧1min；(b)1210℃、焙烧5min；(c)1210℃、焙烧10min。
图8实施例2中不同膨润土掺量、不同烧结温度所得陶粒。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。如无特别说明，实施例中 所涉及的仪器设备均为常规仪器设备；涉及原料均为市售常规原料；涉及试验方法均为常规 方法。
对紫坪铺水库淤泥进行清理，并对本次库容恢复清理出来的泥沙进行分类利用。经脱水 处理后筛分得到不同粒径的淤积物，其中符合建设用砂要求的淤积物(中值粒径＞0.15mm) 可直接用于当地基础设施建设，剩余淤积物(中值粒径≤0.15mm)可用作转型利用产品制备 原料。本发明选用中值粒径≤0.025mm的淤积物(SiO2含量55～80％)用于陶粒的制作。
实施例1淤泥作为陶粒原料的可行性
烧制陶粒轻集料必须满足两个基本条件：一是原料在高温条件下能释放出足够多的气体； 二是在高温条件下，产生足够熔融态的玻璃相，从而包裹住内部产生的气体；当原料化学成 分组成位于SiO2、Al2O3及助融成分(CaO、MgO、Na2O、K2O、Fe2O3等)组成的三相图膨胀区(图1)，按重量百分比计，生产陶粒化学组成合适的范围为SiO2：40％～79％；Al2O3：5％～30％；氧化物熔剂∑(Fe2O3、K2O、MgO、Na2O等)：15％～30％。
陶粒原料的化学组成是决定陶粒是否可以发泡膨胀的关键性因素，当SiO2含量大于75％ 时，会导致液相黏度太大，坯料几乎不能膨胀；Al2O3含量大于25％时，会增大陶粒的焙烧温 度，不仅降低了陶粒的膨胀度，同时也增大了能耗。研究发现淤积物的化学组成不仅要在三 相图膨胀区内，其主要成陶成分SiO2与Al2O3与助溶剂Fe2O3、RO、R2O之间还需满足以下 关系式：
Figure BDA0003772747530000031
其中，RO：CaO、MgO等；R2O：K2O、Na2O等。
当K＝3.5～10.0时，液相黏度可以包裹烧结过程中产生的气体从而发泡，也不会导致成 陶温度过高影响坯体膨胀性能。
根据紫坪铺水库淤积物的颗粒级配和化学组成(湖库淤泥的主要成分含量为：SiO257.05％、Al2O313.87％、CaO6.19％、Fe2O35.28％、K2O2.72％、MgO2.7％、Na2O2.07％、TiO20.59％，余量为其他杂质)可知，SiO2、Al2O3这两种氧化物的含量约占总含量的70％；淤积物的化学组成非常丰富，其成陶成分SiO2、Al2O3以及助融氧化物K2O、MgO、Na2O等 不仅在原料的三相图膨胀区，而且其K＝3.63，具有资源化制备轻质陶粒的条件。
此外，经土壤液塑限测定，计算得出紫坪铺水库淤积物塑性指数为9，满足陶粒原料塑 性指数大于8的要求，且淤积物中有机质含量高达12.08％，有利于陶粒中微孔的形成。
实施例2利用湖库淤泥制备陶粒的工艺设计
以紫坪铺水库淤泥作为主要原料，通过高温焙烧制备轻质淤泥陶粒。通过高温过程可以 氧化其中的有机物，杀灭微生物，稀释和固化重金属，而且可以利用有机物燃烧产生的热 值。
紫坪铺水库淤积物陶粒的制备流程见图2，整个流程可分为原料预处理、成型、干燥、 焙烧和冷却五个阶段。
(1)添加剂的选择
从陶粒产品性能、原料易得性考虑，配合料应在保持产品性能的前提下尽可能多添加淤 积泥沙，较少的加入添加剂。选取不同的添加剂(wt％)进行陶粒制备实验，具体实验设计 分组情况见表1，分析测定不同陶粒样品微观结构与孔隙分布，研究陶粒性能与原料配合比 的关系。
表1淤泥制备不同陶粒试制产品的配合比设计
编号 淤积物(％) Fe(％) CaO(％) 膨润土(％) 玄武岩粉(％)
1 100
2 93 7
3 86 7 7
4 97 3
5 95 5
6 93 7
7 91 9
8 97 3
9 95 5
10 93 7
11 91 9
(2)工艺方法的选择
1)称量混匀
按配比称取各原料组成，备用；
将各原料加入搅拌机中，搅拌至均匀混合；加入水并搅拌，使各原料混合均匀，备用； 各原料总量与水的质量比为85:15；
其中，水可分次加入，当原料与水混合至具有一定粘度，但不具有流动性时，停止加 水。
2)造粒成球
采用人工手动制球或制球机制球，所得生料球粒径为5mm～7mm。
在造粒过程中，由于原料中水分蒸发，造成原料粘度下降，缺水状态下制造的生料球表 面会出现裂纹，可再次添加适量自来水，保证成型后生料球表面无裂痕。
3)烘干
将制备好的生料球放入烘箱，在温度为105℃条件下，干燥3h。
实验发现，若将制备好的生料球直接在实验炉中烧结，成品陶粒表面会出现裂纹。可能 是由于生料球中水分含量较高，在高温情况下大量水蒸气从陶粒内部逸出，从而造成陶粒表 面裂纹。因此，在烧结处理前采用烘干处理。
4)烧制陶粒
陶粒的烧制过程是陶粒制备工艺中最为关键的一个步骤。控制焙烧温度为1000℃～ 1250℃，焙烧时间为10min～35min。
陶粒烧制过程中涉及的主要化学反应：
①碳酸钙/碳酸镁的分解反应
CaCO3→CaO+CO2↑
MgCO3→MgO+CO2↑
②氧化铁的还原反应
2Fe2O3+C→4FeO+CO2↑
2Fe2O3+3C→4Fe+3CO2↑
Fe2O3+C→2FeO+CO↑
Fe2O3+C→2Fe+3CO↑
③硫化物的分解与氧化反应
4FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2↑
FeS2→FeS+S↑
S+O2→SO2↑
④碳的化合反应
C+O2→CO2↑
2C+O2→2CO↑
陶粒坯料的烧制过程是错综复杂的物理化学反应过程，其可能的物理化学反应还包括 钙、镁和铁等氧化物受热分解释放出的CO2与坯料中的碱金属及碱土类(如K2O、Na2O、MgO、CaO等)金属物质、SiO2、Al2O3等物质相结合，产生K2CO3和3K2Al2Si2O8·2Ca2CO3 (钙霞石)等物质，在高温下分解出CO2气体促使坯体具有一定粘稠度的熔融矿物产生膨 胀。
(3)产品性能表征
1)料球干燥
陶粒的性能主要受烘干温度及焙烧温度的影响，烘干温度对陶粒的影响表现为烘干温度 低时陶粒干燥需要更长的时间，烘干温度高时水分蒸发加快陶粒易出现开裂，探索适宜的陶 粒烘干温度对陶粒的制备非常重要。
在相同的配比及造球工艺下，两组陶粒分别采用室温自然晾干、105℃电热鼓风干燥箱烘 干的条件进行干燥。105℃条件下，陶粒完全干燥约3h；室温自然晾干条件下，陶粒完全干 燥约12h。对比不同干燥条件下陶粒试样的外观及强度，105℃烘干温度下陶粒表面未出现开 裂的现象，干燥后两种陶粒试样强度差别不大。在保证不影响陶粒质量的情况下，本发明选 择105℃温度条件对陶粒进行烘干处理。
2)焙烧温度
焙烧温度是轻质陶粒焙烧过程中重要的影响因素，随着原料组成不同，陶粒的焙烧温度 也随之变化。烧结过程中，原料的产气反应在1100℃以下发生，而原料的软化温度为1100℃～ 1250℃。为了控制陶粒的膨胀率及强度，既要保证在烧结时产生足够的液相，同时也要控制 分解反应产生的气体被包裹在陶粒内部形成膨胀气孔。焙烧温度过低，温度未达到坯料的熔 融温度，陶粒制品液相少，无法形成封闭气孔和包裹气体，致使陶粒膨胀度较小。焙烧温度 过高，烧成陶粒的液相被气孔冲破，开始连通，吸水率随着少量联通气化的出现而增大。一 般情况下，陶粒的最佳烧结温度范围为1000℃～1250℃，烧结时间为10min～35min。
首先，采用配比为100％淤积物的配方，对陶粒焙烧工艺进行研究。将经过干燥后的陶粒 进行高温焙烧，焙烧温度选择1100℃、1150℃、1175℃、1180℃、1200℃。通过改变焙烧温 度，得到不同的实验结果，对不同实验结果进行分析确定最佳焙烧温度。
图3是不同烧结温度陶粒的宏观照片，从图中可以直观的看出烧结温度对于陶粒孔隙度 带来的变化。当焙烧温度为1100℃时料球没有烧胀，颜色呈黄色，且强度很低，料球表面无 釉质层出现，没有发生烧胀现象，其原因可能是焙烧温度不够，内部还没有产生足够的具有 适当黏度的液相；当焙烧温度为1150℃时，料球开始膨胀且表面出现瓷化现象，颜色呈褐色， 内部形成小气孔但是气孔率较低，料球出现轻微膨胀现象，陶粒具有一定的力学强度；当焙 烧温度是1175℃时，陶粒的颜色进一步加深，呈黑褐色，气孔逐渐增多增大并均匀的分布于 陶粒内部，强度足够大，表面光滑，且出现致密的釉质层，釉质层可以束缚陶粒内部产生的 气体，使得陶粒内部形成封闭的气孔，这些封闭气孔使陶粒发生膨胀现象；当温度升到1180℃ 左右，陶粒之间出现粘结，随着焙烧温度进一步升高至1185℃时，粘结现象更严重，并且陶 粒内部的气孔率和陶粒强度均没有明显的增大，此时陶粒处于过烧状态；当焙烧温度达到 1200℃时，内部气孔大且连通，温度过高导致产生的气体冲破液相，料球融为一体，形成均 匀的黑褐色瓷化体。通过对比不同烧结温度下陶粒的外观、微观及强度，确定100％淤积物配 比陶粒的最佳焙烧温度为1175℃。
采用100％淤积物的配方，采用控制变量法在最佳焙烧温度下(1175℃)对原料淤积物的 最佳粒径进行分析，分别选取中值粒径10.5μm、12.5μm、43.5μm的淤积物制备陶粒。在探 究最佳配比的过程中，采用手动制球的方法，在手动制球过程中，粒径43.5μm的淤积物具有 明显的易散性，不易成球。105℃烘干后，随着原料中值粒径增大，陶粒强度依次降低，粒径 43.5μm的原料制备的陶粒松散易碎。经过1175℃焙烧20min，不同原料粒径陶粒制品的照片 见图4，在相同温度下，粒径12.5μm的原料制得陶粒的孔隙率最佳；粒径43.5μm的原料经 烧制以后没有出现膨胀的现象，呈松散状态。
图5为不同放大倍数下配比为100％淤积物所得陶粒(1175℃焙烧温度下)的微观结构照 片。从图中可以看出其具有均匀孔隙度，并且具有一定的力学强度，但是相较于市场销售的 陶粒而言，其孔隙度不能满足市场的需求，因此，考虑加入适宜的添加剂从而增加陶粒的孔 隙度。
3)添加剂的选择
①铁粉在陶粒中主要起到助熔和发泡的作用，为保证陶粒的膨胀性能，铁粉掺量一般为 2％～7％，同时配合2％～7％的助熔剂(CaO)。
图6(a)、6(b)分别为1175℃焙烧温度下7％Fe-7％CaO-86％淤积物的陶粒、7％Fe-93％ 淤积物的陶粒形状及内部结构照片，从图中可以看出，陶粒料球发生剧烈膨胀，内部出现空 质化，同时表层之间发生严重粘结，形状发生变形，呈不规则状。1175℃温度下，7％Fe-7％CaO-86％淤积物的陶粒与7％Fe-93％淤积物的陶粒具有相同的情况。
将焙烧温度降至1170℃，7％Fe-93％淤积物的陶粒的照片见图6(c)，从图中可以看出， 陶粒的粘结现象消失，形状保持球形，少数大孔几乎占据所有的孔隙空间，内部孔隙出现严 重不均匀，从而引起陶粒强度降低。
根据实验结果得出，铁粉与助熔剂的加入可以降低陶粒原料的熔点，同时导致陶粒内部 出现不均匀的孔隙结构，出现这种现象的原因可能是铁粉在原料中不易分散，出现局部聚集 造成的。
②考虑到在陶粒原料中掺加铁粉不能引起均匀气孔，且存在大气孔影响陶粒强度的问 题，需改变添加剂种类进一步提升陶粒性能。
气孔状玄武岩又称为“浮石”，其气孔多，质地坚硬，通常用于混凝土中，可使混凝土重 量减轻，是高层建筑轻质混凝土的良好骨料。膨润土在遇水后表现出具有较好的可塑性，并 具有优异的化学稳定性，在淤积物中加入膨润土可以提高淤积物的可塑性以及陶粒的稳定 性。因此，本发明尝试通过添加玄武岩粉(中值粒径d＜0.01mm)、膨润土实现陶粒轻质、 高强的目的，在原料淤积物中分别添加不同含量的玄武岩粉和膨润土，并对不同玄武岩粉掺 量的陶粒进行表征分析。实验用玄武岩粉和膨润土的主要化学组成见表2。
表2玄武岩粉和膨润土的主要化学组成
组成(wt％) SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> K<sub>2</sub>O MgO CaO Na<sub>2</sub>O TiO<sub>2</sub>
玄武岩粉 62.0 17.6 10.6 4.0 1.8 1.4 1.1 1.0
膨润土 69.68 15.41 5.84 1.89 1.18 0.55 0.18 0.86
经过试制实验，发现玄武岩粉的加入会使原料的熔点增加，陶粒的最佳焙烧温度增加至 1210℃。图7(a)～(c)为1210℃焙烧温度下分别焙烧1min、5min、10min的陶粒照片，从图中可以看出，分别加入3％、5％、7％、9％不同掺量玄武岩粉的陶粒均出现孔隙结构，且随着玄武岩粉掺量增多，陶粒内部气孔逐渐均匀变大，证明玄武岩粉能有效增加陶粒内部孔 隙。当焙烧时间为1min时，陶粒内部出现许多细微的孔隙结构，由于焙烧时间较短，气孔未完全膨胀，孔隙较小；当焙烧时间为5min时，陶粒内部出现大小不一的孔隙结构；当焙 烧时间增加至10min时，内部孔隙结构变得均匀且密集，7％和9％玄武岩粉掺量的陶粒样品内部孔隙结构最为良好。
在温度区间1185℃～1210℃对不同添加量膨润土(3％、5％、7％、9％)焙烧试验，图8 是不同烧结温度下的陶粒照片。从图中可以看出，随着焙烧温度的增加，加入膨润土的陶粒 内部气孔率逐渐增大，当温度升高至1210℃时，陶粒釉质化粘结现象严重，最终确定添加膨 润土的烧结温度为1205℃。但与添加玄武岩粉的陶粒相比，膨润土陶粒的气孔率相对较低。
综合以上分析，确定制备陶粒最佳的配比和焙烧参数为：淤积物93％，玄武岩粉7％， 焙烧温度1210℃，焙烧时间10min。
实施例3利用湖库淤泥制备陶粒的方法
(1)称量混匀
按配比称取各原料(按重量百分比计，湖库淤积物93％，玄武岩粉7％)，备用；其中， 湖库淤积物的中值粒径为12.5μm，玄武岩粉的中值粒径d＜0.01mm。
将各原料置于搅拌机中，搅拌混合均匀；加入水并搅拌，使各原料粘合在一起，备用； 其中，原料与水的质量比为85:15；
(2)造粒成球
采用手动制球或制球机制球，所得生料球粒径为5mm～7mm；
在造粒过程中，若生料球表面出现裂纹，添加少量水；
(3)烘干
将制备好的生料球放入电热烘箱，在温度为105℃条件下，干燥3h；
(4)烧制陶粒
将干燥后的生料球进行烧结处理，其中焙烧温度为1210℃，焙烧时间为10min；冷却即 得。
应用例
按照《粘土陶粒和陶砂》(GB 2839-81)、《轻集料及其试验方法》(GB/T 17461.2-2010) 进行相关物理性能的测试，主要的物理性能测试有粒型系数、堆积密度、筒压强度、吸水率 和软化系数等。陶粒的平均粒型系数应≤2.0，陶粒的容重范围为310kg/m3～900kg/m3，分为 400、500、600、700、800、900六个等级，相对应的容重分别不得低于0.5MPa、1.0MPa、 2.0MPa、3.0MPa、4.0MPa、5.0MPa。吸水率不应大于10％，软化系数不应小于0.80。经15 次冻融循环试验后质量损失不大于5％，用煮沸法测定质量损失不应大于2％。
(1)粒型系数
每颗的粒型系数按公式(2)计算，计算精确至0.1。
Figure BDA0003772747530000091
式中：K，每颗集料粒型系数；Dmax，粗集料颗粒长向最大尺寸，单位为mm；Dmin，粗 集料颗粒中间截面的最小尺寸，单位为mm。
采用游标卡尺对陶粒进行测量，陶粒最大尺寸为16.6mm，最小尺寸为13.8mm。粒型系 数约为1.2，满足陶粒粒型系数小于等于2.0的要求。
(2)堆积密度
堆积密度按公式按下式计算，计算精确至1kg/m3。
Figure BDA0003772747530000101
式中：ρbu—堆积密度，kg/m3；m1—试样和容量筒的总质量，kg；m2—容量筒的总质量， kg；v—容量筒的容积，L。以两次测定值的算术平均值作为试验结果。
取湖库淤泥陶粒15L～20L，放入干燥箱内干燥至恒量。分成两份，备用。用取样勺或料 铲将试样从离容器口上方50mm处(或采用标准漏斗)均匀倒入，让试样自然落下，不得碰 撞容量筒。装满后使容量筒口上部试样成锥体，然后用直尺沿容量筒边缘从中心向两边刮平， 表面凹陷处用粒径较小的集料填平后，称量。经测量计算，湖库淤泥陶粒的堆积密度在 870kg/m3～880kg/m3之间，容重等级为900级。
(3)筒压强度
陶粒的筒压强度按下式计算：
Figure BDA0003772747530000102
式中：fa—集料的筒压强度，Pa；P1—压入深度为20mm时的压力值，N；P2—冲压模质量， N；F—承压面积即冲压模面积，m2。
采用轻集料承压筒及压力机进行陶粒筒压强度测试，测试计算得出湖库淤泥陶粒的筒压 强度在17.1MPa～17.2MPa之间，高于规范中高强轻集料要求的5.0MPa。
(4)吸水率
测定过程如下：取烘干至恒重的陶粒颗粒，在去离子水中浸泡24h，取出用湿布擦去附 着在陶粒表面的水分，然后称量，其质量记为m1。在烘干箱内烘干(105℃～110℃)至恒重 (试件干燥至最后两次称量之差不大于其前一次的0.1％即为恒重)后，测定其质量，记为 m0。
陶粒吸水率的计算公式为：
Figure BDA0003772747530000103
式中：Wa—陶粒吸水率，％；m1—浸水试件质量，g；m0—烘干试件质量，g。
将陶粒在去离子水中浸泡24h，擦干表面水分，称其质量为275.5g，烘干至恒重后，称 其质量为271.9g。计算得出湖库淤泥陶粒的吸水率为1.3％。
(5)软化系数
陶粒的软化系数为饱和面干筒压强度与干燥状态下筒压强度的比值，计算公式为：
Figure BDA0003772747530000104
式中：ψ为陶粒的软化系数；f0—干燥状态下陶粒的筒压强度，MPa；f1—浸水的饱和面干陶 粒的筒压强度值，MPa。以三次测定值的算术平均值作为试验结果。
浸水至饱和面干陶粒试样的筒压强度为16.6MPa，干燥状态下陶粒的筒压强度为17.2MPa，湖库淤泥陶粒的软化系数为0.97。
(6)抗冻性
冰箱温度为-15℃～-20℃，每次冻融循环为冻4小时，融6小时。按下式计算其15次循 环后的质量损失率：
Figure BDA0003772747530000111
式中：Δw—冻融循环后的重量损失率，％；w0—冻融循环试验前的陶粒重量，kg；w—冻融 循环试验后的陶粒重量，kg。
冻融循环试验前陶粒重量为2.064kg，15次冻融循环后，陶粒的质量为1.798kg，陶粒的 质量损失率为1.29％。
(7)安定性
将试样装入带孔容器中，再放入盛水的容器中浸泡，容器中的水平面应比带孔容器中的 试样高出20mm以上，浸泡48h后再将盛水容器连同装有试样的带孔容器一起放在煮沸4h， 然后取出装有试样的带孔容器，取出陶粒样品过筛，并称取筛余试样质量，干燥至恒量，计 算公式如下。
Figure BDA0003772747530000112
式中：ω1—煮沸质量损失，％；m0—试验前公称粒级下限筛上试样的干燥质量，g；m1— 试验后公称粒级下限筛上筛余试样的干燥质量，g。
测定安定性试样干燥质量为161.9g，在浸泡48h然后煮沸4h后将试样完全干燥，测其最 终质量是161.6g，经式(8)计算得出陶粒的煮沸损失率是0.19％。
对实施例3制备所得的陶粒产品进行性能测试，结果见表3，工艺评价方法参照《轻集 料及其试验方法》(GB/T 17431-2010)。
本发明方法所得陶粒，堆积密度在870kg/cm3～880kg/cm3之间，密度等级为900级；筒 压强度在17.1MPa～17.2MPa之间，高于规范中高强轻集料要求的5.0MPa，属于高强陶粒； 吸水率在1％～2％之间，低于规范要求的10％；软化系数测试结果为0.97，高于规定人造轻 集料软化系数≥0.80；15次冻融循环后陶粒的质量损失率为1.29％，符合冻融循环后质量损失 率小于5％的要求；煮沸损失量为0.19％，符合规定≤2.0％的要求。湖库淤泥陶粒属于高强陶 粒，可用于建筑中起承重作用中的结构混凝土或高强混凝土。
表3湖库淤泥陶粒性能测试结果
Figure BDA0003772747530000121

Claims (10)

1.一种湖库淤泥高强陶粒，其特征在于，按重量百分比计，高强陶粒的原料组成为：湖库淤积物80～100％，玄武岩粉0～10％，膨润土0～10％。
2.如权利要求1所述的湖库淤泥高强陶粒，其特征在于，按重量百分比计，高强陶粒的原料组成为：湖库淤积物91～97％，玄武岩粉3～9％。
3.如权利要求1所述的湖库淤泥高强陶粒，其特征在于，按重量百分比计，高强陶粒的原料组成为：湖库淤积物93％，玄武岩粉7％。
4.如权利要求1所述的湖库淤泥高强陶粒，其特征在于，所述湖库淤积物为湖库淤泥经脱水处理后，筛分得到的中值粒径≤0.025mm的淤积物，SiO2质量含量为55～80％。
5.如权利要求1所述的湖库淤泥高强陶粒，其特征在于，按重量百分比计，所述湖库淤积物的中值粒径为12.5μm，湖库淤积物的主要成分含量为：SiO2 55～80％、Al2O3 10～20％、CaO 5～15％、Fe2O3 1～10％、K2O 1～5％、MgO 1～5％、Na2O 1～5％、TiO2 0.1～1％，余量为其他杂质。
6.如权利要求1所述的湖库淤泥高强陶粒，其特征在于，所述玄武岩粉为超细玄武岩粉，中值粒径d＜0.01mm。
7.如权利要求1所述的湖库淤泥高强陶粒，其特征在于，按重量百分比计，所述玄武岩粉的主要化学组成为：SiO2 60～70％、Al2O3 10～20％、Fe2O3 5～15％、K2O 1～10％、MgO 1～5％、CaO 1～5％、Na2O 1～5％、TiO2 1～3％。
8.如权利要求1-7任一项所述湖库淤泥高强陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称量混匀
按配比称取各原料组成，备用；
将各原料加入搅拌机中，搅拌均匀；加入水，搅拌，使各原料粘合在一起，备用；
(2)造粒成球
采用手动制球或制球机制球，得到生料球；所述生料球粒径为5mm～7mm；
(3)烘干
将制备好的生料球放入电热烘箱，在温度为105℃条件下，干燥3h；
(4)烧制陶粒
将干燥后的生料球进行焙烧处理，其中焙烧温度为1000℃～1250℃，焙烧时间为10min～35min；冷却即得。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤1)原料总量与水的质量比为80～90：10～20。
10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧温度为1210℃，焙烧时间为10min。
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