CN116119957B - 一种辉长岩细骨料、制备方法、复配细骨料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种辉长岩细骨料、制备方法、复配细骨料及其应用，一种辉长岩细骨料的制备方法，包括以下步骤：S1、测试辉长岩骨料的细度模数为N；S2、筛选出余料中0.63‑5mm粒径骨料，取所述0.63‑5mm粒径骨料质量分数A(1‑exp(B‑N))并进行细碎，混合后保留粒径≥0.16mm的骨料；其中，A为辉长岩常数、B为粒径≥0.16mm的细骨料的目标细度模数；A的取值范围为0.55‑0.7，N大于等于2.5。本发明减少辉长岩废料处理难题：传统辉长岩利用手段会产生大量废石等副产物，本发明通过破碎方案设计等手段大大提高了原料利用率，减少了副产物的产生。
Description
技术领域
本发明涉及骨料制备领域，特别是一种辉长岩细骨料、制备方法、复配细骨料及其应用。
背景技术
辉长岩来源于地壳或上地幔的玄武质岩浆经侵入作用形成，其具备分步范围广、储量丰富、开采运输成本低等一系列优点。但由于辉长岩通常为细粒、块状或辉长结构(辉长结构，指的是基性斜长石和橄榄石、辉石等深色矿物的自形结构相似。或均匀为半自形晶粒，或均为他形晶粒，且粒度近于相等，相互穿插地不规律排列，称为辉长结构)，多次破碎后多呈片块状或细粉状产物，强度以及均质性不高，加上其主要矿物组成中带有少量碱活性成分，将其用作碾压混凝土骨料还存在许多技术难题，因此目前未见辉长岩骨料碾压混凝土的报道。
现有破碎方法先破碎筛分得到不同粒径的骨料，再按需求进行组合和分级。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种辉长岩骨料及其制备方法，使得细骨料细度模数控制在目标细度模数范围内，提高辉长岩骨料得料率。
本发明还提供一种辉长岩复配细骨料，通过辉长岩细骨料与石粉(≤0.16mm颗粒)之间进行复配，获得适合于不同碾压混凝土性能的复配辉长岩细骨料。
本发明还提供了一种辉长岩细骨料、辉长岩复配细骨料在制备辉长岩骨料碾压混凝土中的应用。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种辉长岩细骨料的制备方法，包括以下步骤：
S1、测试辉长岩骨料的细度模数为N；
S2、筛选出余料中0.63-5mm粒径骨料，取所述0.63-5mm粒径骨料质量分数A(1-exp(B-N))并进行细碎，混合后保留粒径≥0.16mm的细骨料；
其中，A为辉长岩常数、B为粒径≥0.16mm的细骨料的目标细度模数；
A的取值范围为0.55-0.7，N大于等于2.5，B的取值范围为2.5-2.8。
通过本发明方法制得的辉长岩骨料，提高辉长岩骨料得料率，使得细骨料细度模数控制在目标细度模数范围内。
A(1-exp(B-N))为关于N的指数函数拟合方程，经试验证明筛选出余料中0.63-5mm粒径骨料后，取一定量F的该粒径骨料进行再细碎可得到级配良好的细骨料，同时发现F与细度模数N呈非线性正相关。
指数函数的应用范围宽阔，常用做人口增长、银行计息、放射性元素衰变等进行建模，还应用在很多自然科学和社会科学的非线性拟合问题上。该类指数拟合的一般公式
为y＝a-b·e-cx(1)
其中参数a、b、c是关于曲线的形状参数，与拟合曲线截距、增减速率等有关；结合实验数据推导F与N的关系，推导过程如下所示：
1、设定目标细度模数B为2.5，当三种细骨料细度模数实测值分别为N1、N2和N3时，试验得对应需破碎量F1、F2和F3，根据经验细度模数实测值N和细度模数目标值B之间的差(B-N)与需破碎量F应该存在一定关系，将F作为公式(1)中的因变量y，(B-N)作为公式(1)中的自变量x，此时分别做F与e(2.5-N)、e2(2.5-N)、e3(2.5-N)的关系曲线，得F与e(2.5-N)成线性关系；
2、设定目标细度模数B为其他数值，例如3.0，重复上步骤得F与e(3.0-N)成线性关系，因此c取1，F＝a-b·exp(B-N))；
3、上述F与e(B-N)的关系曲线截距与斜率大小相等设为A，B按规范DL/T 5144-2015中砂取值为2.2-2.9时，截距A为0.55-0.70，故F＝A(1-exp(B-N))，A取0.55-0.70，B取2.2-3.0。
所以取出质量分数A(1-exp(B-N))的0.63-5mm粒径骨料并进行再细碎后能得到级配良好的细骨料。
在本发明的一个优选的实施例中，当N为2.5-3.0时，A为0.55-0.6，B为2.2-2.5。
在本发明的一个优选的实施例中，当N大于等于3.0时，A为0.6-0.7，B为2.5-2.8。
通过调整A、B取值大小，使辉长岩骨料得料率可达80％-95％，一般破碎方法得料率30％-60％有了大幅提升。N代表细度模数为实测值；A与原岩特性有关，过小会导致细骨料过粗达不到目标细度模数，A过大一方面容易造成细骨料过细，另一方面破碎能耗增加；B过大过小都会导致相应的细骨料细度模数过大或过小。
在本发明的一个优选的实施例中，S1中辉长岩骨料的制备方法包括以下步骤：
经粗碎和筛选后保留100％-102％所需质量的40-80mm粒径骨料，剩余骨料C1；
骨料C1经中碎后保留100％-102％所需质量的20-40mm粒径骨料，剩余骨料C2；
骨料C2经初步细碎后保留100％-105％所需质量的5-20mm粒径骨料，剩余5-20mm粒径骨料C3和其他骨料C4，将剩余5-20mm粒径骨料C3再细碎后与其他骨料C4混合均匀，即得S1中的辉长岩骨料。
本方案与现有破碎方案的区别在于，现有破碎方法先破碎筛分得到不同粒径的骨料，再按需求进行组合和分级，本方案通过设计逐级破碎方案，每次破碎筛出本级粒径骨料所需量，剩余均为下一级破碎原料进行破碎或部分破碎；本方案避免了现方案不好控制各粒径骨料产量从而导致组合过程中会有部分粒径骨料剩余，且除最后一级破碎过程，本方案基本无废料产生，得料率相较于各粒径骨料产出过程均有副产物的现破碎方案大大提高。
本发明还公开了所述的辉长岩细骨料的制备方法制得的辉长岩细骨料。
本发明还公开了一种辉长岩复配细骨料，包括所述的辉长岩细骨料和石粉，所述石粉的质量百分比为10％-25％，所述辉长岩细骨料细度模数为2.5-3.4，平均粒径为0.4-0.5mm。
在本发明的一个优选的实施例中，所述辉长岩细骨料细度模数为2.6-2.8时，石粉质量百分比为18％～22％。
根据混凝土性能及施工要求可调整细骨料级配和石粉含量，从而在尽可能减少破碎成本以及废料条件下达到标准，经试验，细骨料细度或石粉含量对碾压混凝土拌和物及硬化物性能有着重要影响，骨料细度模数控制在2.6-2.8，石粉含量在18％～22％之间单位体积胶材用量对混凝土抗压强度作用最优。
在本发明的一个优选的实施例中，所述辉长岩骨料细度模数为2.6-3.2时，石粉质量百分比为20％～22％。
骨料细度模数控制在2.6-3.2，石粉含量在20％～22％之间混凝土极限拉伸达到最大。
在本发明的一个优选的实施例中，所述辉长岩骨料细度模数为2.8-3.3时，石粉质量百分比为15.3％～23.8％。
骨料细度模数控制在2.8-3.3石粉含量在15.3％～23.8％的范围内，碾压混凝土的抗冻性能最佳。
在本发明的一个优选的实施例中，所述辉长岩骨料细度模数控制为2.5-2.7时，石粉质量百分比为17.1％～21.8％。
骨料细度模数控制在2.5-2.7，石粉含量在17.1％～21.8％范围内，抗冻性能较好。
本发明还公开了一种所述的辉长岩细骨料、所述的辉长岩复配细骨料在制备辉长岩骨料碾压混凝土中的应用。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
(1)本发明减少辉长岩废料处理难题：传统辉长岩利用手段会产生大量废石等副产物，本发明通过破碎方案设计等手段大大提高了原料利用率，减少了副产物的产生。
(2)降低成本，减少能耗：传统辉长岩用做骨料的方法需即将其破碎为粒径很小的碎石块，而本方法分级破碎、合理调配将辉长岩用做细骨料，大大减少破碎次数，能耗与成本都得到了降低，且辉长岩分布广泛，取材方便，经济效益显著，宜推广应用。
具体实施方式
实施例1
对辉长岩进行破碎，破碎包括粗碎、中碎、初步细碎、再细碎等步骤；辉长岩骨料经一次上述粗碎后粒径为40-80mm占90％-100％，20-40mm占0-10％，上述中碎后辉长岩骨料粒径为20-40mm占72％-95％，5-20mm占5-18％，≤5mm占0-10％，上述初步细碎后辉长岩骨料粒径为5-20mm占45％-75％，0.63-5mm占25-40％，≤0.63mm占0-15％，上述再细碎后辉长岩骨料粒径为0.63-5mm占25％-45％，0.16-0.63mm占55-65％，≤0.16mm占0-20％。
根据破碎物料的粒度，可以分为粗碎、中碎、细碎和粉碎。粗碎是指可以将物料破碎500mm以下的颗粒；中碎是指将物料破碎80mm以下；细碎是指将物料破碎机6-20mm以下。
所述辉长岩骨料碾压混凝土制备方法，步骤如下：
准备所需骨料110％质量总和的辉长岩原岩；经粗碎和筛选后保留101％所需质量的40-80mm粒径骨料；剩余经中碎后保留101％所需质量的20-40mm粒径骨料；剩余经初步细碎后保留103％所需质量的5-20mm粒径骨料，并将剩余5-20mm粒径骨料再细碎后与余料混合均匀，取样测试细度模数为3.2；筛选出余料中0.63-5mm粒径骨料，取其中骨料质量分数0.6(1-exp(2.8-N))并进行再细碎，混合后保留≥0.16mm的细骨料。
复配细骨料为上述≥0.16mm的细骨料与＜0.16mm的石粉混合而成。可通过调整A、B取值大小与石粉掺量来获取不同级配的细骨料，A控制上述余料中0.63-5mm粒径骨料需要再细碎的质量，B控制细骨料目标细度模数大小。
实施例2
A(1-exp(B-N))中B根据DL/T 5144-2015对中砂颗粒细度模数的要求为2.2-2.9，A是关于原岩的特性参数，下表为多种N时，A、B不同取值对最终细骨料细度模数的影响。
表1.1A(1-exp(B-N))中参数取值及细骨料细度模数结果
表1.2A(1-exp(B-N))中参数取值及细骨料细度模数结果
由表1.1和表1.2可得，N大于等于3.0时，优选A控制在0.6-0.7，B取2.5-2.8可以使得细骨料细度模数能够控制在目标细度模数B±0.5范围内，而A、B取值过大或过小均会导致细骨料细度模数与目标细度模数B有较大偏差。通过调整A、B取值大小，使辉长岩骨料得料率可达80％-95％，一般破碎方法得料率30％-60％有了大幅提升。
实施例2
该实施例中辉长岩的成分含量为SiO2含量45％，K2O为3.6％，Na2O为2.4％；铁镁矿物含量50％。
一种辉长岩骨料碾压混凝土按重量份计组分如下：中热硅酸盐水泥85份，粉煤灰100份，辉长岩粗骨料1480份，辉长岩复配细骨料800份，减水剂1.1份，引气剂0.15份，拌和用水93份。
所述水泥细度控制在比表面积321m2/kg，3d水化热值控制在250kJ/kg、7d为269kJ/kg，水化温升到达温度峰值的时间控制在12小时，水泥碱含量控制为0.44％。
所述粉煤灰属于Ⅱ级灰，细度10.1％，需水量比102％，Fe2O3质量占比5.42％，Al2O3质量占比14.56％，CaO与MgO质量占比3.6％。
所述辉长岩粗骨料由粒径为5-20mm、20-40mm、40-60mm以及60-80mm碎石调配而成，其中5-20mm碎石紧密密度为1870kg/m3，紧密孔隙率37％，10-15mm粒径占68％，坚固性2％；其中20-40mm碎石紧密密度控制在1780kg/m3，紧密孔隙率39％，25-35mm粒径占43％，坚固性2％；其中40-60mm碎石紧密密度控制在1750kg/m3，紧密孔隙率41％，45-55mm粒径占44％，坚固性1.7％；其中60-80mm碎石紧密密度控制在1720kg/m3，紧密孔隙率41％，65-75mm粒径占45％，坚固性1.5％。
所述辉长岩复配细骨料由0.16-5mm粒径的细骨料及石粉(不大于0.16mm颗粒)掺配而成，细度模数控制在3.09，平均粒径为0.47，石粉掺量为20％。
所述减水剂属于粉末状缓凝型高效减水剂，细度6.5％，缓凝时间为350min，减水率19％，泌水率比为36.2％，总碱量15.67％，收缩率比113％。该实施例中高效减水剂采用苏博特生产的JM-Ⅱ缓凝型高效减水剂。
所述引气剂属于烷基醇醚类两亲性液体高效引气剂，引气量4.6％，掺量0.4/万分。该实施例中引气剂采用苏博特GYQ-Ⅰ引气剂。
所述辉长岩骨料碾压混凝土制备方法，步骤如下：
将破碎后的辉长岩骨料进行分级调配，得到辉长岩粗骨料和辉长岩复配细骨料。粗骨料按4级配调配而成，粒径5-20mm：20-40mm：40-60mm：60-80mm按质量比30：40：15：15，紧密孔隙率控制在33％，复配细骨料为上述>0.16mm的细骨料与≤0.16mm的石粉混合而成。
将得到的辉长岩粗细骨料与其他混凝土原材料按比例干拌120s得到混合物，将水、减水剂、引气剂按顺序进行混合得到混合液，将上述两种混合物混合搅拌140s后振捣25s，最终得到辉长岩骨料碾压混凝土，并对辉长岩骨料碾压混凝土拌合物性能、混凝土强度、变形性能和耐久性进行测试，结果分别见表2.1-2.4。
表2.1碾压混凝土拌和物性能试验结果
表2.2碾压混凝土强度试验成果表
表2.3碾压混凝土极限拉伸、弹性模量试验成果表
表2.4碾压混凝土抗渗、抗冻性能试验结果表
Claims (10)
1.一种辉长岩细骨料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、测试辉长岩骨料的细度模数为N；
S2、筛选出余料中0.63-5mm粒径骨料，取所述0.63-5mm粒径骨料质量分数A（1-exp（B-N））并进行细碎，混合后保留粒径≥0.16mm的骨料；
其中，A为辉长岩常数、B为粒径≥0.16mm的骨料的目标细度模数；
A的取值范围为0.55-0.7，N大于等于2.5， B的取值范围为2.2-3.0。
2.根据权利要求1所述的辉长岩细骨料的制备方法，其特征在于：
当N为2.5-3.0时，A为0.55-0.6，B为2.2-2.5。
3.根据权利要求1所述的辉长岩细骨料的制备方法，其特征在于：
当N大于等于3.0时，A为0.6-0.7，B为2.5-2.8。
4.根据权利要求1所述的辉长岩细骨料的制备方法，其特征在于S1中辉长岩骨料的制备方法包括以下步骤：
经粗碎和筛选后保留100%-102%所需质量的40-80mm粒径骨料，剩余骨料C1；
骨料C1经中碎后保留100%-102%所需质量的20-40mm粒径骨料，剩余骨料C2；
骨料C2经初步细碎后保留100%-105%所需质量的5-20mm粒径骨料，剩余5-20mm粒径骨料C3和其他骨料C4，将剩余5-20mm粒径骨料C3再细碎后与其他骨料C4混合均匀，即得S1中的辉长岩骨料。
5.一种利用权利要求1-4任意一项所述的辉长岩细骨料的制备方法制得的辉长岩细骨料。
6.一种辉长岩复配细骨料，其特征在于，包括权利要求5所述的辉长岩细骨料和石粉，所述石粉的质量百分比为10%-25%，所述辉长岩细骨料细度模数为2.5-3.4，平均粒径为0.4-0.5mm。
7.根据权利要求6所述的辉长岩复配细骨料，其特征在于，所述辉长岩细骨料细度模数为2.6-2.8时，石粉质量百分比为18%～22%。
8.根据权利要求6所述的辉长岩复配细骨料，其特征在于，所述辉长岩细骨料细度模数为2.6-3.2时，石粉质量百分比为20%～22%。
9.根据权利要求6所述的辉长岩复配细骨料，其特征在于，所述辉长岩细骨料细度模数为2.8-3.3时，石粉质量百分比为15.3%～23.8%；
所述辉长岩细骨料细度模数控制为2.5-2.7时，石粉质量百分比为17.1%～21.8%。
10.一种根据权利要求1-4所述的辉长岩细骨料的制备方法或权利要求6-9所述的辉长岩复配细骨料在制备辉长岩骨料碾压混凝土中的应用。
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