CN117550913B - 一种轻质固废多孔骨料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固废多孔骨料技术领域，尤其涉及一种轻质固废多孔骨料及其制备方法和应用。本发明提供了一种轻质固废多孔骨料，按照质量份数计，制备原料由以下组分组成：煤矸石50~80份，粉煤灰20~50份和秸秆1~3份。本发明提供的轻质固废多孔骨料的制备原料不包括造孔剂，经济环保。
Description
技术领域
本发明涉及固废多孔骨料技术领域，尤其涉及一种轻质固废多孔骨料及其制备方法和应用。
背景技术
在煤炭开采和使用过程中会生产大量煤矸石、粉煤灰等固体废弃物，这些固废的堆存既占用土地又会造成严重的环境污染。煤基固废作为大宗固废，其高效处置利用是推动煤炭产业绿色高质量转型发展的必然要求。
中国是世界上农业大国之一，拥有丰富的农作物资源。然而，高产的粮食伴随着产生大量的农作物废弃物。据统计，近5年农业秸秆平均产量高达6.4亿吨，只有少部分得到了综合利用，如造纸、板材加工、建筑保温墙体材料等，其大部分农作物秸秆资源就地焚烧和填埋，处理过程中产生大量的废弃，不仅破坏了生态环境，同时严重影响到人类的居住安全和舒适度。
随着我国建筑业的发展，砂石骨料等建设用材用量大幅度提升。天然骨料大多取自自然界，骨料的大量开采会造成水土流失和自然景观恶化，严重影响社会的可持续发展。随着开采的深入，天然骨料资源在迅速减少，资源枯竭现象日益凸显，因此，寻求砂石的替代品是目前研究的重点问题。利用固废生产骨料代替天然骨料资源可以缓解自然资源过度使用现状，是实现资源可持续化的有效途径。
公开号为CN112979192A的中国专利公开了一种轻质骨料的制备方法，其是将固废材料、粉煤灰、偏高岭土、发泡剂和重金属吸附剂混合并研磨均匀，经造粒成型、蒸汽养护和烘干得到内核，将树脂、粉煤灰、固化剂和稀释剂混合制备而成的复合浆体采用喷射工艺在球形颗粒表面形成外壳；其制备得到的轻质骨料吸水率极低，筒压强度较高。公开号为CN116177990A的中国专利公开了一种煤矸石协同石膏渣生产陶粒轻骨料的方法及系统，将煤矸石、石膏渣、含碳原料和粘结剂配料并混合，经造粒、筛分、陈化和焙烧等过程制得陶粒轻骨料，本发明能够协同处理多种固废同时制备得到陶粒轻骨料，生产陶粒品质较高。上述发明将固废应用于轻质骨料，但骨料制备过程使用了固化剂、稀释剂和粘结剂等外加剂，生产成本较高。且制备工艺较为繁琐，无法实现规模化生产。公开号为CN112645688A的中国专利公开了一种高性能煤矸石陶粒的生产工艺，包括如下步骤：原料预处理、配料、造粒、干燥、焙烧、冷却，焙烧窑包括：预热段、脱碳段和焙烧段。上述发明专利最大限度利用了煤矸石资源，提高了煤矸石陶粒的产品性能。但上述发明专利制备陶粒过程中需要进行三阶段煅烧工艺，煅烧工艺较为复杂且能源消耗较大。公开号为CN114751767A的中国专利公开了一种用于超高性能混凝土内养护的多孔骨料，采用铝矾土尾矿为主要原料，以硅灰为成分调节剂，以纳米碳粉和纳米氧化铁做造孔剂，经成型、干燥和煅烧制备成一种1~2mm高吸水率的细轻骨料。公开号为CN114315407A的中国专利公开了一种利用铝矾土尾矿制备小粒径多孔陶砂的方法，将铝矾土尾矿、硅灰和造孔剂混合均匀，经造粒、干燥、焙烧得到多孔陶砂，制备所得陶砂粒径小而孔隙率高，不仅能满足内养护对陶砂性能的要求，同时也可用于结构用的轻集料混凝土。上述专利利用固废为主要原料，制备多孔骨料，但固废原料多为工业固废，利用固废种类较为单一。此外，在原料中添加造孔剂制备多孔骨料，使得制备过程不够经济环保。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轻质固废多孔骨料及其制备方法和应用。所述轻质固废多孔骨料的制备原料不包括造孔剂，经济环保。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种轻质固废多孔骨料，按照质量份数计，制备原料由以下组分组成：煤矸石50~80份，粉煤灰20~50份和秸秆1~3份。
优选的，所述粉煤灰包括Ⅰ级粉煤灰。
优选的，所述秸秆包括玉米秸秆、稻草秸秆和小麦秸秆中的一种或几种。
本发明还提供了上述技术方案所述轻质固废多孔骨料的制备方法，包括以下步骤：
将秸秆在碱液中进行浸泡，得到预处理后的秸秆；
将部分粉煤灰和部分煤矸石混合后进行第一造粒，得到内核材料；
将剩余粉煤灰、剩余煤矸石和所述预处理后的秸秆混合后，通过第二造粒的方式，将所述混合得到的混合物对所述内核材料进行包裹，得到生料球；
将所述生料球依次进行干燥和煅烧，得到所述轻质固废多孔骨料。
优选的，所述碱液为质量百分浓度为2%~4%的氢氧化钠溶液；
所述浸泡的温度为18℃~22℃，时间为5~7h。
优选的，所述第一造粒采用的造粒机的转速为40~60r/min；所述部分粉煤灰和部分煤矸石的质量比为（20~50）：（80~50）；
所述第二造粒采用的造粒机的转速为80~100r/min；所述剩余粉煤灰、剩余煤矸石和预处理后的秸秆的质量比为（20~50）：（80~50）：（1~4.5）。
优选的，所述干燥的温度为100~105℃，时间为4~6h。
优选的，所述煅烧前还包括预热，所述预热的温度为500~550℃，时间为20~30min。
优选的，所述煅烧的温度为1050~1200℃，时间为20~30min。
本发明还提供了上述技术方案所述轻质固废多孔骨料或上述技术方案所述制备方法制备得到的轻质固废多孔骨料在混凝土中的应用。
本发明提供了一种轻质固废多孔骨料，按照质量份数计，制备原料由以下组分组成：煤矸石50~80份，粉煤灰20~50份和秸秆1~3份。本发明采用煤矸石、粉煤灰和秸秆作为制备原料应用于骨料的制备中，可以实现工业固废和农业固废的综合利用，可以减少固废堆积和秸秆焚烧带来的环境污染。
本发明还提供了上述技术方案所述轻质固废多孔骨料的制备方法，包括以下步骤：将秸秆在碱液中进行浸泡，得到预处理后的秸秆；将部分粉煤灰和部分煤矸石混合后进行第一造粒，得到内核材料；将剩余粉煤灰、剩余煤矸石和所述预处理后的秸秆混合后，通过第二造粒的方式，将所述混合得到的混合物对所述内核材料进行包裹，得到生料球；将所述生料球依次进行干燥和煅烧，得到所述轻质固废多孔骨料。所述制备过程中秸秆在煅烧过程中形成孔洞，使骨料内部形成大孔径孔隙；同时，煅烧过程中熔融形成液相颗粒（具体为原材料煤矸石和粉煤灰中的氧化钙、氧化铝和氧化硅在高温下发生化学反应生成钙长石、莫来石等晶体颗粒）的堆积同样使骨料中形成孔隙（包括三种类型的孔隙：第一种类型是秸秆燃烧形成的孔洞；第二种类型是液相颗粒堆积形成的孔隙；第三种类型是发泡物质在高温下发生化学反应产生气体，液相包裹气体而产生的孔隙；所述第三种类型的发泡物质主要为煤矸石和粉煤灰中的单质C以及三氧化二铁；所述煤矸石和粉煤灰中的单质C可与空气中的氧气发生反应生成的二氧化碳气体或者煤矸石和粉煤灰中的三氧化二铁与单质C发生还原反应生成氧化铁和二氧化碳），骨料内部所述的三种类型的孔隙构成多孔骨料内部负载的孔隙结构。所述复杂的孔结构可以是固废多孔骨料具备良好保温性能，可以将其应用于混凝土中提升混凝土的保温性能。
附图说明
图1为实施例3~5和对比例1所述轻质固废多孔骨料的微观形貌；
图2为实施例3~5和对比例1所述轻质固废多孔骨料的孔径分布图；
图3为本发明所述轻质固废多孔骨料的制备流程示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种轻质固废多孔骨料，按照质量份数计，制备原料由以下组分组成：煤矸石50~80份，粉煤灰20~50份和秸秆1~3份。
在本发明中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
按照质量份数计，本发明所述轻质固废多孔骨料的制备原料包括煤矸石50~80份，优选为55~75份，更优选为60~70份。本发明对所述煤矸石的来源和组成没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的来源和组成即可。在本发明的具体实施例中，所述煤矸石具体为内蒙古鄂尔多斯市的煤矸石，所述内蒙古鄂尔多斯市的煤矸石的化学组成如表1所示：
表1 内蒙古鄂尔多斯市的煤矸石的化学组成（wt%）
| 成分 | Al2O3 | SiO2 | CaO | SO3 | TiO2 | Fe2O3 | K2O | MgO | P2O5 |
| 含量 | 48.291 | 42.684 | 2.279 | 1.7 | 1.309 | 1.258 | 0.548 | 0.516 | 0.057 |
在本发明中，所述煤矸石的主要成分为氧化硅和氧化铝，其在高温下熔融形成液相，液相构成骨料的骨架为骨料提供强度。
按照质量份数计，本发明所述轻质固废多孔骨料的制备原料包括粉煤灰20~50份，优选为25~45份，更优选为30~40份。在本发明中，所述粉煤灰优选为Ⅰ级粉煤灰。本发明对所述Ⅰ级粉煤灰的来源和组成没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的来源和组成进行即可。在本发明的具体实施例中，所述Ⅰ级粉煤灰具体为内蒙古呼和浩特市金桥热电厂生产的Ⅰ级粉煤灰，所述内蒙古呼和浩特市金桥热电厂生产的Ⅰ级粉煤灰的化学组成如表2所示；
表2 内蒙古呼和浩特市金桥热电厂生产的Ⅰ级粉煤灰的化学组成（wt%）
| 组成 | SiO2 | Al2O3 | CaO | Fe2O3 | MgO | Na2O | K2O | SO3 | TiO2 |
| 含量 | 48.08 | 22.69 | 15.17 | 4.45 | 2.768 | 2.009 | 1.525 | 1.425 | 0.612 |
在本发明中，所述粉煤灰的主要成分是氧化硅、氧化铝和氧化钙，其中，氧化钙作为碱性氧化物起到助熔作用，能够降低骨料的煅烧温度，而氧化硅和氧化铝在高温下反应生成钙长石等晶体，构成骨料骨架，为骨料提供强度。
按照质量份数计，本发明所述轻质固废多孔骨料的制备原料包括秸秆1~3份，优选为1.5~2.5份，更优选为1.8~2.2份。在本发明中，所述秸秆优选包括玉米秸秆、稻草秸秆和小麦秸秆中的一种或几种；当所述秸秆为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。
在本发明中，所述秸秆的作用是燃烧后在骨料中形成孔洞，构成骨料的多孔结构。
本发明还提供了上述技术方案所述轻质固废多孔骨料的制备方法，包括以下步骤：
将秸秆在碱液中进行浸泡，得到预处理后的秸秆；
将部分粉煤灰和部分煤矸石混合后进行第一造粒，得到内核材料；
将剩余粉煤灰、剩余煤矸石和所述预处理后的秸秆混合后，通过第二造粒的方式，将所述混合得到的混合物对所述内核材料进行包裹，得到生料球；
将所述生料球依次进行干燥和煅烧，得到所述轻质固废多孔骨料。
本发明将秸秆在碱液中进行浸泡，得到预处理后的秸秆。
进行浸泡前，本发明优选对所述秸秆依次进行破碎和过筛；本发明对所述破碎的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可；所述过筛优选为过5目的方孔筛。在本发明中，所述过筛后得到的秸秆纤维的长度优选为4.5~5.5mm，更优选为5mm。
在本发明中，所述碱液优选为质量百分浓度为2~4%的氢氧化钠溶液，更优选为质量百分浓度为2~3%的氢氧化钠溶液；所述浸泡的温度优选为18~22℃，更优选为19~21℃，最优选为20℃；时间优选为5~7h，更优选为5~6h，最优选为6h。
所述浸泡完成后，本发明还优选包括采用清水清洗对浸泡后的秸秆进行清洗；本发明对所述清洗的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行并使清洗后的秸秆的pH值为7即可。所述清洗完成后，本发明还优选包括干燥；所述干燥的方式优选为烘干；所述烘干的温度优选为100~105℃，更优选为102~105℃，最优选为105℃；时间优选为4~6h，更优选为4~5，最优选为5h。
在本发明中，将秸秆在碱液中进行浸泡可以使秸秆中的糖类及木质素溶出，去除秸秆表面的蜡质层，改善秸秆与煤矸石粉末和粉煤灰粉末之间的粘结，使生料球具有更好的包裹性，从而提升骨料的强度。
本发明将部分粉煤灰和部分煤矸石混合后进行第一造粒，得到内核材料。
在本发明中，所述部分煤矸石优选为部分煤矸石粉，所述部分煤矸石粉的制备优选为将煤矸石依次进行破碎、球磨和过筛；所述破碎优选在颚式破碎机中进行破碎；所述球磨优选在球磨机中进行球磨；本发明对所述破碎和球磨的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明中，所述过筛优选为过0.15mm筛以去除煤矸石中较大的颗粒和杂质。
在本发明中，所述部分粉煤灰和部分煤矸石的质量比优选为20~50：80~50，更优选为20~30：80~70，最优选为30：70。在本发明中，所述部分粉煤灰和剩余粉煤灰的质量比优选为20~50：80~50，更优选为20~30：80~70，最优选为30：70。
在本发明中，所述部分粉煤灰和部分煤矸石的混合优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述第一造粒采用的造粒机的转速优选为40~60r/min，更优选为50~60r/min，最优选为60r/min。
在本发明中，所述第一造粒的过程优选喷水，本发明对所述喷水的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
所述第一造粒完成后，本发明还优选包括通过将所述造粒得到的小球过4mm方孔筛，筛去未成球的余料，得到上部5mm左右的内核材料（内核球）。
得到所述内核材料后，本发明将剩余粉煤灰、剩余煤矸石和所述预处理后的秸秆混合后，通过第二造粒的方式，将所述混合得到的混合物对所述内核材料进行包裹，得到生料球。
在本发明中，所述剩余煤矸石优选为剩余煤矸石粉，所述剩余煤矸石粉的制备优选为将煤矸石依次进行破碎、球磨和过筛；所述破碎优选在颚式破碎机中进行破碎；所述球磨优选在球磨机中进行球磨；本发明对所述破碎和球磨的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明中，所述过筛优选为过0.15mm筛以去除煤矸石中较大的颗粒和杂质。
在本发明中，所述剩余粉煤灰、剩余煤矸石和所述预处理后的秸秆的质量比优选为（20~50）：（80~50）：（1~4.5），更优选为（20~30）：（80~70）：（2~3），最优选为30:70:2。
在本发明中，所述剩余粉煤灰、剩余煤矸石和所述预处理后的秸秆的混合优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述第二造粒的过程优选为将所述内核材料放入造粒机中后，向造粒机中的内核材料喷水，加入所述混合得到的混合料对所述内核材料进行包裹，加入水进行造粒。在本发明中，所述水的加入量优选为所述煤矸石、粉煤灰和秸秆的总质量的20~25%。
在本发明中，所述第二造粒采用的造粒机的转速优选为80~100r/min，更优选为90~100r/min，最优选为100r/min。
所述第二造粒完成后，本发明还优选包括通过筛选选出粒径在10mm左右的生料球。
得到生料球后，本发明将所述生料球依次进行干燥和煅烧，得到所述轻质固废多孔骨料。
在本发明中，所述干燥的方式优选为烘干；所述烘干优选为在鼓风干燥箱中进行。在本发明中，所述干燥的温度优选为100~105℃，时间优选为5~6h。在本发明中，所述干燥的目的是去除其中的水分，同时避免在后续煅烧过程中骨料由于温度的急剧升高而导致表面出现的开裂现象。
在本发明中，所述煅烧前还优选包括预热，所述预热的温度优选为500~550℃，更优选为500~520℃，最优选为500℃；时间优选为20~30min，更优选为25~30min，最优选为30min；升温至所述预热的温度的升温速率优选为5~10℃/min，更优选为5~8℃/min，最优选为5℃/min。
在本发明中，所述煅烧的温度优选为1050~1200℃，更优选为1080~1160℃，最优选为1100~1130℃；时间优选为20~30min，更优选为25~30min，最优选为30min；升温至所述煅烧的温度的升温速率优选为5~10℃/min，更优选为8~10℃/min，最优选为10℃/min；所述升温的起始温度优选为所述预热的温度。
所述煅烧完成后，本发明还优选包括降温，所述降温的过程优选为待炉内温度降至500℃以下时，将得到的骨料从高温炉中取出并置于托盘内，在室温条件下进行自然冷却至室温。
在本发明中，通过上述制备方法制备得到的轻质固废多孔骨料的内部孔隙由三部分组成，第一部分为原料中发泡组分产生气体，包括碳的氧化反应，具体反应方程式为：C+O2→CO2，C+O2→CO；碳酸盐的分解反应，具体反应方程式为：CaCO3→CaO+CO2，MgCO3→MgO+CO2；硫化物的分解与氧化反应，具体反应方程式为：FeS2→FeS+S，S+O2→SO2；氧化铁的分解与还原反应，具体反应方程式为：2Fe2O3+C→4FeO+CO2，2Fe2O3+3C→4Fe+3CO2，Fe2O3+C→2FeO+CO，Fe2O3+3C→2Fe+3CO。第二部分为秸秆燃烧后形成的孔隙，第三部分为骨料高温煅烧过程中熔融形成液相，液相颗粒堆积形成孔隙。上述三部分孔隙构成多孔粗骨料内部复杂的孔隙结构，从而使其具备良好的保温能力。
本发明还提供了上述技术方案所述轻质固废多孔骨料或上述技术方案所述制备方法制备得到的轻质固废多孔骨料在混凝土中的应用。本发明对所述应用的方法没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方法进行即可。
下面结合实施例对本发明提供的轻质固废多孔骨料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1~9和对比例1
如图3所示，制备过程：将煤矸石（内蒙古鄂尔多斯市的煤矸石，化学组成如表1所示）放入颚式破碎机中进行破碎，破碎后将其放入球磨机中磨成粉末，将煤矸石粉末过0.15mm筛以去除煤矸石中较大的颗粒以及杂质，得到煤矸石粉；
将秸秆（具体为玉米秸秆）放入破碎机中进行破碎，然后破碎后过5目的方孔筛，得到长度为5mm左右的秸秆纤维；
将部分煤矸石粉（用量如表1所示）和部分粉煤灰（用量如表1所示）加入搅拌机中混合均匀后，放入造粒机中，调整造粒机的转速为60r/min，喷水使得到的混合料在造粒机中滚动成粒径为5mm左右的小球，将所述小球从造粒机中取出过4mm方孔筛，筛去未成球的余料，得到筛子上部粒径为5mm左右的小球作为内核材料；
将剩余煤矸石粉（用量如表1所示）、剩余粉煤灰（用量如表1所示）和1g所述秸秆纤维放入搅拌机中搅拌均匀得到混合料；将所述内核材料放入造粒机中，调整造粒机的转速为100r/min，向造粒机中的内核材料喷水，随后加入所述混合料，使其包裹内核，加入所述煤矸石、粉煤灰和秸秆的总质量的20%的水进行造粒，筛选出粒径为10mm左右的生料球；
将所述生料球放入105℃的鼓风干燥箱中烘干5h以去除其中的水分后，在高温箱式炉中进行煅烧，煅烧前首先将高温炉以10℃/min的速率升温至预热温度进行预热30min后，以5℃/min的速率升温至煅烧温度进行煅烧30min，待炉内温度降至500℃以下时，将得到的骨料从高温炉中去除并置于托盘内，在室内进行自然冷却至室温，得到轻质固废多孔骨料。
表3 实施例1~9和对比例1所述轻质固废多孔骨料的制备原料配比和煅烧条件参数
| 实施例 | 部分煤矸石/ g | 剩余煤矸石/g | 部分粉煤灰/ g | 剩余粉煤灰/g | 秸秆/ g | 预热温度/℃ | 预热时间/min | 煅烧温度/℃ | 煅烧时间/min |
| 实施例1 | 35 | 35 | 15 | 15 | 1 | 500 | 30 | 1150 | 30 |
| 实施例2 | 30 | 30 | 20 | 20 | 1 | 500 | 30 | 1150 | 30 |
| 实施例3 | 25 | 25 | 25 | 25 | 1 | 500 | 30 | 1150 | 30 |
| 实施例4 | 35 | 35 | 15 | 15 | 2 | 500 | 30 | 1150 | 30 |
| 实施例5 | 35 | 35 | 15 | 15 | 3 | 500 | 30 | 1150 | 30 |
| 实施例6 | 35 | 35 | 15 | 15 | 1 | 500 | 30 | 1100 | 30 |
| 实施例7 | 35 | 35 | 15 | 15 | 1 | 500 | 30 | 1200 | 30 |
| 实施例8 | 40 | 40 | 10 | 10 | 1 | 500 | 30 | 1150 | 30 |
| 对比例1 | 35 | 35 | 15 | 15 | 0 | 500 | 30 | 1150 | 30 |
| 实施例9 | 35 | 35 | 15 | 15 | 1 | 500 | 30 | 1050 | 30 |
测试例
使用压汞仪测试实施例1~9和对比例1所述轻质固废多孔骨料的孔隙率以及孔径分布；使用万能压力机测定实施例1~9和对比例1所述轻质固废多孔骨料的筒压强度；使用导热系数仪测试实施例1~9和对比例1所述轻质固废多孔骨料的导热系数；使用扫描电镜对实施例1~9和对比例1所述轻质固废多孔骨料的微观形貌进行观测；根据《轻集料及其试验方法-第一部分：轻集料》（GB/T17431.1-2010）对实施例1~9和对比例1所述轻质固废多孔骨料的堆积密度进行测试（堆积密度小于1200kg/m3的集料为轻集料，即轻质骨料）；孔隙率、筒压强度、导热系数和堆积密度的测试结果如表4所示：
表4实施例1~9和对比例1所述轻质固废多孔骨料的孔隙率、筒压强度和导热系数
| 组别 | 孔隙率/% | 堆积密度/(kg/m3) | 筒压强度/MPa | 导热系数/(W/m·K) |
| 实施例1 | 49.02 | 732.11 | 2.3841 | 0.111 |
| 实施例2 | 48.63 | 774.8 | 3.5037 | 0.139 |
| 实施例3 | 45.94 | 874.07 | 5.8969 | 0.146 |
| 实施例4 | 49.73 | 722.33 | 2.2081 | 0.095 |
| 实施例5 | 52.78 | 708.3 | 1.8311 | 0.086 |
| 实施例6 | 50.68 | 730.63 | 1.4168 | 0.099 |
| 实施例7 | 45.83 | 755.5 | 2.8518 | 0.123 |
| 实施例8 | 54.67 | 701.17 | 1.7683 | 0.099 |
| 对比例1 | 36.79 | 778.47 | 2.5261 | 0.121 |
| 实施例9 | 53.4 | 734.2 | 1.2274 | 0.093 |
实施例3~5和对比例1所述轻质固废多孔骨料的微观形貌如图1所示，其中（a）为对比例1，（b）为实施例3，（c）为实施例4，（d）为实施例5；实施例3~5和对比例1所述轻质固废多孔骨料的孔径分布图如图2所示，其中（a）为孔径演变图，（b）为孔体积演变图；由图1可知，随着秸秆掺量的增加，骨料内部大孔数量明显增多且结构变得疏松，秸秆的掺入可以明显促进骨料内部大孔的形成；由图2可知，随着秸秆掺量的增加，骨料内部大孔占比逐渐增加，中孔逐渐向大孔转变，表明秸秆的掺入会增加骨料内部大孔径孔隙和连通孔隙。
应用例1~5
根据规范《轻骨料混凝土应用技术标准》（JGJ/T12-2019）对混凝土进行配合比设计，将实施例5所述的多孔骨料应用于轻骨料混凝土中，配合比设计如表5所示：
表5 应用例1~5所述轻骨料混凝土的配合比（kg/m3）
| 组别 | 水泥 | 粉煤灰 | 水 | 砂子 | 天然浮石 | 多孔骨料 |
| 应用例1 | 340 | 80 | 168 | 716 | 405 | 131.2 |
| 应用例2 | 340 | 80 | 168 | 716 | 270 | 262.3 |
| 应用例3 | 340 | 80 | 168 | 716 | 135 | 393.5 |
| 应用例4 | 340 | 80 | 168 | 716 | 0 | 525 |
| 应用例5 | 340 | 80 | 168 | 716 | 540 | 0 |
其中，表5中，水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰为内蒙古呼和浩特市金桥热电厂生产的Ⅰ级粉煤灰；砂子为天然河砂（细度模数为2.6，吸水率为2.31%，含泥量为1.68%）；浮石为内蒙古呼和浩特市和林格尔县黑老窑乡的天然浮石（筒压强度为1.41MPa，吸水率为9.04%，烧失量为3.31%）；水为实验室自来水；
根据规范《混凝土物理力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2019）测试混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度，使用导热系数仪测试混凝土的导热系数，测试结果如表6所示：
表6 应用例1~5所述轻骨料混凝土的强度和导热系数
| 组别 | 抗压强度（MPa） | 劈裂抗拉强度（MPa） | 导热系数(W/m·K) |
| 应用例1 | 33.3 | 3.2 | 1.056 |
| 应用例2 | 26 | 2.84 | 0.879 |
| 应用例3 | 23.5 | 2.6 | 0.859 |
| 应用例4 | 20.6 | 2.37 | 0.839 |
| 应用例5 | 37.4 | 4.33 | 1.129 |
由表6可知，随多孔骨料掺量的增加，混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度逐渐下降，但混凝土保温性能得到提升；多孔骨料混凝土具备良好的保温性能，导热系数在0.839~1.056W/m·K的范围内。
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)
1.一种轻质固废多孔骨料，其特征在于，按照质量份数计，制备原料由以下组分组成：煤矸石50~80份，粉煤灰20~50份和秸秆1~3份；
所述轻质固废多孔骨料的制备方法，包括以下步骤：
将秸秆在碱液中进行浸泡，得到预处理后的秸秆；所述碱液为质量百分浓度为2%~4%的氢氧化钠溶液；所述浸泡的温度为18℃~22℃，时间为5~7h；
将部分粉煤灰和部分煤矸石混合后进行第一造粒，然后将所述第一造粒得到的小球过4mm方孔筛，筛去未成球的余料，得到上部粒径为5mm的内核材料；所述部分粉煤灰和部分煤矸石的质量比为（20~50）：（80~50）；
将剩余粉煤灰、剩余煤矸石和所述预处理后的秸秆混合后，通过第二造粒的方式，将所述混合得到的混合物对所述内核材料进行包裹，然后筛选选出粒径为10mm的生料球；所述剩余粉煤灰、剩余煤矸石和预处理后的秸秆的质量比为（20~50）：（80~50）：（1~4.5）；
将所述生料球依次进行干燥和煅烧，得到所述轻质固废多孔骨料。
2.如权利要求1所述的轻质固废多孔骨料，其特征在于，所述粉煤灰包括Ⅰ级粉煤灰。
3.如权利要求1所述的轻质固废多孔骨料，其特征在于，所述秸秆包括玉米秸秆、稻草秸秆和小麦秸秆中的一种或几种。
4.权利要求1~3任一项所述轻质固废多孔骨料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将秸秆在碱液中进行浸泡，得到预处理后的秸秆；所述碱液为质量百分浓度为2%~4%的氢氧化钠溶液；所述浸泡的温度为18℃~22℃，时间为5~7h；
将部分粉煤灰和部分煤矸石混合后进行第一造粒，然后将所述第一造粒得到的小球过4mm方孔筛，筛去未成球的余料，得到上部粒径为5mm的内核材料；所述部分粉煤灰和部分煤矸石的质量比为（20~50）：（80~50）；
将剩余粉煤灰、剩余煤矸石和所述预处理后的秸秆混合后，通过第二造粒的方式，将所述混合得到的混合物对所述内核材料进行包裹，然后筛选选出粒径为10mm的生料球；所述剩余粉煤灰、剩余煤矸石和预处理后的秸秆的质量比为（20~50）：（80~50）：（1~4.5）；
将所述生料球依次进行干燥和煅烧，得到所述轻质固废多孔骨料。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一造粒采用的造粒机的转速为40~60r/min；
所述第二造粒采用的造粒机的转速为80~100r/min。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为100~105℃，时间为4~6h。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧前还包括预热，所述预热的温度为500~550℃，时间为20~30min。
8.如权利要求4或7所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为1050~1200℃，时间为20~30min。
9.权利要求1~3任一项所述轻质固废多孔骨料或权利要求4~8任一项所述制备方法制备得到的轻质固废多孔骨料在混凝土中的应用。
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