一种骨料及其制备方法与应用与流程

1.本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种骨料及其制备方法与应用。


背景技术：

2.高强轻质混凝土作为轻质混凝土的一个品种，不但保证了混凝土结构有强度，而且为减轻混凝土结构的自重提供了有效的途径。高强轻质混凝土使用的骨料内部多孔同时具有一定的强度，在混凝土中利用孔隙体替换了密实的天然骨料，从而达到减轻混凝土材料表观密度的目的。使用天然多孔隙轻骨料减轻结构自重的做法具有十分悠久的历史，在古罗马时期工匠使用天然火山渣作为骨料建造的跨度达433米的罗马万圣殿穹顶至今仍完好无损，这可以看作是现代高强轻质混凝土的雏形。
3.高强轻质混凝土具有如下的优点：
4.1.结构效益好。在强度等级相同的情况下，高强轻质混凝土比普通混凝土材料表观密度低20％～40％，高强轻质混凝土的比强度大于普通混凝土结构，同时结构质量减轻。在结构断面相同的情况下，由于高强轻质混凝土自重的减小，可以提高结构承载力。
5.2.抗震性能强。高强轻质混凝土由于表观密度小、结构质量轻、弹性模量低，结构承受动荷载能力较强。在地震荷载作用下所承受的地震力小，震动波的传递速度也较慢，且结构的自震周期长，对冲击能量的吸收快，减震效果显著。
6.3.耐火性能佳。高强轻质混凝土由于导热系数低，热阻值大，在高温作用下，温度由表及里的传递速度将大大减慢，可保护钢筋。对同一耐火等级的构件来说，高强轻质混凝土板的厚度可比普通混凝土板减小20％～30％。
7.4.耐久性良好。由于高强轻质混凝土具有优良的轻骨料和砂浆间的粘结和界面过渡区，而界面过渡区是影响混凝土材料耐久性的重要因素之一，因此，高强轻质混凝土具有良好的抗渗透性、抗冻性以及抵抗各种化学侵蚀的能力。
8.5.经济性优良。尽管高强轻骨料混凝土单方造价比同强度等级的普通混凝土高，但随着人工轻骨料生产技术提高，来源扩大，轻骨料的成本会大大降低，并且其缩小结构断面，减轻了结构物的自重，增加使用面积、减少钢材用量，降低基础造价而具有显著的综合经济效益。
9.为了达到高强轻质的性能，需要性能优良的骨料，而传统的天然骨料和人造陶粒筒压强度普遍在10mpa以下，很难配制出c60以上的高强轻质混凝土，限制了高强轻质混凝土在高层建筑、大跨度桥梁的应用。
10.因此，需要开发一种骨料，该骨料的筒压强度高。


技术实现要素：

11.为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种骨料，该骨料的筒压强度高。
12.本发明还提供了上述骨料的制备方法。
13.本发明还提供了上述骨料在混凝土制备中的应用。
14.具体如下，本发明第一方面提供了一种骨料，包括以下制备原料：水泥、沉珠、硅灰、垃圾焚烧炉渣、激发剂、闭孔玻化微珠和碳纤维粉；
15.所述垃圾焚烧炉渣由第一颗粒垃圾焚烧炉渣和第二颗粒垃圾焚烧炉渣组成；
16.所述第一颗粒垃圾焚烧炉渣的细度为90目～120目；
17.所述第二颗粒垃圾焚烧炉渣的细度为60目～80目。
18.本发明关于骨料的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：本发明的骨料以水泥、沉珠和硅灰为基础，充分利用了垃圾焚烧炉渣固体废弃物的活性成分(炉渣成分主要为钙硅质，部分是有活性，会和水泥反应生成水化产物)，以闭孔玻化微珠填充进行密度调节(闭孔玻化微珠密度较低，通过在体系中不同掺量来作为填充骨架来实现不同密度调节)，碳纤维粉增加了韧性，从而制得了性能优良的轻质高强骨料，实现了骨料的密度在600kg/m3～1800kg/m3范围内调节，筒压强度最高可达20mpa，同时在配置混凝土时骨料的再水化和混凝土浆体形成良好的结合，避免了骨料和浆体薄弱环节，用来配置轻质高强混凝土，具有良好的性能和优势。
19.将不同细度的垃圾焚烧炉渣进行搭配使用，实现了不同粒度的紧密堆积，提高了骨料的堆积密度。
20.根据本发明的一些实施方式，所述骨料的制备原料包括水和外加剂。
21.根据本发明的一些实施方式，所述骨料包括以下质量分数的制备原料：水泥25％～40％，沉珠2％～5％，硅灰8％～12％，垃圾焚烧炉渣25％～30％，激发剂0.5％～1.0％，闭孔玻化微珠8％～35％，碳纤维粉0.5％～1.0％，外加剂1％～2％和水5％～10％。
22.通过对各组分的调整，实现了对强度的调整。
23.根据本发明的一些实施方式，所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥中的一种。
24.根据本发明的一些实施方式，所述水泥相关要求满足gb/t175《通用硅酸盐水泥》。
25.根据本发明的一些实施方式，所述沉珠的密度≥1500kg/m3。
26.控制沉珠的质量，太轻中漂珠含量高，活性强度降低。
27.根据本发明的一些实施方式，所述硅灰中sio2的质量分数≥85％。
28.根据本发明的一些实施方式，所述第一颗粒垃圾焚烧炉渣和所述第二颗粒垃圾焚烧炉渣的质量比为1:1～2。
29.根据本发明的一些实施方式，所述第一颗粒垃圾焚烧炉渣和所述第二颗粒垃圾焚烧炉渣的质量比为1:1。
30.根据本发明的一些实施方式，所述激发剂的制备原料包括氢氧化钙和硅酸钠。
31.根据本发明的一些实施方式，所述活性激发剂由氢氧化钙和水玻璃复合而成。
32.根据本发明的一些实施方式，所述水玻璃中水的质量分数≤70％。
33.根据本发明的一些实施方式，所述闭孔玻化微珠的细度为90目～120目。
34.根据本发明的一些实施方式，所述闭孔玻化微珠的紧密堆积密度≥400kg/m3。
35.根据本发明的一些实施方式，所述闭孔玻化微珠的表观密度≤600kg/m3。
36.通过对闭孔玻化微珠上述参数的控制，紧密堆积密度比表观密度≥0.7，使闭孔玻化微珠具有合适空隙率(合适空隙率是保证微珠较紧密的堆积，由堆积密度和表观密度来协调控制，堆积密度和表观密度越接近说明空隙率越小)，低的密度和较高强度。
37.根据本发明的一些实施方式，所述碳纤维粉的细度为600目～800目。
38.根据本发明的一些实施方式，所述碳纤维粉的直径为6μm～8μm。
39.根据本发明的一些实施方式，所述碳纤维粉的直径为7μm。
40.本发明中碳纤维粉的直径指的是碳纤维粉单根碳纤维的直径。
41.根据本发明的一些实施方式，所述外加剂为减水剂。
42.根据本发明的一些实施方式，所述外加剂的减水率＞35％。
43.根据本发明的一些实施方式，所述骨料为球形颗粒骨料；所述球形颗粒骨料的粒径为5mm～10mm。
44.球形颗粒骨料的粒径过大，导致骨料的强度降低。
45.本发明第二方面提供了上述骨料的制备方法，包括以下步骤：
46.s1、将所述水泥、所述沉珠、所述硅灰、所述垃圾焚烧炉渣、所述激发剂、所述闭孔玻化微珠、所述碳纤维粉混合后制得混合粉料；
47.再将所述外加剂和所述水添加至所述混合粉料中，制得混合浆料；
48.s2、将步骤s1制得的混合浆料制丸后养护，即得。
49.根据本发明的一些实施方式，步骤s1中所述混合的时间为2min～3min。
50.根据本发明的一些实施方式，步骤s1中所述混合浆料的制备时间为8min～10min。
51.根据本发明的一些实施方式，所述养护包括以下步骤：在空气中自然养护24h～26h，再在90℃～95℃蒸汽养护12h～14h，最后在温度为180℃～200℃和蒸气压为1mpa～1.5mpa的条件下养护6h～8h。
52.根据本发明的一些实施方式，所述自然养护的温度为10℃～30℃。
53.根据本发明的一些实施方式，所述自然养护的湿度在50％以上。
54.根据本发明的一些实施方式，所述骨料的制备方法，包括以下步骤：
55.s01、将所述水泥、所述沉珠、所述硅灰、所述垃圾焚烧炉渣、所述激发剂、所述闭孔玻化微珠和所述碳纤维粉混合均化2min～3min，得到混合粉料；
56.s02、将所述外加剂和所述水加添加至步骤s01制得的混合粉料中，分散8min～10min，得到浆体；
57.s03、将步骤s02制得的浆体压制成颗粒状，得到粒径在5mm～10mm的球形颗粒骨料。
58.s04、将步骤s03制备的球形颗粒骨料在空气中自然养护24h～26h，再在90℃～95℃蒸汽养护12h～14h，最后在温度为180℃～200℃和蒸气压为1mpa～1.5mpa的条件下养护6h～8h。
59.根据本发明的一些实施方式，所述自然养护的温度为10℃～30℃。
60.根据本发明的一些实施方式，所述自然养护的湿度在50％以上。
61.本发明第三方面提供了上述骨料在制备混凝土中的应用。
62.根据本发明的至少一种实施方式，具备如下有益效果：
63.本发明利用垃圾焚烧炉渣制备出性能优良的轻质高强骨料，拓宽高强轻质混凝土应用范围，丰富垃圾焚烧炉渣的资源化利用方式，实现混凝土行业的绿色低碳发展。
具体实施方式
64.以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
65.本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
66.实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
67.本发明各实施例中所用水泥采用双峰海螺52.5级普通硅酸盐水泥，密度3.21g/cm3，比表面积365m2/kg，28d抗压强度58.1mpa。
68.沉珠采用河南铂润铸造材料影响生产，密度1.50g/cm3，28d活性指数110％。
69.硅灰采用四川朗天有限公司提供的半加密硅灰，sio2含量98％，密度2.15g/cm3，比表面积12000m2/kg，28d活性指数105％。
70.垃圾焚烧炉渣取自长沙某垃圾焚烧发电厂，粉磨至规定60目～80目、90目～120目的两种，按照质量比1：1混合均匀而成。
71.活性激发剂为市售氢氧化钙和水玻璃复合而成(控制氢氧化钙和硅酸钠的质量比1:1，水玻璃的质量分数40％。)。
72.闭孔玻化微珠采用信阳卡斯特公司生产的闭孔玻化微珠(闭孔珍珠岩)，细度90目～120目，紧密堆积密度为420kg/m3，表观密度500kg/m3。
73.碳纤维粉采用深圳碳烯技术公司生产的水泥增强专用碳纤维粉，碳纤维粉的细度为600目，碳纤维粉中碳纤维的直径7μm。
74.高性能外加剂采用中建新材料公司提供的聚羧酸高性能减水剂，减水率35％，固含40％。
75.水为干净自来水。
76.实施例1
77.本实施例为一种骨料，由以下质量分数的制备原料组成：
78.水泥25％，沉珠5％，硅灰10％，垃圾焚烧炉渣15％，活性激发剂0.5％，闭孔玻化微珠35％，碳纤维粉0.5％，高性能外加剂1％和水8％，其总质量满足100％。
79.实施例2
80.本实施例为一种骨料，由以下质量分数的制备原料组成：
81.水泥30％，沉珠2％，硅灰8％，垃圾焚烧炉渣25％，活性激发剂0.5％，闭孔玻化微珠25％，碳纤维粉0.5％，高性能外加剂1％和水8％，其总质量满足100％。
82.实施例3
83.本实施例为一种骨料，由以下质量分数的制备原料组成：
84.水泥34％，沉珠3％，硅灰10％，垃圾焚烧炉渣28％，活性激发剂0.5％，闭孔玻化微
珠15％，碳纤维粉0.5％，高性能外加剂1％和水8％，其总质量满足100％。
85.实施例4
86.本实施例为一种骨料，由以下质量分数的制备原料组成：
87.水泥35％，沉珠4％，硅灰10％，垃圾焚烧炉渣30％，活性激发剂1％，闭孔玻化微珠10％，碳纤维粉1％，高性能外加剂1.5％和水8％，其总质量满足100％。
88.实施例5
89.本实施例为一种骨料，由以下质量分数的制备原料组成：
90.水泥占40％，沉珠4％，硅灰12％，垃圾焚烧炉渣25％，活性激发剂0.5％，闭孔玻化微珠8％，碳纤维粉1％，高性能外加剂2％和水7.5％，其总质量满足100％。
91.本发明实施例1～5中骨料的制备方法，包括以下步骤：
92.s1、将水泥、沉珠、硅灰、垃圾焚烧炉渣、活性激发剂、闭孔玻化微珠和碳纤维粉先加入搅拌机中，混合均化3min，得到混合粉料；
93.s2、将高性能外加剂和水加入到搅拌机中，和混合粉料均匀搅拌10min，得到浆体；
94.s3、采用球形制丸机对步骤s2制得的浆体进行骨料成型，制备球形颗粒骨料，得到粒径在5mm～10mm的球形颗粒骨料。
95.s4、将步骤s3制备得到的球形颗粒骨料空气中自然养护24h，再经过90℃蒸汽养护12h，随后再将其置于180℃和1.00mpa蒸压条件下养护6h，自然冷却后取出即得。
96.对本发明实施例1～5制得的骨料进行外观质量、表观密度和筒压强度检测，测试方法参照gb/t 17431—2010轻集料及其试验方法；重金属浸出安全性检测根据hj/t299-2007中规定的硫酸-硝酸浸出法对制品中重金属cd、pb、cr、as的浸出浓度进行检测与分析，测试结果见表1。
97.表1本发明实施例1～5对应骨料的性能测试结果
[0098][0099]
注：本表中未检出代表离子浓度小于0.0001mg/l。
[0100]
由本发明实施例1～5的检测结果说明：本发明实施例1～5中的骨料，密度等级在1000kg/m3～1800kg/m3范围内调节，筒压强度最高可达23mpa，性能优良，同时重金属离子浓度都远远低于国家标准gb5083.3-2007的限值，绿色无害，消纳部分垃圾焚烧炉渣，具有广阔的应用前景和显著的社会效益。
[0101]
通过对胶凝材料(水泥、沉珠、硅灰、垃圾焚烧炉渣)和闭孔玻化微珠的用量进行合理的搭配，从而制得了筒压强度高的骨料；其中，胶凝材料用量多，结构强度高，珍珠岩是作为轻质填充料，用量多则强度低。
[0102]
综上所述，本发明的骨料以水泥、沉珠和硅灰这些铝硅酸盐胶凝材料为基础，通过活性激发剂和蒸压养护条件(活性激发剂充分激发炉渣中活性充分，蒸压养护激发常温条件下惰性sio2)，充分利用城市垃圾焚烧炉渣固废活性成分，以闭孔玻化微珠填充进行密度
调节，碳纤维粉增加强度和韧性，获得了性能优良的轻质高强骨料，实现了骨料的密度在1000kg/m3～1800kg/m3范围内调节，筒压强度最高可达20mpa，同时在配置混凝土时骨料的再水化和混凝土浆体形成良好的结合，避免了骨料和浆体薄弱环节，用来配置轻质高强混凝土，具有良好的性能和优势。
[0103]
上面结合具体实施方式对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。